饮用水的生物安全性是饮水安全最重要和首要必须保证的。一旦饮水的生物安全性得不到保证，就会引起水介疾病的暴发，给广大人民的生命和健康造成重大损失。20世纪以前,因饮水不洁,在城市常暴发烈性水介细菌性传染病(霍乱、痢疾、伤寒)等,给人类生命健康造成极大的危害。在此背景下开发出了第一代城市饮用水净化工艺(混凝、沉淀、过滤、氯消毒)，从而使饮用水的微生物安全性基本上得到了保证。

面对第一代水处理工艺不能对无害物进行控制的弊端，第二代城市饮用水净化工艺应运而生，这就是深度处理工艺，也就是在第一代工艺的后面增加臭氧、颗粒活性炭的工艺，这样一个工艺是非常成功的，它对控制水中间的有毒有害的有机物是非常有效的，所以在国外作为一种通用的工艺使用，在我们国内也有，特别是大城市有一批水厂采用了这样的工艺。而第二代工艺去除水中有机污染物也有一定的限度，同时也存在着一些其他的生物性问题。第二代饮用水净化工艺的出水中细菌含量显著增多，不能有效杀灭和控制饮用水中的贾第鞭毛虫、隐孢子虫、剑水蚤、蓝绿藻等有害生物，出厂水在输送和贮存过程中出现微生物增殖现象水净化与安全技术，从而导致饮用水的生物安全性降低，这一系列的生物安全性问题使得第二代工艺的合理性和优越性逐渐不再被充分认可。饮用水的生物安全性，是饮水安全最重要和首要必须保证的。

膜是21世纪新材料中的一个新亮点，微滤膜、纳滤膜和超滤膜都可用于城市饮用水处理。其中，微滤膜孔径较大，不能充分截留去除病毒和细菌；纳滤膜和超滤膜的孔径均小于水中的病毒、细菌、原生动物、藻类等致病微生物，能将水中的微生物几乎全部去除，是最有效的去除水中微生物的方法。目前在我国，选择超滤膜提高水的生物安全性是比较可行的方法。超滤膜本身能去除部分的天然大分子有机物。另外，通过在膜前增设生物粉末活性炭，构成高效的超滤膜―生物粉末活性炭反应器，这样水中的微量有机污染物也会被有效去除，从而可以获得生物稳定性更高的出水。

膜技术发展初期, 膜价格很贵。近年来，随着膜制造技术的快速发展，膜的性能不断提高，目前超滤膜已在我国形成规模生产能力，其性能和质量已达到国外同类产品水平，能够为数万吨/日的大规模水厂提供膜材料，其价格也逐渐降低，现在已达到可与第一代工艺竞争的价位。另一方面，新的生活饮用水标准的颁布和国家节水减排政策的出台也给膜技术在城市饮用水净化方面的应用打开了极大的市场空间。

我国绝大多数城市水源为III类水体，以超滤为核心技术的第三代城市饮用水净化工艺就是以III类水体作为原水，先经过安全预氧化（或强化混凝），再经过生物活性炭（或超滤），最后经过安全消毒，获得优质的饮用水。将超滤置于活性炭之后，可截留出水中的微生物及炭微粒。饮用水的微生物安全性无疑是首要的，是需要特别关注的。

第三代城市饮用水净化工艺对于致病微生物、藻类、水蚤、红虫等，具有预氧化杀灭、强化混凝、活性炭吸附、生物吸附、超滤截留及安全消毒等多级屏障，特别是超滤几乎100%地对微生物截留，是最有效的去除细菌及病毒、除藻、除水蚤等的方法。

近年来，水环境污染较严重，天然水体特别是大量用作城市水源的湖、库水体，由于藻类大量繁殖，使水具有臭味，对饮用水的品质影响很大，受到人们特别关注。此外，受工业废水和城市污水污染的河段，也常有臭味的问题。第三代城市饮用水净化工艺化学预氧化、活性炭吸附和生物降解，是去除水中臭味的多级屏障，特别是臭氧和高锰酸钾及其复合剂，都是良好的除臭味剂，后续的活性炭除臭味效果也很好。它们还有一个优点也尤为突出，就是不仅使高锰酸钾及其复合剂与活性炭以及生物活性炭除有机物污染的效能的协同作用得以发挥，即总去除率高于两者单独去除率之和，并且活性炭还能防止高锰酸钾及其复合剂的渗漏水净化与安全技术，从而使高锰酸钾及其复合剂的投加量可以大大提高，充分发挥其除污染效能。

氨氮浓度是饮用水水质标准新列入的水质指标。第一代工艺基本没有除氨氮的能力。在第二代工艺中，氨氮主要在生物颗粒活性炭层中被去除，但由于水中溶解氧浓度有限，所以只能去除很有限的氨氮。在第三代工艺中，可在生物粉末活性炭反应器中通入空气进行曝气，从而不断向水中供应溶解氧，再加上反应器中有高浓度生物膜量，从而有可能去除水中绝大部分的氨氮。

第三代城市饮用水净化工艺其核心还是发展膜过滤技术，膜用于饮用水在国外发展非常快，1996年超滤膜市场总处理水量大约在20万立方米，到2006年达到处理水量800万立方米/天，并且还在呈加速增长的趋势。欧洲有33座一万吨以上的超滤膜水厂；英国有100多座城市水厂采用了超滤，日处理水量达到了110万吨/天；亚洲日本的膜滤水厂达到了400万吨，这包括超滤、纳滤和反渗透。目前国外大概还有几座30万吨级的超滤膜水厂。

在我国，台湾去年在高雄建立了30万吨水厂，超滤膜是大陆的厂家供应。近年，大陆陆陆续续建立了一些中小型的超滤水厂，据了解其中有的产水能力达到两万吨。现在正在酝酿的有一批大型的10万吨以上的大型超滤膜水厂。

以超滤为核心技术的第三代城市饮用水净化工艺采用多种处理单元具有互补性和协同效应，使整体得到优化，不仅高效经济，还体现了绿色工艺的理念，其中的膜滤、活性炭吸附和生物降解都是绿色工艺。

新的《生活饮用水卫生标准》中规定的微生物指标是相对安全的，而以超滤为核心的第三代城市饮用水净化工艺将使饮用水的生物安全性从相对安全走到绝对安全，使城市饮用水净化工艺产生重大变革。

李圭白

中国工程院院士，哈尔滨工业大学教授，博士生导师。全国高等学校给水排水工程专业指导委员会顾问，建设部科技委员会顾问，中国水工业学会副理事长。近年来，李院士提出第三代城市饮用水净化工艺的概念，倡导将超滤膜用于城市水厂。他的科研成果曾获全国科学大会奖、部级发明奖、部级科技进步奖以及省、部级奖等十余项大奖，为发展我国给水排水科学技术和教育事业作出了突出贡献。