我國(guó)微污染水源水處理技術(shù)
發(fā)布日期：2017-11-14 點(diǎn)擊：956
微污染水源水是指受到工農(nóng)業(yè)和生活污水污染，其中部分項(xiàng)目超過(guò)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—2002)中Ⅲ類(lèi)水體規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的飲用水源水。近年來(lái)，我國(guó)飲用水源水質(zhì)面臨的形勢(shì)非常嚴(yán)峻，主要是有機(jī)污染，并由此引發(fā)水源藻類(lèi)污染和飲用水消毒副產(chǎn)物的風(fēng)險(xiǎn)〔1, 2〕�，F(xiàn)有水廠常規(guī)處理工藝已不能有效保證水廠對(duì)出水中污染物質(zhì)的去除效果。經(jīng)近年來(lái)的研究和探索，微污染水源水飲用水處理技術(shù)取得了長(zhǎng)足發(fā)展。筆者綜述了我國(guó)具有較好實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的微污染水源水處理技術(shù)的研究進(jìn)展，以指導(dǎo)今后的理論研究和工程實(shí)踐。
1 微污染水源水生物預(yù)處理技術(shù)
微污染水源水生物預(yù)處理技術(shù)借助微生物的新陳代謝作用，在常規(guī)凈水工藝之前增加生物處理單元，對(duì)微污染水中的有機(jī)物、氨氮等污染物質(zhì)進(jìn)行一定程度的去除，以減輕常規(guī)處理和深度處理的負(fù)荷，改善出水水質(zhì) 〔3〕。相對(duì)于污水而言，微污染水源水中的有機(jī)物、氨氮和亞硝酸鹽氮的濃度一般都很低，對(duì)微污染水源水處理起主導(dǎo)作用的微生物絕大多數(shù)屬于好氧貧養(yǎng)型微生物，對(duì)有機(jī)物的吸附能力強(qiáng)、吸附速度快、吸附容量也較大，具有生命周期長(zhǎng)、繁殖緩慢的特征。生物膜法因微生物附著在載體填料上，相對(duì)而言能獲得相對(duì)穩(wěn)定的生長(zhǎng)環(huán)境，適合于生命周期長(zhǎng)的微生物生存和繁殖，因而絕大多數(shù)生物預(yù)處理都采用生物膜的形式。目前采用生物膜法的生物預(yù)處理技術(shù)主要有人工濕地、生物接觸氧化法、曝氣生物濾池、生物流化床、生物塔濾、生物轉(zhuǎn)盤(pán)等以及從這些技術(shù)發(fā)展而來(lái)的一些方法，其中以生物接觸氧化法和曝氣生物濾池研究及應(yīng)用最為深入和廣泛。
楊旭等〔4〕研究了潛流式人工濕地對(duì)黃河微污染水的處理效果，NH3-N、NO3--N、NO2--N 的平均去除率可以達(dá)到35%~40%，TN 的平均去除率為25%~35%。于方田等〔5〕用復(fù)合濾床曝氣生物濾池工藝處理黃河微污染水，在水力負(fù)荷為1.5 m3/(m2˙h)、氣水比為(0.5~0.8)∶1，復(fù)合濾床曝氣生物濾池對(duì)CODMn、NH3-N、濁度和色度的平均去除率分別達(dá)到65%、90%、97%、58%。劉金香等〔6〕探討沸石-陶粒曝氣生物濾池工藝對(duì)微污染水中CODMn、NH3-N 等污染物質(zhì)的去除效果，在水力負(fù)荷為1.2 m3/(m2˙h)、氣水比為1∶1 時(shí)，CODMn和NH3-N 的平均去除率分別為36.31%和94.4%。王云波等〔7〕采用臭氧-生物沸石的除污染組合工藝處理湘江水，生物膜成熟后在投加臭氧質(zhì)量濃度為2.2 mg/L，水力負(fù)荷為2.3 m3/(m2˙h)時(shí)，工藝對(duì)CODMn和NH3-N 的去除率分別為53.6%和86.1%。陸洪宇等〔8〕針對(duì)微污染高濁度水源水的水質(zhì)特點(diǎn)，采用接觸氧化/生物過(guò)濾組合工藝對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理，組合工藝對(duì)CODMn和UV254的平均去除率分別為33.3%和23.4%。王利平等〔9〕將TiO2負(fù)載于聚丙烯(PP)填料而制成TiO2/PP 復(fù)合填料，將其用于光催化氧化預(yù)處理微污染湖泊水，對(duì)CODMn、UV254、NH3-N、TP 和葉綠素a 的平均去除率分別為18.77%、16.44%、11.94%、20.27%、38.74%。
生物預(yù)處理是在常規(guī)工藝之前對(duì)水中氨氮和有機(jī)物預(yù)去除或轉(zhuǎn)化的一種有效方法。人工濕地占地面積大、冬季效果不穩(wěn)定成為制約其在實(shí)際工程中廣泛應(yīng)用的主要原因，生物接觸氧化法和曝氣生物濾池及由兩者發(fā)展而來(lái)的工藝目前成為水源水預(yù)處理的主導(dǎo)工藝，光催化氧化預(yù)處理及其他一些方法主要處于試驗(yàn)研究階段，實(shí)際應(yīng)用鮮有報(bào)道。但是總體來(lái)說(shuō)生物預(yù)處理本身也存在一定的局限性，由于運(yùn)行效果受水溫等諸多因素的影響，對(duì)微量難生物降解的有機(jī)污染物沒(méi)有效果，微生物新陳代謝產(chǎn)物及微生物本身的物質(zhì)特性及對(duì)人體健康還可能存在一定影響。
2 微污染水源水深度處理技術(shù)
微污染水源水深度處理是在常規(guī)處理工藝之后，采取適當(dāng)?shù)姆椒ǎ瑢F(xiàn)行工藝不能有效去除的溶解性有機(jī)污染物、DBPs 前驅(qū)物、微量化學(xué)物質(zhì)、異嗅異味物質(zhì)以及某些病原微生物如隱孢子蟲(chóng)等進(jìn)行強(qiáng)化去除，以提高和保證飲用水水質(zhì)安全〔1〕。目前應(yīng)用較為廣泛的微污染水深度處理技術(shù)包括活性炭吸附技術(shù)、生物活性炭技術(shù)、膜過(guò)濾技術(shù)、臭氧氧化技術(shù)、臭氧-生物活性炭技術(shù)以及各種高級(jí)氧化的聯(lián)用技術(shù)，其中以膜過(guò)濾技術(shù)和臭氧-生物活性炭技術(shù)應(yīng)用最為廣泛。
2.1 膜過(guò)濾深度處理技術(shù)
膜過(guò)濾技術(shù)是以壓力差為推動(dòng)力，使水相中的一種或幾種物質(zhì)有選擇性地經(jīng)過(guò)傳質(zhì)作用通過(guò)膜或膜組件，達(dá)到分離污染物質(zhì)、純化水質(zhì)的目的。常用的膜技術(shù)包括微濾(MF)、超濾(UF)、納濾(NF)和反滲透(RO)，這些工藝具有適應(yīng)性強(qiáng)，處理規(guī)�？纱罂尚�，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等特點(diǎn)。隨著膜材料價(jià)格的逐年降低，膜過(guò)濾技術(shù)在飲用水處理中具有廣泛的應(yīng)用前景。宋亞麗等〔10〕采用原水預(yù)處理+膜過(guò)濾的工藝處理黃浦江微污染水，DOC 和UV254的平均去除率分別達(dá)到45%和61%。程家迪等〔11〕以某微污染河網(wǎng)水為原水，考察了膜生物反應(yīng)器/粉末活性炭(MBR/PAC) 工藝對(duì)其處理的效果，工藝對(duì)CODMn、TOC 和UV254的去除率均可達(dá)50%以上，對(duì)NH3-N、鐵和濁度的去除率分別超過(guò)80%、87%、90%。潘若平等〔12〕采用粉末活性炭和超濾膜聯(lián)用技術(shù)對(duì)微污染水進(jìn)行試驗(yàn)，出水TOC 和UV254去除率保持穩(wěn)定，平均去除率分別為44.8%和48.9%。葉挺進(jìn)等〔13〕采用二氧化氯預(yù)氧化和超濾組合工藝進(jìn)行微污染水處理試驗(yàn)研究，投加0.5 mg/L 二氧化氯能使混凝、沉淀預(yù)處理和組合工藝的CODMn去除率分別提高約11.6%和7.4%。劉婷等〔14〕采用臭氧預(yù)氧化/膜生物反應(yīng)器(O3/MBR)工藝處理微污染水，對(duì)濁度、CODMn、DOC和UV254的平均去除率分別為99.3%、32.6%、18.7%、30.1%，整個(gè)系統(tǒng)對(duì)AOC 的去除率為13.4%。
膜過(guò)濾深度處理技術(shù)是一種微污染水深度處理的有效方法，但是總體來(lái)說(shuō)還存在一定的局限性，如建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本相對(duì)其他一些深度處理工藝偏高，膜的堵塞和反沖洗問(wèn)題也會(huì)對(duì)運(yùn)行造成諸多不便，某些對(duì)人體有益的微量元素也會(huì)被去除，膜過(guò)濾深度處理出水對(duì)人體健康也可能存在一定的影響。
2.2 臭氧-生物活性炭深度處理技術(shù)
臭氧-生物活性炭技術(shù)(O3-BAC)將臭氧化學(xué)氧化、活性炭物理化學(xué)吸附、生物降解、臭氧消毒技術(shù)合為一體，是當(dāng)今各國(guó)飲用水深度處理的主流工藝，在國(guó)內(nèi)外均有大量的水廠實(shí)際運(yùn)用。李璇等〔15〕以臭氧-生物活性炭(O3-BAC) 組合工藝處理黃浦江水取得了良好的效果，其對(duì)CODMn、UV254、三鹵甲烷前體物、AOC 的去除率分別為24%、35%、31%、63%。付樂(lè)等〔16〕采用“預(yù)臭氧氧化+常規(guī)處理+GAC/O3-BAC深度處理” 工藝針對(duì)南方某市微污染水進(jìn)行中試研究，O3-BAC 工藝對(duì)有機(jī)物、CHCl3的去除效果和吸附壽命均優(yōu)于GAC 工藝。尹宇鵬等〔17〕以廣州東江水源水為原水，研究了臭氧生物活性炭深度處理工藝對(duì)污染物的去除效果，CODMn、NH3-N、NO2--N、濁度的平均去除率達(dá)65.34%、96.03%、98.24%、96.33%。葉恒朋等〔18〕建立了一套臭氧-生物活性炭給水深度處理中試裝置，處理南方某市Ⅲ-Ⅴ類(lèi)微污染水，結(jié)果表明，對(duì)于水中的營(yíng)養(yǎng)性指標(biāo)(NH3-N、TP、鐵、錳、AOC)，臭氧-生物活性炭深度處理工藝出水較常規(guī)工藝出水有了大幅度的降低，增加了飲用水的生物穩(wěn)定性和安全性。
臭氧-生物活性炭工藝在飲用水深度處理和水質(zhì)改善中發(fā)揮了重要作用。但是也存在一定的局限性，如：活性炭?jī)r(jià)格較貴，使用壽命有限;臭氧的利用率低，對(duì)某些難降解的有機(jī)污染物(如農(nóng)藥等)氧化能力有限; 臭氧氧化可能會(huì)生成某些具有一定毒性的副產(chǎn)物; 活性炭對(duì)臭氧氧化后生成的某些親脂性有機(jī)物(如有機(jī)氯化物)的吸附效果較差，因此不能完全保證出水安全。
3 微污染水源水傳統(tǒng)工藝強(qiáng)化處理技術(shù)
改進(jìn)和強(qiáng)化傳統(tǒng)凈水處理工藝是目前控制水廠出水污染物含量的有效手段。對(duì)傳統(tǒng)凈化工藝進(jìn)行改造、強(qiáng)化，可以進(jìn)一步提高處理效率，降低出水濁度，提高水質(zhì)，處理成本較低。目前，國(guó)內(nèi)外的研究主要集中在強(qiáng)化混凝處理技術(shù)和強(qiáng)化過(guò)濾處理技術(shù)。
3.1 強(qiáng)化混凝處理技術(shù)
強(qiáng)化混凝是在常規(guī)混凝處理基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種處理工藝，通過(guò)投加過(guò)量的混凝劑、新型混凝劑、助凝劑或其他藥劑，同時(shí)調(diào)節(jié)pH，使混凝作用得以加強(qiáng)，從而提高常規(guī)處理工藝對(duì)污染物的去除率。
陳偉玲等〔19〕針對(duì)微污染水中的鎘污染去除問(wèn)題，以聚合硫酸鐵(PFS) 為混凝劑，采用強(qiáng)化混凝對(duì)水中微量鎘的去除進(jìn)行了研究，當(dāng)原水中鎘為0.1mg/L 時(shí)，投加3.75 mg/L 的PFS，可使濾后水鎘剩余質(zhì)量濃度降至0.005 mg/L 以下。李明玉等〔20〕以聚合硫酸鐵和聚合氯化鋁為混凝劑，對(duì)微污染水中微量砷的去除進(jìn)行研究，微污染水砷質(zhì)量濃度為0.1mg/L，聚合硫酸鐵投加量為0.078 mmol/L 時(shí)，可使濾后水中砷質(zhì)量濃度低于0.01 mg/L。盧靜芳等〔21〕通過(guò)燒杯混凝試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)連續(xù)混凝試驗(yàn)，研究強(qiáng)化混凝對(duì)水中濁度和TOC 去除效果的影響，聚合氯化鋁(PAC)最佳投量為30 mg/L，濁度去除率為90.19%，TOC 去除率為38.2%，聚合氯化鋁對(duì)濁度和TOC 去除率分別高達(dá)84.95%、33.18%以上。張龑等〔22〕以聚合氯化鋁(PAC)為混凝劑，改性活化硅酸為助凝劑，通過(guò)燒杯混凝試驗(yàn)處理葦水河微污染水，除濁率提高到95%以上。
3.2 強(qiáng)化過(guò)濾處理技術(shù)
臭氧-生物活性炭技術(shù)(O3-BAC)將臭氧化學(xué)氧化、活性炭物理化學(xué)吸附、生物降解、臭氧消毒技術(shù)合為一體，是當(dāng)今各國(guó)飲用水深度處理的主流工藝，在國(guó)內(nèi)外均有大量的水廠實(shí)際運(yùn)用。李璇等〔15〕以臭氧-生物活性炭(O3-BAC) 組合工藝處理黃浦江水取得了良好的效果，其對(duì)CODMn、UV254、三鹵甲烷前體物、AOC 的去除率分別為24%、35%、31%、63%。付樂(lè)等〔16〕采用“預(yù)臭氧氧化+常規(guī)處理+GAC/O3-BAC深度處理” 工藝針對(duì)南方某市微污染水進(jìn)行中試研究，O3-BAC 工藝對(duì)有機(jī)物、CHCl3的去除效果和吸附壽命均優(yōu)于GAC 工藝。尹宇鵬等〔17〕以廣州東江水源水為原水，研究了臭氧生物活性炭深度處理工藝對(duì)污染物的去除效果，CODMn、NH3-N、NO2--N、濁度的平均去除率達(dá)65.34%、96.03%、98.24%、96.33%。葉恒朋等〔18〕建立了一套臭氧-生物活性炭給水深度處理中試裝置，處理南方某市Ⅲ-Ⅴ類(lèi)微污染水，結(jié)果表明，對(duì)于水中的營(yíng)養(yǎng)性指標(biāo)(NH3-N、TP、鐵、錳、AOC)，臭氧-生物活性炭深度處理工藝出水較常規(guī)工藝出水有了大幅度的降低，增加了飲用水的生物穩(wěn)定性和安全性。
臭氧-生物活性炭工藝在飲用水深度處理和水質(zhì)改善中發(fā)揮了重要作用。但是也存在一定的局限性，如：活性炭?jī)r(jià)格較貴，使用壽命有限;臭氧的利用率低，對(duì)某些難降解的有機(jī)污染物(如農(nóng)藥等)氧化能力有限; 臭氧氧化可能會(huì)生成某些具有一定毒性的副產(chǎn)物; 活性炭對(duì)臭氧氧化后生成的某些親脂性有機(jī)物(如有機(jī)氯化物)的吸附效果較差，因此不能完全保證出水安全。
3 微污染水源水傳統(tǒng)工藝強(qiáng)化處理技術(shù)
改進(jìn)和強(qiáng)化傳統(tǒng)凈水處理工藝是目前控制水廠出水污染物含量的有效手段。對(duì)傳統(tǒng)凈化工藝進(jìn)行改造、強(qiáng)化，可以進(jìn)一步提高處理效率，降低出水濁度，提高水質(zhì)，處理成本較低。目前，國(guó)內(nèi)外的研究主要集中在強(qiáng)化混凝處理技術(shù)和強(qiáng)化過(guò)濾處理技術(shù)。
3.1 強(qiáng)化混凝處理技術(shù)
陳偉玲等〔19〕針對(duì)微污染水中的鎘污染去除問(wèn)題，以聚合硫酸鐵(PFS) 為混凝劑，采用強(qiáng)化混凝對(duì)水中微量鎘的去除進(jìn)行了研究，當(dāng)原水中鎘為0.1mg/L 時(shí)，投加3.75 mg/L 的PFS，可使濾后水鎘剩余質(zhì)量濃度降至0.005 mg/L 以下。李明玉等〔20〕以聚合硫酸鐵和聚合氯化鋁為混凝劑，對(duì)微污染水中微量砷的去除進(jìn)行研究，微污染水砷質(zhì)量濃度為0.1mg/L，聚合硫酸鐵投加量為0.078 mmol/L 時(shí)，可使濾后水中砷質(zhì)量濃度低于0.01 mg/L。盧靜芳等〔21〕通過(guò)燒杯混凝試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)連續(xù)混凝試驗(yàn)，研究強(qiáng)化混凝對(duì)水中濁度和TOC 去除效果的影響，聚合氯化鋁(PAC)最佳投量為30 mg/L，濁度去除率為90.19%，TOC 去除率為38.2%，聚合氯化鋁對(duì)濁度和TOC 去除率分別高達(dá)84.95%、33.18%以上。張龑等〔22〕以聚合氯化鋁(PAC)為混凝劑，改性活化硅酸為助凝劑，通過(guò)燒杯混凝試驗(yàn)處理葦水河微污染水，除濁率提高到95%以上。
3.2 強(qiáng)化過(guò)濾處理技術(shù)
強(qiáng)化過(guò)濾是對(duì)濾池系統(tǒng)進(jìn)行強(qiáng)化改進(jìn)，可以通過(guò)使用新型濾池、采用多層濾料代替單層濾料以及投加助凝劑等手段，解決常規(guī)過(guò)濾工藝對(duì)水中溶解性污染物幾乎沒(méi)有去除作用的問(wèn)題。由于強(qiáng)化過(guò)濾技術(shù)的關(guān)鍵是濾料，國(guó)內(nèi)外大量研究都是朝著改善濾料表面特性，研制新型濾料的方向努力〔23〕。
盧偉等〔24〕應(yīng)用顆粒物計(jì)數(shù)儀對(duì)強(qiáng)化過(guò)濾技術(shù)降低濾池出水濁度進(jìn)行了研究，投加2.5~3 mg/L 聚合氯化鋁(PAC)，出水濁度最低，且不會(huì)影響過(guò)濾周期。嚴(yán)子春等〔25〕采用粒徑為0.5~1 mm 的活化沸石作為濾料進(jìn)行強(qiáng)化過(guò)濾試驗(yàn)，濁度的去除率在65%左右，對(duì)CODMn和氨氮的去除率分別在10%和95%以上，對(duì)水中常見(jiàn)的3 種微污染有機(jī)物L(fēng)AS、三氯甲烷和苯酚的去除率分別達(dá)到17.7%、44.45%、34%。丁磊等〔26〕采用以粒徑為0.8~1.2 mm 活化沸石代替石英砂的強(qiáng)化過(guò)濾工藝處理微污染水，生產(chǎn)性試驗(yàn)結(jié)果表明，其對(duì)濁度、氨氮和CODMn的去除率分別為95%、83%、39%。馬軍等〔27〕采用改性石英砂濾料強(qiáng)化過(guò)濾處理含藻水，和未改性石英砂比較取得優(yōu)良的處理效果。雷國(guó)元等〔28〕制備了涂氧化鈦的改性濾料，該濾料對(duì)微污染水中濁度、有機(jī)物、藻細(xì)胞等污染物的去除能力要比普通石英砂濾料強(qiáng)。汪彩文等〔29〕開(kāi)展了聚合氯化鋁(PAC)改性濾料強(qiáng)化過(guò)濾試驗(yàn)研究，PAC 改性石英砂濾料對(duì)濁度、CODMn和UV254的去除效果明顯優(yōu)于未經(jīng)改性的普通石英砂濾料，去除率分別提高了0.3%、12.4%、13.8%。
強(qiáng)化混凝和強(qiáng)化過(guò)濾是一種提高常規(guī)工藝出水水質(zhì)的有效方法，但是強(qiáng)化混凝對(duì)微污染水中某些特定的污染物以及某些親水性有機(jī)物的去除率還是十分有限的，而且混凝劑不良副產(chǎn)物及其危害性還存在不確定性，強(qiáng)化過(guò)濾使用的濾料也存在適應(yīng)性與過(guò)濾效果等方面的諸多問(wèn)題。
4 結(jié)論
面對(duì)日益嚴(yán)峻的水源水質(zhì)惡化問(wèn)題，傳統(tǒng)凈水工藝面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。同時(shí)隨著飲用水新標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，勢(shì)必推動(dòng)供水企業(yè)采用先進(jìn)的工藝、技術(shù)、材料和設(shè)備，提高我國(guó)供水行業(yè)的技術(shù)水平，以滿足現(xiàn)實(shí)的需求。當(dāng)務(wù)之急是要加快研究適應(yīng)于不同微污染水源水質(zhì)的處理工藝，提高飲用水的安全可靠性，以適應(yīng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高。
