前言

由于飲用水水源污染日益嚴(yán)重，飲用水水質(zhì)不斷惡化。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)水源水中有機(jī)污染提取物所進(jìn)行的Ames試驗(yàn)有相當(dāng)部分呈陽(yáng)性，表明水源中的有機(jī)污染物具有致癌變、致畸變和突變的“三致”中作用。由于傳統(tǒng)的混凝、沉淀、過濾和氯消毒這一整套常規(guī)處理工藝不能有效地去除水中有機(jī)污染物特別是溶解性有機(jī)污染物。因此，如何通過改進(jìn)傳統(tǒng)處理工藝，進(jìn)行水的深度凈化來(lái)消除水源水中有機(jī)污染造成的威脅，是當(dāng)前水處理研究領(lǐng)域所面臨的挑戰(zhàn)之一。

深度處理是在常規(guī)處理工藝之后，為進(jìn)一步提高飲用水水質(zhì)而采取的凈化措施。伴隨著水質(zhì)的污染與凈化、人體健康的危害與安全，飲用水深度處理的研究道路將充滿挑戰(zhàn)。目前的深度處理技術(shù)有預(yù)處理技術(shù)、吸附、氧化法、光化學(xué)催化法、離子交換法、蒸餾法、膜法處理技術(shù)等。

預(yù)處理技術(shù)

預(yù)處理工藝從去除大顆粒物質(zhì)或飄浮物到改變?cè)杏袡C(jī)物的分子結(jié)構(gòu)，使大分子有機(jī)物斷鏈為小分子物質(zhì)，去除部分溶解性有機(jī)物，并有效去除原水中的三氯甲烷母體物，以減少氯化消毒時(shí)可能產(chǎn)生的三氯甲烷生成量的研究。氧化預(yù)處理技術(shù)中有化學(xué)氧化預(yù)處理和生物氧化預(yù)處理技術(shù)。

化學(xué)氧化預(yù)處理技術(shù)是依靠氧化劑的氧化能力，分解破壞水中污染物的結(jié)構(gòu)，達(dá)到轉(zhuǎn)化或分解污染物的目的。目前采用的氧化劑有氯氣、高錳酸鉀、紫外光氧化、臭氧等。但由于化學(xué)氧化預(yù)處理的各種技術(shù)在出水氯化后的致突變性或多或少地增加，且運(yùn)行費(fèi)用高，所以人們開始關(guān)注安全且經(jīng)濟(jì)的生物氧化預(yù)處理技術(shù)。

生物預(yù)處理是指在常規(guī)凈水工藝之前，增設(shè)生物處理工藝，借助于微生物群體的新陳代謝活動(dòng)，去除水中的污染物。目前飲用水中采用的生物反應(yīng)器大多數(shù)是生物膜類型的。研究成果表明，生物預(yù)處理技術(shù)是去除微污染水源水中氨氮和有機(jī)污染物的一種行之有效的方法，在環(huán)境溫度適宜的條件下，氨氮去除率可達(dá)80％以上，對(duì)耗氧量、鐵、錳和酚等也有較好的去除效果。

吸附

以活性炭為代表的吸附工藝是目前對(duì)付有機(jī)微污染物的首選技術(shù)。因其具有原材料來(lái)源豐富，比表面積大，對(duì)色、嗅、味、農(nóng)藥、氯化物等有著良好的去除率等特點(diǎn)而受到廣泛重視，甚至被當(dāng)作是其它處理技術(shù)的比較標(biāo)準(zhǔn)。但是活性炭吸附對(duì)美國(guó)國(guó)家環(huán)保局優(yōu)先污染物名單中絕大多數(shù)的極性有機(jī)物，特別是危害較大的鹵代烴的吸附效果并不太好；同時(shí)，由于飲用水中的有機(jī)物含量甚微，存在著因平衡濃度小而導(dǎo)致的再生頻繁的問題；此外，活性炭吸附后的再生技術(shù)一直未得到滿意的解決目前正在開發(fā)一些新型吸附材料，如多孔合成樹脂、活性炭纖維等。

氧化法

在水處理領(lǐng)域，以對(duì)臭氧氧化的研究和應(yīng)用為最多。臭氧對(duì)水體中病毒的滅活十分有效，同時(shí)，臭氧的使用可改善混凝效果，氧化部分溶解性有機(jī)物，但是臭氧的氧化很難達(dá)到完全礦化的程度，在大分子被氧化成小分子后，這些小分子物質(zhì)在后續(xù)過程中可形成一些有毒有害的副產(chǎn)品。臭氧對(duì)水中有機(jī)物的不完全氧化一方面增加了水中生物可氧化有機(jī)碳(AOC)濃度，但另一方面導(dǎo)致氧化后水的生物穩(wěn)定性較差。此外，臭氧氧化還需要較高的電耗。因此，單獨(dú)使用臭氧，并不一定是一種高效低能的去除水中污染物的辦法。

光化學(xué)催化法

光化學(xué)催化是以N型半導(dǎo)體為催化劑的一種光催化氧化方法，在紫外線照射下產(chǎn)生強(qiáng)氧化能力的自由基，氧化水中的有機(jī)物?？梢云鸬酱朔N作用的N型半導(dǎo)體有Ti02、W03、Fe203等。Ti02的化學(xué)穩(wěn)定、廉價(jià)、無(wú)毒等特點(diǎn)，是半導(dǎo)體光催化劑中研究和應(yīng)用最多的。雖然Ti02是一種性能良好的光催化劑，但在實(shí)際應(yīng)用中還存在一些缺陷：如Ti02的帶隙較寬，對(duì)太陽(yáng)光利用率低，而且Ti02在使用中一般為粉末形態(tài)，使處理系統(tǒng)需要對(duì)催化劑進(jìn)行分離回收。所以當(dāng)前在Ti02光催化研究方面，主要著眼于對(duì)Ti02的改性，以提高Ti02光催化劑的吸收波長(zhǎng)范圍，光子利用率，如對(duì)其進(jìn)行表面貴金屬沉積、復(fù)合半導(dǎo)體摻雜、光敏化等改性方法；還有對(duì)其進(jìn)行固載化研究，以求簡(jiǎn)化催化劑的分離回收步驟。以Ti02光催化作為飲用水處理的輔助處理技術(shù)具有同時(shí)除去微量有機(jī)污染物和殺滅微生物的特點(diǎn)，因而將光催化應(yīng)用于飲用水處理具有潛在的應(yīng)用前景。

離子交換法

離子可通過一系列化學(xué)反應(yīng)從水中置換出來(lái)，當(dāng)水通過離子交換樹脂床時(shí)，這些反應(yīng)就發(fā)生了。陽(yáng)離子樹脂表面吸附有H+，陰離子樹脂表面吸附有OH-。置換出陰陽(yáng)離子后結(jié)合生成水。

蒸餾法

蒸餾不同與其他形式的水純化，因?yàn)樗畯牟粷嵉乃刑崛〕鰜?lái)，水經(jīng)過了相變液一汽一液，即從液態(tài)至汽態(tài)又回到液態(tài)，污漬沸點(diǎn)高于水(100℃)將留在鍋爐內(nèi)，冷凝后，只有水及沸點(diǎn)低的殘?jiān)粝聛?lái)。蒸餾可以有效去除大多數(shù)無(wú)機(jī)物，高于100℃沸點(diǎn)的有機(jī)物、熱原質(zhì)、細(xì)菌。世界上絕大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室都使用蒸餾水。

膜深度處理

微濾(MF)、納濾(NF)、反滲透(RO)、超濾(UF)等膜技術(shù)具有工藝適應(yīng)性強(qiáng)、處理規(guī)?？纱罂尚?、操作及維護(hù)方便、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等特點(diǎn)，因此，在飲用水處理中的應(yīng)用倍受關(guān)注。以下著重介紹一下其中的納濾法和微濾法。

·反滲透法

只透過溶劑而不透過溶質(zhì)的膜，一般稱之為理想的半透膜。當(dāng)把溶劑和溶液(或把兩種不同濃度的溶液)分別置于此膜的兩側(cè)時(shí)，純?nèi)軇┳匀煌高^半透膜而自發(fā)的向溶液(或從低濃度溶液向高濃度溶液)一側(cè)流動(dòng)，這種現(xiàn)象叫滲透。當(dāng)滲透過程進(jìn)行到溶液的液面產(chǎn)生一個(gè)壓力N，以抵消溶液向溶劑方向流動(dòng)的趨勢(shì)，既達(dá)到平衡時(shí)，這個(gè)N就叫該溶液的滲透壓。

在上述情況下，若在溶液的液面上施加一個(gè)大于N的壓力P時(shí)，溶劑將與原來(lái)的滲透方向相反，開始從溶液向溶劑一側(cè)流動(dòng)這就是所謂的反滲透。反滲透膜的分離機(jī)理很多，其中主要有毛細(xì)血管學(xué)說(shuō)和溶解一擴(kuò)散模型等。反滲透膜組件的基本性能，一般包括透水率、脫鹽率和抗壓實(shí)性等。這是衡量反滲透膜組件性能的3個(gè)重要參數(shù)。反滲透裝置主要由反滲透膜、壓力容器、多級(jí)立式離心高壓泵、流量計(jì)、電導(dǎo)率儀、閥門管件等組成。反滲透膜是主要工作部件，而高壓泵是提供高驅(qū)動(dòng)壓力。反滲透膜的脫鹽率很高，單級(jí)反滲透的脫鹽率大于99％。反滲透一般用于海水、苦咸水淡化、電廠鍋爐水凈化和純水制備。

·微孔過濾法

微孔過濾膜通常是由特種纖維素脂或高分子聚合物以及無(wú)機(jī)材質(zhì)制成，它的孔徑一般在0.1m之間。微孔過濾膜的截留機(jī)理大體可以分為以下幾種：第一是機(jī)械截留，指膜可以截留比它孔徑大或與孔徑相等的微粒；第二是物理作用或吸附截留，包括吸附和電性質(zhì)等各種因素的影響；第三是架橋截留，在孔的人口處微粒因架橋作用同樣可以被截留。

微孔膜的孔徑十分均勻，孔隙率很高(一般為80％)，通常比具有同等截留能力的濾紙至少快40倍。由于空隙率高、材料薄，因而阻力小，一般只需較低的壓力就可以驅(qū)動(dòng)。微孔膜的主要性能指標(biāo)有厚度、過濾速度、空隙率、孔徑及其分布。

膜法水處理技術(shù)應(yīng)用實(shí)例分析

·原水選擇

根據(jù)賓館的排水特點(diǎn)可知，洗浴廢水的排水量大(占總排水量的70％左右)，容易分流、收集；更重要的是洗浴廢水污染程度輕、易于處理，是賓館中水處理中原水的較好選擇。

·工藝流程

工藝流程為“微絮凝纖維過濾+超濾膜過濾”。預(yù)處理采用了微絮凝纖維過濾，原水投藥經(jīng)混合或短時(shí)間反應(yīng)后，直接進(jìn)入纖維過濾器。纖維過濾器是一種新型過濾器，濾料為直徑幾十微米的纖維絲，比表面積及截污量遠(yuǎn)大于常規(guī)天然粒狀濾料；纖維絲垂直懸掛于過濾器中，下部設(shè)有擠壓裝置，從而使濾層呈倒楔形，能夠充分發(fā)揮濾層的深度過濾性能；

絮凝劑采用Al2(SO4)。超濾膜材質(zhì)為醋酸纖維素，截留分子量為30000。

·凈化效果

絮凝劑Al2(SO4)投藥量為35～45 mg／L時(shí)，采用20m／h的較高濾速，微絮凝過濾出水濁度已降至3度以下，完全能夠滿足后續(xù)超濾膜濁度≤5度的進(jìn)水要求；COD去除率為60.3％，出水為60mg／L左右。洗浴廢水中較多有機(jī)物可集中在預(yù)處理過程去除，正常運(yùn)行時(shí)不會(huì)對(duì)超濾膜造成機(jī)械損傷及嚴(yán)重堵塞，并可在一定程度上防止濾餅層、凝膠層的形成，有利于控制超濾膜污染，以延長(zhǎng)其運(yùn)行周期及使用壽命。

超濾COD去除率為23．2％，可去除剩余有機(jī)物中難以通過絮凝去除的部分大分子有機(jī)物，出水COD為25mg／L左右，水質(zhì)得以進(jìn)一步改善。尤其值得注意的是，洗浴廢水中陰離子洗滌劑（LAS）的組成為直鏈烷基苯磺酸鹽，是難以通過絮凝、生物處理去除的大分子有機(jī)物質(zhì)，微絮凝過濾去除率僅為10.8％，去除效果不明顯。研究表明，當(dāng)水中LAS質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過0.134％時(shí)，在水中以分子量為10級(jí)的膠束存在，而不是以分子或離子的形式存在。通過水質(zhì)檢測(cè)，洗浴廢水中LAS含量大于0.134％的臨界質(zhì)量分?jǐn)?shù)，故通過超濾膜對(duì)大分子量LAS膠束的篩分截留，去除率高達(dá)71.4％，出水含量低于0.5mg／L。出水完全能夠滿足CJ／T48—1999《生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》，可用于沖廁、洗車、綠化等用途。超濾膜的應(yīng)用不僅大大提高了水中污染物質(zhì)的凈化性能，而且大幅度減小了中水處理設(shè)施的占地面積及操作管理難度。

結(jié)束語(yǔ)

飲用水的水質(zhì)問題越來(lái)越受到人們的重視。盡管我國(guó)在這方面做了大量工作，但仍有許多問題尚待解決。比如上述各類方法中，目前沒有哪一種方法能徹底解決水污染問題，一些方法尚在試驗(yàn)階段。而且水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)還會(huì)提高，今日符合標(biāo)準(zhǔn)的水，將來(lái)會(huì)成為超標(biāo)水。

要從根本上解決飲用水水質(zhì)問題，須從多方面著手。除加強(qiáng)水處理外，還可從源頭上控制污染物。這不僅有利于飲用水水質(zhì)的提高，更是恢復(fù)生態(tài)平衡、造福子孫后代的大事。此外，還要考慮分質(zhì)供水，比如工業(yè)與居民生活分質(zhì)、飲用于一般生活分質(zhì)。既可減少處理費(fèi)用的浪費(fèi)。又可提高飲用水水質(zhì)。

（陳雄彪單位：惠州市環(huán)境科學(xué)研究所；孔潔瑜單位：惠州市惠城區(qū)技工學(xué)校化工科組）