【文章內(nèi)容簡介】 飲用水處理的實踐中產(chǎn)生的。在20世紀70年代德國慕尼黑市的Dohne水廠，在以預(yù)臭氧代替了原來的預(yù)氯化后，在活性炭濾床中出現(xiàn)了明顯的生物活性，從而發(fā)展成為臭氧生物活性炭深度處理工藝。在原有水廠普遍采用的預(yù)氯化處理的條件下，水中所含有的氯使微生物無法在活性炭床中大量生長。改為預(yù)臭氧后，臭氧氧化出水中有機物的可生物降解性大為提高，水中剩余臭氧可以被活性炭迅速分解，加之臭氧氧化出水中的溶解氧濃度較高（因臭氧化氣體的曝氣作用），使得臭氧后設(shè)置的活性炭床中生長了大量的細菌，生物分解水中可生物降解的有機物，由原有單純進行吸附的活性炭床演變成為同時具有明顯生物活性的活性炭床，因此這種活性炭技術(shù)被稱之為生物活性炭。圖3所示為采用了臭氧生物活性炭技術(shù)的德國Dohne水廠處理工藝流程圖。圖3 德國Dohne水廠處理工藝流程圖工藝流程中臭氧氧化的主要目的是用最少量的臭氧盡可能多的使水中不可生物降解的有機物變成可生物降解的有機物，增加被處理水的可生物降解性，為生物活性炭中微生物的降解創(chuàng)造條件，并降低活性炭的物理吸附負荷。臭氧氧化的另外兩個有點是可以對被處理水進行充氧和臭氧處理具有微絮凝作用。在生物活性炭床中，活性炭起著雙重作用。首先，它是一種高效吸附劑，吸附水中的污染物質(zhì)；其次是作為生物載體，為微生物的附著生長創(chuàng)造條件，通過這些微生物對水中可生物降解的有機物進行生物分解。由于生物分解過程比吸附過程的速度慢，因此要求炭床中的水力停留時間比單純活性炭吸附的時間長。與單純采用活性炭吸附相比，生物活性炭具有以下優(yōu)點：①提高了出水水質(zhì)，通過物理吸附（主要對非極性分子物質(zhì)）和生物分解（主要對小分子極性物質(zhì)）的共同作用，增加了對水中有機物的去除效果；②降低了活性炭的吸附負荷，延長了活性炭的再生周期，從而降低了處理的運行費用；③氨氮可以被生物轉(zhuǎn)化為硝酸鹽；④出水需氯量低，由此降低了消毒副產(chǎn)物的生成量。⑤比單一使用臭氧氧化法經(jīng)濟。㈣ 膜分離技術(shù)膜分離技術(shù)是從20世紀70年代開始發(fā)展起來的水處理新技術(shù)，在90年代得到飛速發(fā)展，目前被認為是最有前途的水處理技術(shù)。膜分離技術(shù)是一種以壓力為推動力、利用不同孔徑的膜進行水與水中顆粒物質(zhì)（廣義上的顆粒，可以是離子、分子、病毒、細菌、黏土、沙粒等）篩除分離的技術(shù)。根據(jù)膜孔徑從大到小排列，可以把膜濾分為微濾、超濾、納濾和反滲透4種。膜材料主要有乙酸纖維膜、芳香族聚酰胺膜、聚砜膜、聚丙烯膜、無機陶瓷膜等。膜組件的形式主要有板式、卷式、中空纖維、管式等。微濾的孔徑為零點幾微米到幾微米，配合混凝劑的使用，能夠去除水源水中的懸浮顆粒、膠體物質(zhì)和細菌。微濾可以替代飲用水常規(guī)處理的混凝、沉淀、過濾，在一個設(shè)備中實現(xiàn)常規(guī)工藝多個處理構(gòu)筑物才能完成的凈水效果。目前微濾技術(shù)已經(jīng)成功地用于小型地表水凈水廠。世界上最大規(guī)模為每天3萬t，我國也已建成數(shù)個每天幾千噸規(guī)模的微濾膜凈水廠。超濾膜的孔徑在5nm～，可以去除相對分子質(zhì)量在300～300000之間的大分子、細菌、病毒和膠體微粒，～。超濾被廣泛用于從工業(yè)廢水中回收有用物質(zhì)，如造紙廢水中回收木質(zhì)素，洗毛廢水中回收羊毛脂，電泳涂漆廢水中回收電泳漆，食品工業(yè)廢水中回收蛋白、乳清等。在飲用水處理領(lǐng)域，大多數(shù)家用凈水器（一般構(gòu)成：粗濾粒狀活性炭超濾）中都設(shè)有中空纖維超濾膜來截留水中的雜質(zhì)顆粒和細菌。反滲透膜的孔徑最小，在2～3nm以下。除了水分子外，其他所有雜質(zhì)顆粒（包括離子）都不能通過反滲透膜，因此反滲透膜分離得到的水為純水。反滲透技術(shù)已經(jīng)廣泛用于海水淡化、苦咸水脫鹽、工業(yè)給水高純水的制備（電子工業(yè)用水、鍋爐給水等），近年來迅速發(fā)展起來的飲用純凈水、優(yōu)質(zhì)直飲水的核心技術(shù)就是反滲透。反滲透技術(shù)的操作壓力較高，必須超過所處理水的滲透壓。對于海水淡化，操作壓力一般在3MPa以上。對于用自來水制備飲用純凈水，操作壓力一般在1MPa以下（根據(jù)原水含鹽量、純水收率、膜特性而確定）。納濾膜的孔徑略大于反滲透膜，為幾個納米，操作壓力也低于反滲透。納濾可以截留二價以上的離子和其他顆粒，所透過的只有水分子和一些一價的離子（如鈉、鉀、氯離子）。納濾可以用于生產(chǎn)直飲水，出水中仍保留一定的離子，比純水有益于健康，并可降低處理費用。膜分離技術(shù)具有多項優(yōu)點：不需要投加藥劑，去除的污染物范圍廣，可通過選用不同的膜實現(xiàn)預(yù)定的分離效果，運行可靠，設(shè)備緊湊、易于實現(xiàn)自動控制等。缺點是：設(shè)備費和運行費高，運行中膜易堵塞，需要定期進行化學(xué)清洗，前處理要求較高，存在濃縮液的處理與處置問題等。近年來隨著膜材料價格的不斷降低，膜分離技術(shù)在水處理應(yīng)用中具有越來越強的競爭力。三、預(yù)處理技術(shù)預(yù)處理是針對傳統(tǒng)工藝的缺陷，為了強化水處理工藝、改善處理出水水質(zhì)，在常規(guī)處理工藝之前，采用一定的物理、化學(xué)或生物的方法，對水中污染物進行初步去除，特別是去除那些常規(guī)工藝不能有效去除的污染物，使常規(guī)工藝更好的發(fā)揮作用，減輕常規(guī)處理和深度處理的負擔，更好地發(fā)揮水處理工藝的整體作用。預(yù)處理工藝可分為氧化法和吸附法，其中氧化法又可分為化學(xué)氧化法和生物氧化法。當飲用水的水源水受到一定的污染，或者具有某些特殊性質(zhì)時，在常規(guī)處理之前，需要先進行預(yù)處理，包括粗大懸浮物和漂浮物的篩除、沉砂、高濁度水的預(yù)沉淀、原水儲存、土層滲濾、曝氣去除揮發(fā)型物質(zhì)、粉狀炭吸附、化學(xué)預(yù)氧化、生物預(yù)處理等。下面主要介紹用于受污染水源水處理的后兩種預(yù)處理技術(shù)。㈠ 化學(xué)預(yù)氧化化學(xué)預(yù)氧化技術(shù)是通過投加氧化劑，利用氧化劑的氧化能力，分解破壞水中的污染物質(zhì)。常用的氧化劑有氯、高錳酸鉀、臭氧，正在研究開發(fā)中的還有紫外光催化氧化等。⒈預(yù)氯化 預(yù)氯化是飲用水處理中應(yīng)用最為廣泛的一種預(yù)氧化技術(shù)，目前仍為我國絕大多數(shù)水廠所采用。預(yù)氯化是在地表水的取水口或凈水廠的入口處向水中加人一定量的氯，投加量在1～2mg/L（根據(jù)水質(zhì)而定，對于受到污染的水源水預(yù)氯化的所需加氯量遠高于此值）。由于氯是氧化劑，預(yù)氯化可以氧化分解水中的一部分有機物質(zhì)，降低嗅味，增強混凝效果，去除氨氮（生成氯胺，或者通過折點氯化而被破壞），可以控制微生物和藻類在取水口至水廠的管道中和在凈水廠的處理構(gòu)筑物中生長繁殖，并可起到一定的消毒殺菌效果。預(yù)氯化可以采用簡單加氯法或折點氯化法。預(yù)氯化的缺點是當水源水中有機物含量較高時，投加的氯會與水中的有機物反應(yīng)，生成三鹵甲烷、鹵乙酸等具有三致作用的消毒副產(chǎn)物。⒉ 預(yù)臭氧 由于臭氧比液氯具有更強的氧化能力，故可有效殺滅藻類、細菌、病毒等，同時能夠快速氧化大分子難降解物，有較強的脫色、除臭能力。臭氧預(yù)氧化法可使水源水水化學(xué)耗氧量有一定程度的下降，對氧化三鹵甲烷前體物有較好的效果。由于投加臭氧的成本較高，一般采用低劑量投加，在這種情況下，大部分投加的臭氧只能把大分子有機物氧化為小分子有機物（如酮、醛、酸等），而不是將有機物徹底降解。這樣就導(dǎo)致了處理出水溶解性的、可生化的有機物量比例得以提高。因此，如能將臭氧預(yù)氧化法與生物法結(jié)合起來，能起到優(yōu)勢互補的作用，反之，單純的臭氧預(yù)氧化法由于可使出水溶解性有機物量提高，可能會導(dǎo)致最終出廠水中AOC的升高，管網(wǎng)細菌量升高，反而降低飲用水質(zhì)。預(yù)臭氧是為了避免預(yù)氯化產(chǎn)生氯代有機物的問題而采用的替代方法，已經(jīng)在歐洲得到廣泛的應(yīng)用，在我國目前尚未采用。加入臭氧除了有前述的氧化、除嗅作用外，還可以增加水中有機物的可生物降解性，有利于后續(xù)的生物處理，如生物氧化預(yù)處理或生物活性炭。預(yù)臭氧液有一定的改善混凝的效果。預(yù)臭氧的最大優(yōu)點是不產(chǎn)生氯代有機物，但費用較高。此外，因臭氧在水中會迅速分解，此法不適于長距離輸水管道的菌藻控制。⒊ 高錳酸鉀預(yù)氧化 高錳酸鉀預(yù)氧化曾是一種傳統(tǒng)水處理預(yù)氧化技術(shù)，近年來由于我國水源水的污染日趨嚴重，高錳酸鉀預(yù)氧化技術(shù)發(fā)展較快，現(xiàn)已經(jīng)開發(fā)出高錳酸鉀預(yù)氧化與混凝劑聯(lián)合使用的復(fù)合藥劑。高錳酸鉀氧化不產(chǎn)生氯代副產(chǎn)物，氧化能力強，除臭效果好，高錳酸鉀氧化后生成的二氧化錳對高錳酸鉀的氧化具有催化作用，同時又具有助凝作用，從而大大增強混凝效果。該法不需要增加新設(shè)備，運行費用低，便于根據(jù)原水水質(zhì)情況調(diào)整投藥量，有著良好的應(yīng)用前景。㈡ 生物預(yù)處理眾所周知，在廢水處理中生物處理法是去除水中溶解狀有機物的有效而經(jīng)濟的方法。隨著飲用水水源污染問題的日趨嚴重，生物處理法也已經(jīng)被開發(fā)成為處理受污染水源水的飲用水處理技術(shù)。生物預(yù)處理主要依靠微生物的生命活動（氧化、吸附、生物絮凝等）來去除水中的污染物。在這些微生物中，對凈化水質(zhì)起主要作用的絕大多數(shù)屬于貧營養(yǎng)型微生物，具有世代周期長、繁殖緩慢的特性。為了保證處理效果和加快凈化的效率，必須保證有足夠的微生物量（生物濃度）。生物膜法因微生物附著在載體填料上，相對而言能獲得更穩(wěn)定的生長環(huán)境，適合于世代周期長的微生物生存和繁殖，因而絕大多數(shù)的生物預(yù)處理都采用生物膜法的形式。生物預(yù)處理是指在常規(guī)凈水工藝前增設(shè)生物處理工藝，借助于微生物的新陳代謝活動，對水中的氨氮、有機污染物、亞硝酸鹽、鐵、錳等污染物進行初步的去除，減輕常規(guī)處理和深度處理的負荷，通過綜合發(fā)揮生物預(yù)處理和后續(xù)處理的物理、化學(xué)和生物的作用，努力提高處理后出水水質(zhì)。飲用水生物預(yù)處理采用好氧生物膜法。已經(jīng)開發(fā)實用的處理技術(shù)主要有：生物接觸氧化法和淹沒式生物濾池法。生物接觸氧化法采用掛滿彈性填料或纖維束填料的水池，池中設(shè)有穿孔管曝氣裝置，供給生物處理所需要的氧。淹沒式生物濾池采用顆粒填料作為生物生長的載體，一般采用陶粒填料，池型與給水處理的砂濾池相似，只是在濾料下增加了穿孔管曝氣系統(tǒng)。水的流向多采用升流式，濾池定期（幾天到一月）進行氣水反沖洗，洗去截留的懸浮物和多余的生物膜。淹沒式生物濾池具有填料比表面積大，生物量高，對氨氮和有機物的處理效果好，有過濾作用，有較好的除藻功能，在低溫條件（＞5℃）下仍有較好的處理效果，可承受一定的進水懸浮物濃度等優(yōu)點。不足之處是基建費高于生物接觸氧化法。淹沒式生物濾池既可以用于預(yù)處理，設(shè)在常規(guī)處理之前；也可以設(shè)在混凝沉淀之后砂濾之前，對其進行生物處理生物預(yù)處理有如下的去除效果。（1）能夠有效去除水中可生物降解的有機物 減低消毒副產(chǎn)物的生成，提高水質(zhì)的生物穩(wěn)定性，降低后續(xù)常規(guī)處理的負荷，改善常規(guī)處理的運行條件（如降低混凝劑的投加量，延長過濾周期，減少加氯量等）。飲用水生物預(yù)處理可以去除進水中80%左右的可生物降解有機物，如以高錳酸鹽指數(shù)（耗氧量）表示，生物預(yù)處理的去除率一般在20%～30%。對高錳酸鹽指數(shù)去除率偏低的原因是：①水源水中有機物包括了可生物降解和不可生物降解兩大部分；②高錳酸鹽的氧化能力低，對一些可生物降解有機物測不出，如草酸等。如果采用預(yù)臭氧一生物處理工藝，將可以大大提高生物預(yù)處理對有機物的去除效果。（2）能夠有效去除水中的氨氮 在生物預(yù)處理構(gòu)筑物中氨氮在亞硝化菌的作用下先被生物轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，再在硝化菌的作用下進一步轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。生物預(yù)處理對氨氮去除率可以達到70%～90%，例如，在進水氨氮質(zhì)量濃度為2～3mg/L的條件下。在飲用水生物預(yù)處理中，對氨氮的硝化比去除有機物更容易實現(xiàn)，所需要的水力停留時間也較短。采用生物硝化去除氨氮的預(yù)處理已經(jīng)成為飲用水預(yù)處理的一個重要處理目的。四、強化混凝技術(shù)強化混凝是指在混凝處理中投加過量的混凝劑、新型混凝劑或助凝劑、或者是其他的藥劑，通過加強混凝與絮凝作用，使常規(guī)處理工藝盡可能多地去除水中的有機物和消毒副產(chǎn)物的前體物（主要指腐殖酸、富里酸等有機物）?；炷コ挠袡C物及其去除機理主要包括：膠體狀有機物的吸附電中和與凝聚、混凝形成的金屬氫氧化物礬花的巨大比表面積對溶解有機物的吸附和共沉作用、腐殖酸和富里酸的聚合沉淀等。強化混凝提高對有機物的去除機理主要是加強混凝產(chǎn)生的絮體對有機物的吸附作川。例如，北京笫九水廠的生產(chǎn)實踐表明，在相同加藥量下，機械攪拌澄清池對有機物和消毒副產(chǎn)物前體物的去除效果要優(yōu)于反應(yīng)池一沉淀池工藝，其原因就是在機械攪拌澄清池中大量保持的礬花可以充分發(fā)揮其吸附作用，而反應(yīng)一沉淀工藝中礬花形成后即被沉淀去除，其吸附潛力尚未完全發(fā)揮。強化混凝的措施有：從鋁鹽混凝劑改為鐵鹽混凝劑（鐵鹽比鋁鹽更易于形成與腐殖酸和富里酸的聚合物），減低pH值（pH值為5～6的條件有利于形成腐殖酸、富里酸的聚合物），投加有機或無機絮凝劑，采用具有絮凝作用的新型混凝藥劑（如聚硅酸鹽鐵鹽、聚硅酸鹽鋁鹽等），增加混合與絮凝反應(yīng)的時間，選用澄清工藝等。在混凝中同時進行高錳酸鉀預(yù)氧化、粉狀炭吸附（如采用含有高錳酸鉀、粉狀炭、混凝劑的復(fù)合藥劑）也可以起到強化混凝的效果，盡管其中還包括了氧化、吸附等作用。常規(guī)處理對水中溶解有機物的去除效果一般在10%～20%，通過強化混凝可以把去除率提高到25%～30%，具體效果依原水水質(zhì)和強化混凝的措施而定。五、純水和凈水處理技術(shù)近年來，純凈水（包括桶裝水、瓶裝水）、優(yōu)質(zhì)直飲水等日趨流行。造成這一現(xiàn)象的原因有：因水源水質(zhì)的惡化，對城市自來水水質(zhì)產(chǎn)生疑慮；對飲水水質(zhì)要求的提高，愿意消費更為安全且有益于健康的水；飲水方式的時尚。特別是在一些自來水水質(zhì)較差的城市或地區(qū)，純凈水和優(yōu)質(zhì)直飲水發(fā)展的速度很快。純水和凈水是有一定區(qū)別的?！凹兯边@一術(shù)語來源于工業(yè)給水的純水，即去除了水中一切雜質(zhì)（包括各種離子）的水，水的純度用電導(dǎo)率表示。雖然飲用純水對水的電導(dǎo)率要求并不需要像對電子工業(yè)、高壓鍋爐給水那樣嚴格，但我國現(xiàn)行的飲用純水行業(yè)標準中仍對水的電導(dǎo)率進行了嚴格的規(guī)定。盡管離子交換、蒸餾等技術(shù)在早期曾用于生產(chǎn)飲用純水，目前生產(chǎn)純水所普遍采用的核心技術(shù)是反滲透，其工藝流程如圖4所示。圖4飲用純水生產(chǎn)工藝流程圖用戶使用飲用純水的方式包括瓶裝水（主要是作為飲料）、桶裝水、凈水屋、樓宇或小區(qū)專用飲水管道，家用純水機等。飲用凈水的含義實際上是指優(yōu)質(zhì)直飲水。按照生活飲用水水質(zhì)標準的制定原則，凡符合該標準的自來水實際上都可以直接生飲。但是在實際操作中，為了提高直飲水的衛(wèi)生學(xué)質(zhì)量和具有較好的口感，又制定了優(yōu)質(zhì)直飲水的水質(zhì)標準。由于純水中不含任何礦物質(zhì)，長期飲用可能對人體健康產(chǎn)生不利影響，因此，優(yōu)質(zhì)直飲水并不要求必須是純水。優(yōu)質(zhì)直飲水系統(tǒng)一般設(shè)在采用分質(zhì)供水系統(tǒng)的樓宇或住宅小區(qū)中，它以市政自來水或當?shù)氐牡叵滤疄樗?。?yōu)質(zhì)直飲水的處理系統(tǒng)有許多種，包括：①另選用優(yōu)質(zhì)的地下水源和先進的消毒工藝，優(yōu)水優(yōu)用；②“臭氧氧化一活性炭吸附一紫外線消