本刊記者

水處理如何去污染

《百科知識》：自來水廠所用的水處理工藝有哪些？這些工藝能去除水中的哪些污染物？

答：到目前為止，自來水處理工藝已經走過了四代。

第一代是傳統(tǒng)的四步法常規(guī)工藝，1902年誕生于比利時，被業(yè)內人稱為經典“四部曲”——絮凝（加聚合氯化鋁）、沉淀、過濾（通過石英砂、卵石等）、消毒（加氯氣等）。2004年，美國工程院將水處理工藝列為人類20世紀最重要的發(fā)明之一。這種方法主要以去除原水中的懸浮物、濁度、色度和病原菌為主，對溶解性有機物去除能力極其有限。

第二代是以臭氧、活性炭為核心的深度氧化技術，起源于20世紀70年代，它是在第一代去除效果的基礎上，解決了有毒微量有機物及加氯消毒副產物的危害問題。這種技術的缺點是吸附有機物的活性炭為病原菌、藻類等的生長提供了富含營養(yǎng)物的溫床，藻類死亡后分解的具有致癌效應的藻毒素可能殘留在水中，因此，經過處理的飲用水仍不安全。

第三代是以超濾膜為核心的組合工藝，在20世紀90年代開始應用，它在第一代工藝去除效果的基礎上，能有效減少氯代前驅物，且出水濁度始終保持在極低水平，對細菌、“兩蟲（隱孢子蟲和賈第鞭毛蟲）”、藻類等水生生物的去除率可以達到100%；但它的致命缺點是，對有機物的去除幾乎沒有幫助。

第四代是以納濾技術為核心的新興工藝。它是由納米技術與過濾技術交叉而成的介于超濾與反滲透之間的新興技術。其最顯著的特點就是在截留那些能透過超濾膜的有機物及重金屬的同時又能透濾被反滲透截留的部分礦物質。納濾能耗比反滲透低，截留效果比超濾好，被譽為21世紀最有前途的水質凈化技術。

在中國國內，97%的自來水廠仍停留在第一代的傳統(tǒng)四步法處理工藝，但隨著污染的加劇，它已經難以適應需求，不斷受到專家學者質疑。

《百科知識》：他們在質疑什么？

答：首先，自來水原水先要經過混凝、沉淀、過濾三個步驟，旨在把水澄清，也就是把水的濁度、懸浮性固體等物理顆粒污染物去除?；炷ǔ尤脘X或鐵鹽作為絮凝劑以強化效果，其負面效應是若添加過量可能引發(fā)自來水中的鋁、鐵含量過高。過量的鋁、鐵進入人體后會積蓄在腦細胞等組織中，可能會對人體健康有負面效應，如果長期飲用鋁混凝劑處理過的自來水，可能會引發(fā)老年癡呆癥等。

其次，多數(shù)自來水廠以濁度等感官指標作為平時出水水質的主要監(jiān)控參數(shù)，難以保證水中重金屬和有機物指標的安全性。

第三，目前普遍釆用的自來水處理工藝無法去除自來水水源微污染的頭號敵人——有機物。地表水源水在自來水廠中經澄清和去色處理后，水中仍殘留有較多的農藥、化肥等有機物。用傳統(tǒng)的液態(tài)氯消毒法進行消毒處理時，氯與這些有機物作用，能生成多種具有致癌、致畸、致突變作用的有毒副產物，其含量往往超過自來水水質標準的規(guī)定。

也就是說，傳統(tǒng)自來水處理的四步法工藝，不但在去除農藥、激素、抗生素等小分子有機物方面效果極其有限，而且當這些有機物遭遇水中的溶解氯時，還會產生一系列致癌、致畸、致突變的有毒副產物。

燒開的水也不一定能喝

《百科知識》：前面提到有關自來水污染問題，是不是意味著，普通自來水即使燒開了，也不一定能喝？

答：確實如此。因為類似有機物、重金屬、藻毒素等化學污染物，并不會因為水燒開了而消失。有害物質將在人體內漸進積累，會慢慢損害人們的健康。所以說，自來水即使燒開了，也不一定能喝。

大約是去年，國內某知名媒體提出要“拯救男孩”，說現(xiàn)在的小男生越來越中性化，男孩子越長越漂亮，但對女孩子越來越沒有興趣。美國科學家的調查研究發(fā)現(xiàn)，由于自然界的水體被有機物污染，傳統(tǒng)的四步法自來水處理工藝很難去除水體中含有的低微環(huán)境激素，而它的分子結構和雌激素相近，正是它影響了男孩的雄性發(fā)育特征和性功能。由此可見，環(huán)境污染對人類的影響難以估量。據統(tǒng)計，近年中國男性平均精子數(shù)急劇減少，與自來水中可能含有的低微環(huán)境激素密切相關。

環(huán)境激素研究已被視為關系到人類子孫后代能否正常延續(xù)下去的問題，并成為全球關注的熱點。自來水中殘留的環(huán)境激素雖然濃度非常低，常規(guī)分析儀器根本無法檢測到其存在，但它不易降解、殘留期長，可通過生物濃縮和食物鏈放大作用在人體內富集，進而擾亂人體的內分泌系統(tǒng)、神經系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)。

目前，科學家已經認定環(huán)境中有40多種環(huán)境激素，其中多半是氯代有機物，它們會與人體和動物的內分泌系統(tǒng)發(fā)生交互作用，干擾雌激素、睪酮、甲狀腺等的正常功能，臨床上表現(xiàn)為生殖障礙、出生缺陷、發(fā)育異常、代謝紊亂及罹患某些癌癥等。

《百科知識》：您反復提及的加氯消毒副產物對人體健康有什么影響？

答：大家在游泳池中游泳時會發(fā)現(xiàn)，泳池中水的氣味跟自來水的氣味十分相似。這是因為自來水和游泳池所采用的消毒方式相同，都是加氯消毒。作為國內普遍使用的自來水消毒劑，氯在殺滅病菌方面功勛卓著，它能夠殺滅水中的細菌、病毒等病原微生物，以防止傳染病的流行。這種消毒方式在以前是可取的方法；但到了20世紀70年代，科學家發(fā)現(xiàn)，氯氣在有效殺滅病菌的同時，與水中的有機物發(fā)生反應，形成一系列具有致癌作用的加氯消毒副產物，它常被忽視而致大害。科學研究已經證明，飲用水中的加氯消毒副產物是導致腎癌、結腸癌等多種疾病發(fā)病的誘因。

有專家建議，在燒水時揭開壺蓋，燒開后再多煮一會兒，以便讓余氯等有毒物質揮發(fā)。這種做法雖然對去除余氯有一定作用，但自來水消毒的危害并非余氯，而是已被科學研究證明會致癌的加氯消毒副產物。致癌的鹵代烴并不會因為水燒開就消失。

《百科知識》：關于水體中重金屬污染問題呢？

答：重金屬污染雖然是局部性與區(qū)域性問題，但水源一旦受到污染，水廠對它的處理效果也是極其有限的。從化學角度看，密度大于4.5的金屬都可以被稱作重金屬；從生命科學與環(huán)境毒理學的角度看，重金屬是特指汞、鎘、鉛、鉻、砷等具有顯著生物毒性的元素，它們在水中不能被分解，具有被富集、濃縮與放大的效應等。

中國汞排放居世界第一。據今年出版的《國際環(huán)境》雜志報道，來自多個國家的28位科學家對包括中國兒童在內的多國兒童血液汞含量進行了檢測，結果顯示，中國兒童（以貴陽為代表）的血液汞含量為0.99～4.3微克/升，比歐洲兒童高3倍以上，僅低于厄瓜多爾兒童，居全球第二位。汞與鎘都是對生物體有害的重金屬元素。

《百科知識》：從今年7月1日開始，新的飲用水國家標準開始強制施行。它會使飲用水水質有所改善嗎？

答：至2009年底，全國縣以上4000多家自來水廠中，有98%的廠家仍使用傳統(tǒng)水處理工藝。預計新的飲用水標準強制執(zhí)行后，采用深度處理及膜技術改造的水廠所占比例不會超過3%。大多水廠現(xiàn)有工藝條件無法按照新的國標操作，以完全減少污染物。

目前，僅有北京、上海、廣州、深圳、杭州、鄭州等部分城市的部分水廠實現(xiàn)了自來水的深度處理。飲用水新標強制執(zhí)行開始后，采用深度處理的水廠比例只會比原來再多1個百分點而已。

如何喝上潔凈水

《百科知識》：究竟什么樣的水才算是干凈的飲用水？

答：一杯安全的水，應該至少做到三點：一是不含泥沙、鐵銹等看得見的感觀狀物理污染物；二是去除了細菌、病毒等微生物污染物，保證不拉肚子；三是去除了重金屬、農藥、激素、藥品及個人護理用品、石油烴、揮發(fā)酚、藻類分泌物等化學污染物。

《百科知識》：水質凈化未來要面臨哪些挑戰(zhàn)？

答：2008年3月20日出版的《自然》雜志，罕見地用長達10頁的篇幅發(fā)表了名為《未來幾十年水凈化的科學與技術》的論文。這篇論文由來自美國耶魯大學、麻省理工學院等4所頂尖大學的多名科學家聯(lián)合撰寫。

文章指出，在世界范圍內，有許多眾所周知的問題是與缺少清潔新鮮的飲水相關的：12億人口缺少安全的飲用水，每年有數(shù)以百萬的人（每天有3900個兒童）死于由不安全飲水或人體排泄物傳染的疾病，水媒細菌和腸內病毒引起的腸內寄生蟲感染和腹瀉，已經成為因飲水致病的人們營養(yǎng)失調的首要原因。在發(fā)展中國家和工業(yè)化國家中，由于人類活動，進入水中的污染物數(shù)量增加了，如傳統(tǒng)化合物中的重金屬和新型微粒污染劑中的蒸餾物，內分泌紊亂劑和亞硝胺。

文章預言，依據目前的發(fā)展趨勢，水問題在未來幾十年中會變得越來越糟糕。

這篇論文認為，未來水質凈化的首要目標是能夠廉價和高效地檢測和去除水中的有害物質。

文章還分析了目前水質凈化處理技術的缺點。比如，密集的化學處理（例如氨、氯化合物、鹽酸、氫氧化鈉、臭氧、高錳酸鹽、明礬和絮凝劑、助濾劑、阻垢劑、防腐蝕化學藥品和離子交換樹脂及再生劑）和由于使用化學處理法處理產生的殘余物（污泥、鹽水、有毒廢物）會加重水污染和使新鮮水源鹽堿化。

文章稱，雖然原有的一些傳染性病原體被傳統(tǒng)的自來水消毒工藝去除或減少，但新的變異病毒與細菌卻隨之產生，因此飲用水的消毒已經變得越來越有挑戰(zhàn)性。由于在近二三十年間，接近一半的新生病原體為病毒和朊病毒，因此它們被特別關注和統(tǒng)計。在過去，相較于細菌病原體（如弧菌霍亂）和原生動物寄生蟲（如隱孢子蟲），腸病毒較少被人們所關注。一方面是由于它們很難被檢測；另一方面是由于游離氯非常有效地阻礙了它們的活動。

但由于傳統(tǒng)的四步法常規(guī)自來水處理工藝中的加氯消毒方法，不但會產生致癌的消毒副產物，而且游離氯對控制水生病原體如隱孢子蟲和鳥分枝桿菌無能為力。所以專家呼吁飲用水服務行業(yè)應使用新的消毒策略替換使用多年的加氯消毒技術。

針對自來水的臭氧消毒，文章也指出其明顯的缺陷。盡管臭氧與氯結合的處理方法，相較于自由氯在控制隱孢子蟲卵方面非常有效，水中的病毒能被臭氧有效控制，但臭氧消毒會產生其他的消毒副產物，如致癌因子溴酸鹽，且結合氯能夠形成其他毒副產物，相較于傳統(tǒng)的三氯乙烷等消毒副產物，它們具有更大毒性和更強的致癌效應。

因此，文章提出，必須設法避免因為飲用水消毒處理產生致癌的消毒副產物。

《百科知識》：如果在自來水不能達到健康標準的情況下，我們該怎么保證自己可以喝到干凈衛(wèi)生的水？

答：對于普通市民而言，在現(xiàn)階段唯一能夠自我保護的措施就是安裝家用凈水機。

從技術的成熟度和穩(wěn)定性上講，無論是水體中的化學有機物污染，還是重金屬以及細菌、病毒等，均可通過小型的家用凈水設備完全過濾掉。

這些家庭凈水設備費用并不高，一般兩三千元就可購置一套，能夠解決一家3～5口人的飲用水需求，后期的濾芯更換費用也并不高，平均下來每天僅需1元錢左右。

《百科知識》：市場上銷售的家庭凈水機，一般采用微濾、超濾、反滲透、納濾等多種技術，品牌繁多，導致消費者在選擇購買時難以取舍。這些應用不同技術的飲水機之間有什么區(qū)別？如果安裝家用飲水裝置，怎么進行產品選擇？

答：微濾（一般是PP棉）：可去除濁度等感觀狀物理污染物，也就是看得見的污染物。在凈水機中，微濾一般用于預處理，如PP棉能直接阻擋泥沙、鐵銹等。PP棉一般需要每3個月更換一次。

超濾凈水器：目前市場上銷售的凈水（非純水）器多為微濾或超濾產品，它們在改善水的感觀或去除致病菌方面是有效的，可去除細菌、病毒等微生物污染物，價格便宜，水通量大，無需用電、不浪費水；其缺點是，只能去除物理與微生物污染，對引發(fā)疾病的化學污染物束手無策。因此，超濾水作為生活用水勉強可以接受，作為飲用水則有硬傷。

超濾，哪怕最小孔徑的截留分子量都不可能小過1000道爾頓，而有機污染物的分子量通常都小于1000道爾頓，所以，用超濾膜來截留水中的有機污染物是不可能的。需要提醒大家的是，市場上超濾凈水機所用的中空纖維膜，其截留的分子量都是幾十萬道爾頓，絕對不能截留有機污染物，特別是對分子量主要在150～1000道爾頓之間的激素、抗生素、農藥污染等。

反滲透純水機（RO凈水機，又叫純水機）：反滲透凈水機可以去除水中的所有雜質，缺點是必須接通電源才能工作，而且浪費水資源，要凈化1杯水，大體有2杯水直接從下水道排走。反滲透雖然去除了各種化學污染物，但在濾水的同時把水中的礦物質也去除了。而且，凈化后的水呈微酸性，對人體健康不利。

《百科知識》：有沒有可能找到一個兩全齊美的凈水辦法，既可以擁有超濾與反滲透的優(yōu)點，又能克服兩者的缺點？

答：應用納濾技術可以克服這一難題。納濾水機可以在去除微污染的同時保留水中對人體健康有利的礦物質。

納濾技術還是一項節(jié)能技術，無論是作為終端凈水方式，還是自來水廠的整體解決方案，都是非常適用的。

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人體中的水含量

人體內的水分，大約占到體重的65%。人體腦髓含水75%，血液含水83%，肌肉含水76%，連堅硬的骨胳里也含水22%。沒有水，食物中的養(yǎng)分不能被人體吸收，人體中的廢物不能排出體外，藥物不能到達起作用的部位。人體一旦缺水，后果極為嚴重。人體缺水1%～2%，會感覺口渴；缺水5%，會口干舌燥皮膚起皺意識不清，甚至出現(xiàn)幻視；人體缺水15%時，往往會有生命危險。

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他們這樣保障自來水質量

不少發(fā)達國家和地區(qū)為了保證自來水質量，從生產、傳輸和監(jiān)管等5方面做出了詳細規(guī)定，并采取了相應的保證措施。

歐盟：高標準、高質量、高水價歐盟1998年出臺的《飲用水水質指令》被譽為最嚴格的自來水標準，最新指標參數(shù)高達48項。該指令同時明確要求所有歐盟國家對水處理過程使用的材料和化學品建立審批制度，對水質檢測指標和頻率提出指導意見。它還規(guī)定歐盟國家必須向社會公布自來水檢測數(shù)據和結果，發(fā)布水質年報。

由于標準嚴格，政府投入巨大，一些歐盟國家在享受可直飲的高品質自來水的同時，必須承擔較高的水價。

美國：水質情況可網上查美國每一地區(qū)的自來水水質情況，人們都可以從當?shù)毓残l(wèi)生部門或供水企業(yè)獲得，國家環(huán)保署里也有專門的部門負責管理飲用水水質，并在華盛頓和其他10個地區(qū)分部提供有關的水質情況，感興趣的市民可以在網上查詢到有關結果。美國環(huán)保署對于自來水標準亦有詳細規(guī)定，要檢測的成分標準有100多項，并且定義了何為污染物、水中污染物的最大含量值、污染物超標后的潛在危害、污染物的來源等等。

如果有關部門在抽查中發(fā)現(xiàn)自來水中污染物超過最大允許濃度，必須立即通知用戶并采取相應的補救措施。在確認污染問題解決以前必須強制性對飲用水水質進行跟蹤檢測。

此外，美國對于整個自來水管道系統(tǒng)也有嚴格規(guī)定，要求所有和飲用水接觸的產品和材料必須是衛(wèi)生級的。

德國：水質每小時一測為了保障水源的安全，德國各地都建立了水源保護區(qū)，還在含水層周圍按不同的距離劃分了三級水源保護帶，其中對在采水點周圍10米范圍內的一級保護帶的要求最為嚴格，禁止一切污染物滲入地面，違者將被罰以巨款。

德國聯(lián)邦衛(wèi)生部規(guī)定，自來水公司每年都必須出具水質報告，居民可以隨時打電話索取。在人口密集的大城市，水質檢測不是一天一次，而是每小時一次。

日本：東京全用不銹鋼管道日本對水質測試有51項標準，其中包括大腸桿菌、汞含量、水的硬度和味道等。該國政府認為，從水廠到千家萬戶的管道是影響自來水質量最關鍵的因素，因此他們非常重視自來水管道的建設和維護。由于不銹鋼管道抗腐蝕性強，衛(wèi)生性好，可長期使用，自1999年起，東京供水局將不銹鋼波紋管作為自來水管道標準用材。如今在東京，不銹鋼供水管普及率幾乎已達100%，大大改善了自來水水質。

英國：水質差可索賠許多英國家庭使用濾水裝置，并非不信任自來水的安全性，而是想軟化水質，因為英國大部分地方的水質很硬，容易滋生水垢。此外，英國自來水主管道大多是鐵質的，容易生銹，且部分地區(qū)水源中的鐵、錳含量較高，如果處理不好，會在水管中形成沉淀，并混入自來水中，因此英國飲用水監(jiān)察局特別規(guī)定，民眾一旦發(fā)現(xiàn)家里自來水變色，要立刻通知自來水公司，并有權進行索賠。