日本给水净水技术的现在和未来

　　在日本，自来水公司的任务首先是供应饮用水，再有的是供应人们日常生活和社会活动的用水，它是极重要的社会服务设施单位。纵使临时发生地震和缺水等状况，自来水供水能力受到损害，也不能陷于混乱，并且要用户放心，仍要供应优质且安全的自来水。当前在日本，从易于受污染的河流下游取水已是一般情况，因此，净化处理的任务越来越重大。
　　正因为自来水是与人们的生活和健康有着直接密切的关系，所以无论如何也要对自来水设备倍加维护，且对导入新技术一定要慎重对待。在供水责任上，自来水公司应该供应优质的水；但是，由于原水继续不断的出现新的污染物质，同时在其他科学类别上都有新的技术发生，依然还固执的采用旧的净化技术不变，也不是可鉴赏的办法。
　　在本文中，为今后寻求新的净化技术作为条件为中心，从现实出发，谈一些看法。

　　2、背景和现状

　　1)、给水净化技术及其现状
　　在日本，自来水事业从最初于横浜市建设以来，已经历了100年以上。现在依然是利用受人为污染影响少的江河水和地下水做水源。但是，其后由于都市化和工业化，使城市需水量增大，对应这种状况，一般是从建设水库开发的水资源中和从河流中下游中取水。现在是日本利用的水源，以地表水占压倒优势，地下水占极少比例（水库和河流水占全部水源的69.5%），对地表水使用率高是日本自来水极大的特徵。其中水库供应原水水量占全部水源的36.3%，这部分水放流到下游供给原水水源。
　　所述以上情况，由于有一些河道承受降雨量过多，一般水流流速过大，所以在日本有多数河流河水浊度变动大。因此在净化处理上，采用不做处理仅是消毒或者采用慢滤处理占的比例有限，大部分都是采用快滤系统处理（快滤系统占75.9%）；除上述处理办法，并无其他处理办法。但最近为了去除异臭味和三卤甲烷，已采用活性炭处理、臭氧处理、生物处理等办法。这些深度处理目前都是大型水厂在应用。今后在日本自来水厂无论大型的或小型的，受河流污染影响的，更会进一步考虑应用深度处理的重要性。
　　由于以上状况，日本原生省提出了膜过滤技术为［膜利用型新净水系统开发研究(MAC21计划)］，和［膜利用型新高度净水技术开发研究（高度处理MAC21）］。并于1991年至1996年间实施。基于实施成果，几个小规模自来水公司的净水厂，以去除浊度为目的，引入微滤(MF)和超滤(UF)作为净水设施，并开始投入正式运转。

　　3、净化技术的要求

　　1)、净化技术的评价指标
　　在净化技术里，最重要的是首先寻求对原水中各类污染物质的深度去除性能，并处理出有可信性和稳定性的自来水。自来水原水的水质条件由于水源关系经常变化，且有时候受到突发污染事故的影响。原水污染到一定程度，就要提出澈底的处理办法。现实情况是，自来水厂为了寻得有效的技术措施，可同时采用几个处理办法，以达到去除要求。处理设施不但简易、容易管理，且占地要少，当前这个要求很重要。另外还要对所处环境方面加以考虑。资源及能量消耗也是考虑的大事之一。把这些条件并合到一起，最后以设施造价来综合评估。
　　在日本，当前于从事建设自来水设施的计划和设计之时，欲得到的信息资料尚未达到充分公开的地步。如果这些信息得到公开，就可用上述的评价指标，从事更公正和更客观的评议。根据评议结果，精选到最佳的净化技术。
　　2)、污染物质和其去除技术
　　在净化处理上，作为去除对象的污染物质，基本是为达到自来水水质标准和优质水质项目、监测项目所要去除的污染物质，和为达到水质标准所要去除的氧化处理付产物的前驱物质。作为水处理净化特徵之一是，要将在原水中含有低浓度的诸多污染物质同时有效地除去。实际上有大半污染物质没有超出污染标准要求，然而同时还是有一些项目超出标准要求。原水水质由于条件关系有很大变化，净化处理不容易起到绝对有效的去除作用。
　　日本执行的自来水水质标准，众所周知是参照WHO饮用水水质导则而定的。此WHO导则不仅基本10年修订1次，而且在其中年份可随时评议修正。目前日本基于新的毒性情报，对亚硝酸氮、铀、多环芳香族、碳化氢、各种农药等正开始评议，以便进一步对日本标准加以修正。
　　1996年6月琦玉县越生镇发生由隐孢子虫感染的集团事故，如何净化处理是自来水的一大课题，有关隐孢子虫等病原性病虫对人们健康起到多大风险的正确评价尚很困难，而且确立澈底的检查方法也还没有。因此在净化处理上，认为暂定滤出水浓度保持0.1底以下，可最大限度的保证安全。另外日本最近也特别集中注意于环境内分泌扰乱物质，认为这也是自来水应关心的一件大事。
　　表1所示自来水净化技术为当前一般采用。其中膜过滤具有的优点于表2示出。期待今后普及此种技术时，更会在水处理技术上加以提高。例如，在配水过程上进行膜过滤，由于膜过滤法的应用，自来水系统会有重大变化的可能性。紫外线照射在日本还没有引入，在欧洲已经采用。在表1所列的处理技术以外，开始出现的有应用光触媒反应处理、电场处理、磁场处理、电磁照射、应用酵素反应处理等技术，通过今后技术开发的进展，它们以后会应用于自来水净化处理上。

　　注：通常处理方式系指快速过滤方式即凝聚、沉淀、砂滤方式
　　3)副产物减低
　　在净化技术上不可忽略的一个情况是，净化处理使用的药剂和其药剂中余留的不纯物质，及伴随生成的付产物的问题。这些问题一般在净化处理中几乎都会发生。氧剂处理产生三卤甲烷即为典型的一例。
　　一般使用净化药剂为，做凝聚剂的硫酸铝和聚氯化铝，做氧化剂和消毒剂的氯剂和次氯酸钠，做PH调整剂的NaOH，做吸附剂的粉末活性炭等。少数使用的还有，做氧化剂的过锰酸钾，做PH调整剂的Ca(OH)2等。另外，最近在对待隐孢子虫方面，为了更确切的使凝聚剂发生作用，采用了H2SO4做PH的调整剂，这些净化药剂有不同品质规格规定，应使药剂合乎规格、使用合理，不会出现不纯物的问题。但是万一投加率设定不准确，会对净水水质有影响，因此要求必须慎重操作，控制好投加率。在药剂中铝盐有造成阿尔察默病的可能性应该引起注意。日本净化处理都用铝化合物作为凝聚剂。如果不用该药剂，就得实行大转换。改用其他凝聚剂，也是一件不容易一时改变的问题。
　　特别是，氯剂和臭氧等氧化剂反应性高，投加量过大会产生影响人体健康的有害物质，必须是最小剂量的投加率。最近对使用CIO2、H2O2、氨等新的氧化剂和消毒剂进行了探讨，这些药剂美国已在应用。另外，利用以光触媒反应的TiO2触媒进行氧化处理的技术，期待着能得到卓越的处理效果。多数水厂都有付产物和不纯物的问题，因此引入这些新技术之时，对其适用方面和适用条件明确其限制范围是重要的。
　　从净化处理的过程上看，以往多用氯剂等药剂，这很明显的与原水水质恶化有密切关系。目前日本多数河道难以得到水质良好的原水，到原水恶化到一定程度就不可避免的，要依赖净水药剂加以处理解决。但是，在这种情况下，非常必要极力少用药剂，特别希望开发能不用药剂就能以解决的办法。在此意图下，膜过滤技术为今后具体解决的一个途径。
　　4)、监测、控制技术
　　净化处理一定要根据处理方式，对水质进行适宜的监测和控制。其中特别重要的仪器是计量设备和控制软件。大型净水厂采用这些设备在经济上没有问题，但小型净水厂由于该类设备复杂、价格高昂，在经济上不好做到。从这种情况看，中小型水厂与其必须置备依赖性高的监测、控制设备，莫如广招人才来得重要。因此，他们应充分考虑技术人才的开发。
　　通常水质监测项目，根据净化水厂规模大小，从现实要求而定。基本监测项目为：水温、PH值和浊度。特别是凝聚剂投入量控制、消毒和氯剂处理的氯剂投入量控制和剩余氯剂浓度监测等项目。前氯剂处理的场合，要监测原水氨氮浓度和氯剂需求量。在臭氧处理的场合，要进行对臭氯投加量的控制和剩余臭氧浓度的监测。在这些项目之外，水位和流量的监测和控制，当然也是例行的项目。
　　目前在监测和控制这一方面上，使凝聚剂和氯剂等药剂投加控制技术有所提高。如果凝聚剂和氯剂简易自动控制可靠性高，净化技术会因而改进。以量测隐孢子虫等原生虫类而考虑的微粒子检测器提高精密性的技术也是重要的课题。另外，如果更多的考虑采用膜过滤技术，膜的自动药剂冲洗技术和漏泄测定技术会很快的开发出来。
　　5)排水处理技术
　　考虑净化处理之时，也要与净水厂排水处理合并考虑。净水厂排水的适当处理，不仅只由考虑影响四周环境的观点出发，且从水资源有效利用和从防止有着返送处理水的原水对净化处理不良影响的观点来看也是重要的。从现实情况看，达到产水量一定规模的净水厂，一般将砂滤池的冲洗排水以及将沉淀池排泥进行的固液分离水的这两种上层清澄水回收利用。因而排水处理与净水处理有着不可分离的关系。通过排水处理的水，进而再进行净化处理是有可能的，它们的作用相互相成。
　　当前，有代表性的排水处理方法是，采用重力浓缩且速续机械处理方法或阳光曝晒方法进行脱水。但是重力浓缩效率不佳的居多。最近提出的新的膜分离浓缩技术引起给水界注目。采用的膜分离技术能够更澈底的进行固液分离，它比之重力浓缩能得到更清澈的分离水，这种分离水回送到原水进行净化处理的影响担忧少。即使排水有隐孢子虫，经过膜分离后的水回送到原水，也几乎都被除掉。
　　特别是，今后在净化技术的发展上，净水厂排水处理是要将固液分离的程度作为处理状况的标准。目前污染的原水更需采用以上的方法。所观察到膜过滤的例子，就是由于通过净化处理，将原水中有害污染物质，于排水处理中以高浓度浓缩而致。净化处理去除如果尽可能做到澈底，那就是因为排水中浓缩作用得到的澈底。从而，今后在有关排水处理上，不单单的只为将固体物浓缩、分离，而且也为了寻求将排水中有害的污染物质洽当处理而进行的技术开发。

　　4、结语

　　对于自来水净化技术来说，当前还不能考虑去除以造价为主要因素的各种条件的制约、但是这些制约条件限制了净化技术的发展。因为还得注意自来水的安全性与可信性，更重要的还得从自来水本身上寻找改善设施的新技术。与其这样做，还不如从新近出现的飞跃技术着眼，膜过滤就是一个很好的例子，它是自来水技术的一个突破，应积极考虑应用。