水处理论文微污染水源水处理技术研究进展和对策分析

　　摘要：我国大部分城镇饮用水源目前已受到不同程度污染,给人们的饮用水安全问题带来了巨大威胁,也给常规给水处理工艺提出了新的挑战.根据我国微污染水源水的特点,结合最近几年微污染水源水处理技术工艺的研究和发展以及在微污染水源水处理中的研究和实践,分析与讨论我国微污染水源水处理对策和措施,同时对几种适宜的深度处理技术进行介绍,分析评述微污染水源水处理工艺技术的发展方向.

　　关键词：微污染水源水,给水处理,深度处理技术,饮用水安全

　　微污染水是指饮水水源受到主要是有机物污染.使部分指标超过饮用水源的卫生标准.[1]微污染水一般是由于工业、农业和生活等方面产生的污水未经适当处理,直接排入供水水源导致的,微污染水主要含有微量有机物、农药、氨氮等有害污染物,常规水处理工艺很难将其除掉.随着我国经济发展和城市人口的日益集中与增加,众多河流受到污染,成为微污染水,丧失了饮用水水源的功能和作用.但是在当前水资源严重短缺的形势下,微污染水源水仍是重要水源.

　　一.常规工艺局限性

　　常规混凝、沉淀、过滤、消毒水处理工艺主要去除水中和悬浮物、胶体杂质和细菌【2】,对当前受污染严重水体已经力不从心.常规工艺的局限性主要表现在以下几方面:

　　首先是对有机物的去除率较低.【3】研究表明常规工艺只能去除水源水中20%-30%的有机物,而且主要是悬浮性有机物.溶解性有机物的存在阻碍了混凝剂对胶体的脱稳作用,从而也影响了常规工艺对原水浊度的去除效果;其次是对水源水中普遍存在的氨氮问题不能有效解决;再次是常规工艺对水中微量有机污染物去除效果不明显.在氯化消毒过程中,氯会与水中有机物反应生成三卤甲烷等有机卤化物,这些卤化有机物在较高浓度时有致癌性.

　　由此可见,在水源受污染情况下经常规工艺处理后的生活饮用水水质安全性是不能保证的.

　　二.微污染水处理技术简析

　　针对微污染水源水的处理问题,在饮用常规处理工艺的基础上,国内外进行了大量的研究和实践.归纳起来主要是强化处理技术、预处理技术以及深度处理技术.

　　（一）强化常规处理技术-强化混凝常规工艺

　　所谓强化混凝是指为提高常规混凝效果所采取的一系列强化措施,即确定混凝的最佳条件(混凝剂种类、混凝剂投加量、pH值等),增大絮体对水中超微颗粒的碰撞、吸附和脱除作用,降低出水浊度,提高对有机物的去除率.由于强化混凝不需要新的构筑物,初期资金投入较小,工艺比较简单,日常运行维护费用较低,被国内外专家学者所看好.美国环保局(USEPA)推荐强化混凝为控制水中天然有机物的最好方法.[4]Joseph等人比较了三种主要的天然有机物去除工艺的特征,认为强化混凝是去除水中天然有机物较经济、实用的一种工艺。

　　（二）预处理技术

　　预处理通常是指在常规处理工艺前面,采用适当物理、化学和生物的处理方法,对水中的污染物进行初级去除,同时可以使常规处理更好地发挥作用,减轻常规处理和深度处理的负担,发挥水处理工艺整体作用,提高对污染物的去除效果,改善和提高饮用水水质.

　　1．氧化预处理

　　（1）化学氧化预处理技术

　　化学氧化预处理是一种传统处理方法,是指向微污染水源水中投加化学氧化剂，以氧化分解水中的有机物.化学氧化法同时还能有效去除水中大量存在的藻类.常用的化学氧化剂有：臭氧、高锰酸钾、双氧水、二氧化氯、紫外光氧化及其联合工艺.但化学氧化预处理技术会使氯化后的出水致突变性增加,且运行费用高.目前,研究的热点是各氧化剂之间的协同作用,使饮用水源中的各种有机物得到更全面和彻底的去除.

　　（2）生物预处理技术

　　水源水生物处理技术的本质是水体天然净化的人工化.通过微生物的降解,去除水源水中包括腐殖酸在内的可生物降解的有机物及可能在加氯后致突变物质的前驱物和NH3-N、NO2-等污染物,再通过改进的传统工艺的处理,使水源水水质大幅度提高.常用方法有生物滤池、生物转盘、生物流化床,生物接触氧化池和生物活性炭滤池.这些处理技术可有效去除有机碳及消毒副产物的前体物,并可大幅度的降低NH3-N,对铁、锰、酚、浊度、色、嗅、味均有较好的去除效果,费用较低,可完全代替预氯化.

　　（三）深度处理技术

　　深度处理技术通常是指在常规处理工艺以后,采用适当的处理方法,将常规处理工艺不能有效去除的污染物或消毒副产物的前体物加以去除,提高和保证饮用水质.应用较为广泛的深度处理技术有:臭氧氧化、活性炭吸附、臭氧活性炭、膜技术、光催化氧化等.

　　1.臭氧氧化

　　臭氧是一种强氧化剂,由于投量的限制,臭氧不能将水中有机物全部无机化,但可将大分子有机物分解成分子较小的中间产物.臭氧预处理的水再经氯化消毒,水中“三致”物质可能低于未预处理的水,也可能更高,视其效果而定,这是因为臭氧副产物,如醛、酮、醇、过氧化物氯化会产生三卤甲烷.

　　2.活性炭吸附

　　活性炭具有巨大的比表面积和发达的空隙,是一种良好的吸附剂,用于给水处理,主要去除溶解性有机物、嗅味、微污染物质等.活性炭可使Ames试验阳性的水变为阴性水.但活性炭吸附性能受其本身特性和吸附质性质的影响,且随炭使用时问的延长,吸附效果也会发生变化.活性炭对一些有机氯化物的去除效果比较差,虽对水中氯化产生的致突变物质有去除作用,但并不能有效去除氯化致突变物质的前体物.

　　3.臭氧活性炭

　　臭氧活性炭联用深度处理技术采取先臭氧氧化后活性炭吸附,在活性炭吸附中又继续氧化的方法,扬长避短,这一工艺可使活性炭充分发挥吸附作用.在炭层中投加臭氧,可使水中的大分子转化为小分子,改变其分子结构形态,提供了有机物进入较小孔隙的可能性,使大孔内与炭表面的有机物得到氧化分解,使活性炭可以充分吸附未被氧化的有机物,从而达到水质深度净化的目的.当然臭氧活性炭联用技术也有其局限性,例如臭氧在破坏一些有机物结构的同时也可能产生一些有污染性质的中间产物.研究结果表明,水源经臭氧——活性炭吸附深度处理,氯化后出水水质仍具有致突变性.

　　4.膜处理技术

　　在膜处理技术中，反渗透(RO)、超滤(UF)、微滤(MF)、纳滤(NF)都能有效地去除水中的臭味、色度、消毒副产物前体及其他有机物和微生物，去除污染物范围广且不需要投加药剂，设备紧凑合容易自动控制。但膜处理要求对原水进行严格的各种预处理和常规处理及定期的化学清洗，所以膜滤的基建投资和运转费用高，并且仍存在着膜堵塞和膜污染以及反渗透和纳滤浓缩物处理等问题。然而随着清洗方式的改进，膜堵塞和膜污染问题的改善以及各种膜价格的下降，膜滤作为一种去除水中有机物和微生物的新工艺，将会对水处理产生重要的影响。

　　目前膜研究的又一重点是膜的污染问题.膜过滤对进水水质要求较高,需定期清洗膜,基建投资运行费用高.

　　5.光催化氧化

　　光催化氧化是以化学稳定性和催化活性很好的TiO2为代表的n型半导体为敏化剂的一种光敏化氧化.对水中优先控制有机污染物(三氯甲烷、四氯化碳、六氯苯、六六六等)有很强的氧化能力.一般认为在适合的条件下,有机物经催化氧化的最终产物是CO和水.该方法具有强氧化性、对作用对象的无选择性与最终可使有机物完全矿化的优点.但是TiO2粉末颗粒细微,不便回收,同传统工艺相比,光催化氧化处理费用高,设备复杂.

　　三.发展趋势与对策

　　水源水的水质问题越来越受到人们的重视,尽管我国在这方面做了大量工作但仍有许多问题亟待解决.因此,发展以下几个方面的净水技术将是当前的趋势：

　　①改善氧化和消毒.选择既经济又安全的新型消毒剂和寻找合理的加注方式都是研究的重要方面.

　　②推广臭氧—活性炭深度处理工艺.

　　③采用生物滤塔、生物膨胀床与流化床、生物转盘等生物预处理工艺.

　　④膜处理技术的研究.随着膜制造技术的发展和成本的降低,膜处理在今后的城市水厂中必将得到更为广泛的开发和利用.

　　⑤发挥各单元组合的协同作用,进行多元组合,如臭氧—生物处理—常规处理—活性炭吸附—消毒等.要从根本上解决水源水水质问题,还须从以下两方面着手:

　　a.加强污水处理,提高污水处理率.

　　b.从源头上控制污染物,即加强水源保护.这不仅有利于饮用水水质的提高水源水水质的改善,更是恢复生态平衡,造福子孙后代的大事.

　　四.结论

　　总的来说，生物预处理是一种经济有效且在毒理学上安全的方法,它通过降解BOM来降低甚至消除了输水管网中菌群生长的可能性,从而减少了消毒剂的消耗,并进而降低THM的形成;通过降低Zeta电位减少对混凝剂的消耗,其对NH3-N和其它有机污染物有良好的处理效果,尤其在与传统工艺(混凝—沉淀—过滤—消毒)联用后,对降低饮用水致突变活性效果也很好.由于生物处理是借助于微生物新陈代谢去吸收利用水中的污染物,因此会有各种代谢产物以及微生物本身进入水中.其中大多数物质的特性及对人体健康的可能影响还所知甚少.而且,该方法投资少,见效快,适合中国国情.因此,生物预处理与传统工艺的组合是好的.研究新的净水工艺,增加新的治理措施是当今给水研究人员及自来水厂急需解决的课题.

　　参考文献:

　　[1]贺瑞敏,朱亮,谢曙光.微污染水源水处理技术现状及发展[J].陕西环境,2003,10(1):2—3

　　[2]严熙世,范瑾初.给水工程[M].北京:中国建筑工业出版社,1999.

　　[3]王占生,刘文君.徽污染水源饮用水处[M].北京:中国建筑工业出版社,1999

　　[4]肖华，周荣丰.北方环境[J]:微污染水源水处理技术的现状与发展,2005年2月第30卷第1期.

　　[5]肖乾芬，黄宏，王晓栋，王连生.环境科学与技术[J]:饮用水微污染处理技术研究进展,2005年6月第28卷.

　　[6]顾玮.云南建筑[J]:强化常规工艺处理微污染水,2005.

　　[7]马悠怡，武道吉，石峰.水处理技术[J]:强化混凝在微污染水源水处理中的应用,2005年11月第31卷第11期.

　　[8]丁一,梁恒国,鲁建举.西南给排水[J]:微污染水处理现状与展望,2004.