一、前言

微污染水源水是指受到有機(jī)物污染, 部分水質(zhì)指標(biāo)超過(guò)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》( GB3838-2002) Ⅲ類(lèi)水體標(biāo)準(zhǔn)的水體。微污染水一般是由于工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活等方面產(chǎn)生的污水未經(jīng)適當(dāng)處理,直接排入供水水源導(dǎo)致的,微污染水主要含有微量有機(jī)物、農(nóng)藥、氨氮等有害污染物,常規(guī)水處理工藝很難將其除掉。隨著工業(yè)的迅速發(fā)展, 微污染水源水污染日益嚴(yán)重,有害物質(zhì)逐年增多, 尤其是近年來(lái)水源水體的富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象不斷加重, 水體中有機(jī)物種類(lèi)和數(shù)量激增以及藻類(lèi)大量繁殖, 現(xiàn)有常規(guī)處理工藝已不能有效保證水廠出水中有機(jī)物的去除效果, 無(wú)法滿足人們對(duì)飲用水安全性的需要；同時(shí), 隨著水質(zhì)分析技術(shù)的不斷提高, 我國(guó)《生活飲用水水質(zhì)指標(biāo)》標(biāo)準(zhǔn)逐步提高。但是在當(dāng)前水資源嚴(yán)重短缺的形勢(shì)下,微污染水源水仍將是重要水源,根據(jù)微污染水的水質(zhì)特點(diǎn)及供水水質(zhì)的要求,許多學(xué)者提出了各種微污染水源水的給水處理工藝,主要包括強(qiáng)化常規(guī)處理、預(yù)處理和深度處理技術(shù)。

1.1　微污染水源水中有機(jī)物的特性及危害

微污染水源水中的有機(jī)物可以分為2類(lèi):天然有機(jī)物( natural organic matter, NOM)和人工合成有機(jī)化合物( synthetic organic compounds, SOC )。NOM是指動(dòng)植物在自然循環(huán)過(guò)程中經(jīng)腐爛分解所產(chǎn)生的物質(zhì),分為腐殖質(zhì)和非腐殖質(zhì)2個(gè)部分。腐殖質(zhì)包含土壤浸析和從植物分解產(chǎn)生的有機(jī)物質(zhì)——腐殖酸和富里酸等,非腐殖質(zhì)包括親水酸類(lèi),蛋白質(zhì),氨基酸,糖類(lèi)等。SOC大多為有毒有機(jī)污染物,包括農(nóng)藥、揮發(fā)性有機(jī)物以及其它由工業(yè)廢水帶來(lái)的各種有機(jī)物質(zhì)。

微污染水源水中有機(jī)物的存在,使得其對(duì)膠體的保護(hù)作用和穩(wěn)定性得到提高,給水處理增加了難度。同時(shí),水中有毒有機(jī)物難以降解,經(jīng)常規(guī)加氯消毒后所產(chǎn)生的有機(jī)鹵化物中有許多已被確認(rèn)為是直接致癌物或誘發(fā)物,對(duì)人體健康有極大的潛在危害。雖然微污染水源水中的有機(jī)物濃度較低,但是水中可同化有機(jī)物質(zhì)(assimilable organic compounds,AOC)會(huì)影響管網(wǎng)的穩(wěn)定,引起細(xì)菌繁衍,導(dǎo)致疾病的傳播;同時(shí),部分有機(jī)物質(zhì)具有生物富集性,易在人體組織內(nèi)蓄積,對(duì)人體造成危害;此外,在常規(guī)水處理工藝加氯消毒環(huán)節(jié)中,有機(jī)物的存在還會(huì)引起消毒副產(chǎn)物( disinfect by products, DBP s)的生成,如:三鹵甲烷類(lèi)(THM s) 、鹵乙酸類(lèi)(HAA s)等“三致物質(zhì)”。

1.2　我國(guó)給水水質(zhì)指標(biāo)的演變

近年來(lái),隨著工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展和城鎮(zhèn)人口的劇增,大量工業(yè)廢水和生活污水不經(jīng)處理或處理不達(dá)標(biāo)而直接排放,使我國(guó)許多城鎮(zhèn)的地表水水源受到了不同程度的污染,有機(jī)物的種類(lèi)和數(shù)量大大增加。逐步提高飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)成為世界各國(guó)保障飲用水水質(zhì)安全的重要手段,我國(guó)對(duì)水源水質(zhì)的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目數(shù)也在逐步增多,標(biāo)準(zhǔn)值不斷提高。2007年6月29 日, 我國(guó)新修訂《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)與目前執(zhí)行的1985年頒布的《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》( GB5749-85 )相比,水質(zhì)指標(biāo)由35項(xiàng)增加至106項(xiàng),新標(biāo)準(zhǔn)106項(xiàng)指標(biāo)包括微生物指標(biāo)6項(xiàng),毒理指標(biāo)74項(xiàng),感官性狀和一般理化指標(biāo)20項(xiàng),消毒劑指標(biāo)4項(xiàng),放射性指標(biāo)2項(xiàng)。各類(lèi)指標(biāo)中,可能對(duì)人體健康產(chǎn)生危害或潛在威脅的指標(biāo)占80%左右,屬于影響水質(zhì)感官性狀和一般理化指標(biāo)即不直接影響人體健康的指標(biāo)約占20%。新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)生活飲用水的水源水要求套用了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),如:以地表水為水源時(shí)應(yīng)符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》( GB3838 - 2002 )；以地下水為水源時(shí)應(yīng)符合《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》( GB /T14848-93)的要求。水中有機(jī)物的控制與去除已經(jīng)成為嚴(yán)重影響凈水水質(zhì)進(jìn)一步提高的問(wèn)題之一。

二、微污染水源水處理工藝

目前對(duì)微污染水源水的處理工藝主要包括以下三大類(lèi):

①深度處理。

②預(yù)處理。

③強(qiáng)化處理。

2.1 深度處理技術(shù)

深度處理通常是指在常規(guī)處理工藝以后,采用適當(dāng)?shù)奶幚矸椒?將常規(guī)處理工藝不能有效去除的污染物或消毒劑副產(chǎn)物的前體物加以去除,提高和保證水質(zhì)。應(yīng)用較廣泛的有生物活性炭深度處理技術(shù)、膜分離處理技術(shù)、臭氧活性炭聯(lián)用深度處理技術(shù)、光催化氧化技術(shù)等。

2.1.1 生物活性炭深度處理技術(shù)

利用生長(zhǎng)在活性炭上的微生物的生物氧化作用可以達(dá)到去除污染物的目的。生物活性炭深度處理技術(shù)利用微生物的氧化作用來(lái)增加水中溶解性有機(jī)物的去除效率, 延長(zhǎng)活性炭的再生周期；同時(shí),水中的氨氮可以被生物轉(zhuǎn)化為硝酸鹽, 從而減少了消毒環(huán)節(jié)氯氣的投加量, 降低了三鹵甲烷等“三致物質(zhì)”的生成量。

2.1.2 膜過(guò)濾深度處理技術(shù)

該技術(shù)是新興的高效分離、濃縮、提純、凈化技術(shù), 是采用高分子膜作介質(zhì), 以附加能量作推動(dòng)力, 對(duì)雙組分或多組分溶液進(jìn)行表面過(guò)濾分離的物理處理方法。

20 世紀(jì)80 年代后期, 該技術(shù)在歐美和澳大利亞開(kāi)始進(jìn)入實(shí)用階段, 是深度處理的一種高效手段, 反滲透(RO)、超濾(UF)、微濾(MF)和納濾(NF)均能有效去除水中嗅味、色度、消毒副產(chǎn)物前體及其他有機(jī)物和微生物等，去除范圍廣, 且不需要投加藥劑。從膜濾法的功能上看,反滲透能有效的去除水中的農(nóng)藥、表面活性劑、消毒副產(chǎn)物、THM s、腐殖酸和色度等。納濾膜用于分子量在300～1 000 范圍內(nèi)的有機(jī)物質(zhì)的去除,而超濾和微濾膜可去除腐殖酸等大分子量( > 1 000) 的有機(jī)物。近年來(lái), 該技術(shù)在美國(guó)受到高度重視, 被EPA 推薦為控制消毒副產(chǎn)物的最佳工藝之一。它具有物質(zhì)不發(fā)生相變、分離系數(shù)大、在常溫下運(yùn)行、適用范圍廣、裝置簡(jiǎn)單、操作方便等特點(diǎn)。其技術(shù)特點(diǎn)是能提供穩(wěn)定可靠的水質(zhì)。膜法對(duì)進(jìn)水的要求較高, 其進(jìn)水必須要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的各種預(yù)處理和常規(guī)處理, 以改善膜的水通量, 避免因頻繁的膜淤塞和污染等問(wèn)題而提高運(yùn)行成本, 同時(shí)RO 和NF 的濃縮液與常規(guī)水處理產(chǎn)生的廢水不同, 其處理也是必需考慮的一個(gè)棘手問(wèn)題, 又由于該工藝產(chǎn)水量小、成本高等原因, 目前還難以在我國(guó)大規(guī)模推廣應(yīng)用, 僅少量用于特種行業(yè)的水處理中。然而, 隨著清洗方式的改進(jìn), 膜價(jià)格的降低,相信在不久的將來(lái), 膜法一定會(huì)在給排水領(lǐng)域得到較廣泛的應(yīng)用。

2.1.3 臭氧氧化技術(shù)

臭氧作為一種強(qiáng)氧化劑, 不僅可用于預(yù)處理中,而且在深度處理中有更長(zhǎng)的應(yīng)用歷史。最初臭氧被用來(lái)作為消毒劑, 控制水的色度或嗅味, 又可用來(lái)去除水中有機(jī)物。受投放量的限制, 臭氧不能將水中有機(jī)物全部無(wú)機(jī)化, 但可將大分子有機(jī)物分解成分子較小的中間產(chǎn)物。臭氧預(yù)處理的水再經(jīng)氯化消毒, 水中“三致”物質(zhì)可能低于未預(yù)處理的水, 也可能更高, 其效果視水質(zhì)而定, 這是因?yàn)槌粞醺碑a(chǎn)物, 如醛、酮、醇、過(guò)氧化物氯化會(huì)產(chǎn)生三鹵甲烷(THMs)。

2.1.4 臭氧活性炭聯(lián)用深度處理技術(shù)

臭氧- 活性炭聯(lián)用法采取先臭氧氧化后活性炭吸附, 在活性炭吸附中又繼續(xù)氧化的工藝過(guò)程, 這樣可以揚(yáng)長(zhǎng)避短, 使活性炭的吸附作用發(fā)揮得更好。目前國(guó)內(nèi)水處理使用的活性炭能比較有效地去除小分子有機(jī)物, 但難以去除大分子有機(jī)物, 而水中有機(jī)物分子較大的多, 所以活性炭孔的表面面積將得不到充分利用, 勢(shì)必將加速飽和, 縮短產(chǎn)水周期, 但在炭前或炭層中投加臭氧后, 一方面可使水中大分子轉(zhuǎn)化為小分子, 改變其分子結(jié)構(gòu)形態(tài), 提供了有機(jī)物進(jìn)入較小孔隙的可能性; 另一方面可使大孔內(nèi)與炭表面的有機(jī)物得到氧化分解, 減輕了活性炭的負(fù)擔(dān), 使活性炭能充分吸附未被氧化的有機(jī)物, 從而達(dá)到水質(zhì)深度凈化的目的。但是該技術(shù)在臭氧破壞某些有機(jī)物結(jié)構(gòu)的同時(shí)也可能產(chǎn)生一些帶毒副作用的中間產(chǎn)物。在歐洲和美國(guó), 其地表水水廠大多使用臭氧活性炭工藝: 瑞士有40%的水廠使用臭氧處理地表水, 其中80%與活性濾池聯(lián)用; 德國(guó)有70 多家水廠應(yīng)用臭氧活性炭工藝; 美國(guó)自1976 年開(kāi)始研究臭氧活性炭技術(shù), 現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于實(shí)際運(yùn)行中。

2.1.4 光催化氧化技術(shù)

光催化氧化是以TiO2為代表的n型半導(dǎo)體為敏化劑的一種光敏化氧化, 氧化能力極強(qiáng), 能氧化去除水中常見(jiàn)的有機(jī)污染物(包括細(xì)菌等), 最終產(chǎn)物是CO2和水等。據(jù)報(bào)道, 在美國(guó)佛羅里達(dá)州, 利用TiO2能脫除源水中97%的有機(jī)鹵素化合物, 總有機(jī)碳(TOC)含量可降低90%以上,并能減少鹽分、重金屬等污染物。光催化氧化特點(diǎn)是氧化能力極強(qiáng), 對(duì)水中多種微量有機(jī)物, 自來(lái)水中常見(jiàn)的多種氯化有機(jī)物, 包括難被臭氧氧化的六六六、六氯苯等均有良好的去除效果。經(jīng)光催化氧化處理后, 有機(jī)氯化物已大量脫氫, 毒性大大降低, 使水質(zhì)大為提高。

2.1.5 吸附處理技術(shù)

吸附處理技術(shù)是指利用某些材料強(qiáng)大的吸附性能來(lái)去除水中污染物的技術(shù)。目前用于源水處理的吸附劑有活性炭(AC) 、硅藻土、二氧化硅、活性氧化鋁、沸石、離子交換樹(shù)脂,其中用得最多的是活性炭。

2.1.5.1 活性炭吸附

活性炭(AC)具有豐富微孔結(jié)構(gòu)和表面憎水性,其對(duì)水中某些污染物有極強(qiáng)的親和力,是污染物有效的去除方法�；钚蕴靠山�(jīng)濟(jì)有效的去除嗅、味、色度、氯化有機(jī)物、農(nóng)藥及其它人工合成有機(jī)物,但是對(duì)于對(duì)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。

2.1.5.2 沸石吸附

沸石對(duì)水中氨氮具有選擇吸附作用,除了吸附性能外沸石還具有離子交換性能,催化性能,熱穩(wěn)定性及耐酸性等。另外還具有化學(xué)反應(yīng)性、遠(yuǎn)紅外輻射性、可逆脫水性等工藝性能。在沸石晶格中的空腔中K、Na、Ca等陽(yáng)離子和水分子與格架結(jié)合得不緊,極易與其周?chē)芤豪锏年?yáng)離子發(fā)生交換作用,交換后的沸石晶格結(jié)構(gòu)也不被破壞。改性后,某些本來(lái)吸附性能較差的沸石變成吸附能力極強(qiáng)的新型沸石,因此改性沸石在微污染水預(yù)處理工藝中有應(yīng)用推廣前景。

2.1.5.3 其它吸附材料

粘土由于價(jià)廉、儲(chǔ)量豐富、吸附效率高,作為水處理吸附劑被應(yīng)用于飲用水處理過(guò)程中,但大量粘土的投加造成沉淀池排泥量的增加,提高了運(yùn)行成本,造成了困難。活性氧化鋁是一種兩性物質(zhì),等電點(diǎn)為pH為9.5，當(dāng)原水pH低于其等電點(diǎn)時(shí),此吸附劑將吸附陰離子,反之,則吸附陽(yáng)離子。對(duì)氧化鋁進(jìn)行適當(dāng)改性后,可提高其對(duì)特定污染物的吸附容量。

除上述的處理方法外，還有利用紫外線和臭氧(UV-O3)結(jié)合的方法去除飲用水中的三氯甲烷；利用臭氧和過(guò)氧化氫混合法，去除飲用水中的微量污染物，包括苯化物、二氯硝基苯、22甲基異丁醇、四氯乙烯等。必須看到，深度處理水中微污染的方法或因經(jīng)濟(jì)因素，或因處理作用問(wèn)題,他們都有局限性。例如，在歐洲普遍應(yīng)用的生物活性炭法，由于活性炭的價(jià)格昂貴，在世界上的推廣受到限制. 另外，生長(zhǎng)有細(xì)菌的細(xì)小活性炭顆粒會(huì)在水力沖刷作用下，流入最后的消毒氯化處理，此時(shí)，由于附著在活性炭顆粒上的細(xì)菌聚合體，比單個(gè)的細(xì)菌細(xì)胞對(duì)消毒劑有更大的抗性，一般的氯化消毒往往難于殺死這些細(xì)菌。由于飲用水深度處理技術(shù)均存在各自的局限性，所以人們著手考慮采用一些新方法來(lái)彌補(bǔ)它們的不足，飲用水預(yù)處理技術(shù)正是在這樣的條件下發(fā)展起來(lái)的。

2.2  預(yù)處理技術(shù)

預(yù)處理技術(shù)采用物理、化學(xué)和生物方法對(duì)水中的污染物進(jìn)行初級(jí)去除, 使常規(guī)處理能更好地發(fā)揮作用, 減輕常規(guī)處理和深度處理的負(fù)擔(dān), 改善和提高飲用水水質(zhì)。常用的預(yù)處理技術(shù)有化學(xué)氧化預(yù)處理技術(shù)、生物預(yù)處理技術(shù)和吸附預(yù)處理技術(shù)。

2.2.1 化學(xué)氧化預(yù)處理技術(shù)　

化學(xué)氧化預(yù)處理技術(shù)是指依靠氧化劑的氧化能力,分解和破壞水中污染物的結(jié)構(gòu),達(dá)到轉(zhuǎn)化或分解污染物的目的。目前采用的氧化劑主要有氯氣、臭氧和高錳酸鉀等。預(yù)氯化氧化是應(yīng)用最早和目前應(yīng)用最為廣泛的方法。此法是在水源水輸送過(guò)程中或進(jìn)入常規(guī)處理工藝構(gòu)筑物之前,投加一定量氯氣,用以氧化因水源污染生成的微生物和藻類(lèi),控制其在管道內(nèi)或構(gòu)筑物內(nèi)的生長(zhǎng),也可以氧化一些有機(jī)物和提高混凝效果并減少混凝劑使用量。但是,由于預(yù)氯化導(dǎo)致大量鹵化有機(jī)污染物的生成,且不易被后續(xù)的常規(guī)處理工藝去除,可能造成處理后水質(zhì)下降,所以預(yù)氯化氧化處理應(yīng)慎重采用。由于臭氧具有很強(qiáng)的氧化能力,它通過(guò)破壞有機(jī)污染物的分子結(jié)構(gòu),以達(dá)到改變污染物性質(zhì)的目的,而且不會(huì)像預(yù)氯化那樣產(chǎn)生有害鹵代化合物,本身也不會(huì)殘留在水中,因此臭氧氧化法正逐漸被推廣使用。高錳酸鉀也是強(qiáng)氧化劑,馬軍教授、李圭白院士等對(duì)其助凝和除污染效能進(jìn)行了試驗(yàn)研究。結(jié)果表明,高錳酸鉀能顯著控制氯化消毒副產(chǎn)物,使水中有機(jī)物數(shù)量、濃度都有顯著降低,水的致突變活性由陽(yáng)性轉(zhuǎn)為陰性或接近陰性�？傊�,化學(xué)氧化法對(duì)去除水中的污染物有很好的效果,但氧化劑費(fèi)用昂貴成了其全面推廣的限制性因素。

2.2.1.1　預(yù)氯化

液氯是水廠中最常用的強(qiáng)氧化劑,應(yīng)用較為廣泛且成本較低,但由于源水中的大量有機(jī)污染物能與氯氣反應(yīng),生成被懷疑具有三致作用的物質(zhì)--三鹵甲烷(THMs),同時(shí)源水中酚類(lèi)物質(zhì)含量較高時(shí),預(yù)氯化可生成具有強(qiáng)烈刺激性氣味的氯酚類(lèi)物質(zhì),所以預(yù)氯化處理微污染水源水受到人們的質(zhì)疑。

2.2.1.2 預(yù)臭氧化

臭氧能氧化有機(jī)物, 去除水中的色、嗅、味。可以與多種有機(jī)污染物反應(yīng),破壞有機(jī)物的不飽和鍵,降低有機(jī)物的分子量,但是預(yù)臭氧化也有一定的局限性,它的氧化作用使得水中可溶性有機(jī)物濃度升高,而且臭氧將大分子有機(jī)物分解成小分子有機(jī)物,在中間產(chǎn)物中可能存在致突變物質(zhì)。此外臭氧氧化有機(jī)氮可造成水中氨氮含量的升高。而且,原水中溴離子含量高時(shí),會(huì)生成具有致癌作用的溴酸鹽和次溴酸鹽,后者與氯化消毒副產(chǎn)物前質(zhì)作用,會(huì)生成毒性更強(qiáng)的溴代三氯甲烷。

2.2.1.3  高錳酸鉀預(yù)氧化

高錳酸鉀預(yù)氧化技術(shù)目前研究較多,并在多種源水中取得了較好的效果,通用性較好,高錳酸鉀預(yù)氧化可控制氯酚、THMs的生成,并有一定的色、嗅、味去除效果,對(duì)烯烴、醛、酮類(lèi)化合物也有較好的去除能力。哈爾濱建筑大學(xué)研制的高錳酸鉀復(fù)合藥劑去除水中有機(jī)污染物效果好,能顯著地降低水的致突變性。但高錳酸鉀氧化效果與原水的pH值有一定的關(guān)系,堿性條件下氧化效果不好,生成堿基置換類(lèi)物質(zhì)。

2.2.1.4　二氧化氯預(yù)氧化

二氧化氯(ClO2 )可有效破壞藻類(lèi)、酚,改善水的色、嗅、味。二氧化氯不會(huì)與水體中的有機(jī)物發(fā)生鹵代反應(yīng)而生成對(duì)人體有害的、致癌的有機(jī)鹵代物。有研究認(rèn)為,甚至ClO2 本身的氧化作用也能去除THMs的前體物。但是,往往由于氧化不徹底,一些小分子有機(jī)物在遇到氯消毒時(shí)更易生成三鹵甲烷。

2.2.1.5　其他預(yù)氧化技術(shù)

過(guò)氧化氫的氧化性較強(qiáng)但單獨(dú)使用時(shí),分解速度較慢,效果不很明顯,目前主要用于水的高級(jí)氧化( Fenton試劑,UV /H2O2,O3 /H2O2等)；高鐵酸鹽合成難度較大,穩(wěn)定性需要提高,因而沒(méi)有在水處理中推廣應(yīng)用的先例,但卻是一種很有研究開(kāi)發(fā)潛力的氧化劑。

2.2.2　生物預(yù)處理技術(shù)

生物預(yù)處理方法主要是借助微生物群體的新陳代謝活動(dòng),去除源水中多種有機(jī)物,包括腐殖酸、氨氮和硝酸鹽氮等。目前研究應(yīng)用的生物預(yù)處理工藝主要有生物接觸氧化、生物陶粒濾料濾池、生物流化床、膜生物反應(yīng)器、生物塔濾、生物流化床、生物轉(zhuǎn)盤(pán)和淹沒(méi)式生物濾池等。

2.2.2.1　生物接觸氧化

生物接觸氧化工藝是利用填料作為生物載體,微生物在曝氣充氧的條件下生長(zhǎng)繁殖,富集在填料表面上形成生物膜,其生物膜上的生物相豐富,有細(xì)菌、真菌、絲狀菌、原生動(dòng)物、后生動(dòng)物等組成比較穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng),溶解性的有機(jī)污染物與生物膜接觸過(guò)程中被吸附、分解和氧化,氨氮被氧化或轉(zhuǎn)化成高價(jià)形態(tài)的硝態(tài)氮。生物接觸氧化法的主要優(yōu)點(diǎn)是處理能力大,對(duì)沖擊負(fù)荷有較強(qiáng)的適應(yīng)性,污泥生成量少；缺點(diǎn)是填料間水流緩慢,水力沖刷小,如果不另外采取工程措施,生物膜只能自行脫落,更新速度慢,膜活性受到影響,某些填料,如蜂窩管式填料還易引起堵塞,布水布?xì)獠灰走_(dá)到均勻。另外填料價(jià)格較貴,加上填料的支撐結(jié)構(gòu),投資費(fèi)用較高。

2.2.2.2　生物陶粒濾料濾池

陶粒濾料是一種新型的生物膜截體填料,具有質(zhì)輕,比表面積大、吸附能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。與石英砂相比,比表面積為同體積石英砂的2～3倍,孔隙率為石英砂的1. 3～2.0倍。與砂濾池比較,平均濾速高(20～25 m /h),產(chǎn)水量大,過(guò)濾周期長(zhǎng),沖洗頻率小,沖洗強(qiáng)度低。

2.2.2.3　生物流化床

流化床中的填料隨水、氣流的上升流速的增加而逐漸由固定床經(jīng)膨脹床最后成為流化床。由于顆粒在反應(yīng)器中處于流化狀態(tài),避免了生物濾池的堵塞現(xiàn)象,提高了水與生物顆粒的接觸機(jī)會(huì);同時(shí)可控制水流紊動(dòng)對(duì)生物顆粒表面的剪力水平,從而控制填料上生物膜的厚度,有利于形成均勻、致密、厚度較薄且活性較高的生物膜。強(qiáng)化了水中可生物降解基質(zhì)向生物膜內(nèi)的傳遞過(guò)程,使生物流化床的單位容積的基質(zhì)降解速率得到提高。但是生物流化床動(dòng)力費(fèi)用較高,且維護(hù)管理復(fù)雜。

2.2.2.4　膜生物反應(yīng)器

膜生物反應(yīng)器(MBR)是一種由膜分離單元與生物處理單元相結(jié)臺(tái)的新型水處理技術(shù),以膜組件取代二沉池在生物反應(yīng)器中保持高活性污泥濃度減少污水處理設(shè)施占地,并通過(guò)保持低污泥負(fù)荷減少污泥量。與傳統(tǒng)的生化水處理技術(shù)比,MBR具有以下主要特點(diǎn):處理效率高、出水水質(zhì)好；設(shè)備緊湊、占地面積��；易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、運(yùn)行管理簡(jiǎn)單。20世紀(jì)80年代以來(lái),該技術(shù)愈來(lái)愈受到重視,成為研究的熱點(diǎn)之一。

2.2.2.5  塔式生物濾池

輕質(zhì)濾料的開(kāi)發(fā)與采用,為塔式生物濾池的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。生物塔濾增加了濾池高度,分層放置填料,通風(fēng)良好,克服了普通生物濾池(非曝氣) 溶解氧不足的缺陷。國(guó)外廣泛采用塑料材質(zhì)大孔徑波紋孔板濾料,我國(guó)常采用環(huán)氧樹(shù)脂固化玻璃鋼蜂窩填料。塔式生物濾池的凈化作用也是通過(guò)填料表面生物膜的新陳代謝活動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。塔式濾池的優(yōu)點(diǎn)是負(fù)荷高,產(chǎn)水量大,占地面積小,對(duì)沖擊負(fù)荷水量和水質(zhì)的突變適應(yīng)性較強(qiáng)。缺點(diǎn)是動(dòng)力消耗較大,基建投資高,運(yùn)行管理不便。

2.2.2.6  生物膨脹床與流化床

生物膨脹床是介于固定床和流化床之間的一種過(guò)渡狀態(tài),流化床中的填料隨水、氣流的上升流速的增加而逐漸由固定床經(jīng)膨脹床最后成為流化床。生物膨脹床與流化床通過(guò)選用適度規(guī)格粒徑(約為0. 2 mm～1. 0 mm) 的生物載體,如砂、焦炭、活性炭、陶粒等。采用生物膨脹床與流化床,可解決固定填料床中常出現(xiàn)的堵塞問(wèn)題,進(jìn)一步提高凈化效率,且占地面積少。但由于保持膨脹或流化狀態(tài),消耗的動(dòng)力費(fèi)用較高,且維護(hù)管理復(fù)雜,在運(yùn)行過(guò)程中還存在流化介質(zhì)跑料現(xiàn)象,其工程應(yīng)用還很少見(jiàn)。

2.2.2.7  生物轉(zhuǎn)盤(pán)反應(yīng)器

生物轉(zhuǎn)盤(pán)在污水處理中已廣泛采用,目前在給水處理領(lǐng)域,對(duì)某些污染程度較為嚴(yán)重的微污染水進(jìn)行了一些研究。生物轉(zhuǎn)盤(pán)的優(yōu)點(diǎn)是有較好的耐沖擊負(fù)荷能力,脫落膜易于清理處置。但存在的不足是生物氧化接觸時(shí)間較長(zhǎng),構(gòu)筑物占地面積大,盤(pán)片價(jià)格較貴,基建投資高。

2.2.2.8  新型生物反應(yīng)器處理技術(shù)

膜生物反應(yīng)器是膜處理和生物處理相結(jié)合的一種新工藝,它是指以超濾膜組件作為取代二沉池的泥水分離單元設(shè)備,并與生物反應(yīng)器組合構(gòu)成的一種新型生物處理裝置。由于超濾膜能很好地截流來(lái)自生物反應(yīng)器混合液中的微生物絮體、分子量較大的有機(jī)物及固體懸浮物質(zhì),并使之重新返回到生化反應(yīng)器中,這就使反應(yīng)器內(nèi)的活性污泥濃度得以大大提高,從而能有效的提高有機(jī)物的去除率。另外,膜濾出水水質(zhì)很好,系統(tǒng)所排放剩余污泥也很少。

2.2.3　吸附處理技術(shù)

吸附處理技術(shù)是指利用某些材料強(qiáng)大的吸附性能來(lái)去除水中污染物的技術(shù)。目前用于源水處理的吸附劑有活性炭(AC)、硅藻土、二氧化硅、活性氧化鋁、沸石、離子交換樹(shù)脂,其中用得最多的是活性炭。

2.2.3.1　活性炭吸附

活性炭(AC)具有豐富微孔結(jié)構(gòu)和表面憎水性,其對(duì)水中某些污染物有極強(qiáng)的親和力,是污染物有效的去除方法�；钚蕴靠山�(jīng)濟(jì)有效的去除嗅、味、色度、氯化有機(jī)物、農(nóng)藥及其它人工合成有機(jī)物,但是對(duì)于對(duì)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。

2.2.3.2  沸石吸附

沸石對(duì)水中氨氮具有選擇吸附作用,除了吸附性能外沸石還具有離子交換性能,催化性能,熱穩(wěn)定性及耐酸性等。另外還具有化學(xué)反應(yīng)性、遠(yuǎn)紅外輻射性、可逆脫水性等工藝性能。在沸石晶格中的空腔中K、Na、Ca等陽(yáng)離子和水分子與格架結(jié)合得不緊,極易與其周?chē)芤豪锏年?yáng)離子發(fā)生交換作用,交換后的沸石晶格結(jié)構(gòu)也不被破壞。改性后,某些本來(lái)吸附性能較差的沸石變成吸附能力極強(qiáng)的新型沸石,因此改性沸石在微污染水預(yù)處理工藝中有應(yīng)用推廣前景。

2.2.3.3　其它吸附材料

粘土由于價(jià)廉、儲(chǔ)量豐富、吸附效率高,作為水處理吸附劑被應(yīng)用于飲用水處理過(guò)程中,但大量粘土的投加造成沉淀池排泥量的增加,提高了運(yùn)行成本,造成了困難�；钚匝趸X是一種兩性物質(zhì),等電點(diǎn)為pH為9. 5,當(dāng)原水pH低于其等電點(diǎn)時(shí),此吸附劑將吸附陰離子,反之,則吸附陽(yáng)離子。對(duì)氧化鋁進(jìn)行適當(dāng)改性后,可提高其對(duì)特定污染物的吸附容量。

2.3 強(qiáng)化處理技術(shù)

強(qiáng)化主要包括混凝、過(guò)濾、沉淀、消毒的強(qiáng)化。

2.3.1　強(qiáng)化混凝

天然水體中懸浮、膠態(tài)部分有機(jī)物主要是通過(guò)電性中和、吸附架橋、網(wǎng)捕沉淀得以去除,而且去除率較高。而水中分子質(zhì)量較小、溶解度較大的有機(jī)物在一般混凝條件下去除率較低,通過(guò)強(qiáng)化混凝可以提高其去除率。強(qiáng)化混凝是指向水中投加過(guò)量的混凝劑并控制一定的pH值,從而提高常規(guī)處理中天然有機(jī)物(NOM)的去除效果,最大限度地去除消毒副產(chǎn)物的前體物(DBPFP),保證飲用水消毒副產(chǎn)物符合飲用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的方法。美國(guó)的水處理工作者普遍認(rèn)為, 強(qiáng)化混凝是實(shí)現(xiàn)消毒物/消毒副產(chǎn)物規(guī)定的第一階段目標(biāo)的最佳途徑。因此, 目前采用強(qiáng)化混凝法去除有機(jī)物的研究很多。地面水的天然有機(jī)物主要是腐殖酸和富里酸, 它們與水形成大分子膠體真溶液。對(duì)于某一確定的原水, 必定有一最佳混凝劑。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo), 在去除天然有機(jī)物時(shí), 鐵鹽的混凝效果比鋁鹽好；陽(yáng)離子高分子絮凝劑可單獨(dú)作為混凝劑, 但陰離子型和非離子型絮凝劑單獨(dú)應(yīng)用效果不佳, 但當(dāng)被用作助凝劑時(shí), 則可發(fā)揮其提高固液分離的功能, 可有效地提高TOC的去除率。強(qiáng)化混凝去除天然有機(jī)物機(jī)理主要有:

(1) 混凝劑生成氫氧化物(Al(OH)3或Fe(OH)3)絮體對(duì)天然有機(jī)物吸附而將其去除；

(2) 天然有機(jī)物與混凝劑一起形成不溶性的絡(luò)合物(鋁的腐質(zhì)酸鹽和富里酸鹽或鐵的腐質(zhì)酸鹽和富里酸鹽),該機(jī)理類(lèi)似于電性中和。

強(qiáng)化混凝通常有以下幾種方法:

(1) 增加混凝劑的投加量,使水中有機(jī)物的水化層壓縮,水解陽(yáng)離子與有機(jī)物陰離子電中和,消除由于有機(jī)物對(duì)無(wú)機(jī)膠體的影響,使無(wú)機(jī)膠體脫穩(wěn)；

(2) 投加絮凝劑,增強(qiáng)吸附、架橋作用,使有機(jī)物易被絮體吸附而下沉；

(3) 完善混合、絮凝設(shè)備,調(diào)整混合與絮凝反應(yīng)的時(shí)間,改善水力條件條件；

(4) 調(diào)整pH值,實(shí)踐表明,一般有機(jī)物多時(shí),pH值5～6效果較好；

(5) 投加氧化劑等如高錳酸鉀復(fù)劑,強(qiáng)化混凝效果。

強(qiáng)化混凝去除天然有機(jī)物的效果受很多因素的影響, 主要包括:天然有機(jī)物種類(lèi)組成和含量、混凝劑的種類(lèi)和投加量、pH 值、堿度、水源水中的金屬離子種類(lèi)�；炷齽┑姆N類(lèi)是影響混凝效果的重要影響因素之一。中國(guó)科學(xué)研究院選用復(fù)合混凝劑處理高堿度、高pH 值的原水時(shí)發(fā)現(xiàn): 復(fù)合混凝劑去除有機(jī)物效率比傳統(tǒng)的混凝劑( 氯化鋁和氯化鐵)、聚合氯化鋁高出了30%, 特別是在去除SUVA 和高分子量的親水溶解性有機(jī)物時(shí), 更顯示出復(fù)合混凝劑的優(yōu)勢(shì)。L.Rizzo 等人對(duì)比了明礬、氯化鐵及聚合氯化鋁強(qiáng)化混凝去除三鹵甲烷前體的效果,發(fā)現(xiàn)聚合氯化鋁在去除濁度方面比明礬和氯化鐵的效果更好, 但是在去除三鹵甲烷前體物方面的效果不及明礬和氯化鐵�；炷齽┑耐都恿渴翘烊挥袡C(jī)物凈化的關(guān)鍵。同濟(jì)大學(xué)董秉直等采用強(qiáng)化混凝去除黃浦江水中的有機(jī)物研究表明: 就黃浦江水而言, 達(dá)到最佳有機(jī)物去除效果的硫酸鋁投加量為8 mg/L(以Al計(jì)),pH為5.5時(shí),DOC和UV254的去除率可分別達(dá)到46% 和57%。Jian- Jun Qin 等研究表明: pH值為5.2, 明礬投加量為5mgAl/L 是混凝去除水中的NOM的最優(yōu)條件。此時(shí),DOC的去除率達(dá)到45%, 比傳統(tǒng)的混凝效果( 去除率為35%) 要高。

強(qiáng)化混凝需多投混凝劑或另投其它藥劑,勢(shì)必引起藥劑費(fèi)用與污泥處理費(fèi)用的增加。

2.3.2 強(qiáng)化過(guò)濾

強(qiáng)化過(guò)濾是指通過(guò)選擇合適的濾料,采取一定的措施和技術(shù),使得濾料在去除濁度的同時(shí)又能降低有機(jī)物, 降低氨氮和亞硝酸鹽氮的含量。去除氨氮極其鹽類(lèi)主要通過(guò)生物作用,普通快濾池由于采用了預(yù)加氯工藝,抑制了濾料中生物的生長(zhǎng),因此濾料層沒(méi)有生物降解作用。強(qiáng)化過(guò)濾即要求在濾料中形成生物膜,既要有亞硝化桿菌,又要有硝化桿菌,去除一定量的氨氮、亞硝酸鹽氮。該技術(shù)運(yùn)行管理方面有較大的困難,例如要控制反沖洗強(qiáng)度,既能沖去積泥,又能保持一定的生物膜;要控制濾池的微環(huán)境有利于微生物的生長(zhǎng)。通常強(qiáng)化過(guò)濾可采用的技術(shù)措施有:

(1) 選擇合適的濾料,表面要有利于細(xì)菌的生長(zhǎng),并具有足夠的比表面積,濾料的粒徑和厚度必須保證濾后水濁度的要求；

(2) 選擇合適的沖洗方法和沖洗強(qiáng)度,確保反沖洗既能有效地沖去積泥,又能保存濾料表面一定的生物膜；

(3) 濾池進(jìn)水需保證足夠的溶解氧以維持氨氮的硝化過(guò)程；

(4) 余氯的存在會(huì)抑制細(xì)菌生長(zhǎng),因此取消濾前加氯工藝,為了控制出廠水細(xì)菌指標(biāo)在規(guī)定范圍之內(nèi),需要對(duì)濾池出水進(jìn)行消毒。

2.3.3  強(qiáng)化沉淀

新的強(qiáng)化沉淀分離技術(shù)基于幾個(gè)論點(diǎn)：

(1)高效新型高分子絮凝劑的應(yīng)用，強(qiáng)化和增加了絮凝體的凈化特性；

(2)改善沉淀水流流態(tài)，減少沉降距離，大幅度提高沉淀效率；

(3)提高絮凝顆粒的有效濃度，促進(jìn)絮凝體整體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的快速形成。

當(dāng)水進(jìn)入沉淀區(qū)后，在水中很快形成懸浮狀態(tài)的整體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)過(guò)濾層，進(jìn)池原水通過(guò)該濾層以自下而上的分離清水和自上而下濃縮絮凝泥渣的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)原水有機(jī)物進(jìn)行連續(xù)性網(wǎng)捕、掃裹、吸附、共沉等一系列綜合進(jìn)化，達(dá)到以強(qiáng)化常規(guī)工藝處理受污染水的目的。據(jù)介紹，該凈化工藝在國(guó)外已有應(yīng)用。聶小保等采用強(qiáng)化混凝與活性炭聯(lián)用技術(shù)對(duì)贛江微污染水源水處理進(jìn)行試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，強(qiáng)化混凝與活性炭聯(lián)用較常規(guī)工藝能減小出水濁度，顯著提高COD 和UV 的去除率，并有效控制出水余鋁含量。原水COD為4.10~4.25 mg/L右，UV0.2~0.3 mg/L時(shí)，中試系統(tǒng)出水濁度降低了12 %左右，出水COD和UV分別為0.5~0.7 mg/L和0.015~0.025 mg/L，各自去除率較傳統(tǒng)工藝分別提高了36 %和40 %左右。試驗(yàn)出水余鋁濃度均<0.2 mg/L，NH4-N去除率沒(méi)有明顯提高。

三、小結(jié)

水處理工作者經(jīng)過(guò)幾十年來(lái)的研究和探索, 開(kāi)發(fā)出多種針對(duì)微污染水源水的處理方法, 主要有預(yù)處理、深度處理和常規(guī)處理的強(qiáng)化。但是, 任何一個(gè)處理單元都有各自的去除對(duì)象, 沒(méi)有哪一個(gè)單元具有廣譜的去污能力。這就要求我們?cè)谶x擇微污染水源水處理工藝時(shí), 必須根據(jù)水源水質(zhì)的特點(diǎn)和處理后水質(zhì)的要求, 對(duì)各種處理單元進(jìn)行有效合理的組合, 形成組合工藝, 充分發(fā)揮組合工藝中各處理單元的去污能力, 同時(shí)發(fā)揮各單元間協(xié)同互補(bǔ)的特點(diǎn), 來(lái)獲得經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)的飲用水。

要從根本上解決水源水水質(zhì)問(wèn)題, 須從多方面下手, 除開(kāi)發(fā)新的水處理技術(shù)外, 還應(yīng)從源頭上控制污染物, 努力提高人們的環(huán)保意識(shí)。這不僅有利于飲用水水質(zhì)的提高, 水源水水質(zhì)的改善, 也是恢復(fù)生態(tài)平衡, 造福子孫后代的大事, 更是一個(gè)值得全人類(lèi)共同關(guān)注的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳曉誠(chéng)，段曉軍. 微污染水源處理的研究進(jìn)展[J].廣東化工，2009，8（36）：177-187.

[2] 汪恂,宛海燕.微污染水源水處理技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].山西建筑，2008,  34（32）:20-21.

[3] 岳禹峰, 黃仕元,龐朝暉,張勇明等.微污染水源水處理技術(shù)發(fā)展與探討[J].工業(yè)水處理，2006,26（9）:14-17.

[4] 陳曉.微污染水源水處理技術(shù)研究[J]. 甘肅聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào),2008:44-46.

[5] 陳越,宋梅.微污染水源水處理技術(shù)研究進(jìn)展[J].遼寧化工，2008,37（2）:124-127.

[6] 何斐,李磊,徐炎華.微污染水源水處理技術(shù)研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2008,36( 11) : 4672- 4673, 4685.

[7] 黃源偉.微污染水源水的生物處理技術(shù)[J].企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā), 2008,27(11):35-37.

[8] 王大年,吳益萍,陸繼來(lái),涂勇.微污染原水中有機(jī)污染物凈化技術(shù)進(jìn)展[J].科技信息，2008：43,46.

[9] 鄭洪領(lǐng),王龍,宗逸君.我國(guó)微污染水源飲用水處理技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展[J].山東建筑大學(xué)學(xué)報(bào),2008,23(6):543-546,559.

[10] 趙耀,范文飆.飲用水除微污染技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展[J].科技論壇.

[11] 姜瑞雪,王　龍,張　麗.強(qiáng)化混凝在微污染水源水處理中的應(yīng)用[J].水資源保護(hù),2006,22(5):68-70.

[12] 王　勇. 活性炭在微污染水源水處理中的應(yīng)用綜述[J].山西建筑,2008,34(30)：201-202.

[13] 程家迪,劉　銳，陳呂軍等. 膜生物反應(yīng)器處理微污染水源水的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀[J]. 環(huán)境污染與防治，2009，31(4):66-77.

[14] 何　斐,李　磊,徐炎華. 強(qiáng)化混凝去除微污染水源水中有機(jī)物的研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2008, 35(1):119-123.

[15] 劉科軍,呂錫武.組合工藝在微污染水源水處理中的研究和應(yīng)用[J].凈水技術(shù).2006:36-39.