我國微污染水源水處理技術(shù)

　　微污染水源水是指受到工農(nóng)業(yè)和生活污水污染，其中部分項目超過《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838—2002)中Ⅲ類水體規(guī)定標準的飲用水源水。近年來，我國飲用水源水質(zhì)面臨的形勢非常嚴峻，主要是有機污染，并由此引發(fā)水源藻類污染和飲用水消毒副產(chǎn)物的風(fēng)險〔1, 2〕?，F(xiàn)有水廠常規(guī)處理工藝已不能有效保證水廠對出水中污染物質(zhì)的去除效果。經(jīng)近年來的研究和探索，微污染水源水飲用水處理技術(shù)取得了長足發(fā)展。筆者綜述了我國具有較好實際應(yīng)用價值的微污染水源水處理技術(shù)的研究進展，以指導(dǎo)今后的理論研究和工程實踐。

　　我國微污染水源水處理技術(shù)

　　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，對微污染水中的有機物、氨氮等污染物質(zhì)進行一定程度的去除，以減輕常規(guī)處理和深度處理的負荷，改善出水水質(zhì)〔3〕。相對于污水而言，微污染水源水中的有機物、氨氮和亞硝酸鹽氮的濃度一般都很低，對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，對有機物的吸附能力強、吸附速度快、吸附容量也較大，具有生命周期長、繁殖緩慢的特征。生物膜法因微生物附著在載體填料上，相對而言能獲得相對穩(wěn)定的生長環(huán)境，適合于生命周期長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)盤等以及從這些技術(shù)發(fā)展而來的一些方法，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CODMn、NH3-N、濁度和色度的平均去除率分別達到65%、90%、97%、58%。劉金香等〔6〕探討沸石-陶粒曝氣生物濾池工藝對微污染水中CODMn、NH3-N 等污染物質(zhì)的去除效果，在水力負荷為1.2 m3/(m2˙h)、氣水比為1∶1 時，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，水力負荷為2.3 m3/(m2˙h)時，工藝對CODMn和NH3-N 的去除率分別為53.6%和86.1%。陸洪宇等〔8〕針對微污染高濁度水源水的水質(zhì)特點，采用接觸氧化/生物過濾組合工藝對其進行預(yù)處理，組合工藝對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)工藝之前對水中氨氮和有機物預(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研究階段，實際應(yīng)用鮮有報道。但是總體來說生物預(yù)處理本身也存在一定的局限性，由于運行效果受水溫等諸多因素的影響，對微量難生物降解的有機污染物沒有效果，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?，將現(xiàn)行工藝不能有效去除的溶解性有機污染物、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等進行強化去除，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)以及各種高級氧化的聯(lián)用技術(shù)，其中以膜過濾技術(shù)和臭氧-生物活性炭技術(shù)應(yīng)用最為廣泛。

　　2.1 膜過濾深度處理技術(shù)

　　膜過濾技術(shù)是以壓力差為推動力，使水相中的一種或幾種物質(zhì)有選擇性地經(jīng)過傳質(zhì)作用通過膜或膜組件，達到分離污染物質(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，處理規(guī)?？纱罂尚。子趯崿F(xiàn)自動化等特點。隨著膜材料價格的逐年降低，膜過濾技術(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) 工藝對其處理的效果，工藝對CODMn、TOC 和UV254的去除率均可達50%以上，對NH3-N、鐵和濁度的去除率分別超過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)對微污染水進行試驗，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%。葉挺進等〔13〕采用二氧化氯預(yù)氧化和超濾組合工藝進行微污染水處理試驗研究，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%，整個系統(tǒng)對AOC 的去除率為13.4%。

　　膜過濾深度處理技術(shù)是一種微污染水深度處理的有效方法，但是總體來說還存在一定的局限性，如建設(shè)和運營成本相對其他一些深度處理工藝偏高，膜的堵塞和反沖洗問題也會對運行造成諸多不便，某些對人體有益的微量元素也會被去除，膜過濾深度處理出水對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)今各國飲用水深度處理的主流工藝，在國內(nèi)外均有大量的水廠實際運用。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CODMn、UV254、三鹵甲烷前體物、AOC 的去除率分別為24%、35%、31%、63%。付樂等〔16〕采用“預(yù)臭氧氧化+常規(guī)處理+GAC/O3-BAC深度處理” 工藝針對南方某市微污染水進行中試研究，O3-BAC 工藝對有機物、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污染物的去除效果，CODMn、NH3-N、NO2--N、濁度的平均去除率達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類微污染水，結(jié)果表明，對于水中的營養(yǎng)性指標(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：活性炭價格較貴，使用壽命有限;臭氧的利用率低，對某些難降解的有機污染物(如農(nóng)藥等)氧化能力有限; 臭氧氧化可能會生成某些具有一定毒性的副產(chǎn)物; 活性炭對臭氧氧化后生成的某些親脂性有機物(如有機氯化物)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)工藝強化處理技術(shù)

　　改進和強化傳統(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。對傳統(tǒng)凈化工藝進行改造、強化，可以進一步提高處理效率，降低出水濁度，提高水質(zhì)，處理成本較低。目前，國內(nèi)外的研究主要集中在強化混凝處理技術(shù)和強化過濾處理技術(shù)。

　　3.1 強化混凝處理技術(shù)

　　強化混凝是在常規(guī)混凝處理基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種處理工藝，通過投加過量的混凝劑、新型混凝劑、助凝劑或其他藥劑，同時調(diào)節(jié)pH，使混凝作用得以加強，從而提高常規(guī)處理工藝對污染物的去除率。

　　陳偉玲等〔19〕針對微污染水中的鎘污染去除問題，以聚合硫酸鐵(PFS) 為混凝劑，采用強化混凝對水中微量鎘的去除進行了研究，當(dāng)原水中鎘為0.1mg/L 時，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，對微污染水中微量砷的去除進行研究，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，可使濾后水中砷質(zhì)量濃度低于0.01 mg/L。盧靜芳等〔21〕通過燒杯混凝試驗和動態(tài)連續(xù)混凝試驗，研究強化混凝對水中濁度和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%，聚合氯化鋁對濁度和TOC 去除率分別高達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，通過燒杯混凝試驗處理葦水河微污染水，除濁率提高到95%以上。

　　3.2 強化過濾處理技術(shù)

　　強化過濾是對濾池系統(tǒng)進行強化改進，可以通過使用新型濾池、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)過濾工藝對水中溶解性污染物幾乎沒有去除作用的問題。由于強化過濾技術(shù)的關(guān)鍵是濾料，國內(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)用顆粒物計數(shù)儀對強化過濾技術(shù)降低濾池出水濁度進行了研究，投加2.5~3 mg/L 聚合氯化鋁(PAC)，出水濁度最低，且不會影響過濾周期。嚴子春等〔25〕采用粒徑為0.5~1 mm 的活化沸石作為濾料進行強化過濾試驗，濁度的去除率在65%左右，對CODMn和氨氮的去除率分別在10%和95%以上，對水中常見的3 種微污染有機物L(fēng)AS、三氯甲烷和苯酚的去除率分別達到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化過濾工藝處理微污染水，生產(chǎn)性試驗結(jié)果表明，其對濁度、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化過濾處理含藻水，和未改性石英砂比較取得優(yōu)良的處理效果。雷國元等〔28〕制備了涂氧化鈦的改性濾料，該濾料對微污染水中濁度、有機物、藻細胞等污染物的去除能力要比普通石英砂濾料強。汪彩文等〔29〕開展了聚合氯化鋁(PAC)改性濾料強化過濾試驗研究，PAC 改性石英砂濾料對濁度、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%。

　　強化混凝和強化過濾是一種提高常規(guī)工藝出水水質(zhì)的有效方法，但是強化混凝對微污染水中某些特定的污染物以及某些親水性有機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，強化過濾使用的濾料也存在適應(yīng)性與過濾效果等方面的諸多問題。

　　4 結(jié)論

　　面對日益嚴峻的水源水質(zhì)惡化問題，傳統(tǒng)凈水工藝面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。同時隨著飲用水新標準的出臺，勢必推動供水企業(yè)采用先進的工藝、技術(shù)、材料和設(shè)備，提高我國供水行業(yè)的技術(shù)水平，以滿足現(xiàn)實的需求。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)國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高。