1 概述
供水系统是城市发展的重要基础设施之一，直接关系到城市的经济建设和社会发展。目前，上海自来水水质虽已达到国家生活饮用水卫生标准，属于安全卫生的饮用水。但与欧美等发达国家相比，尤其在感观性能指标上还存在一定差距。且因上海供水管网(包括室内供水管网)较陈旧，加上物业管理不完善等综合因素，使自来水较难被市民接受作为直接饮用水。
国内大量研究表明，优化自来水厂处理流程，增加生物预处理和深度处理等工艺，逐步更新陈旧的管道，采用新型耐蚀管材，能进一步改善自来水水质。但是，要在短时间内让所有水厂都采用优化处理工艺，资金筹措很难到位。鉴于此情况，目前拟采取小区域范围内改善饮用水水质的措施。
目前市场上改善水质的措施有：(1)家用净水器。其缺点是活性炭吸附容量有限，失效点不宜判断；而且活性炭中易长细菌，使出水中亚硝酸盐和细菌总数增加，用到一定时期后可能水质难以保证。(2)桶装水。其最大问题在于：因水在桶内停留时间过长而容易产生细菌，还不可避免用桶的二次污染问题。(3)管道纯净水。其仅局限于供应少量专供饮(食)用的纯净水，供水量极小。而且，采用某些工艺的管道纯净水，水价偏高。
为此，我公司于2000年初成立了“优质饮用水直接进户生产性试验”课题研究小组，目的在于探索合适的优质自来水处理工艺和供水方式，使用户能方便、安全地用到优质自来水。服务范围为新建住宅小区。
2目前上海供水水质的不足
上海市自来水水质符合我国现行的35项水质标准。但还存在以下几个主要问题：(1)色度、铁和锰含量有时较高；尤其在经管网和室内管道后，这一问题更为突出，导致出现用户笼头出水和浴缸水泛黄的现象。水的色度与铁和锰浓度密切相关，如何降低铁和锰浓度是我们进行工艺选择的关键之一。(2)余氯过高，影响自来水嗅味和口感等。(3)耗氧量有时偏高，而耗氧量是评价水体受还原性有机物和无机物污染程序的综合指标。(4)氨(有时高达3mg/L)有时也偏高，直接影响自来水的嗅和味。
3 出水水质指标
针对目前上海自来水存在的一些问题，我们考虑选用先进的、合理的处理工艺，使出水水质达到99年版城镇建设行业饮用净水水质标准。与欧盟饮用水水质标准或美国EPA水质标准可比的指标，达到欧盟饮用水水质标准或美国EPA水质标准，保证用户方便地使用到真正安全、健康、理想的饮用水。
4 供水方式选择居民用水除饮水外，还有冲洗厕所、洗衣、洗涤和淋浴等用途，除冲厕水不与人体接触外，其它用水都与人体直接接触。
据统计，每人每天饮水量不过2L，仅占到城市供水的1%-2%，但是仅仅考虑饮水用优质水是不够的。一般优质水供应仅考虑饮用，但从人体健康卫生及舒适性要求角度考虑，不但饮用、烹调和食物餐具等的洗涤，而且沐浴用水也有必要按优质饮用水标准考虑。
所以，我们的宗旨是：提高优质饮用水量。厨房间全部供应优质水，以确保饮用、烹调和食物餐具等的洗涤水。
在有条件的地方，除冲厕水外其它水都用优质饮用水。这样，保证优质水水量占到总用水量的25～60%。
5 小型试验
我们委托上海环保设备总厂加工设备，2000年2月底将设备安装到南市制水公司，3月1日正式运行调试。
在南市水厂的大力配合下，试验于2000年3月-5月进行，处理水量为0.3m3/h。
5.1 试验装置工艺流程
试验按三条工艺流程进行，分别为：
工艺流程Ⅰ：
自来水曝气池→水池→锰砂滤池→ (臭氧接触池→ (一级活性炭滤池)→ (二级活性炭滤池)出水→臭氧消毒罐→精密过滤
工艺流程Ⅱ：不经过曝气池
工艺流程Ⅲ：不经过臭氧接触池
其中，臭氧接触池接触时间为10分钟，一级活性炭和二级活性炭接触时间共为20分钟。
5.2 水样及测试指标
测试水样：自来水、曝气池出水、锰砂池出水、臭氧接触池出水、一级活性炭滤池出水、二级活性炭滤池出水、精滤(5μm和1μm)出水、消毒罐出水
每天测试指标：色度、浊度、嗅味、CODMn、锰、氨氮、余氯、细菌、大肠菌群、亚硝酸盐89项水质指标：1次
6结果与分析
所选的臭氧发生器为上海环保设备厂生产的最小型号(3.5-4g/H)，但因为试验水量较小 ，所投加的臭氧量仍较高。试验中，前加臭氧浓度和后加臭氧浓度均为3mg/L。本次试验对各工序进行了水质效果分析，因后加臭氧在精密过滤以后，加注量过高不影响处理效果。但后加臭氧量过高，会使出水中剩余臭氧量过多，水中有臭氧腥臭味。
针对工艺流程Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ，我们分别进行了大量试验，现将试验结果汇总如下：
6.1 对细菌和大肠菌的去除效果
在上述臭氧投加量下，出水细菌和大肠菌的变化见表1。可见，精滤出水仍有细菌，但经后投臭氧消毒，三条工艺流程均可保证最终出水细菌和大肠菌值合格。
从表2可知，三条流程臭氧接触池出水的色度即可达到小于或等于5。曝气池出水色度略有增加，这可能与二价铁、锰被氧化有关。
6.3 对浊度的去除效果
由图1可知，曝气池对浊度无明显去除效果。从一级活性炭出水来看，工艺Ⅲ处理效果最差。三条工艺流程最终出水浊度的去除率均可达50%左右。必须指出的是，臭氧接触池出水浊度均有所增加，这可能跟臭氧的强氧化性有关，将低价态溶解性物质氧化成高价态固体颗粒。
6.4 对耗氧量的去除效果
由图2可知，曝气池出水耗氧量几乎无变化。经一级活性炭滤池的出水耗氧量降低最为明显，说明活性炭滤池对有机物的去除起着十分重要的作用，且工艺Ⅱ和工艺Ⅰ的效果略优于Ⅲ。三条工艺流程最终出水CODMn去除率可达75%以上。
表3是在试验前期的除锰效果。在试验中后期，自来水锰含量很低，所以无法看出除锰效果。
自来水锰含量在0.05～0.1mg/L之间，经锰砂池过滤后，锰的去除率达30%左右。再经过O.3GAC工艺后，出水锰浓度均低于0.05mg/L。可见，锰砂池和O.3GAC工艺对锰有较好的去除效果。由于水中含锰量低和检测方法的限制，本次试验不能确切了解O.3GAC除锰效果。从可以检测的数值看，O.3GAC的去锰效果约30%。
原上海市自来水公司的试验研究也表明，臭氧可氧化一定量的锰，黄浦江原水加臭氧后除锰效果约在50%以上，所以臭氧对锰有去除效果是肯定的。
因此锰的去除可用两种方法：当进水含锰量高时，可用锰砂过滤加臭氧氧化法去除，可提高锰的去除效果，减少臭氧加注量；目前自来水锰的均值为0.055mg/L，可采用臭氧氧化法去除。
由图3可以看出，曝气池对余氯去除效果不明显。三条工艺流程最终出水对余氯去除效果差不多，经一级活性炭滤池的出水去除率达80%以上，减少了氯对二级活性炭滤池的干扰。
6.7 对氨氮的去除效果
氨氮的变化分为二个阶段：
1) 前阶段
在试验前阶段，三条工艺流程对氨氮几乎无去除能力。
2) 后阶段
图4表示试验后阶段出水氨氮的变化。可见，一级活性炭滤池出水氨氮浓度明显降低：工艺Ⅱ去除率达82%，工艺Ⅰ为80%，而工艺Ⅲ去除率仅为60%。这说明，水经臭氧处理后，提高了一级活性炭滤池的生物作用。因为条件限制，工艺Ⅲ的试验紧跟工艺Ⅰ和工艺Ⅱ的试验之后进行，这时活性炭滤池中已有生物膜生成，故三条工艺流程二级活性炭滤池出水氨氮去除率均为80%左右。从表4后阶段亚硝酸盐浓度的变化可以说明，一级活性炭出水亚硝酸盐浓度突然增加，使氨氮的浓度明显降低。所以我们认为，在后阶段活性炭表面生成的生物膜成熟，利于生物作用，将氨氮转化成亚硝酸盐或硝酸盐。有条件的话，可通过镜检来确定是否有生物生成。
从运行资料看，生物活性炭对氨氮有硝化作用，但出水亚硝酸盐偏高。加氧化剂可将亚硝酸盐转化为硝酸盐，例如加氯或加臭氧。试验中经后臭氧的投加，可将严硝酸盐转化为硝酸盐，保证最终出水亚硝酸盐浓度低于饮用水标准。
6.8 89项大检验数据
5月25日下午，在工艺流程Ⅰ运行工况下，我们委托水质监测中心对自来水和消毒罐出水进行了89项大检验。
消毒罐最终出水符合99年版城镇建设行业饮用净水水质标准和我国建设部89项水质标准，且与欧盟标准可比的39项指标来看，均符合欧盟标准。而自来水的浊度、氨、铝、硼、镍这几个指标未达到欧盟标准。
同时与自来水相比，消毒罐出水在有机物指标(如CODMn、TOC、氯仿)、感官指标(如色度、浊度)、氨、农药(如乐果、六六六)等方面有明显的改善。
7 处理工艺的确定
7.1 三条工艺流程的处理效果分析
上述结果表明，三条工艺流程对自来水的处理效果差不多，对色度、浊度、CODMn、锰、氨(后阶段)、余氯均有较高的去除能力，达到了预期的效果。
对于三条工艺的差异分析如下：与工艺流程Ⅰ相比，流程Ⅱ省了曝气池，流程Ⅲ省了前加臭氧装置。
曝气处理有利于部分铁和锰的氧化，便于过滤去除。但是对浊度，耗氧 量和余氯去除效果不明显。
在活性炭滤池前省略了加注臭氧工艺，一级活性炭出水的浊度、耗氧量去除效果较差，尤其对氨氮去除效果明显降低。工艺Ⅲ最终的效果与工艺Ⅰ和Ⅱ相似，这是因为二级活性炭吸附起了很大作用。所以，采用工艺Ⅱ经济合理。本次比较试验分析项目还较少，今后如有条件拟增加有机物分析项目，以深入了解活性炭滤池前加注臭氧的效果。
试验表示，在前期或者水温较低时，氨氮去除效果可能会受到影响，无法保证出水氨氮的浓度在0.5mg/L以下。
7.2 推荐处理工艺
通过对试验结果分析，建议在一般情况下采取如下处理工艺：考虑到臭氧消毒在管网中持续能力差，而氯消毒的特点是可以保持一定浓度的余氯，能在管网中持续杀菌。而且，活性炭出水耗氧量小于1mg/L，再加氯不会导致卤代副产物的生成。
在自来水锰含量长期较高地区，可在臭氧接触池前加锰砂池，以减少臭氧用量，达到除锰效果。
8本工艺的特点
8.1 研究表明，用曝气而不采用臭氧接触池(工艺Ⅲ)，一级活性炭出水氨氮去除率明显要低。这是因为自来水不经臭氧处理，活性炭滤池的生物作用较差。
8.2 锰砂池在进水锰高时起到了一定的作用，但是在锰低时，几乎不起作用。
8.3 二级活性炭滤池不可缺少。一级活性炭滤池去除了大部分余氯，对滤池中生物有杀灭作用。本试验由于时间较短。尚未研究余氯对活性炭滤池中生物的影响。
9应用现状
目前，该工艺已开始在上海东苑小区投入运行，出水水质达到了预期的目的，受到了用户的好评。
10结论与讨论：
10.1 通过试验，确定采用的工艺流程为：
管网水-臭氧接触池-一级活性炭滤池-二级活性炭滤池-精密过-滤-出水-消毒罐
10.2 该工艺可保证出水细菌和大肠菌合格，色度小于5度，浊度去除率50%左右，耗氧量去除率75%以上，余氯去除率80%以上，氨氮去除率80%左右，出水完全符合城镇建设行业净水标准。
10.3 在自来水锰含量长期较高地区，可在臭氧接触池前加锰砂池，以减少臭氧用量，达到除锰效果。
10.4 本项目若推广应用，势必会增加一定的成本。但是去除了水中的一些有害有机物，保留了水中对人体有益的矿物质和微量元素，改善了目前自来水的色度和口感问题，具有一定的社会效益。
作者单位：上海市自来水市南有限公司
（昕龙春XLC认为优质饮用水的提法需要慎重）
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