净水厂微污染源水处理技术现状

曾　扬，刘　亮，黄　蓉

(1 成都市自来水有限责任公司，四川　成都　610032；2 四川鸿策能源技术有限公司，四川　成都　610500)



净水厂微污染源水处理技术现状

曾扬1，刘亮1，黄蓉2

(1 成都市自来水有限责任公司，四川成都610032；2 四川鸿策能源技术有限公司，四川成都610500)

饮用水水源受到的污染日益严重，传统净水工艺凸显水质净化能力不足的问题，为使出厂水水质满足饮用水标准，往往需在现有工艺基础上进行技术改造，因此微污染源水净化处理工艺具有较广阔的发展前景。论文从传统工艺强化、预处理技术及深度处理技术三方面总结了国内现有的净水厂微污染源水处理技术现状，并相应的对净水工艺原理、应用及各自优缺点进行了综述，以期对微污染源水处理技术提供一定的技术参考。

净水厂；微污染；处理技术；现状

微污染水源是指受到各种有毒、有害化学污染及病原微生物污染，部分水质指标超过《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类水体标准，经一些特殊净水工艺处理后，仍可作为饮用水水源的水体。微污染水源主要污染物包括有机物、藻类、Fe、Mn等，其主要水质特点有高有机物综合指标(高锰酸盐指数)、高氨氮浓度、高嗅味等。

近年，许多水源受到了不同程度的微污染，尽管做了大量的研究和实践，但混凝-沉淀-过滤-消毒这一常规净水工艺面临着越来越大的挑战：①微污染水中有机物含量较高，采用折点加氯消毒，造成消毒后水中THMs及其它消毒副产物增加；②折点加氯及藻类繁殖产生“三致”物且难以去除，水质安全性差；③官网内出厂水微生物孳生、管道腐蚀严重对供水管网安全构成威胁。针对微污染水源的净化处理，国内外研究人员在常规净水工艺基础上研发了大量新工艺、技术，归纳起来主要有传统工艺强化处理技术、预处理技术和深度处理技术。本文根据我国微污染源水的特点，结合最近几年微污染源水净化工艺的研究和发展，对我国微污染源水净化对策与措施进行了介绍与评价。

1　传统工艺强化处理技术

改进和强化传统净水处理工艺是目前提高净水厂对微污染水源处理能力最有效、最直接的手段，一般情况下，水厂通过强化混凝沉淀与过滤实现控制水质的目的。

1.1强化混凝沉淀

强化混凝沉淀是常用净水工艺手段，其本质仍属于传统混凝机理，其对污染物的去除主要受混凝剂的种类和性质、混凝剂投加量、颗粒和污染物性质、混凝水利条件以及pH值等因素的影响。水处理工作者普遍认为优化混凝工艺条件是控制饮用水水质最经济、实用的方法之一。强化混凝沉淀主要有以下手段：

(1) 加大混凝剂投加量，促使胶体脱稳，通过絮体间的吸附作用使胶体下沉；

(2) 投加助凝剂，强化吸附架桥作用；

(3) 投加氧化、混凝综合作用药剂，通过对有机物发生化学反应，改善混凝条件；

(4) 调节pH。

陈义飞等[1]在强化混凝处理南淝河污染水试验中发现投加PAFC较PFC、PFS、PAC能大幅提高浊度去除率，同时阳离子型助凝剂CPAM与PAFS联用时作用效果明显优于APAM与NPAM，pH的下降对浊度的去除有影响。卢静芳等[2]研究表明聚合无机盐类混凝剂对浊度和TOC的去除效果要好于传统无机盐类混凝剂，相同投加量下，聚合氯化铝对浊度和TOC去除效果强化聚合硫酸铁。

1.2强化过滤

通过滤料层的吸附、筛滤、沉淀等作用，过滤可截留水中杂质使水得到澄清。目前强化过滤主要方法有：

(1) 替换滤料或采用多层滤料；

(2) 采用改性滤料；

(3) 在沉淀水进入滤池前投加助滤剂；

(4) 强化普通滤池的生物作用。

郜玉楠等[3]从自然界中筛选驯化具有同步除铁、锰、氨氮功能的优势菌种并将其固定在载体表面增强净水效能。通过生物增强过滤工艺处理后，出水铁浓度由0.23～0.59 mg/L降至0.05 mg/L，锰由7.46～8.38 mg/L降低至0.5 mg/L。吴强等[4]使用碳砂复合滤池工艺处理微污染水原水，经活性炭与生物双重作用，原水中溶解性有机物与氨氮得到大幅去除，中试试验中该工艺与常规水厂工艺联用可将Ⅱ～Ⅲ类微污染水源处理达标。

2　预处理技术

采用物理、化学或生物法对微污染水源进行预处理可减轻后续常规处理负担，使后续常规处理工艺整体作用得以发挥，有利于改善和提高出厂水水质。一般情况下，预处理技术分为氧化法、吸附法和吹脱法，氧化法又包含了化学氧化法和生物氧化法。

2.1化学氧化预处理技术

化学氧化预处理技术是通过化学氧化剂的氧化性质从而达到以下目的：转化、破坏或降解水中污染物，降低水中有机物的含量，提高水源的可生化降解性；改善混凝效果，降低混凝剂的用量；杀灭影响净水工艺的藻类；减少THMs前体物与氯气用量。常用的化学氧化剂有高锰酸钾、臭氧、二氧化氯、过氧化氢等。

刘卫华[5]对预氯化、二氧化氯、臭氧预处理微污染原水做了比较试验，实验得到在各氧化剂最佳实验条件下，三种预氧化工艺流程的出水均能达到国家饮用水卫生标准，且预氧化后常规工艺对污染物的去除率得到提高。目前，臭氧净水工艺是住建部推荐饮用水氧化处理工艺之一。

2.2生物氧化预处理技术

常规净水工艺前增设生物处理工艺，借助微生物的新陈代谢活动，可实现对水中机污染物的初步去除。生物预处理技术是去除微污染原水中氨氮和有机污染物的一种行之有效的方法，有研究表明在环境温度适宜的条件下，氨氮去除率可达80%以上，减少水处理中氯的消耗量，降低卤代物的生成量，同时其能改善混凝沉淀性能，减少混凝剂用量。目前生物氧化预处理设备可分为生物过滤反应器、生物转盘反应器、塔式生物滤池、生物接触氧化、生物流化床及在水源地通过堤岸、沙丘等渗透的土地处理系统。

2.3吸附预处理技术

利用物质的吸附性能或交换作用吸附预处理技术可去除水中污染物，改善混凝沉淀效果。该工艺通常将吸附剂制浆，在常规净水工艺之前与源水混合，在絮凝池内吸附污染物，并附着在絮体上一起沉淀去除。目前吸附剂主要有活性炭、沸石、黏土和吸附树脂等。但长期使用吸附剂仍存在费用高、污泥量大的缺点。

2.4空气吹脱法

水中溶解的有机物实际浓度与平衡浓度存在差异，吹脱可将挥发性组分扩散到气相中，实现去除挥发性有机物的目的。吹脱法有费用低、操作简单的优点，在优先去除的污染物中，可用吹脱去除的有31种，但该方法对难挥发有机物的去除效果差。

早期，空气吹脱法只限于去除水中H2S等产生嗅和味的挥发性物质及CO2等，但20世纪70年代研究发现该方法对VOCs及THMs有较好的去除效果，因此其被大规模的应用。已有研究表明，气液比1:1时，THMs的去除率高于10%，气液比20:1时，去除率可达到85%以上，且对色、嗅、味有显著改善。一般情况下如果不是去除VOCs，吹脱不会单独使用。

3　深度处理技术

深度处理是在传统处理工艺后，采用适当的处理方法，将常规处理工艺不能有效去除的污染物或消毒副产物加以去除，以提高、保障饮用水水质。目前，应用较广泛的深度处理技术有生物活性炭深度处理技术、膜法深度处理技术、臭氧活性炭联用技术、光催化氧化技术等。

3.1生物活性炭深度处理技术

生物活性炭深度处理技术是利用活性炭的吸附及其生长在活性炭上的微生物氧化去除水中污染物的一种技术。该技术中，活性炭及充当了吸附剂，有充当了生物生长的载体，通过合理运作微生物降解与活性炭吸附发生协同作用，对提高水处理效果、延长活性炭周期起到一定积极作用，有较好的经济效果。该技术有提高溶解性有机物去除率、延长活性炭使用周期、减少运行费用的特点，同时氨氮化合物受到生物的硝化作用，可减少氯气投加量，降低THMS生成量。使用该方法要避免预氯化，否则生物不能在活性炭上生长，且在水流的冲刷作用下微生物会发生脱落，影响出水水质。

3.2膜法深度处理技术

膜法处理技术是利用天然或人工合成高分子薄膜做介质，以外界能量或化学位差作为推动力，对双组份或多组分溶液进行过滤、分离和富集的处理方法。膜法能对水中胶体、微粒、细菌和腐殖酸等大分子有机物起到去除作用，同时能降低水中臭味好色度，在不加药剂的情况下有去除范围广、能稳定提供可靠水质的特点。膜分离法的应用较为复杂，如要求对源水进行严格的预处理，膜有相应的化学处理，且该工艺产水量小，目前在我国仅应用于特种行业的水处理。

3.3臭氧活性炭深度处理技术

臭氧活性炭深度处理技术是将活性炭吸附于臭氧氧化联用的一种工艺，该工艺既能发挥活性炭吸附性能，又可发挥臭氧氧化功能。净水工艺中，小分子有利于活性炭吸附，但大分子有机物会导致活性炭孔隙得不到充分利用，加速吸附饱和，缩短生产周期。臭氧活性炭联用深度处理技术采用臭氧氧化→活性炭吸附→臭氧氧化的工艺：加入臭氧，水中大分子被破坏为小分子结构，更易进入活性炭内被吸附；溶解于水中的臭氧可使活性炭吸附的有机物被氧化分解，减轻活性炭吸附负担，从而使活性炭充分吸附未被氧化的有机物，达到净化水质的目的；臭氧有深度氧化作用确保处理后水质达标。

臭氧活性炭联用深度处理技术能充分发挥两者优势，在国内外得到广泛的应用，其优点凸显在以下几个方面：大大改善自来水Ames致突变性实验结果；有机物去除率较常规处理提高15%～20%，达50%以上；水中氨氮与亚硝酸盐被臭氧氧化去除率可达到90%左右，减少了氯气投加量大大降低了THMS的生成；能有效提高TOC、蛋白氨氮的去除率，对提高管网水质、生物稳定性有较好的作用；对铁、锰、色度和臭阀值有较高的去除率，改善感官性指标；工艺可大大延长活性炭运行寿命，减少运行费用。

3.4光化学氧化技术

光化学氧化是通过光辐射的作用，使化学氧化速率及氧化能力比单独化学氧化、辐射有明显提高的一种水处理技术。相关研究表明，紫外光的辐射作用下，部分有机物可成为分子激发态，从而发生氧化反应，虽然紫外线处理只能使有机物发生部分氧化，但可使一些难降解的有机物结构发生改变，天然水体自净过程种一些抗氧化物质正是光化学氧化产生的。光化学氧化以紫外为光源，向水中投入一定量氧化剂或催化剂等，通过光化学反应使氧化剂产生许多自由基，自由基有较高的活性极易破坏有机物结构，从而对部分有机物起到氧化去除的作用效果。光化学氧化法有光敏氧化、光激发氧化、光催化氧化等。

4　结　语

饮用水微污染的严重性及确保饮用水安全的紧迫性已引起社会的广泛关注，微污染源水处理技术已成为水厂净水工艺研究的热点之一。经过上百年的发展，常规净水工艺已较为成熟，但面对日益严重的水源微污染仍然不能满足居民对饮用水安全性的要求。各种微污染水源水的净化处理方法都有一定的范围和优缺点：深度处理技术虽然能达到常规处理技术所不能达到的处理效果，但目前技术成本较高，未能广泛应用；预处理技术往往需要新建处理构筑物，一般在新建净水厂时采用；预处理及传统工艺强化技术能够提高和保障饮用水水质的同时可便捷的在原有水厂的基础上进行升级、改造完成，因此传统工艺强化仍会是未来几年水厂改造、新建应对微污染的主要支撑技术。

[1]陈义飞,孙琴,丁士明,等.强化混凝技术处理南淝河污染水的效果[J].水资源保护,2015(4):103-110.

[2]卢静芳,孔祥媚,赵瑞斌.强化混凝去除微污染湖泊水浊度及TOC的研究[J].环境科学与技术, 2010(03):76-79.

[3]郜玉楠,傅金祥,高国伟,等.生物增强技术净化含铁、锰、氨氮微污染地下水[J].中国给水排水, 2013(21):11-14.

[4]吴强,陆少鸣.炭砂复合滤池处理微污染水源水的研究[J].中国给水排水,2012,28(15):61-63.

[5]刘卫华.微污染原水化学预氧化处理技术试验研究与分析比较[D].天津:天津大学,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

曾扬(1990-)，男，硕士研究生，现从事给排水技术工作。

X-1

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1001-9677(2016)05-0164-03