提高给水处理工艺有机污染去除能力

2023-11-20 理论教育版权反馈

【摘要】：水厂的常规处理工艺，虽然主要目的是除浊和消毒，但也能去除部分有机污染物，特别是近年发展起来的强化常规处理技术。近年来，人们将粉末活性炭预涂到某些载体上，提高了粉末活性炭利用率，也提高了有机污染物的去除效率。氧化除污染法是利用强氧化剂分解水中的有机污染物。生物法是在常规给水处理工艺之前，通过微生物对水中有机污染物进行分解而加以去除，常称为生物预处理。

我国绝大部分河流、湖泊以及地下水受到污染，主要是有机污染，致使水中含有种类繁多的含量在μg/L级的微量有机污染物，其中有些对人体健康有潜在危害，有些则会在水处理过程（加氯消毒）中转化为有毒、有害副产物。人们对饮用水水质的要求不断提高，既要求水的微生物学指标符合水质标准，也要求水中有毒、有害化合物符合水质标准。

水厂的常规处理工艺，虽然主要目的是除浊和消毒，但也能去除部分有机污染物，特别是近年发展起来的强化常规处理技术。如降低水的浊度，可去除部分溶解度低的多环芳烃（几乎不溶于水），以及氯消毒时产生氯仿的母体腐殖酸和富里酸。天津市自来水公司与天津市医科大学合作试验表明，把水浊度降到1NTU以下，水中挥发性有机物降低50%，半挥发性有机物降低30%～70%，Ames试验致突变活性下降42.9%～47.8%，致温血动物细胞染色体畸变活性下降27%～40%，对降低致癌和可疑性物质有相当效果。

国内外近些年来还发展了一些处理受污染水的技术，主要有吸附法、氧化法、生物法、膜法等几大类。

活性炭吸附是一种较早地被应用于生产的除污染技术，其原理是利用活性炭巨大的表面积吸附水中有机污染物。活性炭有粒状炭（GAC）与粉状炭（PAC）两种形式。粒状活性炭的使用通过活性炭滤床实现，将其置于砂滤后或者取代现有砂滤床，受污染的水经过活性炭滤床后，有机污染物便被截留在活性炭滤床中。活性炭使用一定时间吸附饱和而失效，其吸附性能要通过再生得到恢复。粉状活性炭可直接投加于水中，在应用中基建与设备投资较低，使用灵活方便，但难以回收，使用过程中运行费用较粒状炭高。近年来，人们将粉末活性炭预涂到某些载体上，提高了粉末活性炭利用率，也提高了有机污染物的去除效率。

氧化法一般除污染效果好、适应面广，应用得较多。氧化除污染法是利用强氧化剂分解水中的有机污染物。能够用于给水处理规模生产的氧化剂主要有氯（Cl2）、二氧化氯（ClO2）、高锰酸钾（KMnO4）、过氧化氢（H2O2）和臭氧（O3），它们在标准状态下的氧化还原电位分别为1.36V、1.50V、1.69V、1.77V和2.07V。显然，臭氧（O3）在可用于给水处理的几种氧化剂中具有最高的氧化还原电位，因而具有最强的氧化能力，对水质的适应能力强，目前已被发达国家普遍应用于饮用水除污染处理中。

高锰酸钾（KMnO4）也是一种强氧化剂，我国首先研究开发成功将它用于饮用水除污染，它不仅具有氧化能力，并且其氧化生成物——水合二氧化锰还具有吸附能力，所以高锰酸钾具有良好的除污染效能。高锰酸钾除污染的重要优点是，其所需基建设备投资和运行费都远较臭氧低，所以是一种经济有效的除污染技术。

氯（Cl2）虽是一种强氧化剂，但在反应过程中会生成许多有毒、有害副产物，所以已对其除污染效能提出质疑，有逐步被其他氧化剂取代的趋势。二氧化氯（C1O2）也是一种强氧化剂，但目前仅用于中、小型水厂中。此外，近年来还发展出一些催化氧化、光化学氧化技术，但迄今只应用于小型装置中。

生物法是在常规给水处理工艺之前，通过微生物对水中有机污染物进行分解而加以去除，常称为生物预处理。生物预处理能显著降低水中的氨氮，对于有机污染物也有一定去除作用，可减轻后续除污染工艺的负荷，提高整体除污染的效果。水中的有机污染物，可分为易于被生物降解和难于被生物降解的两大类。生物法适宜用于我国水温较高的南方地区和水中易于被生物降解的有机物含量较高的水源水中。

膜法利用膜的过滤作用截留水中的杂质。可针对去除杂质种类不同，选用不同孔径的膜。微滤膜可截留水中的浊度物质；超滤膜可截留水中的细菌和病毒及分子量较大的有机物；纳滤膜可截留水中分子量较低的有机污染物和部分无机盐类；反渗透膜可截留水中绝大部分有机污染物和无机物，使水得到净化。膜技术发展迅速，有望在饮用水除污染中得到广泛应用，但目前主要用于中、小型水厂中。

以上每一种处理方法都有其局限性，将几种方法组合起来，往往可获得更好的除污染效果。如将臭氧氧化和粒状活性炭吸附组合起来，形成臭氧-活性炭组合技术（O3-GAC），现已成为发达国家大型水厂通用的饮用水除污染工艺，工艺流程如图5-1所示。在组合中，臭氧也可预投于混合以前，以利于混凝除浊和去除有机物。

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图5-1　工艺流程图

粉末活性炭可投于混合之前，也可投于絮凝反应池中或过滤以前，应根据水质情况通过试验选择，以获得最佳处理效果（图5-2）。

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图5-2　工程流程图

高锰酸钾可与混凝剂同时投加，也可提前投加以延长高锰酸钾的氧化反应时间。高锰酸钾既可以单独使用，也可以与粉末活性炭或颗状活性炭联合使用，工艺流程如图5-3所示。

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图5-3　工艺流程图

生物预处理构筑物常设于常规处理之前，工艺流程如图5-4所示。如除污染效果达不到要求，在此工艺流程后还可设活性炭过滤，或在生物预处理后增加化学氧化处理，以获得更好处理效果。

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图5-4　工艺流程图

以城市自来水为原水的桶（瓶）装水或直饮水处理设备，常将臭氧氧化、粒状活性炭过滤与膜设备组合起来，工艺流程如图5-5所示。根据原水水质和对出水水质要求的不同，该工艺中的膜过滤可采用微滤膜、超滤膜、纳滤膜或反渗透膜以及相应的前处理设备。

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图5-5　工艺流程图

可以认为，目前的饮用水除污染技术已经发展到能够处理任何污染程度的水源水的程度。当然，水源水污染愈重，所需除污染工艺愈复杂，资金投入也愈大。所以，针对不同水源水受污染的程度和受污染的特点，选择相应的除污染工艺，主要不是技术问题，而是经济合理性的问题。

目前，饮用水除污染技术的一个发展方向是研究开发更高效的水处理技术，如各种高级氧化技术（催化氧化、光催化氧化，能生成羟基自由基的氧化技术等）、新型膜技术（能高效去除有机污染物，又能保留水中无机矿物质的膜）、新型除污染水处理药剂等。

饮用水除污染技术的另一个发展方向，是根据受污染原水的水质，优化组合各种除污染技术以提高除污染效果，并尽量使用廉价的处理方法以降低除污染费用，如用较便宜的氧化剂高锰酸钾取代臭氧等。

提高给水处理工艺有机污染去除能力

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