關(guān)于生活水氧化處理的技術(shù)研究

祁順山

（華電能源牡丹江第二發(fā)電廠，黑龍江 牡丹江 157015）

1 概述

水是人類賴以生存和工業(yè)生產(chǎn)不可缺少的有限資源。隨著社會(huì)的發(fā)展、工業(yè)化進(jìn)程的加速，人類對(duì)水質(zhì)水量的要求也越來(lái)越高。然而由于受水土流失、水源污染等因素的影響，地表水成分逐漸趨于復(fù)雜，水體中有機(jī)成分增多、濃度增大，不但對(duì)膠體產(chǎn)生嚴(yán)重保護(hù)作用，導(dǎo)致混凝劑藥耗增加、水中鋁的剩余量增高，而且產(chǎn)生多種氯化消毒副產(chǎn)物，其中相當(dāng)一部分對(duì)人體健康具有較大的危害；氮磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)大量排入水體，導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化、藻類過(guò)量繁殖，產(chǎn)生難聞的臭味和有害的藻毒素；加之致病微生物的存在、管網(wǎng)的二次污染、穩(wěn)定性鐵錳以及重金屬問(wèn)題等都使得給水處理難度增大。因此，在強(qiáng)化水源保護(hù)的同時(shí)，需要加強(qiáng)水質(zhì)處理技術(shù)的研究。

2 化學(xué)預(yù)氧化技術(shù)

化學(xué)預(yù)氧化是通過(guò)在給水處理工藝前端投加氧化劑強(qiáng)化處理效果的一類預(yù)處理措施?；瘜W(xué)預(yù)氧化目的主要分為：①去除微量有機(jī)污染物；②除藻；③除嗅味；④控制氯化消毒副產(chǎn)物；⑤氧化助凝；⑥去除鐵錳。

在預(yù)氧化過(guò)程中，氧化劑與水中多種成分作用，能夠提高對(duì)有害成分的去除效率，但在一定條件下也會(huì)產(chǎn)生某些副產(chǎn)物。各種氧化劑作為預(yù)處理藥劑對(duì)給水處理效果的綜合影響程度差別較大。

2.1 臭氧預(yù)氧化技術(shù)

通常臭氧作用于水中污染物有兩種途徑：一種是直接氧化，即臭氧分子和水中的污染物直接作用。在此過(guò)程中，臭氧能氧化水中的一些大分子天然有機(jī)物，如腐殖酸、富里酸等；同時(shí)臭氧也能氧化一些揮發(fā)性有機(jī)污染物和一些無(wú)機(jī)污染物，如鐵、錳等。直接氧化通常具有一定的選擇性，即臭氧分子只能與水中含有不飽和鍵的有機(jī)污染物或無(wú)機(jī)成分作用。另一種途徑是間接氧化，一部分臭氧分解產(chǎn)生羥基自由基與水中有機(jī)物作用，間接氧化具有非選擇性，能夠與水中多種污染物反應(yīng)。

首先，臭氧預(yù)氧化可破壞水中有機(jī)物的不飽和鍵，使有機(jī)物的分子量降低，可溶解性有機(jī)物DOC的濃度升高，具體表現(xiàn)為AOC和BDOC的濃度升高，從而提高有機(jī)物的可生化性。但Ames實(shí)驗(yàn)表明，部分氧化中間產(chǎn)物具有一定的致突變活性，需要提高臭氧投量來(lái)降低這些產(chǎn)物的毒性活性，此外，臭氧也會(huì)將氨氧化成硝酸鹽，但中性條件下氧化速度極慢，控制溶液的pH值可以提高反應(yīng)速度。

其次，對(duì)于具有較高硬度和較低TOC的原水，通常在TOC含量為2.5 mg/L左右、硬度與TOC比值大于250 mgCaCO3/mgTOC、低的臭氧投量（0.5～1.5 mg/L）等條件下可起到助凝作用，提高混凝效果，但由于臭氧預(yù)氧化會(huì)提高水中有機(jī)酸的濃度，而部分有機(jī)酸會(huì)與混凝劑中的鐵、鋁離子匯合，從而使得濾后水中鐵或鋁的總濃度升高，故需對(duì)其采取一定措施進(jìn)行處理，以達(dá)到國(guó)家制定的生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 高錳酸鹽復(fù)合藥劑預(yù)氧化技術(shù)

高錳酸鉀是一種普通的強(qiáng)氧化性，其氧化還原電位為Eo=1.69V。經(jīng)過(guò)十幾年的研究，在去除天然水中微量有機(jī)物、控制鹵仿和致突變物質(zhì)以及氧化助凝等方面取得了一些進(jìn)展，并在生產(chǎn)中得到推廣應(yīng)用，同時(shí)，還系統(tǒng)地分析了高錳酸鉀除污染的作用效能與機(jī)理。

高錳酸鹽復(fù)合藥劑是在對(duì)高錳酸鉀進(jìn)行了大量的研究基礎(chǔ)上研制得出的，該藥劑主要是以高錳酸鉀為核心、由多種組分復(fù)合而成，充分利用了高錳酸鉀與復(fù)合藥劑中其他組分的協(xié)同作用，促進(jìn)具有很強(qiáng)氧化能力且利于除污染的中間價(jià)態(tài)介穩(wěn)產(chǎn)物和具有很強(qiáng)吸附能力的新生態(tài)水合二氧化錳的形成，將氧化和吸附有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，強(qiáng)化去除水中有機(jī)污染物、強(qiáng)化除藻、除臭味、除色、降低三氯甲烷生成復(fù)合水的致突變活性等，提高了高錳酸鉀對(duì)水中微污染物的去除率。

高錳酸鹽預(yù)氧化具有明顯的除藻效果，通過(guò)對(duì)藍(lán)藻、綠藻等去除效果的觀察，發(fā)現(xiàn)高錳酸鹽投量為0.3～1.0 mg/L范圍內(nèi)有良好的除藻效果。在研究過(guò)程中，分別對(duì)高錳酸鹽復(fù)合藥劑預(yù)氧化、預(yù)氯化兩種除藻方法的除藻效能進(jìn)行了試驗(yàn)比較，結(jié)果表明，高錳酸鹽復(fù)合藥劑預(yù)氧化處理比預(yù)氯化處理沉后水藻類去除率有明顯提高。

高錳酸鹽復(fù)合藥劑預(yù)氧化除臭味效果顯著。選擇了有代表性的由酚類、藻類、放線菌等引起的臭味的原水為研究對(duì)象，考察了高錳酸鹽復(fù)合藥劑對(duì)不同原水去除臭味的效能。

通過(guò)不同地區(qū)的生產(chǎn)應(yīng)用，表明高錳酸鹽預(yù)氧化具有多功能的強(qiáng)化除污染作用，可有效地提高水中藻類、臭味、鐵錳、有機(jī)物、重金屬等污染物去除率。高錳酸鹽預(yù)氧化對(duì)地表水也有明顯的助凝作用，可降低混凝劑投量10%～30%。高錳酸鹽復(fù)合藥劑的投加量一般控制在0.3～1.0mg/L范圍內(nèi)，制水成本增加一般少于1分/t。

2.3 高鐵酸鹽預(yù)氧化

高鐵酸鹽是一種具有很強(qiáng)氧化能力的無(wú)機(jī)氧化劑（標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位為2.20 V），由于其獨(dú)特的性質(zhì)，在水處理中有很大的應(yīng)用潛力。但高鐵酸鹽制備難度大、成本高、易分解。

高鐵酸鹽預(yù)氧化對(duì)水中微量有機(jī)污染物有良好的去除效果。進(jìn)一步利用氣相色譜針對(duì)典型的小分子微量有機(jī)物，如苯酚、對(duì)硝基酚、2，4-二氯酚進(jìn)行了氧化動(dòng)力學(xué)規(guī)律研究，發(fā)現(xiàn)高鐵酸鹽對(duì)這些有機(jī)污染物有較高的氧化速率，高鐵酸鹽在中性條件下取得最佳的氧化效果。

高鐵酸鹽預(yù)氧化對(duì)幾種地表水都有顯著的助凝作用，尤其是穩(wěn)定性地表水。處理后的其他水質(zhì)指標(biāo)，如UV254、色度、鐵、錳等也有明顯改善，還具有良好的消毒作用。高鐵酸鹽分解后形成的Fe（OH）3膠體的吸附作用能夠促進(jìn)濁度的去除。

3 臭氧高級(jí)氧化技術(shù)

臭氧氧化及臭氧活性炭聯(lián)用技術(shù)在殺藻、除臭、除色、控制氯化消毒副產(chǎn)物等方面有一定的優(yōu)勢(shì)。水中大量存在的天然有機(jī)物（NOM）是氯化消毒副產(chǎn)物的主要來(lái)源，臭氧氧化導(dǎo)致低NOM分子量部分的增加和高分子量部分的減少，這些新生成的低分子量化合物能較好地吸附在活性炭上，但是臭氧氧化增加了有機(jī)化合物的極性而導(dǎo)致在活性炭上的吸附性能降低。

隨著水體有機(jī)污染的日益嚴(yán)重和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，高級(jí)氧化技術(shù)研究進(jìn)展迅速并在水處理中得到應(yīng)用。高級(jí)氧化技術(shù)是指利用反應(yīng)中產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性的羥基自由基（OH·）作為主要氧化劑氧化分解和礦化水中有機(jī)物的氧化方法。

在各種高級(jí)氧化技術(shù)中，臭氧催化氧化技術(shù)日益受到人們的關(guān)注。按催化劑的相態(tài)分，臭氧催化氧化可分為均相催化氧化和多相催化氧化兩類。臭氧催化氧化的發(fā)展始于均相氧化，即向水溶液中加入金屬離子以強(qiáng)化臭氧的氧化反應(yīng)；隨后出現(xiàn)了以金屬氧化物或附著于載體上的金屬/金屬氧化物為催化劑的多相催化氧化。

從在水處理工藝中的應(yīng)用角度來(lái)看，臭氧催化氧化有以下優(yōu)點(diǎn)：①能夠顯著地降低水中農(nóng)藥、內(nèi)分泌干擾物質(zhì)、致突變物質(zhì)的濃度，除臭除味；②充分地利用剩余臭氧，強(qiáng)化分解水中有機(jī)物，降低尾氣中臭氧含量；③提高臭氧轉(zhuǎn)移效率；④降低臭氧投量；⑤既適合現(xiàn)有水廠改造（改造接觸池），也適合新水廠建設(shè)（建催化氧化池）。

4 展望

（1）我國(guó)飲用水源受污染率較高，由于污水處理率很低，非點(diǎn)源的污染日益突出，可能將成為主要污染源，因此在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)，強(qiáng)化受污染水的處理將會(huì)是給水處理的主要問(wèn)題。

（2）加強(qiáng)對(duì)水資源保護(hù)的同時(shí)，增加受污染水處理的研究力度，提高飲用水水質(zhì)；采用多級(jí)屏障的思想，在強(qiáng)化混凝、沉淀、過(guò)濾、消毒的同時(shí)，利用化學(xué)、生物、吸附等過(guò)程強(qiáng)化水質(zhì)凈化，從全過(guò)程控制水質(zhì)。