2000BC：在古希臘和古印度出現(xiàn)有文字記錄的最早的飲用水處理.。人們通過砂濾、煮沸來處理飲用水。公元前1500年：古埃及人首先發(fā)現(xiàn)混凝沉淀原理,用明礬去除水中顆粒物。公元300年：羅馬建造了世界上最大的第一個城市供水系統(tǒng)Aqueducts。500—1500年：隨著羅馬帝國的衰落，城市規(guī)模變小，出現(xiàn)小型城市供水系統(tǒng)。1804年：RobertThom 設(shè)計了第一個真正意義上的城市飲用水處理廠，在英國建成。水廠的處理工藝為慢速砂濾。最開始采用馬車送水，三年后安裝了第一條自來水管1854年：JohnSnow 發(fā)現(xiàn)霍亂可以通過飲用受污水污染的飲用水傳播。1864年：LousPasteur 提出疾病的微生物理論，建立了微生物和傳染病之間的關(guān)系。1890s：GEORGE Fuller 發(fā)現(xiàn)混凝沉淀和快速砂濾池結(jié)合使用可以更好地去除病原微生物。美國一些水廠開始采用混凝沉淀和快速砂濾來確保飲用水安全。1900年：英、美等國開始對飲用水進(jìn)行氯消毒，殺滅病原微生物。
第一代凈水技術(shù)：常規(guī)處理
常規(guī)處理通常由混凝、沉淀、過濾和消毒組成，最早于19世紀(jì)在歐洲開始得到應(yīng)用，到20世紀(jì)在全世界得到十分廣泛的應(yīng)用，目前仍然是全世界的主流飲用水凈化工藝，其主要去除對象為水中懸浮物、膠體物和部分大分子有機(jī)物，并殺滅水中絕大部分細(xì)菌和病毒，保證飲用水的基本安全性。因常規(guī)處理工藝的應(yīng)用對控制水媒傳染病的爆發(fā)、保障人體健康和公共安全作出的杰出貢獻(xiàn)，美國工程院于2004年評選20世紀(jì)對人類生活貢獻(xiàn)最大的二十項(xiàng)重大科技成果時將飲用水的常規(guī)凈化工藝列在第四位（前三位分別為電、汽車和飛機(jī)）。
第二代凈水技術(shù)：臭氧活性炭深度處理
活性炭吸附可有效地去除嗅味、色度、氯化有機(jī)物、農(nóng)藥、放射性污染物及其它人工合成有機(jī)物。但用活性炭做吸附劑的價格較貴，對大部分極性短鏈含氧有機(jī)物如甲醇、乙醇、甲醛、丙酮、甲酸等不能去除，而且活性炭在應(yīng)用一定的周期后其吸附能力喪失，需要再生后才能重新應(yīng)用。因此單純活性炭的應(yīng)用受到很大局限。
臭氧與活性炭聯(lián)用有以下優(yōu)勢：（1）臭氧氧化能力較強(qiáng)，可以將大分子有機(jī)物分解成小分子有機(jī)物，從而增加后續(xù)活性炭對有機(jī)物的吸附能力。（2）臭氧分解為氧氣后增加了水中溶解氧濃度，加上臭氧氧化有機(jī)物后水中可生物利用有機(jī)物增加，有利于活性炭上微生物的生長，因此活性炭變成生物活性炭，利用活性炭上微生物對有機(jī)物的降解作用，提高了對有機(jī)物的去除效率的效率和活性炭的使用周期。（3）臭氧消毒反應(yīng)迅速，殺菌效率高。（4） 臭氧活性炭能夠減少水中氯代消毒副產(chǎn)物的生成量。
但臭氧活性炭的應(yīng)用在21世紀(jì)受到新的挑戰(zhàn)，主要原因有：（1）臭氧化副產(chǎn)物問題。采用臭氧氧化工藝，將產(chǎn)生一些臭氧化副產(chǎn)物，主要可分為兩類，一類是溴酸鹽和次溴酸鹽。其中溴酸鹽具有強(qiáng)致癌性。另一類是臭氧化有機(jī)物后產(chǎn)生的小分子有機(jī)物，如醛類、脂肪酸、羧酸、酮類、AOC等，這些有機(jī)物有些具有較強(qiáng)的生物毒性。（2）生物安全性問題。（3）氧化藻類分泌藻毒素的問題。
第三代凈水技術(shù)：膜技術(shù)
目前常見的膜法有微濾、超濾、納濾、反滲透、電滲析、滲透蒸發(fā)、液膜等。從膜濾法的功能上看，反滲透能有效去除水中的農(nóng)藥、表面活性劑、消毒副產(chǎn)物、THMs、腐殖酸和色度等。納濾膜用于分子量在300以上的有機(jī)物去除。超濾通?？讖綖?.01或0.04微米，能去除分子量大于1000以上的有機(jī)物、微生物，包括兩蟲、細(xì)菌和病毒。微濾通?？讖奖瘸瑸V要大，因此過濾效率不如超濾。因?yàn)閮上x即隱孢子蟲和賈第蟲具有抗氯性，是目前飲用水處理中倍受關(guān)注的致病微生物。因此超濾對兩蟲的去除可以有效保證飲用水的微生物學(xué)安全性。同時超濾可以充分保證濁度物質(zhì)的去除，解決目前常規(guī)處理對濁度去除不充分的問題，而且超濾可以大大減少占地面積，節(jié)約土地資源。因此，綜合考慮技術(shù)特點(diǎn)和成本因素，目前超濾是飲用水凈化中的主流技術(shù)。
消毒劑及其發(fā)展
1897年英國首次使用氯氣對給水管網(wǎng)消毒以來，氯氣用于自來水消毒已經(jīng)經(jīng)歷了100多年的歷史。目前，我國大多數(shù)城市仍然采用氯氣消毒法。氯加到水中后生成次氯酸HOCl和次氯酸根，其中次氯酸是很小的中性分子，容易擴(kuò)散到帶負(fù)電的細(xì)菌表面，并通過細(xì)菌壁到細(xì)菌內(nèi)部，因氧化作用破壞了細(xì)菌的酶系統(tǒng)，從而使細(xì)菌死亡；次氯酸根也具有殺菌能力，但因帶有負(fù)電，不容易接近帶負(fù)電的細(xì)菌表面，殺菌能力比HOCl差得多。
氯消毒主要受到加氯量、氯與水的接觸時間、水的濁度、水的pH值、水溫、氨氮含量等因素的影響。
氯消毒主要受到加氯量、氯與水的接觸時間、水的濁度、水的pH值、水溫、氨氮含量等因素的影響。
（1） 液氯消毒采用氯瓶貯存液氯進(jìn)行消毒，在常溫下，當(dāng)按規(guī)定打開 氯閥時，液態(tài)氯變成氣態(tài)氯，氯氣是一種氧化能力很強(qiáng)的黃綠色有毒氣體，是一種具有特殊強(qiáng)烈刺鼻味的窒息性氣體。 加氯氣消毒的原理：當(dāng)水中無氨氮存在時，起消毒作用的主要是次氯酸；當(dāng)水中存在氨氮時，會生成氯胺，且隨著加氯量的不斷增加，氯胺的性質(zhì)產(chǎn)生變化，分別生成一氯胺、二氯胺 、三氯胺。氯胺的消毒作用比次氯酸要慢的多。
（2） 次氯酸鈉消毒次氯酸鈉內(nèi)的有效氯，因容易受日光、溫度的影響而分 解，所以采用次氯酸鈉發(fā)生器就地制造、應(yīng)用。次氯酸鈉發(fā)生器利用鈦陽極電解食鹽水而產(chǎn)生次氯酸鈉，反應(yīng)式為：
（2） 次氯酸鈉消毒次氯酸鈉內(nèi)的有效氯，因容易受日光、溫度的影響而分 解，所以采用次氯酸鈉發(fā)生器就地制造、應(yīng)用。次氯酸鈉發(fā)生器利用鈦陽極電解食鹽水而產(chǎn)生次氯酸鈉，反應(yīng)式為：
NaCl+ H2O → NaClO +H2
次氯酸鈉在水溶液中的反應(yīng)式為： NaCIO +H2O → HOCl +Na++0H-
由發(fā)生器生產(chǎn)出的次氯酸鈉，是淡黃色透明液體，次氯酸鈉的滅菌原理主要是水解形成次氯酸進(jìn)行消毒。
（3） 氯胺消毒當(dāng)原水有機(jī)物較多，含氨量高，給水管網(wǎng)中藻類和細(xì)菌有再生長的可能，要達(dá)到出廠水全部都是游離氯確實(shí)有困難，或者需要減輕或避免自來水中的氯酚臭味時，可以考慮使用氯胺消毒。氯胺消毒是同時向水中加氯和加氨，氨可以是液氨、硫酸銨或氯化銨溶液；一般重量比控制在氨：ɡ氯=1：3或1：6，在水溫高時可取1：3，在水溫低時取1：6；除了控制加氯量和加氨量外，還要注意投藥的順序，一般是 “先氯后氨”。氯和氨作用后生成氯胺，如果天然水中含有氨氮，也可和氯反應(yīng)生成氯胺。氯胺消毒的殺菌持續(xù)時間長，所以當(dāng)給水管和給水管網(wǎng)很長時，可防止細(xì)菌在管網(wǎng)中再度生長，但氯胺是逐漸放出次氯酸，其殺菌能力遠(yuǎn)比游離氯差，所以需要有2 h以上的接觸時間。
（4） 漂白粉消毒
漂白粉是氯氣和石灰加工而成，其組成復(fù)雜，含氯量為25％~30％，漂白精的分子式為Ca(OCl)2，含氯量為50％~60％，易受光、熱和潮氣作用而分解，含氯量隨之降低，貯藏在干燥和通風(fēng)處。漂白粉與水作用的反應(yīng)式為：
由發(fā)生器生產(chǎn)出的次氯酸鈉，是淡黃色透明液體，次氯酸鈉的滅菌原理主要是水解形成次氯酸進(jìn)行消毒。
（3） 氯胺消毒當(dāng)原水有機(jī)物較多，含氨量高，給水管網(wǎng)中藻類和細(xì)菌有再生長的可能，要達(dá)到出廠水全部都是游離氯確實(shí)有困難，或者需要減輕或避免自來水中的氯酚臭味時，可以考慮使用氯胺消毒。氯胺消毒是同時向水中加氯和加氨，氨可以是液氨、硫酸銨或氯化銨溶液；一般重量比控制在氨：ɡ氯=1：3或1：6，在水溫高時可取1：3，在水溫低時取1：6；除了控制加氯量和加氨量外，還要注意投藥的順序，一般是 “先氯后氨”。氯和氨作用后生成氯胺，如果天然水中含有氨氮，也可和氯反應(yīng)生成氯胺。氯胺消毒的殺菌持續(xù)時間長，所以當(dāng)給水管和給水管網(wǎng)很長時，可防止細(xì)菌在管網(wǎng)中再度生長，但氯胺是逐漸放出次氯酸，其殺菌能力遠(yuǎn)比游離氯差，所以需要有2 h以上的接觸時間。
（4） 漂白粉消毒
漂白粉是氯氣和石灰加工而成，其組成復(fù)雜，含氯量為25％~30％，漂白精的分子式為Ca(OCl)2，含氯量為50％~60％，易受光、熱和潮氣作用而分解，含氯量隨之降低，貯藏在干燥和通風(fēng)處。漂白粉與水作用的反應(yīng)式為：
Ca(OCl) 2 +2H2O- 2HOCl+Ca(OH)2 +CaCl2
消毒原理與氯相同。
（5） 二氧化氯
近年來， 自來水廠陸續(xù)采用了二氧化氯發(fā)生器，由發(fā)生器生產(chǎn)出的二氧化氯溶液對自來水進(jìn)行消毒，二氧化氯是黃綠色氣體有一種辛辣的氣味，在水溶液中相當(dāng)穩(wěn)定，可作為消毒劑安全使用。它的水溶液顏色和濃度有關(guān)，低濃度時為黃綠色，高濃度時為桔紅色。是一種高效氧化劑，有強(qiáng)大的去色和漂白能力。 二氧化氯發(fā)生器，是一種運(yùn)行成本很低、藥物投加準(zhǔn)確、消毒效果極佳的設(shè)備，不含制氯廠出品的那些復(fù)雜甚至有害的成份，使用氯酸鈉與鹽酸定量滴定，控制反應(yīng)生成量的辦法來實(shí)現(xiàn)，其總反應(yīng)表達(dá)如下：
NaClO + 2HCl- NaCl+Cl2 + 0.5ClO2+ 2H2O
對經(jīng)水傳播的病原微生物，包括病毒、牙孢及水路系統(tǒng)中的異養(yǎng)菌、硫酸鹽還原菌和真菌均有很好的消毒效果。它主要的作用是對細(xì)胞壁有較好的吸附和透過性，可有效地氧化細(xì)胞內(nèi)含基的酶，并可快速地控制微生物蛋白質(zhì)的合成。二氧化氯先同水發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生亞氯酸HClO2 ，亞氯酸是一種相當(dāng)弱的弱酸，具有氧化漂白作用。
二氧化氯被認(rèn)為是氯消毒劑的理想替代品。二氧化氯的消毒機(jī)理主要是通過吸附、滲透作用，進(jìn)入細(xì)胞體，氧化細(xì)胞內(nèi)酶系統(tǒng)和生物大分子，較好地殺滅細(xì)菌、病毒，且不對動、植物產(chǎn)生損傷，殺菌作用持續(xù)時間長，受PH影響不敏感。二氧化氯與水中有機(jī)物的反應(yīng)為氧化作用，而氯則以取代反應(yīng)為主。
（6） 臭氧臭氧一種強(qiáng)氧化劑，可自動分解為氧氣，屬易燃易爆品。臭氧常用空氣作為原料制備，空氣須先經(jīng)過凈化和干燥處理以提高臭氧生產(chǎn)率，防止設(shè)備積垢和降低能量消耗。臭氧在水中的溶解度有限，必須有臭氧和水的接觸室，以及尾氣回收利用和處置設(shè)備，才能提高使用效率。但由于臭氧制取設(shè)備復(fù)雜，投資大，運(yùn)行費(fèi)用高，一直沒有得到普遍推廣。臭氧的消毒機(jī)理包括直接氧化和產(chǎn)生自由基的間接氧化，與氯和二氧化氯一樣，通過氧化來破壞微生物的結(jié)構(gòu)，達(dá)到消毒的目的。因此消毒效果與其氧化還原電位直接相關(guān)。由于臭氧分子不穩(wěn)定，易自行分解，在水中保留時間很短，因此不能維持管網(wǎng)持續(xù)的消毒效率，而且臭氧消毒產(chǎn)生溴酸鹽、醛、酮等副產(chǎn)物，其中溴酸鹽在水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中有規(guī)定，醛、酮等副產(chǎn)物部分是有害健康的化合物，部分使管網(wǎng)水生物穩(wěn)定性下降，因此臭氧消毒在使用中受到一定的限制。對于大、中型管網(wǎng)系統(tǒng)，采用臭氧消毒時必須依靠氯來維持管網(wǎng)中持續(xù)的消毒效果。
（7） 紫外線氯、二氧化氯和臭氧消毒是化學(xué)法消毒，而紫外線則是物理消毒，紫外線是指電磁波波長處于200~380 nm的光波，紫外線消毒機(jī)理與其它氧化劑不同，是利用波長254 nm及其附近波長區(qū)域?qū)ξ⑸顳NA的破壞，阻止蛋白質(zhì)合成而使細(xì)菌不能繁殖。由于紫外線對隱孢子蟲的高效殺滅作用和不產(chǎn)生副產(chǎn)物，紫外線消毒在給水處理中顯示了很好的市場潛力。因?yàn)槁认静荒苡行珉[孢子蟲卵囊，而紫外線對隱孢子蟲卵囊有很好殺滅效果。而且在常規(guī)消毒劑量范圍內(nèi)紫外線消毒不產(chǎn)生有害副產(chǎn)物，但紫外線消毒不能維持管網(wǎng)內(nèi)持續(xù)的消毒效果，在大型水廠的應(yīng)用必須跟氯結(jié)合，其使用目前還受到一定限制。
（6） 臭氧臭氧一種強(qiáng)氧化劑，可自動分解為氧氣，屬易燃易爆品。臭氧常用空氣作為原料制備，空氣須先經(jīng)過凈化和干燥處理以提高臭氧生產(chǎn)率，防止設(shè)備積垢和降低能量消耗。臭氧在水中的溶解度有限，必須有臭氧和水的接觸室，以及尾氣回收利用和處置設(shè)備，才能提高使用效率。但由于臭氧制取設(shè)備復(fù)雜，投資大，運(yùn)行費(fèi)用高，一直沒有得到普遍推廣。臭氧的消毒機(jī)理包括直接氧化和產(chǎn)生自由基的間接氧化，與氯和二氧化氯一樣，通過氧化來破壞微生物的結(jié)構(gòu)，達(dá)到消毒的目的。因此消毒效果與其氧化還原電位直接相關(guān)。由于臭氧分子不穩(wěn)定，易自行分解，在水中保留時間很短，因此不能維持管網(wǎng)持續(xù)的消毒效率，而且臭氧消毒產(chǎn)生溴酸鹽、醛、酮等副產(chǎn)物，其中溴酸鹽在水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中有規(guī)定，醛、酮等副產(chǎn)物部分是有害健康的化合物，部分使管網(wǎng)水生物穩(wěn)定性下降，因此臭氧消毒在使用中受到一定的限制。對于大、中型管網(wǎng)系統(tǒng)，采用臭氧消毒時必須依靠氯來維持管網(wǎng)中持續(xù)的消毒效果。
（7） 紫外線氯、二氧化氯和臭氧消毒是化學(xué)法消毒，而紫外線則是物理消毒，紫外線是指電磁波波長處于200~380 nm的光波，紫外線消毒機(jī)理與其它氧化劑不同，是利用波長254 nm及其附近波長區(qū)域?qū)ξ⑸顳NA的破壞，阻止蛋白質(zhì)合成而使細(xì)菌不能繁殖。由于紫外線對隱孢子蟲的高效殺滅作用和不產(chǎn)生副產(chǎn)物，紫外線消毒在給水處理中顯示了很好的市場潛力。因?yàn)槁认静荒苡行珉[孢子蟲卵囊，而紫外線對隱孢子蟲卵囊有很好殺滅效果。而且在常規(guī)消毒劑量范圍內(nèi)紫外線消毒不產(chǎn)生有害副產(chǎn)物，但紫外線消毒不能維持管網(wǎng)內(nèi)持續(xù)的消毒效果，在大型水廠的應(yīng)用必須跟氯結(jié)合，其使用目前還受到一定限制。
