（東北石油大學(xué)秦皇島分校 石油與化學(xué)工程系，河北 秦皇島066004）

1 我國飲用水源地污染現(xiàn)狀

微污染水源水是指受到工農(nóng)業(yè)和生活污水污染，部分項目超過《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3838—2002）中III 類水體規(guī)定標準的飲用水源水，尤其以高錳酸鹽指數(shù)、氨氮和濁度等指標超標為主。隨著我國工業(yè)的快速發(fā)展和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中農(nóng)藥、化肥的濫用，我國城鄉(xiāng)居民生存環(huán)境遭受到了極大破壞，且以水環(huán)境破壞最為明顯。據(jù)2012年中國環(huán)境狀況公報[1]，我國地表水總體為輕度污染，湖泊（水庫）富營養(yǎng)化問題嚴重；其中全國重點監(jiān)測的62個湖泊中僅有61.3%達到了III 類及III 類以上水質(zhì)；全國4 929個地下水質(zhì)監(jiān)測點較差和極差水質(zhì)的監(jiān)測點比例高達57.3%。由中國地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所等完成的《華北平原地下水污染調(diào)查評價》結(jié)果顯示[2]，華北平原區(qū)域地下水綜合質(zhì)量整體較差，直接可以飲用地下水（I～III 類）僅占36.49%，經(jīng)適當處理可飲用的地下水（IV 類）也僅占24.25%，有39.37%的地下水資源不能直接利用（Ⅴ類）和需經(jīng)專門處理后才可利用。當前，我國飲用水安全與衛(wèi)生保障正面臨著更嚴峻的問題和挑戰(zhàn)。

2 微污染源水源水處理技術(shù)及改進措施

目前我國飲用水處理技術(shù)廣泛采用的工藝是：混凝-沉淀-過濾-氯氣消毒（又稱常規(guī)工藝），該工藝僅對水中懸浮物有一定的去除效果，同時在懸浮物表面吸附去除少量的有機物，對水中微量有機物、氨氮、賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲等去除能力很低；而且經(jīng)混凝沉淀后，水中未被去除的微量有機物經(jīng)氯氣消毒時，會被氧化產(chǎn)生三氯甲烷、二氯乙酸等致癌物，成為影響人們生活健康的潛在危害。因此根據(jù)我國發(fā)展現(xiàn)狀，對常規(guī)給水處理工藝進行改進，對于提高居民飲用水安全、改善居民生活條件具有重要的現(xiàn)實意義。目前我國大多數(shù)水廠主要通過改變操作條件，對原有工藝進行強化，或在原有工藝基礎(chǔ)上增加前處理或后處理的方式，達到改善出水水質(zhì)的目的。

2.1 強化常規(guī)工藝

強化常規(guī)處理技術(shù)是在原有的處理工藝基礎(chǔ)上，通過強化混凝、強化沉淀和強化過濾技術(shù)環(huán)節(jié)，改善出水水質(zhì)。由于它可充分利用現(xiàn)有的工藝設(shè)施，投資低，見效快，效果好，對水中濁度、重金屬、消毒副產(chǎn)物前體物、藻類、賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲具有較好的去除效果，而成為水廠應(yīng)對水源污染的首要措施。

2.1.1 強化混凝工藝

傳統(tǒng)混凝工藝僅通過吸附作用對水中懸浮性有機物有一定的處理效果，但對于溶解性和膠體性有機物處理效果甚微。而強化混凝可通過膠體狀天然有機物（NOM）的電中和、腐殖質(zhì)共沉淀和混凝劑表面共沉淀等方式達到對水中有機物的去除作用。根據(jù)美國D/DBP條例有關(guān)定義，強化混凝是在傳統(tǒng)混凝的基礎(chǔ)上，通過加大混凝劑、助凝劑投加量，或投加新型高效混凝劑、助凝劑，控制一定的pH值，提高NOM的去除效果，最大限度地去除消毒副產(chǎn)物前體物，保證飲用水消毒副產(chǎn)物符合飲用水質(zhì)標準的方法。它以去除水中天然有機物為目的，從而達到對消毒副產(chǎn)物的控制，成為我國當前水處理的一項重要任務(wù)。

強化混凝去除有機物的影響因素主要有混凝劑種類和投加量以及外界操作條件（pH值）。徐亞斌等[3]研究表明，通過以聚合氯化鋁為混凝劑，以硅藻土為助凝劑，能明顯提高原水濁度和NOM 去除率；Crozes G.等[4]通過將pH值調(diào)整至6.0±0.2，可同時達到降低混凝劑用量（60%）和增加NOM 去除率（65%）的效果；Volk[5]等人通過現(xiàn)場測試，發(fā)現(xiàn)強化混凝可將溶解性有機碳（DOC）平均去除率從29%提高到43%。

2.1.2 強化過濾工藝

傳統(tǒng)過濾工藝為增加過濾周期，常采用預(yù)氯化來抑制濾料表面微生物生長，從而僅對水中濁度和細菌有一定的去除效果。而強化過濾則是通過在濾料表面培養(yǎng)微生物，在去除水中濁度和細菌的同時，利用微生物作用去除水中有機物和氨氮。也可以通過使用新型、改性濾料等來改善過濾工藝對濁度、有機物等的去除效果。

馬軍[6]等通過在石英砂表面涂覆一層金屬氧化物，提高了濾池對含藻水的處理效果；曾植[7]通過用碳砂濾池和砂濾池處理微污染地表水進行對比發(fā)現(xiàn)，碳砂濾池不僅能增強濾池的處理負荷，還能降低出水濁度、COD、氨氮、U254 等指標；雷國元等[8]通過氧化鈦對石英砂濾料進行改性發(fā)現(xiàn)，相同條件下，其對濁度、有機物、藻細胞等的去除效果比普通石英砂濾料好。

2.2 常規(guī)工藝改進措施

常規(guī)工藝改進措施主要是在常規(guī)工藝基礎(chǔ)上，增加前處理或后處理的工藝方法，常用的有在常規(guī)工藝之前增加預(yù)處理和在常規(guī)處理工藝之后增加深度處理的方法。

2.2.1 預(yù)處理工藝

預(yù)處理是在常規(guī)處理工藝之前對原水中污染物進行物理、化學(xué)或生物的初步處理，以降低水中污染負荷，降低膠體穩(wěn)定性，從而提高常規(guī)處理工藝的效果。常用的預(yù)處理技術(shù)包括預(yù)吸附、化學(xué)預(yù)氧化和生物預(yù)氧化。

2.2.1.1 預(yù)吸附工藝

預(yù)吸附是利用具有吸附性能的物質(zhì)來去除水中污染物，凈化水質(zhì)。常用的吸附劑有粉末活性炭、硅藻土、沸石、離子交換樹脂等。由于活性炭具有疏水特性和強吸附能力，故應(yīng)用最為廣泛。為提高活性炭對水中有機物、金屬離子等的去除效果，近年來針對活性炭改性的研究也越來越多。

劉冰等[9]將活性炭吸附和硫酸鋁混凝聯(lián)用，可使水中溶解性有機氮（DON）去除率達到82%，濃度降至0.23 mg/L；周琦等[10]通過回流沉淀池污泥中的粉末活性炭，使原水氨氮去除率達到40%～50%，UV254去除率達到45%左右，CODMn去除率達到60%左右；2005年9～11月間，由于密云水庫嗅味物質(zhì)含量高，北京自來水集團第九水廠采用了在輸水管道中投加粉末炭的方法，有效地去除了異味。

2.2.1.2 化學(xué)預(yù)氧化工藝

化學(xué)預(yù)氧化是利用強氧化劑氧化分解水中污染物，主要去除水中還原性無機物、藻類和微生物，并初步降解水中有機物。常用氧化劑有高錳酸鉀、臭氧、氯氣、二氧化氯等。但由于水中的有機污染物與氯氣作用，會生成三致物質(zhì)三鹵甲烷（THMs），而有機物經(jīng)高錳酸鉀或臭氧氧化，產(chǎn)物中存在堿基置換突變物，經(jīng)氯化后易轉(zhuǎn)變?yōu)橹峦蛔兾?，因此利用這些氧化劑進行單獨氧化，會降低飲用水的毒理學(xué)安全性。

傅金祥等[11]以臭氧預(yù)氧化，PAC為混凝劑處理白石水庫微污染水源水，不僅使出水的濁度、高錳酸鹽指數(shù)等大大降低，而且還減少了混凝劑投量，取得了較好效果；員建等[12]以臭氧預(yù)氧化處理低溫低濁度水后直接過濾，使?jié)岫取254和CODMn去除率分別達到了97%、57%和57%，較直接過濾分別提高了3.5%、42%和40%。

2.2.1.3 生物預(yù)氧化工藝

生物預(yù)氧化是通過微生物群體的新陳代謝活動降解水中有機物和氨氮，從而改善后續(xù)混凝沉淀效果。微污染水源水的生物預(yù)氧化一般采用生物膜法，主要采用生物接觸氧化、生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤等。嘉興石臼漾水廠二期擴建采用生物接觸氧化工藝[13]，預(yù)處理對濁度、亞硝酸鹽氮、細菌總數(shù)、大腸菌群均有30%以上的去除率，對總Fe 有26%的去除率，對色度也有5%～8%的去除率。該預(yù)處理池對改善和提高原水水質(zhì)起到一定的作用。馬曉輝等[14]研究了曝氣生物濾池對微污染水處理的效果，結(jié)果表明，在水力負荷為3.5～8 m3/（m2·h）及氣水比0.7∶1～2∶1的工藝條件下，CODMn和NH3-N、濁度的去除效果均較好。

2.2.2 深度處理工藝

深度處理是在常規(guī)處理工藝之后，增加能去除常規(guī)工藝出水中污染物或消毒副產(chǎn)物前體物的工藝技術(shù)。目前，研究和應(yīng)用較多的深度處理技術(shù)主要有：臭氧氧化、膜分離技術(shù)、活性炭吸附技術(shù)、光氧化技術(shù)等，以及這些技術(shù)之間的相互結(jié)合的處理方式。

2.2.2.1 臭氧-活性炭技術(shù)

臭氧-活性炭技術(shù)是利用臭氧的氧化性和活性炭的吸附作用，聯(lián)合去除水中大分子有機物。由于該工藝在很大程度上彌補了傳統(tǒng)工藝中微量有機污染物和消毒副產(chǎn)物殘留的問題，故常被稱作第二代凈水工藝。在實踐運行中，通過在活性炭表面附著微生物，對提高有機物的去除率起到了更為積極的作用，從而形成了臭氧-生物活性炭濾池技術(shù)。昆山?jīng)芎铀畯S采用臭氧-活性炭技術(shù)進行改造，砂濾池出水經(jīng)臭氧活性炭后NH3-N 和CODMn的去除率比改造前分別提高27.9%和32.8%，同時出水色度、嗅和味等感官指標也有大幅度改善[15]。孟建斌等[16]以廣州東江北干流河水為原水，考察了臭氧-生物活性炭技術(shù)處理微污染水源水的效果，結(jié)果表明該工藝對COD、NH3-N、NO2--N 和濁度去除率分別達到55%、80%、85%和95%。

2.2.2.2 膜處理技術(shù)

以微濾、超濾、反滲透和電滲析為代表的膜處理技術(shù)可有效去除水中的細菌、懸浮顆粒和膠體，甚至金屬離子和溶解性有機物。其在微污染飲用水處理領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景?；谖覈l(fā)展現(xiàn)狀，超濾由于其操作壓力小，去除膠體直徑小而被廣泛應(yīng)用。張宗耀、康華、田寶義等人分別研究在常規(guī)處理工藝上通過超濾膜改造處理灤河水，對水中CODMn、U254、氨氮等的去除取得了良好的效果。

3 結(jié)論

隨著飲用水水源地污染的加劇，以及新的飲用水衛(wèi)生標準（GB 5749-2006）的全面實施，當前我國廣泛采用的給水處理技術(shù)已不能滿足人們對飲用水質(zhì)量的要求，針對傳統(tǒng)給水處理的改進工藝已迫在眉睫。強化處理僅通過調(diào)整操作條件，未改變原有處理工藝流程，即能改善出水水質(zhì)；原有工藝基礎(chǔ)上增加預(yù)處理和后處理，也僅在原工藝設(shè)施上增加處理設(shè)施，就能使出水達到飲用水標準，這些處理工藝均充分利用了原處理工藝設(shè)施，具有投資少、見效快的特點。而且改進工藝能根據(jù)當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展水平，分期分階段進行改造，符合我國當前經(jīng)濟發(fā)展現(xiàn)狀。隨著新的給水處理技術(shù)的發(fā)展，以及給水輸送模式的轉(zhuǎn)變等，一些新的給水處理工藝將被用于保障人們的飲用水安全，為飲用水安全保障體系的構(gòu)建奠定堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。

[1]本刊編輯部.環(huán)境保護部發(fā)布《2012 中國環(huán)境狀況公報》[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2013（6）：6-7.

[2]2009年度中國地質(zhì)科技新進展和地質(zhì)找礦新成果[J].中國地質(zhì)教育，2010（01）：153-156.

[3]徐亞斌，吳純德，王林，等.硅藻土強化混凝去除微污染原水中的有機物[J].環(huán)境工程學(xué)報，2012，6（11）：3919-3922.

[4]CROZES G.，WHITE P.，MARSHALL M.Enhanced coagulation:its effects on NOM removal and chemical costs：Natural organic matter[J].Journal-American Water Works Association，1995，87（1）：78-89.

[5]VOLK CHRISTIAN，BELL KIMBERLY，IBRAHIM EVA，et al.Impact of enhanced and optimizedcoagulation on removal of organic matter and its biodegradable fraction in drinking water[J].Water Research，2000，34（12）：3247-3257.

[6]馬軍，盛力，王立寧.改性石英砂濾料強化過濾處理含藻水[J].中國給水排水，2002，18（10）：9-11.

[7]曾植，楊春平.炭砂濾池與砂濾池處理穩(wěn)定性微污染地表水對比試驗[J].工業(yè)水處理，2008，28（9）：43-46.

[8]雷國元，劉巍，李永成，等.改性濾料強化過濾處理微污染水[J].凈水技術(shù)，2005，24（6）：18-21.

[9]劉冰，余國忠，古勵，等.混凝和活性炭吸附去除微污染水源水中DON的研究[J].環(huán)境科學(xué)，2013，34（4）：1392-1401.

[10]周琦，陳衛(wèi)，陶輝.粉末活牲炭回流技術(shù)去除原水中氨氮的研究[J].給水排水，2011，37（2）：27-31.

[11]傅金祥，梁建浩，楊濤，等.臭氧預(yù)氧化與混凝聯(lián)用工藝處理低溫微污染水的試驗研究[J].沈陽建筑大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2005，21（5）：121-124.

[12]員建，燕維偉，溫國蛟，等.不同預(yù)氧化劑強化直接過濾處理低溫低濁微污染水的試驗研究[J].水處理技術(shù)，2013，39（1）：101-105.

[13]查人光，賀堯基，徐兵.生物接觸氧化預(yù)處理在石臼漾水廠中的應(yīng)用[J].給水排水，1999，25（3）：13-15，12.

[14]馬曉輝，趙玉華，李謹.曝氣生物濾池對微污染水處理效果的試驗研究[J].遼寧化工，2006，25（12）：714-717.

[15]MARC WESSEER，王健，馬樂寧.污水深度處理臭氧技術(shù)應(yīng)用[J].建設(shè)科技，2008（21）：40-41.

[16]孟建斌，楊立.臭氧-生物活性炭工藝處理微污染源水的試驗研究[J].工業(yè)用水與廢水，2008，39（4）：23-26.

[17]張耀宗.超濾膜凈化灤河水運行工藝與凈化效果的研究[D].天津：南開大學(xué)，2010.

[18]康華.灤河微污染水膜處理工藝的試驗研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2009.

[19]田寶義.超濾膜處理灤河水工藝研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué)，2010.