中国微污染水源水处理技术研究现状与进展 5页

'第26卷第6期工业水处理Vol.26No.62006年6月IndustrialWaterTreatmentJun.,2006中国微污染水源水处理技术研究现状与进展潘碌亭(同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室,上海200092)[摘要]中国饮用水源水污染日益严重,传统净水工艺面临新问题。通过对中国微污染水源水处理技术的分析,探讨了预处理技术、强化混凝处理技术、膜法深度处理技术、氧化偶合絮凝处理新技术的作用效果与机理,阐述了微污染水源水处理的重要性,展望了我国饮用水源水处理发展趋势。[关键词]微污染水源水;生物接触氧化;强化混凝;絮凝[中图分类号]X703.1[文献标识码]A[文章编号]1005-829X(2006)06-0006-05Progressoftreatmenttechnologyofwaterfrommicro-pollutedwatersourcesinChinaPanLuting(StateKeyLaboratoryofPollutionControlandResourceReuse,TongjiUniversity,Shanghai200092,China)Abstract:ThedrinkingwatersourcesinChinaarepollutedseriouslyandincreasingly,andthetraditionalwaterpurificationtechnologyisfacedwithnewproblems.Basedontheanalysisofthewaterfrommicro-pollutedwatersources,theeffectandmechanismofthetechnologies,suchaspretreatment,enhancedcoagulation,membraneseparation,oxidation-flocculation,arediscussed.Theimportanceofthetreatmentofwaterfrommicro-pollutedwatersourcesisexpounded.Thetrendofthewatertreatmentdevelopmentofthistechnologyisforecast.Keywords:micro-pollutedsourcewater;biologicalcontactoxidation;enhancedcoagulation;flocculation近年来,随着我国工业的发展和农用化学品的1生物氧化预处理增加,饮用水源受到严重污染,并呈发展趋势〔1~3〕生物预处理是指在常规净水工艺之前,增设生。我国七大水系和三大湖泊都受到了不同程度的污染,物处理工艺,借助于微生物群体的新陈代谢活动,去据环保部门检测,我国90%以上的城市水域受到严除水中可生化有机物特别是低分子可溶性有机物、重污染,约有50%的重点城市水源不符合饮用水水氨氮、亚硝酸盐、铁、锰等污染物。目前,国内开展饮源标准,全国地表水近60%以上的水质降为Ⅳ类以用水处理中生物预处理研究和应用较深入的单位有下水质,已完全失去作为饮用水水源的功能,有同济大学和清华大学,如同济大学先后开展了生物97%的大中城市地下水也受到污染。由于水中有机滤池、生物转盘、生物接触氧化、生物流化床等生物物的存在,其对胶体的保护作用和稳定性的提高,使膜法预处理技术的研究〔5～9〕。在上海惠南自来水厂、水处理增加了一定的难度,同时水中有毒有机物难宁波梅林自来水厂和深圳东深水库进行了工程应以降解,经常规氯消毒后所产生的有机卤化物,其中用,取得了较好的效果〔10～12〕。结果表明,生物预处理有许多已被确认为是直接致癌物或诱发物,对人体对氨氮有较好的去除效果,去除率在80%以上,健康有极大的潜在危害〔4〕去除20%~30%,浊度去除50%左右,达到了。水源水的污染不仅给人CODMn类的健康带来了较大的危害,而且对传统净水工艺预处理的目的,减少了混凝剂的投加量。清华大学把和水质造成很大影响。污水回用中的生物陶粒技术引入到给水预处理中,随着人民生活质量的不断提高,检测分析手段进行浸没式生物陶粒生物接触氧化研究,对蚌埠淮的进步,人们对饮用水水质的要求将更加严格,相应河水、邯郸滏阳河水、大同册田水库水等进行生产性供水水质标准也要不断提高。因此,对于微污染原水试验研究,取得较好的效果〔13〕。季民等以天津引滦河的净化处理已成为一项非常重要和迫切的新课题。水为处理对象,将生物接触氧化池和生物陶粒滤池进6 工业水处理2006-06,26(6)潘碌亭:中国微污染水源水处理技术研究现状与进展行了对比研究〔14〕污染水库水。结果显示,少量的高铁酸钾预氧化即可。结果表明,在北方生物陶粒滤池比生物接触氧化池更适于处理污染程度较轻的微污染显著提高混凝效果,出水剩余浊度明显下降,水中色原水。度、UV254和氯仿生成量等有机综合指标均随着高铁生物预处理技术是去除微污染原水中氨氮和有酸钾投量的增加而下降〔19〕。另外,高铁酸钾预氧化机污染物的一种行之有效的方法,在环境温度适宜可有效地去除水中细菌和藻类〔20〕。的条件下,氨氮去除率可达80%以上,大大改善了化学预氧化处理方法对微污染水源水有一定处混凝沉淀性能,减少了混凝剂用量,降低了运行成理效果,能改善水质,但额外投加药剂会使处理成本本,同时还可以减少水处理中氯的消耗量,减少水中增大。另外,化学氧化预处理有可能使出水氯化后的卤代有机物的生成,改善出水水质,提高饮用水的安致突变性或多或少地增加,如臭氧氧化虽然能去除全性。但由于受生物净化的选择性制约,水中大部分水中的色、嗅、味、有机物,但臭氧使富里酸、腐殖酸天然有机物的分子质量较大,一般可生化性较差,导等不可生物降解的有机物发生降解,导致水中低分致其净化效果有限。另外,在生物预处理中,微生物子有机物浓度增大,显然臭氧氧化后如不进一步处的生长对水温的变化较敏感(以对原水COD的去理,会使出水水质降低〔21〕Mn。除率代表有机物去除的综合效果),试验结果表明:3强化混凝处理技术当水温为16~20℃时,CODMn去除率为20%~35%,随着给水技术的不断发展和人们对饮用水水质平均为25%;当水温为7~12℃时,CODMn去除率下要求的不断提高,各种新型、高效的常规工艺净化技降为8%~20%,平均下降15%〔15〕术也不断涌现,不同程度上优化和强化了常规处理。生物处理运行管理比较复杂,需增设充气供氧系统和反冲洗再处理的功能,提高了常规工艺的净化效果。美国环境保护等相关设备,这些都增大了水厂投资和运营费用,同局将强化混凝列为控制天然有机物(NOM)的最佳时也加大了水厂运行管理的难度。因此,生物氧化预方案〔22〕。处理在国内尤其在北方地区未得到较普遍的推广应为达到去除有机物的目的,在常规水处理工艺用。中主要是加常规混凝剂降低水的浊度,有机物去除2化学氧化预处理率的大小主要受混凝剂的种类和性质、混凝剂的投化学氧化预处理技术是依靠投加的化学氧化剂加量以及pH等因素的影响。新的强化混凝是以提的氧化能力,分解破坏水中有机污染物,再利用混凝高水中有机物净化效果为目的的强化常规工艺,不剂脱除胶体悬浮物,使水质达到处理要求。目前采用但对水中大、中分子有机物(主要指产生消毒副产物的氧化剂有氯气、高锰酸钾、高铁酸钾、臭氧等。过去的先质有机物)能有效地去除,同时对水中溶解性低通常采用预氯化处理的方法来破坏水源水中胶体,分子有机物、氨氮、亚硝酸盐、致突变性物等也有较氧化有机物,使混凝效果改善,从而达到净化水的目明显的净化效果。的。但由于在原水中大量加氯所产生的三氯甲烷等清华大学、华南理工大学和中科院广州地球有对人体有致癌的潜在危险,预氯化处理微污染原水机化学研究所联合开展了对微污染原水进行强化混已经引起人们的担心〔16〕凝处理的研究。研究结果表明,增加混凝剂投加量、。因此,采用其他氧化剂对微污染原水进行预氧化的研究已引起广泛关注。投降低pH和投加有机高分子助凝剂CGA(天然高分加高锰酸钾能氧化分解原水中低分子有机物,再投子改性絮凝剂)都能不同程度地提高对有机物和藻加硫酸铝等混凝剂,形成的絮体颗粒较粗大,从而使类的去除率,降低出水浊度和致突变性,但对氨氮和出水水质比投加常规混凝剂的出水水质好。徐景翼可同化有机碳的去除效果不明显〔23〕。等采用高锰酸钾替代液氯,对含藻微污染原水进行由中国市政工程西北设计研究院完成的国家处理研究,结果表明,利用高锰酸钾预氧化生成的三“九五”科研成果《受污染高浊度水净化集成技术与卤甲烷(THMs)比采用预氯化少得多〔17〕设备》,采用高效无机高分子混凝剂与有机超高分子。章琪等采用高锰酸钾复合药剂预处理巢湖微污染原水,结果表絮凝剂的优化组合、实现快速均匀混合的清水回流明,高锰酸钾复合药剂对有机物、藻类、嗅味、浊度、色及强化絮凝的高密度旋流絮凝等新工艺新设备,强度均有良好的去除效果,并可减少絮凝剂的加入量,降化了常规处理流程中的混凝工艺,对原水中有机物低生产成本〔18〕的去除取得较好效果〔24〕。刘伟等研究高铁酸钾预氧化处理受。对黄河高浊度水处理,当7 专论与综述工业水处理2006-06,26(6)进水含沙量为10~20mg/L时,生产性试验结果表生物活性炭深度处理技术是利用生长在活性炭明:COD去除率达95%以上,Ames毒性试验致突变上的微生物的生物氧化作用,从而达到去除污染物率(MR)得到明显改善,氨氮去除率为30%~50%。的目的。生物活性炭深度处理技术的前提是应避免由中科院生态研究中心研制的高铁酸盐复合药预氯化处理。该技术利用微生物的氧化作用,可以增剂,在水中的中间态水解产物有较大的网状结构和加水中溶解性有机物的去除率;延长活性炭的再生更高的正电位,其絮凝、吸附效果比一般铁铝混凝剂周期,减少运行费用,并且水中的氨氮可以被生物转高。另外,高铁酸盐具有极强的氧化功能,其在标准化为硝酸盐,减少了氯化消毒的投氯量,降低了三卤状态下的氧化还原电位高达2.2V,甚至高于臭氧甲烷的生成量〔32〕。(2.07V)。由于高铁酸盐特殊的化学性质,使它在水活性炭深度处理技术也有其局限性,其系统设处理过程中具有氧化、絮凝、吸附等多种功能,对于备较昂贵,能耗较大,运行费用较高,维护管理也比水中多种有机物均有较高的去除率,对氨氮也有去较复杂。另外,活性炭吸附饱和后再生问题,一直难除作用,而且具有见效快、无残留性和不对饮用水造以得到满意的解决。虽然这些技术在国外已被广泛成二次污染等优点〔25～28〕应用,但在我国目前经济实力还有限的条件下,显然。哈尔滨工业大学研制的高锰酸钾复合药剂,由很难普遍推广应用。高锰酸钾和其他无机盐复合,使用过程中通过控制5膜分离技术反应条件,促进高锰酸钾氧化还原介稳态中间产物膜分离技术是一项新兴的高效分离技术。由于的形成,从而强化了该药剂对有机物的氧化、催化和膜分离技术高效、安全且工艺流程易自动控制,特别吸附功能,具有去除水中有机物、除藻、除臭、除味和是其对消毒副产物的良好控制性,被美国环保署强化絮凝等综合净化作用,高锰酸钾复合药剂在北(EPA)推荐为饮用水处理最佳工艺之一。在我国,膜方饮用水处理中得到广泛研究和应用〔29,30〕技术用于饮用水处理工艺是近十年来最重要的技术。4活性炭深度处理技术突破,它被誉为21世纪水处理领域的关键技术,是活性炭吸附深度处理,是目前国内外公认的在替代传统处理工艺的最佳选择〔33〕。目前,在膜处理净化微污染水方面较为成熟和有效的措施之一。活技术中,反渗透(RO)、超滤(UV)、微滤(MF)、纳滤性炭吸附净化是利用活性炭微孔巨大的比表面积产(NF)均能有效地去除水中的臭味、色度、有机污染生的强吸附能力,对水中有机物进行吸附净化。活性物及消毒副产物前体物。李灵芝等采用纳滤膜循环炭吸附有机物也有很明显的选择性,对优先控制污工艺以污染严重的淮河水为原水进行深度处理试染物名单中绝大多数的极性较强的有机物,特别是验。结果表明,该工艺可以有效去除水中的NH3-N、危害较大的卤代烃的吸附效果不够理想。-NO2-N、TOC、致突变物等杂质,获得安全、合格的近年来,国内广泛开展了臭氧活性炭深度处理饮用水〔34〕。超滤和微滤对色度、天然有机物、人工有技术和生物活性炭深度处理技术研究,使活性炭净机物去除效果不佳。王锦等采用超滤膜对水源水进化从单一的吸附功能上升到具有氧化分解和物化吸行了直接过滤试验。结果表明,超滤膜具有良好的除附的综合净化功能,扩大了活性炭的应用范围。臭氧浊功能和良好的灭菌作用,TOC和UV254的去除率活性炭深度处理技术采取先臭氧氧化后活性炭吸分别为11%和27%〔35〕。为了提高膜处理去除有机物附,在活性炭吸附中又继续氧化的方法,这一工艺可的效果,董秉直等采用粉末活性炭与超滤膜联用技使活性炭充分发挥吸附作用。在炭层中投加臭氧,可术处理黄浦江原水。结果显示,投加粉末活性炭不会使水中的大分子转化为小分子,改变分子结构形态,造成膜过滤阻力的增加,粉末活性炭与膜联用能有提供了有机物进入较小空隙的可能性,使活性炭可效地提高有机物的去除效果〔36〕。莫罹等研究发现微以充分吸附未被氧化的有机物,从而达到水质深度滤膜直接过滤可以获得良好的浊度去除效果,但对净化的目的。张玉先等根据京杭大运河常州段水源有机物的去除有限,为了强化对有机物的去除效果,水水质特点,进行了臭氧-沸石-活性炭处理常州进行了微滤膜—混凝组合工艺处理微污染水源水的运河微污染水源水的应用研究。一年多运行结果表连续试验。结果表明,该工艺对浊度、OC(高锰酸钾明,氨氮、CODMn、亚硝酸盐去除率分别为>50%、指数)以及UV254的去除效率分别为85%~95%、〔31〕30%~40%和70%~80%。37%~52%和58%~81%,优于膜直接过滤的去除效8 工业水处理2006-06,26(6)潘碌亭:中国微污染水源水处理技术研究现状与进展果〔37〕强化混凝技术在处理受污染水源水中将会发挥更大。由于膜处理要求对原水进行严格的预处理及定作用。期的化学清洗,基建及运行费用高。因此,膜处理技[参考文献]术在我国尚处于应用研究阶段,各种膜对水中各类有机物的去除效果和膜污染问题的解决是膜处理技[1]崔玉川,傅涛.我国城市给水发展现状与特点[J].中国给水排水,1999,15(2):53-54.术研究的重点。随着国产膜性价比的提高,清洗方式[2]吴舜泽,夏青,刘鸿亮.中国流域水污染分析[J].环境科学与技术的改进,膜处理技术将会大有作为。[J].2000,23(2):1-6.6氧化偶合絮凝技术[3]许保玖.论水质科学与工程,兼论21世纪的水处理技术[J].工氧化偶合絮凝技术是利用催化氧化偶合絮凝吸业水处理,2000,20(1):1-4.附作用来处理微污染原水的。华南理工大学从20世[4]张燕,王志奇,陈英旭.微污染水源水的控制技术[J].环境污染纪90年代就开始对该技术进行研究,潘碌亭等采与防治,2001,23(2):69-71.[5]许建华,万英,汤利华,等.微污染原水的生物接触氧化预处理技用氧化偶合絮凝技术对珠江微污染原水进行应用术研究[J].同济大学学报,1995,23(4):376-381.研究〔38～40〕。从试验室研究到工程应用研究均取得较[6]马军,邱立平.曝气生物滤池及其研究进展[J].环境工程,2002,好的处理结果,该技术能有效地去除微污染水源水20(3):7-11.中溶解性有机物、氨氮、亚硝酸盐氮以及悬浮物等,[7]李德生,黄晓东.生物沸石反应器在微污染水源水处理中的应用[J].与常规给水混凝技术相比,CODMn、NH3-N去除率分环境科学,2000,21(5):71-73.-[8]夏四清,高廷耀.受污染饮用水源的生物预处理技术[J].上海环别高出22%、62%,特别是NO2-N去除率高达境科学,2000,19(6):285-287.97%,出水剩余浊度可降至0.5NTU。氧化偶合絮凝[9]于鑫,李旭东,杨俊仕.微污染原水的生物硫化床预处理技术试技术在给水处理过程中,操作简单,可以同时发挥氧验研究[J].环境工程,1999,17(5):10-13.化、絮凝、吸附、共沉等协同作用,对原水中藻类和病[10]张华,徐彬士.上海惠南水厂微污染水源水生物预处理工程设菌也有杀灭效果,药剂价廉,且用量少,效率高,具有计[J].给水排水,1999,25(8):1-4.[11]肖羽堂,许建华,王冠平.强化微污染原水净化效果的生产性应良好的应用前景。用研究[J].环境科学,1998,19(3):28-34.7结语[12]叶旭全,谢汉强,张辉,等.东深原水硝化工程试运行小结[J].水源水污染的严重性及如何才能保证饮用水的给水排水,2000,26(2):1-5.安全性,已引起国内外广泛关注。各种新型微污染水[13]王占生,刘文君.微污染水源饮用水处理[M].北京:中国建筑工源水处理技术也不断涌现,成为当前水处理研究领业出版社,1999:141-142.域的热点。综述的各种对微污染水源水的净化处理[14]季民,周菁,任智勇,等.两种微污染原水生物预处理方法工艺性能比较[J].给水排水,2002,28(10):26-29.方法都具有一定的适用范围和优缺点。例如:强化混[15]张东,许建华.受污染原水的弹性填料生物接触氧化处理的挂凝能提高饮用水的除浊性能,但对溶解性有机物、氨膜试验研究[J].重庆环境科学,2001,23(1):59-62.氮去除有限;生物预处理虽对氨氮去除效果较好,能[16]黄晓东,王占生.氯化反应条件对三氯甲烷生成量的影响[J].降低氯消毒带来的副产物,但对浊度和难降解有机中国给水排水,2002,18(6):14-17.物去除率较低。因此,在选择受污染水的处理工艺[17]许景翼,贾霞珍.含藻微污染水的高锰酸钾预处理研究[J].中国给水排水,1999,15(1):56-58.时,还应根据原水水质特点、有机物的物化性质、分[18]章琪,姚萱.高锰酸钾复合药剂预处理巢湖微污染原水[J].中国子大小分布与组成规律、地方具体条件等情况,因地给水排水,2002,18(8):36-39.制宜进行综合比较后,合理地选择既经济又有效的[19]刘伟,马军.高铁酸钾预氧化处理受污染水库水[J].中国给水处理工艺。就目前我国国情和经济实力而言,水厂广排水,2001,17(7):70-73.泛采用生物预处理和深度处理工艺还有一定困难,[20]马军,石颖,刘伟,等.高铁酸钾复合药剂预氧化除藻效能研究[J].中国给水排水,1998,14(5):9-11.而化学氧化预处理还存在某些局限性和不稳定性。[21]张淑琪,刘彦竹,胡江泳.臭氧氧化自来水生物稳定性研究[J].强化混凝技术具有投资省、运行稳定、能耗低、维护环境科学,1998,19(5):33-35.管理简单、易于实施等特点,应该是当前国内净化微[22]龚云峰,吴春华,丁恒如.强化混凝在给水处理工程中的应用污染水源水首选工艺技术,而新型、高效、价廉水处[J].中国给水排水,2000,16(12):29-31.理药剂的研究开发又是强化混凝技术的关键。因此,[23]黄晓东,孙伟,庄汉平.强化混凝处理微污染原水[J].中国给水排水,2002,18(12):45-48.随着新型、高效、价廉水处理药剂的不断研究开发,9 第26卷第6期工业水处理Vol.26No.62006年6月IndustrialWaterTreatmentJun.,2006超声波水处理技术及应用毛月红,李江云,刘英杰(武汉大学土木建筑工程学院,湖北武汉430072)[摘要]超声波水处理技术集高级氧化、焚烧、超临界氧化于一体,操作简单方便,无二次污染,是一项很有发展前途的水处理技术。介绍了目前常见的几种用于水处理的声化学反应器,包括清洗槽式、变幅杆式和平行板式。综述了国内外超声技术在处理微污染原水、高浓度难降解有机废水、城市污泥等方面的应用研究现状,最后提出了今后超声技术在水处理上的研究方向。[关键词]超声波;水处理;反应器[中图分类号]X703[文献标识码]A[文章编号]1005-829X(2006)06-0010-04TechnologyandapplicationofwatertreatmentbyultrasonicwaveMaoYuehong,LiJiangyun,LiuYingjie(CollegeofCivilandArchitectureEngineering,WuhanUniversity,Wuhan430072,China)Abstract:Watertreatmentbyultrasonicwaveisapotentialtechnologywithgoodprospectofdevelopment.Itintegratesthetechnologyofadvancedoxidation,burningandsupercriticalinoneprocessandhastheadvantagesofsimpleoperationwithoutsecondarypollution.Thecurrentresearchofseveraltypesofsonochemistryreactorsincludingcleaner,amplitudetransformerandparallelplate,isintroduced.Thesereactorsarefrequentlyusedforwatertreatment.Thestudystatusquoofwatertreatmentbyultrasonicwave,suchastreatmentinmicro-pollutedsourcewater,highlyconcentratedorganicwastewaterwhichishardtobedegradedandsludgeetcissummarized.Theapplicationofultrasonictechniquetowatertreatmentanddevelopmentaldirectionarealsopresentedattheend.Keywords:ultrasonicwave;watertreatment;reactor!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!![24]戴之荷.受污染水处理技术在我国的应用[J].给水排水,2002,[33]翟砚章.膜技术处理饮用水是当代重大技术突破——当代水处28(1):8-12.理新技术[J].净水技术,1998,18(1):38-40.[25]苑宝玲,曲久辉,张金松.高铁酸盐对两种水源水中藻类去除效[34]李灵芝,李建渠,周蓉,等.纳滤膜制取饮用水的研究[J].水处果研究[J].环境科学,2001,22(2):78-81.理技术,1998,24(2):88-91.[26]曲久辉.高铁酸盐的多功能水处理剂处理效果及其应用展望[J].[35]王锦,王晓昌,何自琦.超滤膜直接过滤水处理试验研究[J].西中国给水排水,1997,13(3):21-23.安建筑科技大学学报,2001,33(1):51-55.[27]田宝珍,曲久辉,雷鹏举.饮用水水源的化学灭菌[J].环境化[36]董秉直,曹达文,范谨初.粉末活性炭—超滤膜处理黄浦江原水学,2001,20(1):65-69.的研究[J].上海环境科学,2003,22(11):731-732.[28]苑宝玲,曲久辉.高铁酸盐氧化絮凝去除藻类的机制[J].中国[37]莫罹,黄霞.混凝—微滤膜净水工艺的膜污染特征及其清洗[J].环境科学,2002,22(5):397-399.中国环境科学,2002,22(3):258-262.[29]许国仁,李圭白.高锰酸钾复合药剂的混凝效果[J].中国给水[38]潘碌亭,肖锦,赵建夫,等.氧化偶合絮凝法处理微污染原水的排水,2001,17(5):68-70.初步研究[J].水处理技术,2003,29(5):301-303.[30]许国仁,李圭白.高锰酸钾复合药剂预处理工艺对饮用水中色[39]潘碌亭,肖锦,赵建夫,等.氧化絮凝复合剂去除原水中氨氮的度浊度强化去除效能的生产性试验研究[J].给水排水,1999,25实验研究[J].上海环境科学,2002,21(12):732-734.(6);13-15.[40]潘碌亭,肖锦,赵建夫,等.氧化偶合絮凝法处理微污染原水的[31]张玉先,李宪立,张敏,等.O3-沸石-GAC处理常州运河微污染应用研究[J].给水排水,2002,28(5):24-26.水源水研究[J].给水排水,2002,28(11):3-7.[作者简介]潘碌亭(1964—),2001年毕业于华南理工大学,博士。[32]李伟光,马放,杨基先,等.生物活性炭净化效能的研究[J].哈电话:021-65988598。E-mail:lutingpan@sohu.com。尔滨建筑大学学报,1999,32(6):105-109.[收稿日期]2005-12-0810'