凈水廠微污染源水處理技術(shù)現(xiàn)狀

曾　揚(yáng)，劉　亮，黃　蓉

(1 成都市自來(lái)水有限責(zé)任公司，四川　成都　610032；2 四川鴻策能源技術(shù)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(shù)現(xiàn)狀

曾揚(yáng)1，劉亮1，黃蓉2

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

飲用水水源受到的污染日益嚴(yán)重，傳統(tǒng)凈水工藝凸顯水質(zhì)凈化能力不足的問(wèn)題，為使出廠水水質(zhì)滿足飲用水標(biāo)準(zhǔn)，往往需在現(xiàn)有工藝基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)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(qiáng)化、預(yù)處理技術(shù)及深度處理技術(shù)三方面總結(jié)了國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的凈水廠微污染源水處理技術(shù)現(xiàn)狀，并相應(yīng)的對(duì)凈水工藝原理、應(yīng)用及各自優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了綜述，以期對(duì)微污染源水處理技術(shù)提供一定的技術(shù)參考。

凈水廠；微污染；處理技術(shù)；現(xiàn)狀

微污染水源是指受到各種有毒、有害化學(xué)污染及病原微生物污染，部分水質(zhì)指標(biāo)超過(guò)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)Ⅲ類水體標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)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(jī)物、藻類、Fe、Mn等，其主要水質(zhì)特點(diǎn)有高有機(jī)物綜合指標(biāo)(高錳酸鹽指數(shù))、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(shí)踐，但混凝-沉淀-過(guò)濾-消毒這一常規(guī)凈水工藝面臨著越來(lái)越大的挑戰(zhàn)：①微污染水中有機(jī)物含量較高，采用折點(diǎn)加氯消毒，造成消毒后水中THMs及其它消毒副產(chǎn)物增加；②折點(diǎn)加氯及藻類繁殖產(chǎn)生“三致”物且難以去除，水質(zhì)安全性差；③官網(wǎng)內(nèi)出廠水微生物孳生、管道腐蝕嚴(yán)重對(duì)供水管網(wǎng)安全構(gòu)成威脅。針對(duì)微污染水源的凈化處理，國(guó)內(nèi)外研究人員在常規(guī)凈水工藝基礎(chǔ)上研發(fā)了大量新工藝、技術(shù)，歸納起來(lái)主要有傳統(tǒng)工藝強(qiáng)化處理技術(shù)、預(yù)處理技術(shù)和深度處理技術(shù)。本文根據(jù)我國(guó)微污染源水的特點(diǎn)，結(jié)合最近幾年微污染源水凈化工藝的研究和發(fā)展，對(duì)我國(guó)微污染源水凈化對(duì)策與措施進(jìn)行了介紹與評(píng)價(jià)。

1　傳統(tǒng)工藝強(qiáng)化處理技術(shù)

改進(jìn)和強(qiáng)化傳統(tǒng)凈水處理工藝是目前提高凈水廠對(duì)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(guò)強(qiáng)化混凝沉淀與過(guò)濾實(shí)現(xiàn)控制水質(zhì)的目的。

1.1強(qiáng)化混凝沉淀

強(qiáng)化混凝沉淀是常用凈水工藝手段，其本質(zhì)仍屬于傳統(tǒng)混凝機(jī)理，其對(duì)污染物的去除主要受混凝劑的種類和性質(zhì)、混凝劑投加量、顆粒和污染物性質(zhì)、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(rèn)為優(yōu)化混凝工藝條件是控制飲用水水質(zhì)最經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的方法之一。強(qiáng)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(guò)絮體間的吸附作用使膠體下沉；

(2) 投加助凝劑，強(qiáng)化吸附架橋作用；

(3) 投加氧化、混凝綜合作用藥劑，通過(guò)對(duì)有機(jī)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，改善混凝條件；

(4) 調(diào)節(jié)pH。

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

1.2強(qiáng)化過(guò)濾

通過(guò)濾料層的吸附、篩濾、沉淀等作用，過(guò)濾可截留水中雜質(zhì)使水得到澄清。目前強(qiáng)化過(guò)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(jìn)入濾池前投加助濾劑；

(4) 強(qiáng)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(shì)菌種并將其固定在載體表面增強(qiáng)凈水效能。通過(guò)生物增強(qiáng)過(guò)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(qiáng)等[4]使用碳砂復(fù)合濾池工藝處理微污染水原水，經(jīng)活性炭與生物雙重作用，原水中溶解性有機(jī)物與氨氮得到大幅去除，中試試驗(yàn)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(dá)標(biāo)。

2　預(yù)處理技術(shù)

采用物理、化學(xué)或生物法對(duì)微污染水源進(jìn)行預(yù)處理可減輕后續(xù)常規(guī)處理負(fù)擔(dān)，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(zhì)。一般情況下，預(yù)處理技術(shù)分為氧化法、吸附法和吹脫法，氧化法又包含了化學(xué)氧化法和生物氧化法。

2.1化學(xué)氧化預(yù)處理技術(shù)

化學(xué)氧化預(yù)處理技術(shù)是通過(guò)化學(xué)氧化劑的氧化性質(zhì)從而達(dá)到以下目的：轉(zhuǎn)化、破壞或降解水中污染物，降低水中有機(jī)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(xué)氧化劑有高錳酸鉀、臭氧、二氧化氯、過(guò)氧化氫等。

劉衛(wèi)華[5]對(duì)預(yù)氯化、二氧化氯、臭氧預(yù)處理微污染原水做了比較試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)得到在各氧化劑最佳實(shí)驗(yàn)條件下，三種預(yù)氧化工藝流程的出水均能達(dá)到國(guó)家飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，且預(yù)氧化后常規(guī)工藝對(duì)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(yù)處理技術(shù)

常規(guī)凈水工藝前增設(shè)生物處理工藝，借助微生物的新陳代謝活動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)水中機(jī)污染物的初步去除。生物預(yù)處理技術(shù)是去除微污染原水中氨氮和有機(jī)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(dá)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(shí)其能改善混凝沉淀性能，減少混凝劑用量。目前生物氧化預(yù)處理設(shè)備可分為生物過(guò)濾反應(yīng)器、生物轉(zhuǎn)盤(pán)反應(yīng)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(guò)堤岸、沙丘等滲透的土地處理系統(tǒng)。

2.3吸附預(yù)處理技術(shù)

利用物質(zhì)的吸附性能或交換作用吸附預(yù)處理技術(shù)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(nèi)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(shù)脂等。但長(zhǎng)期使用吸附劑仍存在費(fèi)用高、污泥量大的缺點(diǎn)。

2.4空氣吹脫法

水中溶解的有機(jī)物實(shí)際濃度與平衡濃度存在差異，吹脫可將揮發(fā)性組分?jǐn)U散到氣相中，實(shí)現(xiàn)去除揮發(fā)性有機(jī)物的目的。吹脫法有費(fèi)用低、操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，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(duì)難揮發(fā)有機(jī)物的去除效果差。

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

3　深度處理技術(shù)

深度處理是在傳統(tǒng)處理工藝后，采用適當(dāng)?shù)奶幚矸椒ǎ瑢⒊Ｒ?guī)處理工藝不能有效去除的污染物或消毒副產(chǎn)物加以去除，以提高、保障飲用水水質(zhì)。目前，應(yīng)用較廣泛的深度處理技術(shù)有生物活性炭深度處理技術(shù)、膜法深度處理技術(shù)、臭氧活性炭聯(lián)用技術(shù)、光催化氧化技術(shù)等。

3.1生物活性炭深度處理技術(shù)

生物活性炭深度處理技術(shù)是利用活性炭的吸附及其生長(zhǎng)在活性炭上的微生物氧化去除水中污染物的一種技術(shù)。該技術(shù)中，活性炭及充當(dāng)了吸附劑，有充當(dāng)了生物生長(zhǎng)的載體，通過(guò)合理運(yùn)作微生物降解與活性炭吸附發(fā)生協(xié)同作用，對(duì)提高水處理效果、延長(zhǎng)活性炭周期起到一定積極作用，有較好的經(jīng)濟(jì)效果。該技術(shù)有提高溶解性有機(jī)物去除率、延長(zhǎng)活性炭使用周期、減少運(yùn)行費(fèi)用的特點(diǎn)，同時(shí)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(yù)氯化，否則生物不能在活性炭上生長(zhǎng)，且在水流的沖刷作用下微生物會(huì)發(fā)生脫落，影響出水水質(zhì)。

3.2膜法深度處理技術(shù)

膜法處理技術(shù)是利用天然或人工合成高分子薄膜做介質(zhì)，以外界能量或化學(xué)位差作為推動(dòng)力，對(duì)雙組份或多組分溶液進(jìn)行過(guò)濾、分離和富集的處理方法。膜法能對(duì)水中膠體、微粒、細(xì)菌和腐殖酸等大分子有機(jī)物起到去除作用，同時(shí)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(zhì)的特點(diǎn)。膜分離法的應(yīng)用較為復(fù)雜，如要求對(duì)源水進(jìn)行嚴(yán)格的預(yù)處理，膜有相應(yīng)的化學(xué)處理，且該工藝產(chǎn)水量小，目前在我國(guó)僅應(yīng)用于特種行業(yè)的水處理。

3.3臭氧活性炭深度處理技術(shù)

臭氧活性炭深度處理技術(shù)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(jī)物會(huì)導(dǎo)致活性炭孔隙得不到充分利用，加速吸附飽和，縮短生產(chǎn)周期。臭氧活性炭聯(lián)用深度處理技術(shù)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(jié)構(gòu)，更易進(jìn)入活性炭?jī)?nèi)被吸附；溶解于水中的臭氧可使活性炭吸附的有機(jī)物被氧化分解，減輕活性炭吸附負(fù)擔(dān)，從而使活性炭充分吸附未被氧化的有機(jī)物，達(dá)到凈化水質(zhì)的目的；臭氧有深度氧化作用確保處理后水質(zhì)達(dá)標(biāo)。

臭氧活性炭聯(lián)用深度處理技術(shù)能充分發(fā)揮兩者優(yōu)勢(shì)，在國(guó)內(nèi)外得到廣泛的應(yīng)用，其優(yōu)點(diǎn)凸顯在以下幾個(gè)方面：大大改善自來(lái)水Ames致突變性實(shí)驗(yàn)結(jié)果；有機(jī)物去除率較常規(guī)處理提高15%～20%，達(dá)50%以上；水中氨氮與亞硝酸鹽被臭氧氧化去除率可達(dá)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(duì)提高管網(wǎng)水質(zhì)、生物穩(wěn)定性有較好的作用；對(duì)鐵、錳、色度和臭閥值有較高的去除率，改善感官性指標(biāo)；工藝可大大延長(zhǎng)活性炭運(yùn)行壽命，減少運(yùn)行費(fèi)用。

3.4光化學(xué)氧化技術(shù)

光化學(xué)氧化是通過(guò)光輻射的作用，使化學(xué)氧化速率及氧化能力比單獨(dú)化學(xué)氧化、輻射有明顯提高的一種水處理技術(shù)。相關(guān)研究表明，紫外光的輻射作用下，部分有機(jī)物可成為分子激發(fā)態(tài)，從而發(fā)生氧化反應(yīng)，雖然紫外線處理只能使有機(jī)物發(fā)生部分氧化，但可使一些難降解的有機(jī)物結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，天然水體自凈過(guò)程種一些抗氧化物質(zhì)正是光化學(xué)氧化產(chǎn)生的。光化學(xué)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(guò)光化學(xué)反應(yīng)使氧化劑產(chǎn)生許多自由基，自由基有較高的活性極易破壞有機(jī)物結(jié)構(gòu)，從而對(duì)部分有機(jī)物起到氧化去除的作用效果。光化學(xué)氧化法有光敏氧化、光激發(fā)氧化、光催化氧化等。

4　結(jié)　語(yǔ)

飲用水微污染的嚴(yán)重性及確保飲用水安全的緊迫性已引起社會(huì)的廣泛關(guān)注，微污染源水處理技術(shù)已成為水廠凈水工藝研究的熱點(diǎn)之一。經(jīng)過(guò)上百年的發(fā)展，常規(guī)凈水工藝已較為成熟，但面對(duì)日益嚴(yán)重的水源微污染仍然不能滿足居民對(duì)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(diǎn)：深度處理技術(shù)雖然能達(dá)到常規(guī)處理技術(shù)所不能達(dá)到的處理效果，但目前技術(shù)成本較高，未能廣泛應(yīng)用；預(yù)處理技術(shù)往往需要新建處理構(gòu)筑物，一般在新建凈水廠時(shí)采用；預(yù)處理及傳統(tǒng)工藝強(qiáng)化技術(shù)能夠提高和保障飲用水水質(zhì)的同時(shí)可便捷的在原有水廠的基礎(chǔ)上進(jìn)行升級(jí)、改造完成，因此傳統(tǒng)工藝強(qiáng)化仍會(huì)是未來(lái)幾年水廠改造、新建應(yīng)對(duì)微污染的主要支撐技術(shù)。

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

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

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

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

[5]劉衛(wèi)華.微污染原水化學(xué)預(yù)氧化處理技術(shù)試驗(yàn)研究與分析比較[D].天津:天津大學(xué),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(yáng)(1990-)，男，碩士研究生，現(xiàn)從事給排水技術(shù)工作。

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A

1001-9677(2016)05-0164-03