我国微污染水源水处理技术

http://www.water.hc360.com2017年11月14日08:49 来源:水博网 T|T

    慧聪水工业网 微污染水源水是指受到工农业和生活污水污染,其中部分项目超过《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)中Ⅲ类水体规定标准的饮用水源水。近年来,我国饮用水源水质面临的形势非常严峻,主要是有机污染,并由此引发水源藻类污染和饮用水消毒副产物的风险〔1,2〕。现有水厂常规处理工艺已不能有效保证水厂对出水中污染物质的去除效果。经近年来的研究和探索,微污染水源水饮用水处理技术取得了长足发展。笔者综述了我国具有较好实际应用价值的微污染水源水处理技术的研究进展,以指导今后的理论研究和工程实践。

水工业

    1微污染水源水生物预处理技术

    微污染水源水生物预处理技术借助微生物的新陈代谢作用,在常规净水工艺之前增加生物处理单元,对微污染水中的有机物、氨氮等污染物质进行一定程度的去除,以减轻常规处理和深度处理的负荷,改善出水水质〔3〕。相对于污水而言,微污染水源水中的有机物、氨氮和亚硝酸盐氮的浓度一般都很低,对微污染水源水处理起主导作用的微生物绝大多数属于好氧贫养型微生物,对有机物的吸附能力强、吸附速度快、吸附容量也较大,具有生命周期长、繁殖缓慢的特征。生物膜法因微生物附着在载体填料上,相对而言能获得相对稳定的生长环境,适合于生命周期长的微生物生存和繁殖,因而绝大多数生物预处理都采用生物膜的形式。目前采用生物膜法的生物预处理技术主要有人工湿地、生物接触氧化法、曝气生物滤池、生物流化床、生物塔滤、生物转盘等以及从这些技术发展而来的一些方法,其中以生物接触氧化法和曝气生物滤池研究及应用最为深入和广泛。

    杨旭等〔4〕研究了潜流式人工湿地对黄河微污染水的处理效果,NH3-N、NO3--N、NO2--N的平均去除率可以达到35%~40%,TN的平均去除率为25%~35%。于方田等〔5〕用复合滤床曝气生物滤池工艺处理黄河微污染水,在水力负荷为1.5m3/(m2˙h)、气水比为(0.5~0.8)∶1,复合滤床曝气生物滤池对CODMn、NH3-N、浊度和色度的平均去除率分别达到65%、90%、97%、58%。刘金香等〔6〕探讨沸石-陶粒曝气生物滤池工艺对微污染水中CODMn、NH3-N等污染物质的去除效果,在水力负荷为1.2m3/(m2˙h)、气水比为1∶1时,CODMn和NH3-N的平均去除率分别为36.31%和94.4%。王云波等〔7〕采用臭氧-生物沸石的除污染组合工艺处理湘江水,生物膜成熟后在投加臭氧质量浓度为2.2mg/L,水力负荷为2.3m3/(m2˙h)时,工艺对CODMn和NH3-N的去除率分别为53.6%和86.1%。陆洪宇等〔8〕针对微污染高浊度水源水的水质特点,采用接触氧化/生物过滤组合工艺对其进行预处理,组合工艺对CODMn和UV254的平均去除率分别为33.3%和23.4%。王利平等〔9〕将TiO2负载于聚丙烯(PP)填料而制成TiO2/PP复合填料,将其用于光催化氧化预处理微污染湖泊水,对CODMn、UV254、NH3-N、TP和叶绿素a的平均去除率分别为18.77%、16.44%、11.94%、20.27%、38.74%。

    生物预处理是在常规工艺之前对水中氨氮和有机物预去除或转化的一种有效方法。人工湿地占地面积大、冬季效果不稳定成为制约其在实际工程中广泛应用的主要原因,生物接触氧化法和曝气生物滤池及由两者发展而来的工艺目前成为水源水预处理的主导工艺,光催化氧化预处理及其他一些方法主要处于试验研究阶段,实际应用鲜有报道。但是总体来说生物预处理本身也存在一定的局限性,由于运行效果受水温等诸多因素的影响,对微量难生物降解的有机污染物没有效果,微生物新陈代谢产物及微生物本身的物质特性及对人体健康还可能存在一定影响。

    2微污染水源水深度处理技术

    微污染水源水深度处理是在常规处理工艺之后,采取适当的方法,将现行工艺不能有效去除的溶解性有机污染物、DBPs前驱物、微量化学物质、异嗅异味物质以及某些病原微生物如隐孢子虫等进行强化去除,以提高和保证饮用水水质安全〔1〕。目前应用较为广泛的微污染水深度处理技术包括活性炭吸附技术、生物活性炭技术、膜过滤技术、臭氧氧化技术、臭氧-生物活性炭技术以及各种高级氧化的联用技术,其中以膜过滤技术和臭氧-生物活性炭技术应用最为广泛。

    2.1膜过滤深度处理技术

    膜过滤技术是以压力差为推动力,使水相中的一种或几种物质有选择性地经过传质作用通过膜或膜组件,达到分离污染物质、纯化水质的目的。常用的膜技术包括微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)和反渗透(RO),这些工艺具有适应性强,处理规模可大可小,易于实现自动化等特点。随着膜材料价格的逐年降低,膜过滤技术在饮用水处理中具有广泛的应用前景。宋亚丽等〔10〕采用原水预处理+膜过滤的工艺处理黄浦江微污染水,DOC和UV254的平均去除率分别达到45%和61%。程家迪等〔11〕以某微污染河网水为原水,考察了膜生物反应器/粉末活性炭(MBR/PAC)工艺对其处理的效果,工艺对CODMn、TOC和UV254的去除率均可达50%以上,对NH3-N、铁和浊度的去除率分别超过80%、87%、90%。潘若平等〔12〕采用粉末活性炭和超滤膜联用技术对微污染水进行试验,出水TOC和UV254去除率保持稳定,平均去除率分别为44.8%和48.9%。叶挺进等〔13〕采用二氧化氯预氧化和超滤组合工艺进行微污染水处理试验研究,投加0.5mg/L二氧化氯能使混凝、沉淀预处理和组合工艺的CODMn去除率分别提高约11.6%和7.4%。刘婷等〔14〕采用臭氧预氧化/膜生物反应器(O3/MBR)工艺处理微污染水,对浊度、CODMn、DOC和UV254的平均去除率分别为99.3%、32.6%、18.7%、30.1%,整个系统对AOC的去除率为13.4%。

    膜过滤深度处理技术是一种微污染水深度处理的有效方法,但是总体来说还存在一定的局限性,如建设和运营成本相对其他一些深度处理工艺偏高,膜的堵塞和反冲洗问题也会对运行造成诸多不便,某些对人体有益的微量元素也会被去除,膜过滤深度处理出水对人体健康也可能存在一定的影响。

    2.2臭氧-生物活性炭深度处理技术

    臭氧-生物活性炭技术(O3-BAC)将臭氧化学氧化、活性炭物理化学吸附、生物降解、臭氧消毒技术合为一体,是当今各国饮用水深度处理的主流工艺,在国内外均有大量的水厂实际运用。李璇等〔15〕以臭氧-生物活性炭(O3-BAC)组合工艺处理黄浦江水取得了良好的效果,其对CODMn、UV254、三卤甲烷前体物、AOC的去除率分别为24%、35%、31%、63%。付乐等〔16〕采用“预臭氧氧化+常规处理+GAC/O3-BAC深度处理”工艺针对南方某市微污染水进行中试研究,O3-BAC工艺对有机物、CHCl3的去除效果和吸附寿命均优于GAC工艺。尹宇鹏等〔17〕以广州东江水源水为原水,研究了臭氧生物活性炭深度处理工艺对污染物的去除效果,CODMn、NH3-N、NO2--N、浊度的平均去除率达65.34%、96.03%、98.24%、96.33%。叶恒朋等〔18〕建立了一套臭氧-生物活性炭给水深度处理中试装置,处理南方某市Ⅲ-Ⅴ类微污染水,结果表明,对于水中的营养性指标(NH3-N、TP、铁、锰、AOC),臭氧-生物活性炭深度处理工艺出水较常规工艺出水有了大幅度的降低,增加了饮用水的生物稳定性和安全性。

    臭氧-生物活性炭工艺在饮用水深度处理和水质改善中发挥了重要作用。但是也存在一定的局限性,如:活性炭价格较贵,使用寿命有限;臭氧的利用率低,对某些难降解的有机污染物(如农药等)氧化能力有限;臭氧氧化可能会生成某些具有一定毒性的副产物;活性炭对臭氧氧化后生成的某些亲脂性有机物(如有机氯化物)的吸附效果较差,因此不能完全保证出水安全。

    3微污染水源水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控制水厂出水污染物含量的有效手段。对传统净化工艺进行改造、强化,可以进一步提高处理效率,降低出水浊度,提高水质,处理成本较低。目前,国内外的研究主要集中在强化混凝处理技术和强化过滤处理技术。

    3.1强化混凝处理技术

    强化混凝是在常规混凝处理基础上发展起来的一种处理工艺,通过投加过量的混凝剂、新型混凝剂、助凝剂或其他药剂,同时调节pH,使混凝作用得以加强,从而提高常规处理工艺对污染物的去除率。

    陈伟玲等〔19〕针对微污染水中的镉污染去除问题,以聚合硫酸铁(PFS)为混凝剂,采用强化混凝对水中微量镉的去除进行了研究,当原水中镉为0.1mg/L时,投加3.75mg/L的PFS,可使滤后水镉剩余质量浓度降至0.005mg/L以下。李明玉等〔20〕以聚合硫酸铁和聚合氯化铝为混凝剂,对微污染水中微量砷的去除进行研究,微污染水砷质量浓度为0.1mg/L,聚合硫酸铁投加量为0.078mmol/L时,可使滤后水中砷质量浓度低于0.01mg/L。卢静芳等〔21〕通过烧杯混凝试验和动态连续混凝试验,研究强化混凝对水中浊度和TOC去除效果的影响,聚合氯化铝(PAC)最佳投量为30mg/L,浊度去除率为90.19%,TOC去除率为38.2%,聚合氯化铝对浊度和TOC去除率分别高达84.95%、33.18%以上。张龑等〔22〕以聚合氯化铝(PAC)为混凝剂,改性活化硅酸为助凝剂,通过烧杯混凝试验处理苇水河微污染水,除浊率提高到95%以上。

    3.2强化过滤处理技术

    强化过滤是对滤池系统进行强化改进,可以通过使用新型滤池、采用多层滤料代替单层滤料以及投加助凝剂等手段,解决常规过滤工艺对水中溶解性污染物几乎没有去除作用的问题。由于强化过滤技术的关键是滤料,国内外大量研究都是朝着改善滤料表面特性,研制新型滤料的方向努力〔23〕。

    卢伟等〔24〕应用颗粒物计数仪对强化过滤技术降低滤池出水浊度进行了研究,投加2.5~3mg/L聚合氯化铝(PAC),出水浊度最低,且不会影响过滤周期。严子春等〔25〕采用粒径为0.5~1mm的活化沸石作为滤料进行强化过滤试验,浊度的去除率在65%左右,对CODMn和氨氮的去除率分别在10%和95%以上,对水中常见的3种微污染有机物LAS、三氯甲烷和苯酚的去除率分别达到17.7%、44.45%、34%。丁磊等〔26〕采用以粒径为0.8~1.2mm活化沸石代替石英砂的强化过滤工艺处理微污染水,生产性试验结果表明,其对浊度、氨氮和CODMn的去除率分别为95%、83%、39%。马军等〔27〕采用改性石英砂滤料强化过滤处理含藻水,和未改性石英砂比较取得优良的处理效果。雷国元等〔28〕制备了涂氧化钛的改性滤料,该滤料对微污染水中浊度、有机物、藻细胞等污染物的去除能力要比普通石英砂滤料强。汪彩文等〔29〕开展了聚合氯化铝(PAC)改性滤料强化过滤试验研究,PAC改性石英砂滤料对浊度、CODMn和UV254的去除效果明显优于未经改性的普通石英砂滤料,去除率分别提高了0.3%、12.4%、13.8%。

    强化混凝和强化过滤是一种提高常规工艺出水水质的有效方法,但是强化混凝对微污染水中某些特定的污染物以及某些亲水性有机物的去除率还是十分有限的,而且混凝剂不良副产物及其危害性还存在不确定性,强化过滤使用的滤料也存在适应性与过滤效果等方面的诸多问题。

    4结论

    面对日益严峻的水源水质恶化问题,传统净水工艺面临着严峻的挑战。同时随着饮用水新标准的出台,势必推动供水企业采用先进的工艺、技术、材料和设备,提高我国供水行业的技术水平,以满足现实的需求。当务之急是要加快研究适应于不同微污染水源水质的处理工艺,提高饮用水的安全可靠性,以适应国民经济的发展和人民生活水平的提高。

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责任编辑:殷莹莹

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