顾久传:净水器——饮水的安全保险

2020-03-07 16:30:18 超康净水器 2735

 本文作者:顾久传(复旦大学物理二系1969届毕业,中国净水行业资深专家,高级工程师,中国净水行业协会(筹)秘书长、中国净水行业高峰论坛组委会秘书长,无锡净水行业协会秘书长)


【人类饮水向何处去?】


在上一章中,我们讲到人类饮水发展历史的五个阶段中的天然水时代和井水时代。


喝井水比喝天然水,无疑是进了一大步。但是,喝井水还是有二大缺陷:


一是不方便,需要去水井打水;


二是水质不好、不安全。特别是随着社会、经济、工农业生产的发展,地表水和浅层地下水水质越来越差。


(1)工业:工厂、矿山、交通运输等排出的废水、废渣、废气;


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(2)农业:化肥、农药、除草剂、杀虫剂等;


(3)畜牧业:家畜排泄物、抗菌素等; 


(4)渔业:养鱼、虾、蟹等投加饲料、抗菌素等;


(5)生活废水及废弃物:如粪便、垃圾、医院废物废水,


(6)旅游业、交通运输业:废弃物等;


随着社会经济的不断发展,中国人口也不断增长,社会上对水资源的需求量也急速递增。由于对地下水资源的过度开采,地下水位下降,导致水源枯竭,再加上地表上日益严重的环境污染也加剧了地下水资源的污染。


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 根据《2017中国生态环境状况公报》显示,2017年,全国5100个水质监测点中,地下水较差级和极差级比例占2/3。主要超标指标为总硬度、锰、铁、溶解性总固体、'三氮'(亚硝酸盐氮、氨氮和硝酸盐氮)、硫酸盐、氟化物、氯化物等,个别监测点存在砷、六价铬、铅、汞等重(类)金属超标现象。近年来各地曝光的“癌症村”、“畸形村”等农村地区的怪病频发现象,大多与地下水污染有关。


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 2019年5月29日,生态环境部召开2019年5月份例行新闻发布会。


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水质监测点中Ⅰ类水质监测点占1.9%,Ⅱ类占9.0%,Ⅲ类占2.9%,Ⅳ类占70.7%,Ⅴ类占15.5%,超标指标为锰、铁、浊度、总硬度、溶解性总固体、碘化物、氯化物、“三氮”(亚硝酸盐氮、硝酸盐氮和氨氮)和硫酸盐,个别监测点铅、锌、砷、汞、六价铬和镉等重金属超标。


Ⅰ~Ⅲ类水质监测井占23.9%,Ⅳ类占29.2%,Ⅴ类占46.9%,超标指标为锰、铁、总硬度、溶解性总固体、氨氮、氟化物、铝、碘化物、硫酸盐和硝酸盐氮。


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(注:2019年的“公报”要2020年5月份以后才会发布,所以这是最新、最权威的数据)


也就是说,一是水源枯竭,地下水位下降,井水打不出或越打越深;更主要的是水质很差,导致怪病频发、“癌症村”、“畸形村”现象屡现。


所以,在没有自来水的农村,如果要用井水的话,一定要购买和使用净水器,把井水通过净水器净化后才能喝。请注意,上面所提地下水超标的项目,超滤净水器基本上不起什么作用;对其中的多数超标项目,如亚硝酸盐氮、氨氮、硝酸盐氮、氟化物、氯化物、碘化物等,都是一价离子,纳滤净水器也是无能为力的,起不了什么作用。所以要净化地下水,只能依赖反渗透净水器。如果我们要购买或使用净水器,还是以反渗透净水器为好,出水最安全、最健康。 


3、自来水时代


现代自来水已有一百多年的历史。自来水处理过程如下:


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原水(江河、湖泊、水库等)——吸水井(抽水)——取水泵站——反应池——加混凝剂(混凝)——沉淀池(沉淀、澄清)——过滤池(过滤)——加消毒剂(消毒)——清水池——送水泵站——输水管网——用户


这里有三个关键点:混凝和混凝剂、水消毒和消毒剂、输水管网


(1)混凝和混凝剂


我国是采用水处理药剂来混凝净化水的老祖宗。


往水中加入某些药剂(混凝剂),如明矾,溶于水并搅拌后,会生成絮凝状物(俗称“矾花”),使水中不易沉降的细小悬浮物、胶体等沉淀,这个过程称为“混凝”。经混凝、沉淀后的上层澄清水更清澈,人们可取之饮用。


我国采用明矾净水的文字记载最早见明代宋应星在明崇祯10年(公元1637年)刻印的《天工开物》一书。也就是说,我国在四百多年前就有采用加明矾作为絮凝剂对天然水进行混凝、沉淀,把水净化后饮用的文字记载。


使用明矾净黄河水


在1744~1746年出版的西班牙教士纳瓦雷特撰写的《中国帝国游记》中,详细记载了当时所看到的、普遍使用的明矾使黄河水变为清水的情况,并说这是自然的秘密,为当时西方所不知。直到1884年,美国才开发使用硫酸铝作混凝剂。


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大家都知道,黄河是中国的母亲河。唐代大诗人李白《将进酒》:君不见黄河之水天上来,奔流到海不复回。


但黄河从黄土高原奔腾而下,卷入了大量的泥沙,很浑浊。明代著名文人许次纾(1549-1604)于明万历25年(公元1597年)所写的《茶疏》(关于茶的著作)中《择水》篇:“……今时品水,必首惠泉,甘鲜膏腴,致足贵也。往三渡黄河,始忧其浊,舟人以法澄过,饮而甘之,尤宜煮茶,不下惠泉。黄河之水,来自天上,浊者土色也。澄之既净,香味自发。……”


许次纾三过黄河,原先还担忧黄河水很浑浊,不能饮用。但黄河船夫却有一种特殊方法,使浑浊的黄河水经处理后非常洁净,喝起来很甘甜可口,尤其适宜泡茶,香味喷发,甚至不亚于当时的头号好水无锡惠泉水。


明代黄河船夫到底用的是什么妙法,来使黄河水澄清的,许次纾在书中没有交代。但宋应星的《天工开物》和西班牙教士纳瓦雷特的《中国帝国游记》中都写得很明确,可用明矾净黄河水。


古代中国人发现的净水方法,很科学。明矾所含硫酸铝,溶于水中后生成氢氧化铝胶体,有很强的吸附能力,可以吸附水里悬浮的杂质(如泥沙等),并形成共沉淀,使水澄清,是一种很好的混凝剂。


我国明代净水系统


2004年,在浙江省永嘉县溪口乡溪二村考古时,发现了一套400多年前,明朝晚期的保留完好的古代净水系统。它在明代晚期一位李姓御医宅院“三退屋”东南角的院子里,经浙江省考古研究所和温州市有关专家鉴定后,被认定为明代晚期该住户曾使用过的净水池。据悉,这是目前国内发现的最早的水处理净化工程。


它由5个大小不一、排列有序的水池组成。大的水池6.4m2,小的仅1.22m2。考古人员赶赴现场发掘后发现,整个水池的四壁均用大块鹅卵石垒砌而成,内部用砖分隔。5个水池深度大致相等,约0.9m。原水从距村700~800m 远的山麓用陶制水管引入。


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专家分析认为,各池之间的水是通过溢流方式传输的:水先进入第1格水池。这是一个存有砂石、瓦砾、黄泥的池子,长近2m多,宽约55cm。1号池用于沉淀水中的泥砂,水经过沉淀后,流进第2格水池。2号池全部用砖头砌成,里还存有木炭。2号滤池内的污泥成份就有明矾,还有三层每层20毫米厚的木炭层。说明2号池加了明矾等混凝剂,与净化处理水质有关,这是否是最早采用的“混凝—过滤一活性炭”处理的工艺,还有待考证,不过,这具有现代净水处理工艺雏形的发现,让人惊叹不已。水流过这两个池子后,流进第3格水池。3号池是5个池中最大的一个,可能是贮水用的“清水池”,亦可作“消防水池”使用。3号池底部平坦,面积最大,储水最多,可能用于水的再次沉淀,同时提供生活用水。这个池的水溢出后,再流进第4格水池。4号池底铺设讲究,该池呈“凹”字形,水池周边用砖镶嵌,底下用多块圆形的石块铺平,贮存的水用于饮用。第5格水池则可能是洗涤物品之用,池底排水孔用于排放污水。


永嘉溪口明代净水池的发现,为研究古代水处理工艺和建筑工程技术提供了重要资料。在四百多年前交通闭塞的山区,当地村民设计建造的净水池系统,说明我国古代劳动人民在建筑工程和水处理工艺上,已具有很高的技术水平,同时也反映出我们的祖先具有超前的环保意识和良好的卫生习惯。


那么,我国使用净水药剂来进行水处理净水,是不是最早在明代呢?


NO!


罗隐(833-909),字昭谏,新城(今浙江省富阳市新登镇)人,唐末五代时期著名的学者、文学家、诗人。


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罗隐所作名诗《黄河》:


莫把阿胶向此倾,此中天意固难明。


解通银汉应须曲,才出昆仑便不清。


高祖誓功衣带小,仙人占斗客槎轻。


三千年后知谁在?何必劳君报太平!


在诗中写到用“阿胶”来净化黄河水。当然这个阿胶决非山东东阿产的用于滋补强身的营养保健品东阿阿胶,


而是一种水处理用的絮凝剂,至于它是无机的还是有机的?是明矾?硫酸铝?硫酸亚铁?聚合碱式氯化铝?聚合碱式硫酸铁?聚丙烯酰胺?甲壳素?到底具体是什么,笔者无法考证了,但肯定是唐代或更早就用于处理澄清黄河水用的水处理药剂。这说明,我国在唐代或更早的时间就已经普遍采用水处理药剂来净化水了。


(2)水的消毒和消毒剂


1774年瑞典化学家卡尔·希利(C.W.Scheele)将浓盐酸和软锰矿(MnO2)粉末混合加热,析出一种黄绿色的气体,1810年英国化学家戴维(H. Davy)正式将其命名为“氯”。


1824年,法国化学家拉巴腊克(Labarraque)发现当时广泛使用的漂白剂Javel水(次氯酸钠溶液)不仅具有除臭作用,更能有效杀灭细菌。此后的数十年间,被称为“拉巴腊克溶液”的次氯酸钠、次氯酸钙溶液,被陆续应用于医院、屠宰场、城市下水道等公共场所的杀菌消毒。


1854年,英国科学家约翰·斯诺在伦敦霍乱大爆发时期,提出了著名的流行病学理论:未消毒的水是霍乱的传播途径。为了控制病情,斯诺在苏活(Sho)地区首次使用了氯气对给水系统进行消毒。这是人类历史上第一次将氯消毒法应用于饮用水安全问题中。


氯消毒可以细分为游离氯消毒(包括使用氯气和次氯酸盐)以及氯胺消毒两大类。


自来水常用氯气(液氯)消毒,1L水里约通入0.002g氯气,氯与水反应生成了次氯酸,它有强氧化性,能穿透有生命的水藻、细菌的细胞壁,氧化其酶系统(酶为生物催化剂)使其失去活性,使细菌的生命活动受到障碍而死亡。次氯酸本身接近中性,容易接近细菌体而显示出良好的灭菌效果;次氯酸根离子也有消毒作用,但它带负电荷而难于接近同样带负电荷的细菌体,因而较次氯酸的灭菌效果要差得多。所以氯气消毒效果要比采用漂白粉消毒更佳。


氯胺消毒法指的是氯和氨反应生成一氯胺和二氯胺以完成氧化和消毒的方法。被消毒的水中氨氮含量低于0.05mg/L时,便在加氯前先加氨或铵盐,再加氯使之生成化合性氯的消毒方法叫氯胺消毒。起主要作用的是一氯胺和二氯胺。


现在,消毒剂除氯气和氯胺外,还有二氧化氯、臭氧等,可降低有害物质的生成,并提高处理效率。世界上安全的自来水消毒方法是臭氧消毒,不过这种方法的处理费用太昂贵,而且经臭氧处理过的水,臭氧的保留时间有限,所以只有少数的发达国家才使用这种处理方法。


(3)输水管网


苏轼巧用竹管把山泉水引进广州城成“自来水”


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1094年(宋哲宗绍圣元年)苏轼(苏东坡)被一贬再贬,远赴岭南,贬居惠州。恰逢广州瘟疫流行,全城苦无清洁水源,广州太守王古(字敏仲)写信向苏轼求助。王古在信中说,广州城区靠近大海,每到潮起时,海水溯珠江而上,导致江河水和附近的浅井水都咸苦不堪,百姓只能勉强饮用珠江水。目前广州城内瘟疫流行,可城内深井多为富户所有,缺乏清洁水源,瘟疫控制难上加难。


苏轼在被贬往惠州的旅途中,曾顺路到白云山蒲涧寺一游。他灵机一动,设计了一套精妙的“竹制管道”输水系统, 回信建议王古引山泉水入广州城,这便是广州最早的“自来水”工程。他提出的方案是: 在滴水岩下凿大石槽,用五根大竹管引水,然后一管管接续,直入城内,城内又建一个大石槽,用五根大竹管分引至各处,谓“自来水”。为了使“自来水”工程尽早动工,顺利进行,他还向太守推荐很有经验的罗游山道士邓守安为工程师,负责指挥该工程的施工建设。苏轼还写了第二封信,建议施工时在每根竹管上钻一个小孔,塞上绿豆,然后用竹钉封上,这样一旦竹管堵塞,很容易就能查出具体的堵塞部位。自此,苏轼与“自来水”成为人们的千古美谈。在苏、王二人的努力下,一千年前的广州人第一次喝上了自来水。


大连自来水


1874年(清末),北洋大臣李鸿章向清廷上奏“凿石引泉”,在旅顺水师营龙引泉建设了中国第二套供水设施,开创了中国近代城市供水事业的先河。这个供水工程浩大,耗时近10年,修建水池1座,砌筑隧道728米,水管用陶瓷、铸铁铺设,长达6180米,可以给2万多人供水,其供水作用发挥时间长达百年。


(4)中国各地供应自来水时间表


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前面几章中,我们讲到人类饮水发展历史的五个阶段中的天然水时代、井水时代和自来水时代。


现在中国城镇居民基本都喝上了自来水,农村有些地区没有自来水,就只能喝天然水(江河、湖泊、水库,乃至沟渠)和井水了。《2018中国生态环境状况公报》指出,全国2833处浅层地下水监测井,水质总体较差,Ⅰ~Ⅲ类水质监测井占23.9%,Ⅳ类占29.2%,Ⅴ类占46.9%,超标指标为锰、铁、总硬度、溶解性总固体、氨氮、氟化物、铝、碘化物、硫酸盐和硝酸盐氮。(注:2019年的《公报》要2020年5月份以后才会发布,所以这是最新、最权威的数据)


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所以,在没有自来水的农村,如果要用天然水或井水的话,一定要购买和使用净水器,把天然水或井水通过净水器净化后才能喝。所提地下水超标的项目,如氨氮、氟化物、氯化物、碘化物、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮等,都是一价离子,超滤和纳滤净水器都是无能为力的,只能依赖反渗透净水器。所以如果我们要购买或使用净水器,还是以反渗透净水器为好,出水最安全、最健康。


那么,喝自来水是否就可以高枕无忧了呢?  NO!


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早年,中国上世纪六十年代前,自来水确实是既方便、又安全的。但是:


(1)由于环境污染,原水的污染加剧,而自来水工艺仍是百年老工艺,很难对付原水中日益严重的化学污染特别是有机化学污染,以及新发现或新出现的新型污染物如藻毒素、抗生素、类激素(内分泌干扰素)、药物与个人防护用品(如香水、护肤品等)、塑料微粒等等;


(2)自来水生产加氯消毒,导致产生消毒副产物;


(3)供水突发事件时有发生;


(4)自来水输水过程中,管道、水池、屋顶水箱的二次污染。


基于上述原因,导致自来水再也不那么安全了。加上人们的生活质量要求不断提高,对饮水水质的要求也不断提高。从而,引发了新一轮饮水革命。下面我们对自来水的上述四个不安全因素分别予以详细阐述。


(1)自来水百年老工艺很难对付水中化学污染


国家环境部门统计,我国82%的河流受到不同程度的污染;在我国七大水系中,不适合做饮用水水源的河段已接近40%;城市水域中78%的河段不适合作饮用水源;约50%的城市地下水受到污染。我国的自来水水源,地表水约占70%,地下水约占30%。


20世纪早期及中期,水体受到工业废水、废气、废渣等化学污染,主要是无机化学污染,这时期也存在有机化学污染,主要是焦化工业带来的苯、酚类,农田中施用的农药,家中使用的杀虫剂(DDT、六六六等)。不过总的来说,这期间无机化学污染是主要危害。


20世纪60年代以来,人类对生物污染和无机化学污染已经积累了丰富的经验,这二类污染逐渐得到控制。但此时癌症的发病率却越来越高,饮水和肿瘤病之间的关系引起了人们的注意。科学家发现,这期间有机化工、石油化工、日用化工、医药、农药等工业蓬勃发展,水的污染主要是由于这些新兴工业排放的大量有机物所造成。目前已知的有机化合物约700万种,常用的5万种化学品中95%以上是有机化合物,而且每年都有成千上万种新的有机化合物被人工合成制取,这些有机物在研制、生产和使用中都可能进入水体和人体,成为致癌、致畸变、致突变的“三致物质”。世界卫生组织(WHO)进一步调查表明,目前从饮用水中检出的765种有害有机物中,确认致癌物20种,可疑致癌物23种,致突变物56种,促癌剂18种。


由湖泊水、水库水、山泉水制得的自来水和桶装水中可能含有藻毒素,按其结构和毒性可分为多肽毒素、生物碱毒素和其他毒素三类,它们有的是促癌剂(肝癌),有的会引起肠胃炎,有的会使人慢性中毒。笔者曾在宜兴山区看到很多桶装山泉水的大桶内壁绿油油的,就是由于长期盛放山泉水,并受阳光照射,藻类繁殖,而水桶又未经认真清洗,反复使用,久而久之,桶壁就附着藻类(蓝藻)的绿色。


人及畜牧业、渔业为防病、治病大量使用抗生素,导致天然水体中也含有抗生素。从而使细菌对抗生素产生越来越多、越来越强的抗药性,人们治病使用时,抗生素也许再也不起作用了。


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近年来,科学家发现内分泌紊乱能导致癌症、不育症、甲状腺机能障碍、先天缺陷、行为障碍、神经系统压抑和生殖器官畸形等,开始重视对引起内分泌紊乱原因的研究,并认为人造有机化学物质可能正在严重破坏人和动物的内分泌系统。过去曾认为人造有机化合物的低水平污染是安全的,但现在发现低水平污染也会危害健康。1996年6月,美国图兰大学的约翰教授等人研究发现,多种用作杀虫剂的化学物质在浓度极低的情况下,仅单个来看并没有不良影响,但如果将它们混合在一起就会产生相当于个体160-1600倍的激素作用。如果这个结论属实,那么它将彻底推翻化学物质的安全标准。目前,科学家们已经确定50种可以影响内分泌系统的化学物质,如二恶英、多氯联苯、杀虫剂、滴滴涕,船底涂料成分、用于食品保鲜的化学物质、用于塑料、树脂和洗涤剂的化学物质等等。这些类激素(内分泌干扰素)在水中极微量,对人体造成的影响缓慢,可能要几十年后才被发现,但一旦发现,可能会影响一代和后代人的健康。它能改变人机体内分泌功能,并对机体及其后代引起有害效应。人群流行病学调查表明,环境内分泌干扰物能引起人类的生殖障碍、发育异常及某些癌症,如乳腺癌、睾丸癌、卵巢癌,并引起男性精子数下降,孕妇早产,增加新生儿出生缺陷的风险。


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 上图表明,由于水中内分泌干扰素的增多,已引起各国男性精子数下降,并导致不孕不育症的风险大大加大。


据说,有净水器的经销商和医院合作,进行科普宣传,把上述图片挂在医院的不孕不育症诊疗室,不孕不育的青年男女来医院治病及检查时,看到图片,并经医生讲解后,涌跃购买反渗透家用净水机。有的男女青年本人不急,但爷爷奶奶、外公外婆可着急呢!因此,喝纯净水,不喝自来水,作为不孕不育症的辅助治疗,反渗透净水器已成为家中的必备之物。


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上图为类激素(内分泌干扰素)对青蛙(变成三条腿)和老鼠(生肿瘤)的影响


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上面的几张图,均为类激素(内分泌干扰素)对新生儿的影响。如果孕妇长期饮用含有内分泌干扰素的自来水,就有可能生出各种各样的怪胎、畸形儿和新生儿先天缺陷。据说,有净水器的经销商和医院合作,进行科普宣传,把上述图片挂在医院的妇产科,孕妇来医院检查时,看到图片,并经医生讲解后,几乎100%购买了反渗透家用净水机。喝纯净水,不喝自来水!


对下一代的关爱,使反渗透净水器成为孕妇和婴儿家中的必备之物。现在经常听到很多净水器生产厂和经销商抱怨净水器销售难度大,其中一个主要原因就是科普宣传力度不够,消费者还不知道为什么必须购买净水器,还不知道为什么必须购买反渗透净水器。目前,物理污染、生物污染和无机化学污染在饮水中已基本得到控制,有机化学污染和新型污染上升为主要矛盾,成为危及人类健康及生命的主要敌人。


现在绝大部分自来水的生产依然沿用一百年前的传统工艺,但当今的天然水水质与一百年前的水质已经完全不同了,这些传统工艺无法解决饮水的化学污染、藻毒素污染以及抗生素、类激素(内分泌干扰素)、药物与个人防护用品(如香水、护肤品等)、塑料微粒等等的污染。要去除水中这些形形式式的污染,只有反渗透净水器才能做到。超滤膜是无法去除水中的化学污染的,纳滤膜只能去除很少一部分化学污染物。所以,要用净水器,就应选用反渗透净水器,只有反渗透净水器出水才安全、才健康。【未完待续】



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