隨著水污染日益嚴重，大量的污染物尤其是有機污染物通過不同的方式進入水體，飲用水水源受到日趨廣泛的污染。傳統的混凝、過濾、消毒等自來水工藝是以去除污水 中的懸浮物、濁度、色度為主，對溶解性有機物去除能力相對不足，而且加氯消毒本身還形成了“三致物質”(致癌、致畸、致突變)，直接影響飲用者的身體健康。因此，比較大可能地去除水中的微量有機污染物、消毒副產物等就是飲用水深度凈化的目的。水的深度處理在國外應用較為普遍，我國在飲用水處理工藝研究方面還處于起步階段，大部分老水廠均未采用深度處理，只有部分新水廠采用了深度處理。人們開發了許多技術如活性炭吸附、臭氧氧化、臭氧和活性炭聯用和各種膜技術等對飲用水進行深度處理。
一、臭氧活性炭處理
臭氧可以破壞致病微生物，能保證徹底消毒而沒有毒性副產物的產生。采用臭氧消毒取代氯氣消毒可杜絕有機氯化物的生成，而且可直接去除水中有機氯化物。但有研究發現，臭氧的氧化作用具有較強的選擇性，它對水中已經形成的三氯甲烷幾乎沒有去除作用。同時臭氧會導致水中可生物降解物質的增多，可生物降解物質增多的后果會引起供水管網中細菌的繁殖，使水廠出水的生物穩定性降低。因此臭氧很少在飲用水處理工藝中單獨使用。
臭氧與活性炭濾池聯用。這種飲用水處理工藝方法是基于活性炭能有效去除水中小分子有機物，但對大分子有機物的去除有限。水先經臭氧氧化，使水中大分子有機物分解成小分子有機物，這樣就提高了有機物進入活性炭微孔內部的可能性，可以充分利用活性炭的吸附表面，且延長了活性炭的使用周期。同時后續的活性炭可以吸附臭氧氧化過程中產生的大量中間產物，包括解決了臭氧無法去除的三氯甲烷，并保證了比較后出水的生物穩定性。
二、吹脫技術
這種飲用水處理工藝是使水作為不連續相與空氣接觸,利用水中溶解化合物的實際濃度與平衡濃度之間的差異,將揮發性組分不斷由液相擴散到氣相中,達到去除揮發性有機物的目的。但對難揮發性有機物去除效果很差.吹脫法過去主要用于去除水中溶解的CO2、H2S、NH3等氣體,同時增加溶解氧,來氧化水中的金屬。直到70年代中期,該技術才開始用于去除水中低濃度揮發性的有機物。在飲用水深度處理中,吹脫法費用低,是采用活性碳達到同樣去除效果所需運行費用的1/2~1/4。因此,美國環境保護協會(USEPA)指定其為去除揮發性有機物比較可行的技術(BAT).
二、膜分離技術
膜分離技術常用的以壓力為推動力的膜分離技術,有微濾(MF)、超濾(UF)、納濾(NF)以及反滲透(RO)等工藝方法。膜分離技術能夠提供穩定可靠的水質.其分離水中雜質的主要機理是機械篩濾作用,因而出水水質在很大程度上取決于濾膜孔徑的大小。膜技術在飲用水深度凈化方面的應用發展迅速，應用膜法的水廠的運行效果表明，它們優于臭氧-生物活性炭工藝的優點有出水水質更好、較低的基建和運行費用和易于運行。
對于取用嚴重污染水源水的小規模水廠，飲用水處理工藝采用微濾—納濾組合處理工藝，能保證生產高質量的飲用水，即使在不投氯消毒的情況下，也可防止在配水管網細菌增殖后造成的二次污染，它還能非常有效地去除致病微生物，如陰胞子蟲和賈第蟲。但是也存在一個問題，超濾膜去除有機物效率不高，而反滲、納濾膜在較好地去除水中有機物的同時，也去除了水中絕大部分無機物，出水有機物和無機物濃度都比較低。
三、小結
相關學者在對各項飲用水處理工藝技術進行技術經濟比較和分析論證，處理工藝上主要控制的水質指標是顆粒物和有機物，經濟指標包括基建費和運行費等。通過國外和國內不同類型和流程的飲用水深度凈化水廠的技術經濟比較后，認為對于小型水廠，采用膜法(微濾—納濾組合/納濾)比采用臭氧-生物活性炭法經濟可行，而對于較大、中型水廠，采用臭氧-生物活性炭工藝比較經濟，并建議在臭氧-生物活性炭工藝之后加超濾系統和紫外線消毒。
水環境的惡化、需水量的增長、海水等成為飲用水的待用水源、環境危機、能源危機、可持續性發展的理念、以及人們對優質健康飲用水的渴求等因素，都對飲用水處理技術提出了新的要求。面對資源性缺水、水質性缺水、生活污水以及供水水質的變化等不同情況，如何合理凈化污水，如何采用適當加工方法，去除水中的礦物質、有機成分、有害雜質及微生物等，同時又在一定程度上保留了人體健康所必須的各種微量元素和礦物質，獲得沒有任何添加物(臭氧除外)可以直接飲用的水，正是飲用水處理技術的目的所在。
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