基于常规处理的微污染水源水处理工艺改进措施 4页

第24卷第1期中国环境管理干部学院学报Vol.24No.12014年2月JOURNALOFEMCCFeb.201410.13358/j.issn.1008-813x.2014.01.18基于常规处理的微污染水源水处理工艺改进措施郑立辉，刘亭亭，苑庆山（东北石油大学秦皇岛分校石油与化学工程系，河北秦皇岛066004）摘要：我国大部分给水处理厂主要采用混凝-沉淀-过滤-消毒的常规处理工艺，该工艺对有机物、氨氮等去除效果有限，同时存在消毒副产物残留等问题。根据我国经济发展现状，分析了常规处理工艺的改进措施，包括对常规工艺进行强化，在常规处理工艺之前增加预吸附和预氧化，在常规处理工艺之后增加臭氧-生物活性炭吸附、膜处理等。这些措施在保留原处理工艺的基础上，通过调整操作条件或增加处理设施来改善出水水质，具有投资少、见效快的特点。关键词：微污染源水；强化混凝；强化过滤；预吸附；预氧化；臭氧-活性炭；膜处理中图分类号：TU991.2文献标识码：A文章编号：1008-813X（2014）01-0061-04ImprovedProcessesofMicro-pollutedSourceWaterbasedonTraditionalWaterProcessZhengLihui,LiuTingting,YuanQingshan（PetrolandChemicalDepartment,NortheastPetrolUniversityQinhuangdaoBranch,QinhuangdaoHebei066004,China）Abstract：Theconventionaltreatmentprocess(coagulation-sedimentation-filtration-disinfe-ction)usedinmostofthedomesticdrinkingwaterplantcouldn'tremovetheorganicpollutantsandammonianitrogencompletely,andhadtheproblemofresidueofdisinfectionby-products.AfteranalyzingtheimprovedprocessesaccordingtothecurrentsituationofChina'seconomicdevelop-ment,someimprovedprocessesformicro-pollutedwatertreatmentweresuggested,includingenh-ancedtreatmentprocessforconventionaltreatmentprocess,increasedpreadsorptionandpreoxida-tiontreatmentatthefront,ozone-biologicalactivatedcarbonadsorptionandmembranetreatmentatthebehindoftheconventionaltreatmentprocess.Theimprovedtreatmentprocessesimprovedtheeffluentqualitythroughadjustingtheoperatingconditionsandincreasingtheprocessingfacilitiesonthebasisoftheconventionaltreatmentprocess,hadthefeaturesoflowinvestmentandquickeffect,couldprovidereferencesformostofthedomesticdrinkingwatertreatmentplanttr-ansformation.Keywords：micro-pollutedsourcewater；enhancedcoagulation；enhancedfiltration；preadsor-ption；preoxidation；ozone-biologicalactivatedcarbon；membranetreatment收稿日期：2013-09-05基金项目：2013年度秦皇岛市科学研究与发展计划（第二批）科技支撑课题《秦皇岛市饮用水源地安全保障体系构建》（201302A228）；秦皇岛市社会科学联合会2013年度重点应用性研究立项课题《秦皇岛市饮用水安全保障体系的构建》（201306133）作者简介：郑立辉（1980-），男，河北省石家庄人，毕业于燕山大学环境工程专业，讲师，主要从事水污染治理方面的教学和科研工作。\n62环境监测与污染防治中国环境管理干部学院学报2014年2月1我国饮用水源地污染现状毛虫和隐孢子虫具有较好的去除效果，而成为水微污染水源水是指受到工农业和生活污水污厂应对水源污染的首要措施。染，部分项目超过《地表水环境质量标准》（GB2.1.1强化混凝工艺3838—2002）中III类水体规定标准的饮用水源传统混凝工艺仅通过吸附作用对水中悬浮性水，尤其以高锰酸盐指数、氨氮和浊度等指标超有机物有一定的处理效果，但对于溶解性和胶体标为主。随着我国工业的快速发展和农业生产中性有机物处理效果甚微。而强化混凝可通过胶体农药、化肥的滥用，我国城乡居民生存环境遭受状天然有机物（NOM）的电中和、腐殖质共沉到了极大破坏，且以水环境破坏最为明显。据淀和混凝剂表面共沉淀等方式达到对水中有机物[1]2012年中国环境状况公报，我国地表水总体的去除作用。根据美国D/DBP条例有关定义，为轻度污染，湖泊（水库）富营养化问题严重；强化混凝是在传统混凝的基础上，通过加大混凝其中全国重点监测的62个湖泊中仅有61.3%达剂、助凝剂投加量，或投加新型高效混凝剂、助到了III类及III类以上水质；全国4929个地下凝剂，控制一定的pH值，提高NOM的去除效水质监测点较差和极差水质的监测点比例高达果，最大限度地去除消毒副产物前体物，保证饮用57.3%。由中国地质科学院水文地质环境地质研水消毒副产物符合饮用水质标准的方法。它以去除究所等完成的《华北平原地下水污染调查评价》水中天然有机物为目的，从而达到对消毒副产物的[2]结果显示，华北平原区域地下水综合质量整体控制，成为我国当前水处理的一项重要任务。较差，直接可以饮用地下水（I~III类）仅占强化混凝去除有机物的影响因素主要有混凝36.49%，经适当处理可饮用的地下水（IV类）剂种类和投加量以及外界操作条件（pH值）。徐[3]也仅占24.25%，有39.37%的地下水资源不能直亚斌等研究表明，通过以聚合氯化铝为混凝接利用（Ⅴ类）和需经专门处理后才可利用。当剂，以硅藻土为助凝剂，能明显提高原水浊度和[4]前，我国饮用水安全与卫生保障正面临着更严峻NOM去除率；CrozesG.等通过将pH值调整至的问题和挑战。6.0±0.2，可同时达到降低混凝剂用量（60%）和[5]2微污染源水源水处理技术及改进措施增加NOM去除率（65%）的效果；Volk等人目前我国饮用水处理技术广泛采用的工艺通过现场测试，发现强化混凝可将溶解性有机碳是：混凝-沉淀-过滤-氯气消毒（又称常规工（DOC）平均去除率从29%提高到43%。艺），该工艺仅对水中悬浮物有一定的去除效果，2.1.2强化过滤工艺同时在悬浮物表面吸附去除少量的有机物，对水传统过滤工艺为增加过滤周期，常采用预氯中微量有机物、氨氮、贾第鞭毛虫和隐孢子虫等化来抑制滤料表面微生物生长，从而仅对水中浊去除能力很低；而且经混凝沉淀后，水中未被去度和细菌有一定的去除效果。而强化过滤则是通除的微量有机物经氯气消毒时，会被氧化产生三过在滤料表面培养微生物，在去除水中浊度和细氯甲烷、二氯乙酸等致癌物，成为影响人们生活菌的同时，利用微生物作用去除水中有机物和氨健康的潜在危害。因此根据我国发展现状，对常氮。也可以通过使用新型、改性滤料等来改善过规给水处理工艺进行改进，对于提高居民饮用水滤工艺对浊度、有机物等的去除效果。[6]安全、改善居民生活条件具有重要的现实意义。马军等通过在石英砂表面涂覆一层金属氧[7]目前我国大多数水厂主要通过改变操作条件，化物，提高了滤池对含藻水的处理效果；曾植对原有工艺进行强化，或在原有工艺基础上增加通过用碳砂滤池和砂滤池处理微污染地表水进行前处理或后处理的方式，达到改善出水水质的目对比发现，碳砂滤池不仅能增强滤池的处理负的。荷，还能降低出水浊度、COD、氨氮、U254等[8]2.1强化常规工艺指标；雷国元等通过氧化钛对石英砂滤料进行强化常规处理技术是在原有的处理工艺基础改性发现，相同条件下，其对浊度、有机物、藻上，通过强化混凝、强化沉淀和强化过滤技术环细胞等的去除效果比普通石英砂滤料好。节，改善出水水质。由于它可充分利用现有的工2.2常规工艺改进措施艺设施，投资低，见效快，效果好，对水中浊常规工艺改进措施主要是在常规工艺基础度、重金属、消毒副产物前体物、藻类、贾第鞭上，增加前处理或后处理的工艺方法，常用的有\n2014年第1期郑立辉刘亭亭苑庆山基于常规处理的微污染水源水处理工艺改进措施63在常规工艺之前增加预处理和在常规处理工艺之动降解水中有机物和氨氮，从而改善后续混凝沉后增加深度处理的方法。淀效果。微污染水源水的生物预氧化一般采用生2.2.1预处理工艺物膜法，主要采用生物接触氧化、生物滤池、生预处理是在常规处理工艺之前对原水中污染物转盘等。嘉兴石臼漾水厂二期扩建采用生物接[13]物进行物理、化学或生物的初步处理，以降低水触氧化工艺，预处理对浊度、亚硝酸盐氮、细中污染负荷，降低胶体稳定性，从而提高常规处菌总数、大肠菌群均有30%以上的去除率，对理工艺的效果。常用的预处理技术包括预吸附、总Fe有26%的去除率，对色度也有5%～8%的去化学预氧化和生物预氧化。除率。该预处理池对改善和提高原水水质起到一[14]2.2.1.1预吸附工艺定的作用。马晓辉等研究了曝气生物滤池对微预吸附是利用具有吸附性能的物质来去除水污染水处理的效果，结果表明，在水力负荷为32中污染物，净化水质。常用的吸附剂有粉末活性3.5~8m/（m·h）及气水比0.7∶1～2∶1的工艺条件炭、硅藻土、沸石、离子交换树脂等。由于活性下，CODMn和NH3-N、浊度的去除效果均较好。炭具有疏水特性和强吸附能力，故应用最为广2.2.2深度处理工艺泛。为提高活性炭对水中有机物、金属离子等的深度处理是在常规处理工艺之后，增加能去去除效果，近年来针对活性炭改性的研究也越来除常规工艺出水中污染物或消毒副产物前体物的越多。工艺技术。目前，研究和应用较多的深度处理技[9]刘冰等将活性炭吸附和硫酸铝混凝联用，术主要有：臭氧氧化、膜分离技术、活性炭吸附可使水中溶解性有机氮（DON）去除率达到82%，技术、光氧化技术等，以及这些技术之间的相互[10]浓度降至0.23mg/L；周琦等通过回流沉淀池结合的处理方式。污泥中的粉末活性炭，使原水氨氮去除率达到2.2.2.1臭氧-活性炭技术40%～50%，UV254去除率达到45%左右，CODMn臭氧-活性炭技术是利用臭氧的氧化性和活去除率达到60%左右；2005年9～11月间，由于性炭的吸附作用，联合去除水中大分子有机物。密云水库嗅味物质含量高，北京自来水集团第九由于该工艺在很大程度上弥补了传统工艺中微量水厂采用了在输水管道中投加粉末炭的方法，有有机污染物和消毒副产物残留的问题，故常被称效地去除了异味。作第二代净水工艺。在实践运行中，通过在活性2.2.1.2化学预氧化工艺炭表面附着微生物，对提高有机物的去除率起到化学预氧化是利用强氧化剂氧化分解水中污了更为积极的作用，从而形成了臭氧-生物活性染物，主要去除水中还原性无机物、藻类和微生炭滤池技术。昆山泾河水厂采用臭氧-活性炭技物，并初步降解水中有机物。常用氧化剂有高锰术进行改造，砂滤池出水经臭氧活性炭后NH3-酸钾、臭氧、氯气、二氧化氯等。但由于水中的N和CODMn的去除率比改造前分别提高27.9%和有机污染物与氯气作用，会生成三致物质三卤甲32.8%，同时出水色度、嗅和味等感官指标也有[15][16]烷（THMs），而有机物经高锰酸钾或臭氧氧化，大幅度改善。孟建斌等以广州东江北干流河产物中存在碱基置换突变物，经氯化后易转变为水为原水，考察了臭氧-生物活性炭技术处理微致突变物，因此利用这些氧化剂进行单独氧化，污染水源水的效果，结果表明该工艺对COD、会降低饮用水的毒理学安全性。-NH3-N、NO2-N和浊度去除率分别达到55%、[11]傅金祥等以臭氧预氧化，PAC为混凝剂80%、85%和95%。处理白石水库微污染水源水，不仅使出水的浊2.2.2.2膜处理技术度、高锰酸盐指数等大大降低，而且还减少了混以微滤、超滤、反渗透和电渗析为代表的膜[12]凝剂投量，取得了较好效果；员建等以臭氧预处理技术可有效去除水中的细菌、悬浮颗粒和胶氧化处理低温低浊度水后直接过滤，使浊度、体，甚至金属离子和溶解性有机物。其在微污染U254和CODMn去除率分别达到了97%、57%和饮用水处理领域具有广阔的应用前景。基于我国57%，较直接过滤分别提高了3.5%、42%和40%。发展现状，超滤由于其操作压力小，去除胶体直2.2.1.3生物预氧化工艺径小而被广泛应用。张宗耀、康华、田宝义等人生物预氧化是通过微生物群体的新陈代谢活分别研究在常规处理工艺上通过超滤膜改造处理\n64环境监测与污染防治中国环境管理干部学院学报2014年2月滦河水，对水中CODMn、U254、氨氮等的去除取[5]VOLKCHRISTIAN，BELLKIMBERLY，IBRAHIMEVA，etal.得了良好的效果。Impactofenhancedandoptimizedcoagulationonremovaloforganicmatteranditsbiodegradablefractionindrinkingwater3结论[J].WaterResearch，2000，34（12）：3247-3257.随着饮用水水源地污染的加剧，以及新的饮[6]马军，盛力，王立宁.改性石英砂滤料强化过滤处理含藻水[J].用水卫生标准（GB5749-2006）的全面实施，中国给水排水，2002，18（10）：9-11.当前我国广泛采用的给水处理技术已不能满足人[7]曾植，杨春平.炭砂滤池与砂滤池处理稳定性微污染地表水对们对饮用水质量的要求，针对传统给水处理的改比试验[J].工业水处理，2008，28（9）：43-46.[8]雷国元，刘巍，李永成，等.改性滤料强化过滤处理微污染水[J].进工艺已迫在眉睫。强化处理仅通过调整操作条净水技术，2005，24（6）：18-21.件，未改变原有处理工艺流程，即能改善出水水[9]刘冰，余国忠，古励，等.混凝和活性炭吸附去除微污染水源水质；原有工艺基础上增加预处理和后处理，也仅中DON的研究[J].环境科学，2013，34（4）：1392-1401.在原工艺设施上增加处理设施，就能使出水达到[10]周琦，陈卫，陶辉.粉末活牲炭回流技术去除原水中氨氮的研饮用水标准，这些处理工艺均充分利用了原处理究[J].给水排水，2011，37（2）：27-31.[11]傅金祥，梁建浩，杨涛，等.臭氧预氧化与混凝联用工艺处理工艺设施，具有投资少、见效快的特点。而且改低温微污染水的试验研究[J].沈阳建筑大学学报：自然科学进工艺能根据当地经济发展水平，分期分阶段进版，2005，21（5）：121-124.行改造，符合我国当前经济发展现状。随着新的[12]员建，燕维伟，温国蛟，等.不同预氧化剂强化直接过滤处理给水处理技术的发展，以及给水输送模式的转变低温低浊微污染水的试验研究[J].水处理技术，2013，39（1）：等，一些新的给水处理工艺将被用于保障人们的101-105.[13]查人光，贺尧基，徐兵.生物接触氧化预处理在石臼漾水厂中饮用水安全，为饮用水安全保障体系的构建奠定的应用[J].给水排水，1999，25（3）：13-15，12.坚实的技术基础。[14]马晓辉，赵玉华，李谨.曝气生物滤池对微污染水处理效果的试验研究[J].辽宁化工，2006，25（12）：714-717.参考文献[15]MARCWESSEER，王健，马乐宁.污水深度处理臭氧技术应[1]本刊编辑部.环境保护部发布《2012中国环境状况公报》[J].中用[J].建设科技，2008（21）：40-41.国环保产业，2013（6）：6-7.[16]孟建斌，杨立.臭氧-生物活性炭工艺处理微污染源水的试验[2]2009年度中国地质科技新进展和地质找矿新成果[J].中国地研究[J].工业用水与废水，2008，39（4）：23-26.质教育，2010（01）：153-156.[17]张耀宗.超滤膜净化滦河水运行工艺与净化效果的研究[D].[3]徐亚斌，吴纯德，王林，等.硅藻土强化混凝去除微污染原水中天津：南开大学，2010.的有机物[J].环境工程学报，2012，6（11）：3919-3922.[18]康华.滦河微污染水膜处理工艺的试验研究[D].哈尔滨：哈尔[4]CROZESG.，WHITEP.，MARSHALLM.Enhancedcoagulation:滨工业大学，2009.itseffectsonNOMremovalandchemicalcosts：Naturalorganic[19]田宝义.超滤膜处理滦河水工艺研究[D].西安：西安建筑科技matter[J].Journal-AmericanWaterWorksAssociation，1995，87大学，2010.（1）：78-89.（编辑：程俊）