德國污水廠四級處理：微污染有機物質(zhì)控制技術(shù)現(xiàn)狀和展望

　　在一般情況下，大型市政污水處理廠處理工藝主要由機械處理、生物處理和化學(xué)處理三部分組成，而要有效去除污水中的微污染有機物質(zhì)，必須引進四級處理系統(tǒng)。

　　目前，德國采用的四級處理主要為臭氧氧化、膜、活性炭和生物降解工藝。具體選擇何種工藝，需因地制宜。德國Baden-Württemberg州大約有20個市政污水處理廠已經(jīng)建造配置了四級處理系統(tǒng)，Nordrhein-Westfale州在2020年底所有大型市政污水處理廠都將建造配置四級處理裝置。從目前已有的研究和工程經(jīng)驗表明，在進行四級處理時還有可能同時將污水中的微塑料物質(zhì)(microplastics)分離去除。

　　越來越多的有機微污染物在河流、湖泊，甚至地下水中被檢出，其中包括：?農(nóng)藥殘留物質(zhì)、激素和抗菌素物質(zhì)?微塑料物質(zhì)，主要是化妝品內(nèi)的細微顆粒塑料物質(zhì)。

　　這些物質(zhì)雖然濃度很低，但毒性很大。長期飲用含有這些物質(zhì)的自來水，會對身體健康造成危害。

　　污水處理廠的出水中含有許多有機微污染物質(zhì)和微塑料物質(zhì)，這是因為現(xiàn)在普通市政污水廠工藝中，都還沒有專門處理此類物質(zhì)的工藝和技術(shù)設(shè)備。在普通市政污水處理廠通過活性污泥吸附、生物降解或者生物轉(zhuǎn)移作用等雖然也能去除一部分微污染物質(zhì)，但在處理后的出水中仍然存在微塑料物質(zhì)、農(nóng)藥殘留、激素及其他有機微污染物，這些物質(zhì)進入受納水體后仍然可能引發(fā)水生態(tài)系統(tǒng)的問題，甚至影響到供水系統(tǒng)。

　　在一般情況下，大型市政污水處理廠處理工藝主要由機械處理、生物處理和化學(xué)處理三部分組成，必須額外引入四級處理系統(tǒng)才能有效去除污水中的微污染有機物質(zhì)。從目前已有的研究和工程經(jīng)驗表明，在進行四級處理時還有可能同時將污水中的微塑料物質(zhì)(microplastics)分離去除。

　　1技術(shù)措施

　　在實施四級處理工藝時，可以采用各種不同的處理工藝技術(shù)，如臭氧工藝、膜分離工藝、物理吸附工藝和生物降解工藝等。具體選擇何種工藝，主要考慮這些微量物質(zhì)的分子構(gòu)造和結(jié)構(gòu)、極性/親水性能、吸附性能和分解性能、抵抗性能等。

　　1.1臭氧處理

　　臭氧處理(見圖1)是指采用臭氧對污水中的物質(zhì)進行氧化處理，屬于最為經(jīng)濟有效的四級處理工藝。通過注射或擴散輸入O3分子來達到消除污染物質(zhì)的目的。

　　有效采用臭氧處理工藝的前提條件是進水中其他背景有機污染物質(zhì)的濃度應(yīng)盡可能低。這樣臭氧可以在不受干擾的情況下直接和微污染有機物質(zhì)進行反應(yīng)。

　　一方面臭氧直接有選擇性地和水中無機/有機物質(zhì)進行反應(yīng)，另一方面間接和H2O反應(yīng)，生成羥基自由基(OH)，然后和水中各種成分進行反應(yīng)。這一處理過程不會使被氧化物質(zhì)形成無機物質(zhì)，多數(shù)情況下只是物質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，形成了新的中間物質(zhì)，即所謂的代謝物質(zhì)，這些物質(zhì)對周圍環(huán)境的影響尚不清楚。正是出于這一原因，許多地方要求在臭氧之后增加后續(xù)處理工藝，對這些代謝物質(zhì)進行分解處理(例如砂濾、生物氧化塘、循環(huán)流動)。

　　對于微塑料物質(zhì)來說，考慮到停留時間很短，估計臭氧處理效率很低。只有后續(xù)安裝長有生物膜的砂濾裝置，才有可能截留或分解這些微塑料物質(zhì)。在實際工程中，所采用的臭氧濃度為5~10mg/L，反應(yīng)時間為15~30min。

圖1帶有臭氧處理的市政污水處理廠工藝流程