凈水廠微污染源水處理技術現狀

曾　揚，劉　亮，黃　蓉

(1 成都市自來水有限責任公司，四川　成都　610032；2 四川鴻策能源技術有限公司，四川　成都　610500)

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凈水廠微污染源水處理技術現狀

曾揚1，劉亮1，黃蓉2

(1 成都市自來水有限責任公司，四川成都610032；2 四川鴻策能源技術有限公司，四川成都610500)

飲用水水源受到的污染日益嚴重，傳統(tǒng)凈水工藝凸顯水質凈化能力不足的問題，為使出廠水水質滿足飲用水標準，往往需在現有工藝基礎上進行技術改造，因此微污染源水凈化處理工藝具有較廣闊的發(fā)展前景。論文從傳統(tǒng)工藝強化、預處理技術及深度處理技術三方面總結了國內現有的凈水廠微污染源水處理技術現狀，并相應的對凈水工藝原理、應用及各自優(yōu)缺點進行了綜述，以期對微污染源水處理技術提供一定的技術參考。

凈水廠；微污染；處理技術；現狀

微污染水源是指受到各種有毒、有害化學污染及病原微生物污染，部分水質指標超過《地表水環(huán)境質量標準》(GB3838-2002)Ⅲ類水體標準，經一些特殊凈水工藝處理后，仍可作為飲用水水源的水體。微污染水源主要污染物包括有機物、藻類、Fe、Mn等，其主要水質特點有高有機物綜合指標(高錳酸鹽指數)、高氨氮濃度、高嗅味等。

近年，許多水源受到了不同程度的微污染，盡管做了大量的研究和實踐，但混凝-沉淀-過濾-消毒這一常規(guī)凈水工藝面臨著越來越大的挑戰(zhàn)：①微污染水中有機物含量較高，采用折點加氯消毒，造成消毒后水中THMs及其它消毒副產物增加；②折點加氯及藻類繁殖產生“三致”物且難以去除，水質安全性差；③官網內出廠水微生物孳生、管道腐蝕嚴重對供水管網安全構成威脅。針對微污染水源的凈化處理，國內外研究人員在常規(guī)凈水工藝基礎上研發(fā)了大量新工藝、技術，歸納起來主要有傳統(tǒng)工藝強化處理技術、預處理技術和深度處理技術。本文根據我國微污染源水的特點，結合最近幾年微污染源水凈化工藝的研究和發(fā)展，對我國微污染源水凈化對策與措施進行了介紹與評價。

1　傳統(tǒng)工藝強化處理技術

改進和強化傳統(tǒng)凈水處理工藝是目前提高凈水廠對微污染水源處理能力最有效、最直接的手段，一般情況下，水廠通過強化混凝沉淀與過濾實現控制水質的目的。

1.1強化混凝沉淀

強化混凝沉淀是常用凈水工藝手段，其本質仍屬于傳統(tǒng)混凝機理，其對污染物的去除主要受混凝劑的種類和性質、混凝劑投加量、顆粒和污染物性質、混凝水利條件以及pH值等因素的影響。水處理工作者普遍認為優(yōu)化混凝工藝條件是控制飲用水水質最經濟、實用的方法之一。強化混凝沉淀主要有以下手段：

(1) 加大混凝劑投加量，促使膠體脫穩(wěn)，通過絮體間的吸附作用使膠體下沉；

(2) 投加助凝劑，強化吸附架橋作用；

(3) 投加氧化、混凝綜合作用藥劑，通過對有機物發(fā)生化學反應，改善混凝條件；

(4) 調節(jié)pH。

陳義飛等[1]在強化混凝處理南淝河污染水試驗中發(fā)現投加PAFC較PFC、PFS、PAC能大幅提高濁度去除率，同時陽離子型助凝劑CPAM與PAFS聯(lián)用時作用效果明顯優(yōu)于APAM與NPAM，pH的下降對濁度的去除有影響。盧靜芳等[2]研究表明聚合無機鹽類混凝劑對濁度和TOC的去除效果要好于傳統(tǒng)無機鹽類混凝劑，相同投加量下，聚合氯化鋁對濁度和TOC去除效果強化聚合硫酸鐵。

1.2強化過濾

通過濾料層的吸附、篩濾、沉淀等作用，過濾可截留水中雜質使水得到澄清。目前強化過濾主要方法有：

(1) 替換濾料或采用多層濾料；

(2) 采用改性濾料；

(3) 在沉淀水進入濾池前投加助濾劑；

(4) 強化普通濾池的生物作用。

郜玉楠等[3]從自然界中篩選馴化具有同步除鐵、錳、氨氮功能的優(yōu)勢菌種并將其固定在載體表面增強凈水效能。通過生物增強過濾工藝處理后，出水鐵濃度由0.23～0.59 mg/L降至0.05 mg/L，錳由7.46～8.38 mg/L降低至0.5 mg/L。吳強等[4]使用碳砂復合濾池工藝處理微污染水原水，經活性炭與生物雙重作用，原水中溶解性有機物與氨氮得到大幅去除，中試試驗中該工藝與常規(guī)水廠工藝聯(lián)用可將Ⅱ～Ⅲ類微污染水源處理達標。

2　預處理技術

采用物理、化學或生物法對微污染水源進行預處理可減輕后續(xù)常規(guī)處理負擔，使后續(xù)常規(guī)處理工藝整體作用得以發(fā)揮，有利于改善和提高出廠水水質。一般情況下，預處理技術分為氧化法、吸附法和吹脫法，氧化法又包含了化學氧化法和生物氧化法。

2.1化學氧化預處理技術

化學氧化預處理技術是通過化學氧化劑的氧化性質從而達到以下目的：轉化、破壞或降解水中污染物，降低水中有機物的含量，提高水源的可生化降解性；改善混凝效果，降低混凝劑的用量；殺滅影響凈水工藝的藻類；減少THMs前體物與氯氣用量。常用的化學氧化劑有高錳酸鉀、臭氧、二氧化氯、過氧化氫等。

劉衛(wèi)華[5]對預氯化、二氧化氯、臭氧預處理微污染原水做了比較試驗，實驗得到在各氧化劑最佳實驗條件下，三種預氧化工藝流程的出水均能達到國家飲用水衛(wèi)生標準，且預氧化后常規(guī)工藝對污染物的去除率得到提高。目前，臭氧凈水工藝是住建部推薦飲用水氧化處理工藝之一。

2.2生物氧化預處理技術

常規(guī)凈水工藝前增設生物處理工藝，借助微生物的新陳代謝活動，可實現對水中機污染物的初步去除。生物預處理技術是去除微污染原水中氨氮和有機污染物的一種行之有效的方法，有研究表明在環(huán)境溫度適宜的條件下，氨氮去除率可達80%以上，減少水處理中氯的消耗量，降低鹵代物的生成量，同時其能改善混凝沉淀性能，減少混凝劑用量。目前生物氧化預處理設備可分為生物過濾反應器、生物轉盤反應器、塔式生物濾池、生物接觸氧化、生物流化床及在水源地通過堤岸、沙丘等滲透的土地處理系統(tǒng)。

2.3吸附預處理技術

利用物質的吸附性能或交換作用吸附預處理技術可去除水中污染物，改善混凝沉淀效果。該工藝通常將吸附劑制漿，在常規(guī)凈水工藝之前與源水混合，在絮凝池內吸附污染物，并附著在絮體上一起沉淀去除。目前吸附劑主要有活性炭、沸石、黏土和吸附樹脂等。但長期使用吸附劑仍存在費用高、污泥量大的缺點。

2.4空氣吹脫法

水中溶解的有機物實際濃度與平衡濃度存在差異，吹脫可將揮發(fā)性組分擴散到氣相中，實現去除揮發(fā)性有機物的目的。吹脫法有費用低、操作簡單的優(yōu)點，在優(yōu)先去除的污染物中，可用吹脫去除的有31種，但該方法對難揮發(fā)有機物的去除效果差。

早期，空氣吹脫法只限于去除水中H2S等產生嗅和味的揮發(fā)性物質及CO2等，但20世紀70年代研究發(fā)現該方法對VOCs及THMs有較好的去除效果，因此其被大規(guī)模的應用。已有研究表明，氣液比1:1時，THMs的去除率高于10%，氣液比20:1時，去除率可達到85%以上，且對色、嗅、味有顯著改善。一般情況下如果不是去除VOCs，吹脫不會單獨使用。

3　深度處理技術

深度處理是在傳統(tǒng)處理工藝后，采用適當的處理方法，將常規(guī)處理工藝不能有效去除的污染物或消毒副產物加以去除，以提高、保障飲用水水質。目前，應用較廣泛的深度處理技術有生物活性炭深度處理技術、膜法深度處理技術、臭氧活性炭聯(lián)用技術、光催化氧化技術等。

3.1生物活性炭深度處理技術

生物活性炭深度處理技術是利用活性炭的吸附及其生長在活性炭上的微生物氧化去除水中污染物的一種技術。該技術中，活性炭及充當了吸附劑，有充當了生物生長的載體，通過合理運作微生物降解與活性炭吸附發(fā)生協(xié)同作用，對提高水處理效果、延長活性炭周期起到一定積極作用，有較好的經濟效果。該技術有提高溶解性有機物去除率、延長活性炭使用周期、減少運行費用的特點，同時氨氮化合物受到生物的硝化作用，可減少氯氣投加量，降低THMS生成量。使用該方法要避免預氯化，否則生物不能在活性炭上生長，且在水流的沖刷作用下微生物會發(fā)生脫落，影響出水水質。

3.2膜法深度處理技術

膜法處理技術是利用天然或人工合成高分子薄膜做介質，以外界能量或化學位差作為推動力，對雙組份或多組分溶液進行過濾、分離和富集的處理方法。膜法能對水中膠體、微粒、細菌和腐殖酸等大分子有機物起到去除作用，同時能降低水中臭味好色度，在不加藥劑的情況下有去除范圍廣、能穩(wěn)定提供可靠水質的特點。膜分離法的應用較為復雜，如要求對源水進行嚴格的預處理，膜有相應的化學處理，且該工藝產水量小，目前在我國僅應用于特種行業(yè)的水處理。

3.3臭氧活性炭深度處理技術

臭氧活性炭深度處理技術是將活性炭吸附于臭氧氧化聯(lián)用的一種工藝，該工藝既能發(fā)揮活性炭吸附性能，又可發(fā)揮臭氧氧化功能。凈水工藝中，小分子有利于活性炭吸附，但大分子有機物會導致活性炭孔隙得不到充分利用，加速吸附飽和，縮短生產周期。臭氧活性炭聯(lián)用深度處理技術采用臭氧氧化→活性炭吸附→臭氧氧化的工藝：加入臭氧，水中大分子被破壞為小分子結構，更易進入活性炭內被吸附；溶解于水中的臭氧可使活性炭吸附的有機物被氧化分解，減輕活性炭吸附負擔，從而使活性炭充分吸附未被氧化的有機物，達到凈化水質的目的；臭氧有深度氧化作用確保處理后水質達標。

臭氧活性炭聯(lián)用深度處理技術能充分發(fā)揮兩者優(yōu)勢，在國內外得到廣泛的應用，其優(yōu)點凸顯在以下幾個方面：大大改善自來水Ames致突變性實驗結果；有機物去除率較常規(guī)處理提高15%～20%，達50%以上；水中氨氮與亞硝酸鹽被臭氧氧化去除率可達到90%左右，減少了氯氣投加量大大降低了THMS的生成；能有效提高TOC、蛋白氨氮的去除率，對提高管網水質、生物穩(wěn)定性有較好的作用；對鐵、錳、色度和臭閥值有較高的去除率，改善感官性指標；工藝可大大延長活性炭運行壽命，減少運行費用。

3.4光化學氧化技術

光化學氧化是通過光輻射的作用，使化學氧化速率及氧化能力比單獨化學氧化、輻射有明顯提高的一種水處理技術。相關研究表明，紫外光的輻射作用下，部分有機物可成為分子激發(fā)態(tài)，從而發(fā)生氧化反應，雖然紫外線處理只能使有機物發(fā)生部分氧化，但可使一些難降解的有機物結構發(fā)生改變，天然水體自凈過程種一些抗氧化物質正是光化學氧化產生的。光化學氧化以紫外為光源，向水中投入一定量氧化劑或催化劑等，通過光化學反應使氧化劑產生許多自由基，自由基有較高的活性極易破壞有機物結構，從而對部分有機物起到氧化去除的作用效果。光化學氧化法有光敏氧化、光激發(fā)氧化、光催化氧化等。

4　結　語

飲用水微污染的嚴重性及確保飲用水安全的緊迫性已引起社會的廣泛關注，微污染源水處理技術已成為水廠凈水工藝研究的熱點之一。經過上百年的發(fā)展，常規(guī)凈水工藝已較為成熟，但面對日益嚴重的水源微污染仍然不能滿足居民對飲用水安全性的要求。各種微污染水源水的凈化處理方法都有一定的范圍和優(yōu)缺點：深度處理技術雖然能達到常規(guī)處理技術所不能達到的處理效果，但目前技術成本較高，未能廣泛應用；預處理技術往往需要新建處理構筑物，一般在新建凈水廠時采用；預處理及傳統(tǒng)工藝強化技術能夠提高和保障飲用水水質的同時可便捷的在原有水廠的基礎上進行升級、改造完成，因此傳統(tǒng)工藝強化仍會是未來幾年水廠改造、新建應對微污染的主要支撐技術。

[1]陳義飛,孫琴,丁士明,等.強化混凝技術處理南淝河污染水的效果[J].水資源保護,2015(4):103-110.

[2]盧靜芳,孔祥媚,趙瑞斌.強化混凝去除微污染湖泊水濁度及TOC的研究[J].環(huán)境科學與技術, 2010(03):76-79.

[3]郜玉楠,傅金祥,高國偉,等.生物增強技術凈化含鐵、錳、氨氮微污染地下水[J].中國給水排水, 2013(21):11-14.

[4]吳強,陸少鳴.炭砂復合濾池處理微污染水源水的研究[J].中國給水排水,2012,28(15):61-63.

[5]劉衛(wèi)華.微污染原水化學預氧化處理技術試驗研究與分析比較[D].天津:天津大學,2004.

Progress of Treatment Technology of Micro-polluted Raw Water

ZENGYang1,LIULiang1,HUANGRong2

(1 Chengdu Municipal Waterworks Co., Ltd, Sichuan Chengdu 610032;2 Sichuan Hongce Energy Technology Co., Ltd., Sichuan Chengdu 610050, China)

Pollution of drinking water sources are becoming more and more serious, the traditional water purification process in the treatment of micro pollution is highlighted, in order to meet the quality standards for drinking water, the conventional water purification process need to be strengthened. In order to provide some technical suggestions, the principle, application and advantages and disadvantages of the common micro-polluted water purification process were summarized.

water plant; micro-polluted; treatment technology; progress

曾揚(1990-)，男，碩士研究生，現從事給排水技術工作。

X-1

A

1001-9677(2016)05-0164-03