环境管理_自来水与饮水科学

第四章自来水与饮水科学 一 自来水 自来水水源 消毒 二 生活饮用水的水质要求三 谈 水味 四 饮水的科学五 正确对待各种瓶装水及饮料六 饮水的健康标准七 人体生理功能与水的关系 我国大城市自来水多取自于江河湖泊 以地表水为主 地表水一般可以大量集中取水 不像开采地下水的管井和井群 其水量取决于地下含水层 一般说来每个管井的产水量不会很大 一 自来水 1 自来水水源 地表水受外界影响较大 也容易受到污染 水质条件一般较差 常含有粘土 砂 腐殖质 溶解性气体 各种盐类 细菌和病原菌等 远远达不到国家规定的 生活饮用水水质标准 不能直接饮用 需经过一系列复杂的净水构筑物和净水过程 混凝 沉淀 澄清 过滤 消毒等 使水质合乎饮用水标椎 有些自来水取自于地下 地下水又分潜层水 简称潜水 和承压水 潜水是指在地面之下 第一个隔水层之上 有一个自由水面的地下水 潜水是可以直接向地面蒸发和得到地表水的渗透补给 其水位常随季节和气候状况而变化 由于潜水可由地表水直接渗透 易受污染 过量开采还会引起土壤盐碱化和地面下沉 所以潜水主要是作为广大农村的水源 作为城镇的地下水源 主要是开采潜水层以下两个隔水层之间的承压水 承受一定压力 承压水也叫自流水 一般埋藏较深 受气候等直接影响小 流量稳定 一般也不容易受到外界污染 并且在补给的过程中 由于地层的过滤作用 水中许多杂质和细菌基本上被除去 常可直接供生活和生产使用 但鉴于有贮存和管道输送过程 为保证水质 也还要消毒 开采承压水一般是在几十米到二三百米的深度 太深的地下水开采难度增大 费用也增高 一般是不会大量开采的 另外 承压水虽然上面有隔水层 但并不是一个封闭的系统 通过与地表连通之处得到地表水的补给 也会因地形之故产生涌泉向外渲泄 济南趵突泉 对地下承压水的开采也要适度 因为地下水的径流远不能与地表水径流相比 它的径流速度很小 补给也往往很缓慢 过量开采会产生很大面积的下降漏斗 往往会导致地面沉降 自来水的消毒方法很多 例如 使用漂白粉 次氯酸钠 氯气 臭氧 紫外线等 使用漂白粉 氯气和次氯酸钠的消毒机理基本相同 以氯气消毒为例 氯气溶解于水的水溶液叫氯水 在常温下1体积的水能够溶解约2体积的氯气 溶解的氯气能够跟水起反应 生成盐酸和次氯酸 HCLO 2 自来水消毒 释放出的氧原子有很强的氧化性 这就是次氯酸 HCLO 作为一种强氧化剂能够杀死水中病菌的本质原因 所以自来水常用氯气 1L水中约通入0 002g氯气 来杀菌消毒 加氯消毒只是相当程度地杀灭水里的病原菌及其他有害微生物 防止水致传染病的危害 而不能像医疗用具的消毒那样 可以做到完全杀灭微生物及其包囊的程度 防止的传染病一般也只限于伤寒 霍乱及痢疾等几种 所以说 自来水未经煮沸等特殊处理 一般不要直接饮用 氯气是一种有强烈刺激性气味的有毒气体 对人体的生理组织有害 但自来水在用氯气消毒时 总是控制在规定的对人体无害的限度内 符合规定的水质 水压和水量是用户对自来水的三项基本要求 也是供水部门服务于用户必须保证的三个方面 人们往往看到城镇 主要是小城镇或大城市的局部边缘地区 建有很高的水塔 水塔是调节二级泵站 从水厂向输水管网加压供水的泵站 供水量和用水量之间的差额 起着保证水压 贮存和调节水量的作用 一般大中城市昼夜24小时用水量的变化没有小城镇明显 可以做到供水量等于或接近用水量 这样就无需水塔调节 所以大中城市市区内就没有高耸的水塔 神奇而优美的科威特水塔 二 生活饮用水的水质要求生活饮用水必须确保人们饮用的安全 生活饮用水必须符合下列基本要求 1 水中不得含有病原微生物 2 水中所含化学物质及放射性物质不得危害人体健康 3 水的感官性状良好 为此 所有城镇集中式供水部门必须对出厂自来水按国家规定的 生活饮用水水质检验项目 严格地进行检验 确保水质达到规定的要求 我国最早的一部管理生活饮用水的技术法规 自来水水质暂行标准 由卫生部发布 于1955年5月首先在京 律 沪等12个城市试行 后由国家建设委员会和卫生部共同审查批准 于1956年12月1日起在全国实施 当时监控的水质指标只有 色 臭 味 细菌总数 总大肠菌群 总硬度 氟化物 余氯及铅 砷 铜 锌 酚 总铁等15项 1986年饮水水质检验指标由23项增至35项 增加了硫酸盐 氯化物 溶解性总固体 银 硝酸盐 氯仿 四氯化碳 苯并 a 芘 滴滴涕 六六六 总 放射性和总 放射性 特别是首次列入了与人体健康有关的有机化合物标准限值和放射性指标的参考水平 同时为了 标准 的规范实施 还颁发了 生活饮用水标准检验方法 GB5750一85 随着生活水平的提高 人们对生活饮用水水质的要求越来越高 随着科学技术的发展 净水技术和设施的改进 净水能力和效果不断提高 但是在全球范围内水污染日趋加剧 使大量饮用水水源的水质也日趋恶化 而且污染的成分也越来越复杂 据报道 在水中检出的化学物质已多达2000多种 从饮用水中鉴定出的化学物质也有数百种之多 主要是有机化合物 这就越来越引起人们对饮用水水质的关注 进入2000年 卫生部组织有关专家在符合我国国情的前提下 参考世界卫生组织 WHO 的 饮用水水质准则 和美国 一级饮水水质规程 与 二级饮水水质规程 尽量与世界接轨 吸取国际卫生组织和发达国家饮水标难中的先进部分 制定了新的 生活饮用水卫生规范 并于2001年6月7日实施 新的饮用水卫生规范比1986年实施的饮用水卫生标准对有机物 消毒剂及副产物和农药的检验项目均有大幅度增加 对某些检验项目 特别是对儿童智力发育有突出影响 像铅污染等的限值更加严格 水中对人体健康产生严重危害较常见的污染物包括汞 镉 砷 铬 酚和氰化物 为保障人体健康 中国对这些污染物规定了最高允许标准 中国水中有毒污染物的最高允许标准 我国现行饮用水水质标准与国际水质标准的比较 发达国家饮用水水质标准共同特点 项目增多 尤以有机污染和农药指标 消毒剂及其副产物 对人体危害指标要求趋严 如铅 镉等 科学求实 个别指标放宽 如放射性指标总 美国0 5Bq L 我国0 1Bq L 增加有益指标 如日本标准中13项快适 美味 指标 纯水是没有任何气味的 可是水在自然界循环过程中 无时无处不与外界接触 由于水极易与各种物质混杂 溶解能力又强 所以 任何天然水体均不同程度地含有多种多样的杂质 当这些杂质的含量达到一定程度 人的味觉就有所感觉 所含杂质不同 水味 也就不同 三 谈 水味 甜味 主要因为水中含有大量有机质 苦味 主要是水中含有氯化镁 硫酸镁 实质是镁离子 Mg2 咸味 主要由于水中溶有氯化钠 实质是钠离子Na 涩味 主要是水中含有铁盐或硫酸钙所致 酸味 主要是因水中含有矾盐矿物质 腥味 主要是由于水中含有大量绿色藻类 原生物类等 药味 主要是水中含有酚 碘仿及用漂白粉或液氯消毒产生氯仿之故 如果用漂白粉或液氯消毒 余氯 会使水产生氯气味 臭味 是因为水被污染 有机物腐败分解产生臭气 如有机物腐败分解产生硫化氢 H2S 气体 使水产生臭鸡蛋味 另外 当水中含有过量的铁 锰 锌 铜等金属时 会使水产生令人不愉快的异味 如金属气味等 使人感觉不适 四 饮水的科学1 科学饮水好处多健康人在没有食物只有水的情况下 可以生存个把月甚至更长时间 然而在无水的情况下 连一个星期都活不了 几天就会因干渴而死 这是为什么呢 食物对于人 主要是提供能量 一个健康人在没有食物的特殊情况下 人体会自然消耗自身的脂肪 使之转化为所需要的能量 为了延续生命 这时人可以减缓生活节奏 也就是尽量减少能量消耗 使人体内贮存的能量缓慢消耗 这样就可以使生命活动延续更长的时间 水对于人体 不仅是最重要的物质基础 而且随时要维持人体水平衡状态 一旦人体水分减少了 水平衡状态被破坏 人体就会产生严重后果 如果人体中水分减少1 2 0 5 1kg 时 人就感到干渴 当人体水分减少5 时 就口干舌燥 意识模糊 甚至出现幻觉 当失水达15 时 人就死亡 可见及时补充失去的水分 维持人体水平衡状态多么重要 人为了维持健康的生命 每昼夜需随食物摄入或饮用约2 5千克的水 饮水 对于人来说是与生俱会的本能 却有其科学的内涵 狂饮 常发生在十分干渴之后 不宜 而少饮或长时间不饮 多是在外出或旅行中为了减少排尿可能带来的不方便 就更加有损健康 饮水应 细水长流 就如同就餐应细嚼慢咽一般 早晨起床后喝杯盐水 水中放入适量盐 对肠胃清洗是大有好处的 生物的新陈代谢伴随生命体始终 一刻也不会停歇 人在睡眠时 新陈代谢却没有 睡眠 仍在进行 只不过通常此时的新陈代谢没有不睡眠时的新陈代谢旺盛而己 水代谢也是如此 2 科学饮水方式 人夜里长时间睡眠 主要由泌尿系统完成的水分代谢 把大量水分贮存于膀胱之中 准备排出体外 身体其他部分的水分就相对减少 尤其是血液 由于水分减少而粘稠增大 流动减缓 这对于老年人 特别是有心血管疾病者 会形成血栓而猝死 为防不测 老年人夜间起床应该适量饮水 以防止血液粘稠增大而形成血栓 成年人要维持水代谢平衡 不睡眠时 一般2h就要补充水 饮水 一次 少儿新陈代谢旺盛 饮水次数应比成人多 每天要保证在1000g左右 发烧时 多喝糖开水可增快水分代谢 这除了能降低体温外 还能排除血液中的有毒物质 糖作为营养物质 可产生热量 恢复体能 增强体质 但无论什么事情都不能一概而论 最新研究结果证明 如果一个人呼吸道发生感染 或患支气管炎时 身体会释放大量的保水性荷尔蒙 如果这种物质含量高时 喝入更多的水 就会导致水分过量而影响体内电解质平衡 发生低钠血症 所以 不是任何感冒都适宜多饮水 炎热的夏天或运动之后 由于大量出汗 体内水分大大减少 应及时补充水分 同时还应适量补充盐分 因为体内盐分也随汗液流失 盐 主要是氯化钠 溶液能与细胞保持等渗 进出水分相等 人体在腹泻等失去过多水分的情况下 就要向体内补充生理盐水 以此保持体内电解质平衡 生理盐水是含0 9 氯化钠的水溶液 通常是在医院里由静滴注入体内 也就是常说的 吊盐水 有人在天冷时总愿喝温度较高的开水 暖暖身子 这是很不好的 极易损伤口腔 食道及胃粘膜 喝热水不要太烫 一般以25 30 为宜 五 正确对待各种瓶装水及饮料 现在 由于生活水平的提高 人们对饮用水的 品质 要求也越来越高 为了迎合人们这种需求 各种饮料应运而生 作为商品饮料真是琳琅满目 目不暇接 切莫用饮料代替饮水 特别要注意少儿不能嗜好某种饮料 那将如同偏食一样 对身体无益 健康的身体应该是各方面都平衡的身体 人体对摄入的物质 包括各种微量元素等 均有比例要求 身体再需要的物质也有量的限制 过量就打破平衡走向反面 这符合 物极必反 的道理 例如 锰 锌 铜等都是人体不可或缺的微量元素 氟 长期饮用过量氟的水会氟中毒 得氟骨症 轻者引起骨质疏松 牙齿粗糙无光泽 出现黄 褐 黑色斑块 而损坏牙齿 得氟斑牙病 重者可导致骨关节活动受损 肢体畸形 甚至瘫痪 但是 如果水中含氟量太少 同样对人体不利 会患龋齿 烂牙病 等 所以有含氟牙膏 就是为了弥补摄入氟的不足 氟斑牙 蒸馏水是将水煮沸获得蒸汽 冷却而成 蒸馏水由于是把水煮沸达100 左右 与所处地点的绝对海拔高度有关 一般低于100 但也在80 以上 可杀灭一般的细菌和病毒 但在蒸馏的过程中 许多对人体有益的矿物质和微量元素并未进入蒸馏水 而一些低沸点的有害物质 如四氯化碳 沸点为70 仍能进入蒸馏水 所以如果长期饮用蒸馏水并无益处 蒸馏水 纯水纯水是指用离子交换 反渗透法得到的基本上由纯粹的水分子组成的水 几乎不含水中原有的矿物质和微量元素 在分离过滤过程中 滤掉的不仅是水中的有害物质 那些对人体有益的矿物质和微量元素也同时被过滤掉 净水是经过活性碳等过滤的饮用水 这种过滤除去的主要是有害物质 而对人体有益的矿物质和微量元素却基本上能予以保留 但滤芯必须保持干净有效 这就需要定期清洗和更换 否则 不仅达不到净水的目的 还会将己过滤 或吸附 在活性炭等滤料上累积的有害物质又带入饮用水中 净水 矿泉水是来自地下深处流经岩石的地下水 含有一定的对人体新陈代谢有益的矿物质和微量元素 矿泉水由于是流经地下 地下地质情况千差万别 因而对矿泉水的 品质 优劣必须有严格的检验测试 一般钙高钠低为优 符合人们需要的矿物质和微量元素种类多 含量适中为最佳 优质的矿泉水对人体健康最有益 可惜这种矿泉水并不多见 矿泉水 矿物质水矿物质水系人工向水中加入矿物质的水 远不能与天然的优质矿泉水相比 山泉水山泉水也不是矿泉水 国家尚无相应标准 其 品质 也不稳定 富氧水富氧水为人工向水中充氧的水 水对氧的溶解有一定限度 并非越多越好 磁化水这种水是通过了看不见的磁场的强磁力线作用 由于水是极性分子 从而改变了水分子的极性排列 也就改变了水的若干理化性质 使在水中进行的一些化学反应运度加快 溶解物的结晶速度也加快 成为大絮状沉积物而析出 用磁化处理水 目前主要应用在蒸汽锅炉上 进入蒸气锅炉的水经过磁化后 可避免在炉壁上生成水碱 水垢 既保护了锅壁的热传递效果 节省了能源 又消除了因炉壁结垢而引起的锅炉爆炸的危险 磁化能将水软化 除钙 镁等离子 所以饮用磁化水要看水的硬度如何 如果原来水的硬度偏大 饮用磁化水应该是有益的 若水的硬度已经偏小 再磁化 水的硬度将更小 这对人体并不利 因为对人体有益的水应该是硬度适中的水 装在银制器皿的水具有杀灭水中细菌的作用 有的国家也曾对这种水的灭菌机理进行研究 前苏联宇航员就曾饮用含银水 冰雪融化水人们早就知道 饮用没有污染 纯净的冰雪融化的水 使人生气勃勃 赋予青春活力 这固然是由于这种水没有毒素感染 还由于这种水中重水含量比一般水要低得多 活性比一般水要强得多之故 含银水 另外还有频谱水 纳米水等 其目的都是为了增加水的活性 增强水的生理功能 究竟效果如何尚难以定论 有经验的人都知道 外出到荒山野坡 即使干渴难忍 也不能像饥不择食那样 见水就饮 特别是在炎热的夏天 千万别饮小水坑的水 那是 死亡之水 这种水虽然凭人的感官色味无异常 但由于强烈的蒸发 各种毒素浓缩 重水含量极高 无活性可言 饮用此种水 安全无保障 流水不腐 还是饮用那流水孱孱的小溪水可靠 切莫饮 死亡之水 老化水 俗称 死水 即长时间贮存不动的水 常饮这种水会使未成年人细胞新陈代谢明显减慢 影响身体发育 中老年人则会加速衰老 长期饮用还可能引起食道癌与胃癌 老化水贮存时间愈长 其中的有毒物质愈多 蒸锅水 亚硝酸盐浓度很高 不能饮用 无论何种热水器 反复煮沸或长时间煮沸都不宜饮用 因为这种水 使不易挥发的物质积累 有害健康 无论何种可饮之水都不宜长期储存不用 因为水中有毒物质会随时间的增长而增加 这种 老化水 有碍人体细胞的正常新陈代谢 长期饮用会发生病变 与其说人是 血肉之躯 还不如说人是 水肉之躯 水是哺育人类的乳汁 人要维持生命 每天都离不开水 科学饮水对人体是大有益处的 不注意饮水的科学 就有损健康 甚至危及生命 六 饮水的健康标准 前面所说的对城镇自来水的水质要求 是从必须确保用户终生饮用安全出发而规定的 这显然是个安全标准 若从更加有益于身体健康的角度出发 对水质的要求就要高于安全标准 专家一般认为健康的饮用水应有如下特点 除应符合已经颁布的生活饮用水水质常规和非常规检验项目及限值外 色度与浑浊度越低越好 有毒有害物质和细菌越少越好 水的硬度应适中 人体所需的矿物质含量适中 种类越全越好 PH值是微碱性 水中溶解氧及二氧化碳含量适中 水分子团小 水分子尽管极性不强 但毕竟是极性分子 由于静电的引力 液态水也不是单个的水分子均匀分布 而是若干水分子成团一簇一簇地拥在一起 水中重水 D2O 和超重水 T2O 分子越少越好 水的生理功能 包括水的溶解力 渗透力 扩散力 乳化力 越强越好 喝了不能喝的水要生病 会死人 喝了不洁的水也会造成严重的后果 据世界卫生组织 WHO 统计 世界上80 的疾病都是饮用不卫生的水所致 发展中国家80 人群的疾病中33 是由水的不洁而死亡 中国约有30 人口的饮水不符合卫生标准 目前已发现 大约50种疾病与饮用不卫生的水有关 一杯看似干净的水 其实暗藏许多 杀机 作为一般性通用溶剂 水天生能够溶解多种杂质 自从天上落下来的那一刻开始 它便不断地溶入不同杂质 如空气中的二氧化碳 二氧化硫 工业污物汞 铅 砷 农业用杀虫剂 杀草剂等 而在河流中漫游 在土壤中渗透的水 无不从周围渗进各种溶质 日常生活环境 包括空气 食物和水 中存在着大量微生物 其中相当部分能引起疾病 它们是病原微生物 它们在环境中存活时间有长有短 短的要数小时 长者可达数天以至数年之久 随微生物种类和环境条件而定 病原微生物在自然界存在愈久 引起疾病的机会就愈多 为防止这些病原微生物的扩散 预防传染病的发生和流行 就必须及时杀灭或消除病原微生物 研究表明 水源水中含有一些有机物时 加氯消毒会形成三氯甲烷和四氯化碳等含氯有机物 大剂量的氯仿是致癌的嫌疑犯 不过目前来看 加氯消毒的自来水生成的三氯甲烷 包括氯仿 的含量极微 一般认为尚不至于影响人体健康 有引起重视的必要 倒是不必惊恐 只要消毒前尽量滤去水中悬浮物质 降低水质的浑浊度 减少形成含氯有机物的可能性 一般的自来水可以放心地饮用 用氯消毒是20世纪人类在饮用水方面的一大创造 人们也曾经实验用过紫外线消毒和臭氧处理水的技术 但不是成本太高 就是效果不理想 还是氯消毒成本低廉 操作方便 效果良好 那么 用了几十年的氯消毒方法 为什么又提出要做些实验重新证明一下 原因是20世纪70年代中期有人发现氯与水中有机物起化学反应时 会生成氯仿之类的有害副产品 随后有人通过动物实验证明氯仿可能致癌 有人认为饮用氯消毒的水会增加膀胱癌与直肠癌的危险性 于是 一些国家开始限定自来水中氯和活性有机化合物的含量 但是 自来水中氯加多了有害 少了就好吗 实验的结果证明加少了照样有害 1991年秘鲁出现的30多万霍乱病例就是饮用了未用氯消毒的水之故 所以许多人认为 喝经过加氯消毒的水比喝未经处理的水危险性小 在尚未有比氯消毒更好的方法出台之前 只要饮用的是符合安全标准的加氯自来水 但喝无妨 有人喜欢用自来水直接煮饭 认为这样的饭 原汤原汁 其实自来水中的氯离子会破坏大米中的维生素B1 长期食用这样煮熟的饭 人体会出现一系列不良反应 如消化不良 皮炎等 所以有人说用烧开过的水煮饭比直接用自来水煮饭好 生水 即河中 井里提上来未经消毒 煮开的水 生水有各种各样对人体有害的细菌 病毒和人畜共患的寄生虫 喝了生水容易引发急性胃肠炎 病毒性肝炎 伤寒 痢疾及寄生虫病 特别是现今大小河道 水库 井水与地下水都不同程度地遭受工业废液 生活废水 农药残余等污染 喝生水更易引起疾病 千滚水 就是在火上长时间沸腾的水 或者在电热水器中反复加温的水 由于煮沸过久 水中不挥发性物