轻微污染水源处理技术探讨

李国腾，王杭州
(珠海市供水总公司)

　　摘　要：本文分析了各种轻微污染水源处理技术的特点，提出了适合珠海市水源特点的处理工艺，采用生物预处理+常规处理工艺为最佳选择；在目前的条件下，可考虑投加药剂的方法采弥补常规处理工艺的不足。
　　关键词：微污染水源 饮用水处理新技术

Discussion on Treatment Technology of Micro-polluted Water
Li Guo-teng , Wang Hang-zhrm
(Zhuhai Water Supply Corporation, Zhuhai 519020)

　　Abstract: This text analyzed the characteristics of every kind of treatment technology of micro-polluted water, drawing out the treatment process for suiting the ZHUHAI city raw waters characteristics, the adoption biological pretreatment+conventional water treatment processis the best selection. Under the current condition, considering the system to add the medicine agent covers the scarcity of conventional water treatment process.
　　Keywords: micro-polluted raw water　　new treatment　　technology of drinking water

1 概述

　　水是生命之源。近年来，随着社会经济的迅猛发展和城市化进程的不断加快，而城市污水处理相对不力，以及农业生产大量使用化学肥料，使得地表水的污染越来越严重。根据90年代中国环境状况公报的统计，我国地表水环境污染状况堪忧，七大水系中仅长江：珠江情况较好，且水质有逐年下降的趋势。同时，以水库水作为饮用水源的城市，随着时间的延伸，水库水受到自然污染，水质也逐渐变坏，色度大，嗅味严重，铁和锰出现超标现象，藻类含量大幅上升，水库水体呈明显富营养化。而目前我国水厂皆以常规处理工艺为主，对去除水中有机物、氨氮、亚硝酸盐氮和藻类指标效果有限，而这些污染物质又给水厂的生产带来诸多不利影响，水厂的混凝剂消耗量加大，过滤周期缩短，过高的加氯使致突变前体物增加，影响人体健康。而另一方面，随着人民生活水平的日益提高，对水质的要求越来越高，国家的水质标准也越来越严格。水处理厂面对这样的原水，为了保证饮用安全，应该采取相应的水处理新技术。

2 饮用水处理新技术

　　针对各种污染水源，为了去除水中的污染物质，从70年代开始，水处理研究人员研究出许多水的净化处理新技术，有的已经在实际中得到应用，取得了良好的效果。
2.1 活性炭吸附
　　活性炭(GAC)吸附是完善常规处理工艺以去除水中有机污染物最成熟有效方法之一。50年代初期，欧美一些以地面水为水源的水厂就开始使用活性炭消除水中的色和嗅，且以使用粉末活性炭(PAC)为主，一般是将活性炭投加到源水中。研究表明，活性炭对微量有机污染物的吸附作用有独特之处，而且对絮凝过程具有助凝作用，但对氨氮的去除根本不起作用。活性炭的价格较贵，增加了工人的劳动强度，增加了生产成本。对此处理技术可应用于季节性投加，在污染严重时投加，无污染或污染较轻时可不投加。同时不同厂家、不同品种、不同原料和不同工艺条件下生产的活性炭，其吸附性能和吸附能力大小均不同，所以选择何种活性炭应进行试验后确定。
2.2 臭氧氧化
　　臭氧具有很强的氧化能力，它可以去除水中的色度和嗅味，可以通过破坏有机污染物的分子结构以达到改变污染物性质的目的。试验结果表明投加臭氧可去除80％以上的氨氮。但采用臭氧氧化，水再经氯化，三卤甲烷的含量较氧化前反而上升。因此使用臭氧的水厂一般需与活性炭吸附工艺相结合，这样可以降低三卤甲烷的前体物，有效地净化饮用水中的有机污染物。此外，臭氧必须现场用电生产，耗能大，费用高，整套设备的投资大，对于一个10万m³/d的中等水厂，臭氧设备需1千万元。因此，在发展中国家极少采用臭氧预氧化的方法处理轻微污染的源水。
2.3 生物活性炭(BAC)和生物滤料
　　生物活性炭是多年来活性炭在饮用水处理的应用中产生的，它可以提高出水水质，延长活性炭的再生周期，减少运行费用：水中的氨氮可以被生物转化为硝酸盐，从而减少后氯化的投氯量，降低了三卤甲烷的生成量。采用生物活性炭工艺应取消预加氯或预臭氧氧化的环节，试验表明生物活性炭当进水氨氮浓度在2mg/l以下时，对氨氮的去除率达到80％以上。生物活性炭是饮用水处理中去除有机物的有效方法，在欧洲已得到普遍使用，但由于活性炭的价格昂贵，并非任何水厂都有经济能力采用此种办法，因而妨碍了生物活性炭技术的推广应用。但在水质污染严重的地区，可采用在常规滤池表面增加—层活性炭来组成生物活性炭—砂过滤滤池，也可达到生物活性炭的处理效果。
　　研究结果表明，生物滤料+石英砂滤料组合成的生物强化过滤，可有效去除水中的氨氮、亚硝酸盐氮、有机物、Fe、Mn、浊度、色度等，而且该工艺只是对现有工艺的强化，不增加任何新设施，只是在原滤池内增加生物滤料，由原来的生物滤料与石英砂组成双层滤料滤池，一般生物滤料的厚度为700mm，石英砂为500mm。在正常反冲洗条件下，生物膜受反冲洗的影响较小，是解决微污染源水水质的一项新途径。
2.4 膜过滤
　　在水处理技术中，膜过滤(微滤、超滤、纳滤和反渗透)技术的应用是当前给水界的一件大事，它突破了传统的化学处理界限，转为物理固液处理领域。
　　膜过滤采用的是固液分离技术，它是以膜孔把水过滤，将水中的杂质截留而没有化学变化，处理简易的技术。其优点是具有良好的调节水质的能力，去除污染物的范围广，从颗粒杂质到离子、细菌和病毒，不需加药剂，可保证水的天然性，运转可靠，设备紧凑，水厂占地面积减少，维护管理费用小和容易实现自动控制。其缺点是基建投资大，施工管理要求高，易于产生堵塞，膜的使用寿命还不够长等。
　　可以预测，膜装备的处理费用一旦降低，水厂可能摒弃颗粒过滤的设备，整个水厂的处理工艺将产生革命性的变化。有些水厂会在常规处理之后利用膜过滤做为深度处理，膜过滤设施很容易添加于水处理工艺中，如膜过滤设施可淹没于澄清池中或清水池中敞口上端，这种做法在国外已普遍使用。
2.5 其他的药剂处理方法
　　许多研究结果表明，高锰酸钾可有效地去除水中的微量有机污染物，降低水的致突变活性，因此而产生出许多以高锰酸钾为主要成份的复合药剂(PPC)，有些称为高锰酸钾复合药剂，也有些称为脱色除臭剂、除臭除氨氮挣水剂等。试验结果表明，只使用高锰酸钾时，可除去37％的氨氮，23％硝酸盐氮，95％以上的色度。而高锰酸钾复合药剂是以高锰酸钾为主，再添加一些活性炭粉末以及其他一些辅剂组成；利用高锰酸钾的强氧化性能去除藻类物质，同时利用活性炭以及PFC被还原后产生的中间产物如水合二氧化锰等的吸附作用，对臭味的去除有主要贡献，高锰酸钾和活性炭也可有效地去除色度。根据珠海水司的试验，该种药剂对氨氮的去除率可达到50％，色度去除率为86％，藻类去除率为99.8％，Fe去除率为99％，Hn去除率达91.4％，除臭效果明显，同时在投加混凝剂快速搅拌混合后再投加PPC可取得较好的强化混凝效果，但每m³增加成本0.033元。在水质呈季节性污染的水厂中，投加PPC不失为一种较为简单的，投资小而效果快的方法。但有机物经高锰酸钾氧化后的氧化产物中，有些是碱基置换突变物，它们不易被后续常规工艺所去除，在组合工艺出水氯化后，这些前体物转化为致突变物，使水的致突变活性有较大幅度的增加。
　　目前，微生物型水处理制剂正处于试验阶段。现有的EM生物技术(effective microorganisms有效微生物群)在我国的种植业、养殖业和环境空气净化方面都取得了明显的作用和效果，它是日本于20世纪80年代初期研制出来的一种新型复合微生物制剂，各种微生物群在其生长过程中产生的有用物质及其分泌物质，成为微生物群体相互生长的基质和原料，通过相互间的这种共生增殖关系，形成了一个复杂而稳定的微生物系统，发挥多种功能。有关试验结果表明，在好氧条件下，它对于污水中COD的去除率为85％，氨氮去除率为81.42％，建议在水处理当中试验使用，达到处理微污染水的目的。
2.6 生物预处理技术
　　众所周知，生物法常用于污水处理中去除悬浮的和溶解性的有机物(如BOD₅、氮和磷等)，是十分有效且经济的。如今生物法用于饮用水处理中是给水处理技术的一个重大进展。生物预处理的目的是去除那些常规方法不能有效去除的污染物，如可生物降解的有机物，人工合成的有机物和氨氮、亚硝酸盐氮、铁和锰等。生物处理最好是作为预处理设置在常规处理工艺前面，这样既可以充分发挥微生物对有机物的去除作用，又可以增加生物处理带来的饮用水可靠性，如生物处理后的微生物、颗粒物和微生物的代谢产物等都可以通过后续处理加以控制，有效地保证了饮用水的安全。
　　目前国内外采用的生物预处理大多数为生物膜的方法，其形式主要是淹没式生物滤池。深圳水司的试验结果表明：生物预处理对常规工艺较难去除的有机物和氨氮等指标有较好的效果，氨氮去除率在81.2％—94％眨间，亚硝酸盐氮在72.1％～96.4％；藻类在72.3％～90.1％，TON在42.7％～53.8％，高锰酸盐指数在13.0％～22.9％之间，浊度在41.0％～53.8％之间。东深原水采用生物接触氧化的工艺处理微污染的东江水，处理规模为400万m³/d，通过实际运行，对氨氮的去除率达到75％以上，最大达到90.1％。采用YDT弹性立体填料，填料为10.7万m³，填料体积占生物池体积的71.1％，最大处理水量为475.4万m³/d，则每m³水需要的填料为0.02675m³。按每m³填料价格250元计算，则每m³水所需填料费只有6.7元/m³，运行电耗为0.0236kW·h/m³，如果一个10万m³/d的水厂，则所需的填料投资为67万元，每天的运行电耗为2360元/d，电费按0.70元/kW·h计算，每m³水增加成本为0.0165元。
　　该工艺的特点是投资少，管理方便，污染物的去除率较高，运行费用低，运行效果稳定，受外界环境变化影响小。经其处理后出水的有机污染物、臭味、NH₄⁺-N、细菌、浊度、铁、锰等均有不同程度的降低，使后续处理的矾耗和氯耗减少。另外通过可生物降解有机物的去除，不仅减少了水中“三致”物前体的含量，改善出水水质，也减少了细菌在配水管网中重新滋生的可能性。因此该处理技术是一种高效低耗的轻微污染水源饮用水处理方法。

3 各种处理技术的选择

　　净水技术大致可分为三类：常规处理技术：包括混凝、沉淀、过滤和消毒；深度处理技术：包括臭氧氧化和活性炭；生物处理技术：包括各种形式的生物处理技术，目前主要是生物膜反应器。这些净水技术各有优缺点，我们应根据不同的水源水质和出水水质要求结合经济因素来确定合适的处理工艺。在此我们主要讨论微污染水的处理技术，由于污染水源的主要污染物为有机物，因此以有机物分子量的分布特点来决定净水工艺是较佳途径之一。

各单元不同工艺对不同分子量有机物的去除能力 有机物分子量 混凝沉淀 生物处理 活性炭吸附 膜过滤 微滤膜 (HF) 超滤膜 (UF) 10k～100K 有效去除 增加 部分去除 有效去除 有效去除 3K～10K 有效去除 部分减少 增加 有效去除 有效去除 1K～3K 部分去除 部分减少 增加 有效去除 有效去除 0.5K～1K 增加 部分去除 有效去除 基本无效 有效去除 ＜0.5K 基本无效 有效去除 部分去除 基本无效 基本无效

　　从上表可以看出各分子量区间有机物在组合工艺中的去除情况及各工艺去除不同分子量有机物的互补性，因此，我们对污染水源的处理应先对污染物的分子量进行分析测定，再决定采用何种处理方法，以求达到最佳的处理效果。但要注意的一点是，膜过滤后的水为避免细菌在清水池或管道中重生，不能省略灭菌处理程序，此外，纳滤膜和反渗透出水水质较好，但出水中无机离子的含量太小，不太适宜于长期饮用，因此在此表中未列出。
　　各种试验结果表明，水源水质的特性与有机物分子量的分布关系十分密切。我市的主要水源为西江，位于下游出海口，上游工业、生活污水排放到河中，主要的污染物为工农业和生活污染，表现出来的结果为氨氮偏高，有机物的性质类似于东深供水的水源，因此，可选用生物预处理+常规工艺，在经济条件许可的情况下，可采用生物预处理+常规+活性炭吸附工艺。但采用以上工艺需要一定的建设周期和基建投资，故目前为了达到处理臭水的目的，可采用投加PPC的方法来作为季节性临时处理措施。

4 讨论

　　4.1 各种处理技术均有各自的优点和不足，采用何种技术应通过分析水源中有机物的分子量，根据试验结果和经济条件来确定。
　　4.2 随着膜制造技术和工艺的改进，膜装备的处理费用将会越来越低，膜过滤技术在不久的将来将对水处理技术带来革命性的变化，成为水处理特别是污染水源水处理的主流。
　　4.3 在目前经济条件或时间不允许的情况下，投加药剂作为处理微污染水源的暂时措施，也不失为一种好的处理方法。

参考文献：
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作者简介：
　　李国腾：珠海市拱北水厂厂长，工程师，从事供水工作二十多年，对供水生产管理，水质分析具有丰富的经验。