李國騰，王杭州
(珠海市供水總公司)

　　摘　要：本文分析了各種輕微污染水源處理技術的特點，提出了適合珠海市水源特點的處理工藝，采用生物預處理+常規處理工藝為最佳選擇；在目前的條件下，可考慮投加藥劑的方法采彌補常規處理工藝的不足。
　　關鍵詞：微污染水源 飲用水處理新技術

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。近年來，隨著社會經濟的迅猛發展和城市化進程的不斷加快，而城市污水處理相對不力，以及農業生產大量使用化學肥料，使得地表水的污染越來越嚴重。根據90年代中國環境狀況公報的統計，我國地表水環境污染狀況堪憂，七大水系中僅長江：珠江情況較好，且水質有逐年下降的趨勢。同時，以水庫水作為飲用水源的城市，隨著時間的延伸，水庫水受到自然污染，水質也逐漸變壞，色度大，嗅味嚴重，鐵和錳出現超標現象，藻類含量大幅上升，水庫水體呈明顯富營養化。而目前我國水廠皆以常規處理工藝為主，對去除水中有機物、氨氮、亞硝酸鹽氮和藻類指標效果有限，而這些污染物質又給水廠的生產帶來諸多不利影響，水廠的混凝劑消耗量加大，過濾周期縮短，過高的加氯使致突變前體物增加，影響人體健康。而另一方面，隨著人民生活水平的日益提高，對水質的要求越來越高，國家的水質標準也越來越嚴格。水處理廠面對這樣的原水，為了保證飲用安全，應該采取相應的水處理新技術。

2 飲用水處理新技術

　　針對各種污染水源，為了去除水中的污染物質，從70年代開始，水處理研究人員研究出許多水的凈化處理新技術，有的已經在實際中得到應用，取得了良好的效果。
2.1 活性炭吸附
　　活性炭(GAC)吸附是完善常規處理工藝以去除水中有機污染物最成熟有效方法之一。50年代初期，歐美一些以地面水為水源的水廠就開始使用活性炭消除水中的色和嗅，且以使用粉末活性炭(PAC)為主，一般是將活性炭投加到源水中。研究表明，活性炭對微量有機污染物的吸附作用有獨特之處，而且對絮凝過程具有助凝作用，但對氨氮的去除根本不起作用。活性炭的價格較貴，增加了工人的勞動強度，增加了生產成本。對此處理技術可應用于季節性投加，在污染嚴重時投加，無污染或污染較輕時可不投加。同時不同廠家、不同品種、不同原料和不同工藝條件下生產的活性炭，其吸附性能和吸附能力大小均不同，所以選擇何種活性炭應進行試驗后確定。
2.2 臭氧氧化
　　臭氧具有很強的氧化能力，它可以去除水中的色度和嗅味，可以通過破壞有機污染物的分子結構以達到改變污染物性質的目的。試驗結果表明投加臭氧可去除80％以上的氨氮。但采用臭氧氧化，水再經氯化，三鹵甲烷的含量較氧化前反而上升。因此使用臭氧的水廠一般需與活性炭吸附工藝相結合，這樣可以降低三鹵甲烷的前體物，有效地凈化飲用水中的有機污染物。此外，臭氧必須現場用電生產，耗能大，費用高，整套設備的投資大，對于一個10萬m³/d的中等水廠，臭氧設備需1千萬元。因此，在發展中國家極少采用臭氧預氧化的方法處理輕微污染的源水。
2.3 生物活性炭(BAC)和生物濾料
　　生物活性炭是多年來活性炭在飲用水處理的應用中產生的，它可以提高出水水質，延長活性炭的再生周期，減少運行費用：水中的氨氮可以被生物轉化為硝酸鹽，從而減少后氯化的投氯量，降低了三鹵甲烷的生成量。采用生物活性炭工藝應取消預加氯或預臭氧氧化的環節，試驗表明生物活性炭當進水氨氮濃度在2mg/l以下時，對氨氮的去除率達到80％以上。生物活性炭是飲用水處理中去除有機物的有效方法，在歐洲已得到普遍使用，但由于活性炭的價格昂貴，并非任何水廠都有經濟能力采用此種辦法，因而妨礙了生物活性炭技術的推廣應用。但在水質污染嚴重的地區，可采用在常規濾池表面增加—層活性炭來組成生物活性炭—砂過濾濾池，也可達到生物活性炭的處理效果。
　　研究結果表明，生物濾料+石英砂濾料組合成的生物強化過濾，可有效去除水中的氨氮、亞硝酸鹽氮、有機物、Fe、Mn、濁度、色度等，而且該工藝只是對現有工藝的強化，不增加任何新設施，只是在原濾池內增加生物濾料，由原來的生物濾料與石英砂組成雙層濾料濾池，一般生物濾料的厚度為700mm，石英砂為500mm。在正常反沖洗條件下，生物膜受反沖洗的影響較小，是解決微污染源水水質的一項新途徑。
2.4 膜過濾
　　在水處理技術中，膜過濾(微濾、超濾、納濾和反滲透)技術的應用是當前給水界的一件大事，它突破了傳統的化學處理界限，轉為物理固液處理領域。
　　膜過濾采用的是固液分離技術，它是以膜孔把水過濾，將水中的雜質截留而沒有化學變化，處理簡易的技術。其優點是具有良好的調節水質的能力，去除污染物的范圍廣，從顆粒雜質到離子、細菌和病毒，不需加藥劑，可保證水的天然性，運轉可靠，設備緊湊，水廠占地面積減少，維護管理費用小和容易實現自動控制。其缺點是基建投資大，施工管理要求高，易于產生堵塞，膜的使用壽命還不夠長等。
　　可以預測，膜裝備的處理費用一旦降低，水廠可能摒棄顆粒過濾的設備，整個水廠的處理工藝將產生革命性的變化。有些水廠會在常規處理之后利用膜過濾做為深度處理，膜過濾設施很容易添加于水處理工藝中，如膜過濾設施可淹沒于澄清池中或清水池中敞口上端，這種做法在國外已普遍使用。
2.5 其他的藥劑處理方法
　　許多研究結果表明，高錳酸鉀可有效地去除水中的微量有機污染物，降低水的致突變活性，因此而產生出許多以高錳酸鉀為主要成份的復合藥劑(PPC)，有些稱為高錳酸鉀復合藥劑，也有些稱為脫色除臭劑、除臭除氨氮掙水劑等。試驗結果表明，只使用高錳酸鉀時，可除去37％的氨氮，23％硝酸鹽氮，95％以上的色度。而高錳酸鉀復合藥劑是以高錳酸鉀為主，再添加一些活性炭粉末以及其他一些輔劑組成；利用高錳酸鉀的強氧化性能去除藻類物質，同時利用活性炭以及PFC被還原后產生的中間產物如水合二氧化錳等的吸附作用，對臭味的去除有主要貢獻，高錳酸鉀和活性炭也可有效地去除色度。根據珠海水司的試驗，該種藥劑對氨氮的去除率可達到50％，色度去除率為86％，藻類去除率為99.8％，Fe去除率為99％，Hn去除率達91.4％，除臭效果明顯，同時在投加混凝劑快速攪拌混合后再投加PPC可取得較好的強化混凝效果，但每m³增加成本0.033元。在水質呈季節性污染的水廠中，投加PPC不失為一種較為簡單的，投資小而效果快的方法。但有機物經高錳酸鉀氧化后的氧化產物中，有些是堿基置換突變物，它們不易被后續常規工藝所去除，在組合工藝出水氯化后，這些前體物轉化為致突變物，使水的致突變活性有較大幅度的增加。
　　目前，微生物型水處理制劑正處于試驗階段。現有的EM生物技術(effective microorganisms有效微生物群)在我國的種植業、養殖業和環境空氣凈化方面都取得了明顯的作用和效果，它是日本于20世紀80年代初期研制出來的一種新型復合微生物制劑，各種微生物群在其生長過程中產生的有用物質及其分泌物質，成為微生物群體相互生長的基質和原料，通過相互間的這種共生增殖關系，形成了一個復雜而穩定的微生物系統，發揮多種功能。有關試驗結果表明，在好氧條件下，它對于污水中COD的去除率為85％，氨氮去除率為81.42％，建議在水處理當中試驗使用，達到處理微污染水的目的。
2.6 生物預處理技術
　　眾所周知，生物法常用于污水處理中去除懸浮的和溶解性的有機物(如BOD₅、氮和磷等)，是十分有效且經濟的。如今生物法用于飲用水處理中是給水處理技術的一個重大進展。生物預處理的目的是去除那些常規方法不能有效去除的污染物，如可生物降解的有機物，人工合成的有機物和氨氮、亞硝酸鹽氮、鐵和錳等。生物處理最好是作為預處理設置在常規處理工藝前面，這樣既可以充分發揮微生物對有機物的去除作用，又可以增加生物處理帶來的飲用水可靠性，如生物處理后的微生物、顆粒物和微生物的代謝產物等都可以通過后續處理加以控制，有效地保證了飲用水的安全。
　　目前國內外采用的生物預處理大多數為生物膜的方法，其形式主要是淹沒式生物濾池。深圳水司的試驗結果表明：生物預處理對常規工藝較難去除的有機物和氨氮等指標有較好的效果，氨氮去除率在81.2％—94％眨間，亞硝酸鹽氮在72.1％～96.4％；藻類在72.3％～90.1％，TON在42.7％～53.8％，高錳酸鹽指數在13.0％～22.9％之間，濁度在41.0％～53.8％之間。東深原水采用生物接觸氧化的工藝處理微污染的東江水，處理規模為400萬m³/d，通過實際運行，對氨氮的去除率達到75％以上，最大達到90.1％。采用YDT彈性立體填料，填料為10.7萬m³，填料體積占生物池體積的71.1％，最大處理水量為475.4萬m³/d，則每m³水需要的填料為0.02675m³。按每m³填料價格250元計算，則每m³水所需填料費只有6.7元/m³，運行電耗為0.0236kW·h/m³，如果一個10萬m³/d的水廠，則所需的填料投資為67萬元，每天的運行電耗為2360元/d，電費按0.70元/kW·h計算，每m³水增加成本為0.0165元。
　　該工藝的特點是投資少，管理方便，污染物的去除率較高，運行費用低，運行效果穩定，受外界環境變化影響小。經其處理后出水的有機污染物、臭味、NH₄⁺-N、細菌、濁度、鐵、錳等均有不同程度的降低，使后續處理的礬耗和氯耗減少。另外通過可生物降解有機物的去除，不僅減少了水中“三致”物前體的含量，改善出水水質，也減少了細菌在配水管網中重新滋生的可能性。因此該處理技術是一種高效低耗的輕微污染水源飲用水處理方法。

3 各種處理技術的選擇

　　凈水技術大致可分為三類：常規處理技術：包括混凝、沉淀、過濾和消毒；深度處理技術：包括臭氧氧化和活性炭；生物處理技術：包括各種形式的生物處理技術，目前主要是生物膜反應器。這些凈水技術各有優缺點，我們應根據不同的水源水質和出水水質要求結合經濟因素來確定合適的處理工藝。在此我們主要討論微污染水的處理技術，由于污染水源的主要污染物為有機物，因此以有機物分子量的分布特點來決定凈水工藝是較佳途徑之一。

各單元不同工藝對不同分子量有機物的去除能力 有機物分子量 混凝沉淀 生物處理 活性炭吸附 膜過濾 微濾膜 (HF) 超濾膜 (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 部分減少 增加 有效去除 有效去除 1K～3K 部分去除 部分減少 增加 有效去除 有效去除 0.5K～1K 增加 部分去除 有效去除 基本無效 有效去除 ＜0.5K 基本無效 有效去除 部分去除 基本無效 基本無效

　　從上表可以看出各分子量區間有機物在組合工藝中的去除情況及各工藝去除不同分子量有機物的互補性，因此，我們對污染水源的處理應先對污染物的分子量進行分析測定，再決定采用何種處理方法，以求達到最佳的處理效果。但要注意的一點是，膜過濾后的水為避免細菌在清水池或管道中重生，不能省略滅菌處理程序，此外，納濾膜和反滲透出水水質較好，但出水中無機離子的含量太小，不太適宜于長期飲用，因此在此表中未列出。
　　各種試驗結果表明，水源水質的特性與有機物分子量的分布關系十分密切。我市的主要水源為西江，位于下游出海口，上游工業、生活污水排放到河中，主要的污染物為工農業和生活污染，表現出來的結果為氨氮偏高，有機物的性質類似于東深供水的水源，因此，可選用生物預處理+常規工藝，在經濟條件許可的情況下，可采用生物預處理+常規+活性炭吸附工藝。但采用以上工藝需要一定的建設周期和基建投資，故目前為了達到處理臭水的目的，可采用投加PPC的方法來作為季節性臨時處理措施。

4 討論

　　4.1 各種處理技術均有各自的優點和不足，采用何種技術應通過分析水源中有機物的分子量，根據試驗結果和經濟條件來確定。
　　4.2 隨著膜制造技術和工藝的改進，膜裝備的處理費用將會越來越低，膜過濾技術在不久的將來將對水處理技術帶來革命性的變化，成為水處理特別是污染水源水處理的主流。
　　4.3 在目前經濟條件或時間不允許的情況下，投加藥劑作為處理微污染水源的暫時措施，也不失為一種好的處理方法。

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作者簡介：
　　李國騰：珠海市拱北水廠廠長，工程師，從事供水工作二十多年，對供水生產管理，水質分析具有豐富的經驗。