1.1 给水处理中有机物的来源及危害

1.1.1 水中有机物的来源

不论工业给水，还是生活饮用水，它们的水源绝大部分取自天然水（河水、湖水、井水、海水）；也有少部分工业给水取自城市自来水，但仍是来自天然水。近年来还有一些工业用水取自中水处理的出水，虽然它们源自各种污水，但中水处理后的出水水质接近天然水水质。

各种水体中普遍存在化学性质和化学组成复杂的有机物，即使水体没有遭受污染，也会发现水体中存在种类和浓度各异的有机物，这些有机物通过直接或间接方式，影响水体的物理、化学、生物性质。水中有机物的产生、存在和迁移转化过程与水生生物（包括微生物、浮游生物、鱼类）的组成和生命活动（繁殖、生长、死亡）过程都存在十分密切的关系，水中有机物还参与和调节水中氧化-还原、沉淀-溶解、络合-解离、吸附-解析等一系列物理化学过程，并影响许多无机成分（特别是重金属元素和过渡金属元素），所以有机物是天然水中一个重要的组成部分。

但是，水中有机物种类繁多、组成复杂、浓度又低（单种物质浓度通常都在μg/L级及以下），再加上有机物分析测试极为困难，所以目前对水中有机物的认识非常粗浅，对水中有机物的检测、分类、性质的了解远不如对水中无机物那样，许多工作仍处于初始阶段。

天然水中有机物的来源有两个方面：一是水在自然循环和社会循环过程中溶解和携带的有机成分，包括土壤中有机质的溶解、动植物的腐烂、人和动物的排泄、工业的排放等；二是水生生物生命活动过程中所产生的各种有机物质。水中有机物的含量是水中各种复杂生物过程相互作用的结果，天然水中有机物含量一般较低，河水、湖水及地下水水体中有机物的总浓度通常为几个mg（C）/L，个别（如沼泽水）可高达50mg（C）/L，但洁净的地下水中有机物含量很低，海水中有机物的含量范围在0.2～0.3mg（C）/L之间。

天然水中有机物含量虽然低，但其种类却很多，从有机化学角度来看，它几乎包括各种结构类型的有机化合物。曾有报道指出，在世界各水体中已检测出有机化合物2221种，饮用水中检测出765种，而且随着检测技术的进步，检出的有机物种类数量还呈上升趋势，因为从理论上讲，几百万种天然的和人工合成的有机物都会通过各种途径进入水体。在我国，曾在松花江、长江、珠江、黄浦江、运河等水体中检测出几百种有机化合物。比如，1982—1985年在黄浦江水中检测出303种有机物（见表1-1）;1980年对松花江哈尔滨河段水用色质谱（GC/MS）检测出246种有机物，其中烷烃49种、烯烃7种、芳香化合物58种、多环芳烃15种；在长江（镇江段）、珠江（广州段）、运河水中检测出的有机物也都达到几百种。应当指出的是，由于检测技术的限制，报道的已检出的多种有机物多是相对分子质量在300～500以下的简单化合物，不包括天然水中相对分子质量高的各种天然有机物，如腐殖质类物质。

给水处理中的有机物除源水中带入的有机物（即天然水中有机物）外，还有一些其他途径可将有机物带入给水处理系统及其用户，它们的带入量虽然不大，但有时也要给予重视，尤其是在纯水制备系统中。这些途径具体如下。

（1）有机的水处理药剂。在水处理工艺中，常添加水处理药剂，如有机絮凝剂、杀菌剂等，它们加入水中后，有一部分会变为沉淀析出，也有一部分会发生分解，还有一部分会溶解残留在水中，使水中有机物含量上升。

（2）机械转动部件的润滑油（脂）漏入水中，在工业上这是经常发生的，它使水中油含量上升。

（3）有机材质的管道和管件的溶解，虽然其溶解量是极微小的，但在纯水处理系统中，其影响还是存在的。曾经发生过某纯水制备水处理系统使用一种劣质的ABS材质管道，导致出水电导率一直不合格，直到更换管道后，情况才改变。

不同有机材质的管道其有机物溶解量是不同的，即使是相同材质，不同厂家和批次的产品，其溶解量也不同。

（4）水处理材料的溶解。这方面最典型的例子是离子交换树脂的溶解，离子交换树脂是纯水制备中重要的材料，它可以彻底交换水中无机离子，使水质达到很纯的程度。离子交换树脂是高分子聚合物，在其制造过程中，会出现多种低分子聚合物，在使用过程中也会发生聚合链的断裂降解，产生低分子聚合物物质，这些物质直接溶解在水中，使水中有机物含量上升，其危害是巨大的。比如阳离子交换树脂溶出物中含有有机硫化物，受热后会分解出SO2-4，会对某些金属材料产生腐蚀。

1.1.2 水中有机物的危害

研究给水处理中的有机物问题主要是因为有机物造成的危害所引起的，水源水中的有机物质是这种危害产生的主要原因。天然水中杂质主要有无机物和有机物两大类，早期的水处理技术着重研究水中无机物的去除，现有的水处理技术，可以很容易地将水中无机物彻底去除，但对有机物去除却很困难。随着工业的发展和人们生活水平的提高，向天然水体排放有机物也越来越多，天然水中有机物含量明显上升（现在将这种水源称为微污染水源）。水中有机物质带来的危害主要包括以下三个方面。

1．对给水处理设备运行带来危害，使设备产水质量下降

天然水中的有机杂质，会影响水处理设备的正常运转，使出水水质变差，有时甚至会使水处理材料污染，丧失功能，甚至报废。

比如，天然水中的有机物，特别是大分子有机物，以有机胶体形式存在（自身为有机胶体或粘附于无机胶体上形成的混合胶体）时，会改变水中胶体物质ζ电位，使水混凝过程困难，增加混凝剂量，使出水水质变差。特别是当这种水源用作反渗透进水时，一般混凝处理很难使反渗透进水SDI值达到合格，造成反渗透膜的污堵。

再比如，在纯水制备中，水中有机物会严重污染阴离子交换树脂，它使阴离子交换树脂交换能力下降，使出水水质变差（硅含量上升），再生困难，自用水比耗上升。由于这种污染的可逆性很差，污染后树脂性能很难恢复，造成树脂报废、更换。

再者，水中有机物的存在有利于水处理系统的设备、管道中微生物滋生，这些微生物及其分泌物会造成水处理设备、管道、材料的污堵，例如过滤材料的结块、各种膜的污堵等。

2．对用水设备（或产品）带来危害

现有的水处理技术对水中有机物的去除能力很低。水中有机物会穿透水处理系统进入产品水中，从而直接危害用水设备（或产品），在纯水用户中，这种危害特别突出。比如锅炉用水，水中带入的有机物进入锅炉后会在高温下分解，分解产物是各种低分子有机酸，使炉水pH下降，腐蚀增加；低分子有机酸沸点低，又随蒸汽进入热力系统，造成汽轮机被腐蚀，直接危害设备安全。电子工业清洗用的纯水中如果有有机物带入，会直接影响电子产品质量。医药制剂工业用水中有机物的存在，也会影响药品质量。

3．生活饮用水中有机物直接造成健康损害

水中有机物对人类的危害主要体现在三个方面：一是促进水中微生物滋生，引发传染疾病；二是本身具有毒性，如各种有机农药会导致人体中毒；三是具有致癌、致畸、致内分泌紊乱的作用，对人体的危害长期而隐蔽。

常规的生活饮用水处理工艺比较简单（混凝、澄清、过滤、消毒），对水中有机物（特别是溶解态有机物）去除率很低。防止水中微生物滋生、引发传染疾病的方法是消毒，杀灭水中的病原菌，防止通过饮水而发生肠道传染病。最早用的消毒方法是加氯，利用氯的氧化性杀死水中微生物。但是氯化消毒在杀死微生物的同时，也氧化水中有机物，产生大量的消毒副产物（disinfection by-products, DBPs），其中主要有三卤甲烷（THMs）、四氯化碳及1,2-二氯乙烷等有机氯化物，调查结果证明它们在氯化消毒的自来水中广泛存在，是在氯化消毒过程中产生的。据美国、日本、加拿大、挪威、芬兰等国的研究，在有机卤化物含量较高的饮水区域，胃癌、肝癌、膀胱癌、直肠癌、结肠癌等发病率明显增高，国内也有这方面的报道，动物试验也证明饮用含这类物质的水甚至皮下注射会引起肝癌。