积极推动我国给水深度处理技术的研究和应用

1、积极推动我国给水深度处理技术的研究和应用2010-11-0315:17:42刘文君王占生清华大学环境科学与工程系教授（来源：水工业市场）一、积极推动深度处理技术研究和应用的必要性我国生活饮用水卫生标准（GB5749-2006）自2007年7月1日实施以来，对推动给水处理技术的发展已经起到了较好的引导作用。在新的生活饮用水卫生标准规定的众多指标中，耗氧量和臭味较难全面达标。耗氧量是针对我国水源水中有机物污染较普遍、较严重的现状进行总量控制所必须的，因为：检测众多的单个有机物目前尚为困难，但有机污染物尽管含量较低，对人体健康却有较大的潜在威胁，随着时间的推移，在人体中积累到一定程度就会影响人体健康

2、；人们对有机污染物的危害还有漫长的认识过程，今后有机污染物的水质项目还会增多、变严，因此少摄入总比多摄入好；耗氧量也较好地预示了水源水受生活污水污染的程度。常规地表水处理工艺对有机污染物去除效率有限（一股低于30%）,为了保证饮用水CODMn<3mg/L的要求需要采用合适的深度处理工艺。臭、味是可挥发性有机物质造成的。水体中的致臭物质包括自然界中浮游生物、放线菌、霉菌、蓝藻的分泌物以及存在于工业废水和市政污水中的人工合成的易挥发有机物。优良的水应该无异臭、异味，当人们感觉水中有臭、味时就认为水未被净化好。臭、味也是公众最敏感的水质指标，在追求日益提高生活质量的21世纪，饮用水中有臭、味是

3、不能被接受的。实际上国家的水质标准只是及格线，是各水司必须达到的最低标准，各供水企业可以而且应该有更严格的标准。如美国规定浊度为1NTU,但实际上美国的饮用水浊度大多数在0.1NTU以下。二、深度处理技术研究和应用现状深度处理在学术界目前还没有明确的定义。一般认为在常规处理工艺单元（混凝、沉淀、过滤和消毒）以外增加的处理单元、而且新的处理单元去除的污染物是常规处理单元不能去除的部分即为深度处理单元。目前深度处理技术常用的是臭氧一生物活性炭（O3-BAC）。深度处理技术出现的背景：自20世纪60年代后世界各国随工业的发展，水源水普遍受到有机物的污染，主要是小分子、溶解性的合成有机物、包括农药、杀

4、虫剂、除草剂、各种添加剂、内分泌干扰素等。70年代又发现氯消毒时能与有机物反应生成对人体健康有害的消毒副产物，而常规处理工艺对这些有机物基本无去除能力，因此饮用水水质对人体健康的影响受到极大的关注，迫使人们寻求新的饮用水净化技术，以弥补常规处理工艺的不足。在这种背景下，臭氧活性炭处理技术被开发并在欧洲和其他国家得到较多应用。各国水处理工作者一致发现，活性炭吸附是从水中去除多种有机物的最佳实用技术”，可有效地去除臭、味、色度、氯化有机物、农药、放射性污染物及其他人工合成有机物。用活性炭做吸附剂去除水中污染物，虽能取得良好的效果，但其价格较贵，对大部分极性短链含氧有机物，如甲醇、乙醇、甲醛、丙酮、

5、甲酸等不能去除，而且再生后才能重新应用，因此单纯活性炭的应用受到很大局限。臭氧（O3）是应用最广泛的新型氧化剂。作为深度处理臭氧与活性炭联用有以下优势：臭氧氧化能力较强，可以将大分子有机物分解成小分子有机物，从而增加后续活性炭对有机物的吸附能力和微生物的降解能力；臭氧分解为氧气后增加了水中溶解氧浓度，加上臭氧氧化有机物后水中可生物利用有机物增加，有利于活性炭上微生物的生长，因此活性炭变成生物活性炭，利用活性炭上微生物对有机物的降解作用，提高了对有机物的去除效率和活性炭的使用周期；臭氧氧化在足够CT值条件下还可以控制隐抱子虫和贾第虫；臭氧活性炭能够减少水中氯代消毒副产物的生成量。另外从对污染物的

6、去除机理上分析，臭氧和活性炭联用后主要利用活性炭上微生物的生物降解作用，将污染物转化为二氧化碳和水以及一些无害的中间产物。而常规处理、单纯的活性炭吸附和膜处理等只是将污染物从水中转移到吸附质或者污泥中，为避免二次污染，还需对浓缩的污染物进一步处理。我国饮用水处理中最早采用臭氧-生物活性炭的主要是20世纪70年代在少数大型企业的自备生活饮用水厂。北京市田村山水厂最早在大型市政供水处理中采用臭氧-生物活性炭处理工艺。其后研究较多，工程应用尽管陆续有开展，但一直进展不大。主要原因是费用较高，与我国20世纪八九十年代总体的经济实力不符。但自21世纪初以来，随着我国经济实力的显着增强、水源水质的持续恶化

7、和对饮用水水质要求的不断提高，臭氧-生物活性炭处理技术在市政供水工程中得到较多应用，并且对改善饮用水水质起到了较好作用。目前在北京、深圳、广州、杭州、嘉兴、昆山、上海、昆明等地区都有应用，据估计全国深度处理水量总体上达到每天700万800万m3。从发展趋势看，今后当水源水质劣于田类时，必须采用臭氧生物活性炭，才能满足水质标准中CODMn的要求。三、深度处理技术对改善水质的实际效果从目前我国实际的深度处理工程运行结果看，臭氧-生物活性炭对饮用水水质的改善主要有以下几个方面：(1)对耗氧量有较好的去除作用。尽管臭氧-生物活性炭对有机物(耗氧量)的去除效果受原水有机物浓度、有机物特性、水温、PH和运

8、行工艺条件等因素的影响，但一般可以达到20%30%,根据嘉兴地区的运行经验，在长期运行条件下，采用臭氧-生物活性炭可使整个处理工艺对CODMn的去除率维持在50%60%。平湖水厂已采用两级臭氧生物活性炭，实际运行中整个工艺的CODMn去除率在70%左右。(2)对臭、味物质有较好的去除作用。臭、味是公众最敏感的水质指标之一，特别是部分城市以前采用地下水源，因各种原因改用地表水源后，对饮用水的臭、味尤其敏感。引起臭、味的原因十分复杂，目前深度处理对臭、味物质去除的量化指标还不是很确切，但水厂和用户普遍反映采用深度处理后水质臭、味问题有显着好转。(3)对生物稳定性指标的控制作用。众所周知，与发达国家

9、相比，我国自来水最主要的问题是不能直饮。虽然原因比较复杂，但出厂水生物稳定性差，亦即指示水质生物稳定性的指标-生物可同化有机物(AOC)浓度高是主要原因之一。发达国家出厂水AOC可以达到2050ug/L或更低，达到国际公认的生物稳定性高的标准，因此管网即使没有余氯，也能控制微生物再生长，如欧洲的荷兰、德国等。但我国由于原水水质问题，常规处理工艺出水最好的水平也在100ug/L以上，因此管网微生物生长活跃。根据部分城市的深度处理实践，出厂水AOC可控制在50ug/L左右，因此对维持管网水质安全和稳定有较好作用。另外深度处理对微量有机物、消毒副产物前体物和氨氮等都有效好去除作用，对提供水厂应对突发

10、污染事件的能力也作用显着。根据目前深度处理的实际工程核算，臭氧-活性炭深度处理单元投资成本为250300元/m3,运行成本为0.20.3元/m3,在目前我国经济条件下，是完全可以接受的。四、深度处理技术目前存在的问题尽管臭氧-生物活性炭对改善饮用水水质有显着的效果，但从目前的研究和工程应用来看，也存在一些问题，主要有：(1)臭氧化副产物问题。采用臭氧氧化工艺，将产生一些臭氧化副产物，主要可分为两类：一类是澳酸盐和次澳酸盐，其中澳酸盐具有强致癌性。我国、美国、欧洲、日本和世界卫生组织等均将饮用水中澳酸盐控制标准定为10ug/L。如果原水中含有一定浓度的澳离子，臭氧化后则有可能导致澳酸盐超标的风险

11、。其次，次澳酸盐是澳仿和澳化有机物的前驱物，而澳代消毒副产物也是饮用水标准严格限制的。另一类是臭氧化有机物后产生的小分子有机物，如醛类、脂肪酸、竣酸、酮类等，这些有机物有些具有较强的生物毒性。不过在经过生物活性炭处理后，由于活性炭的吸附作用和生物降解作用。可在一定程度上将这些有机物分解。(2)生物安全性问题。臭氧-生物活性炭工艺在活性炭上会生长大量的微生物，这些微生物将对炭滤后出水水质产生影响。这些微生物会产生一些胞外分泌物；这些微生物会穿透活性炭床进入出水中。这些微生物是否对消毒剂具有更强的耐受能力还需要进一步研究；研究发现生物活性炭出水中颗粒物有显着增加，进入到活性炭出水中的微生物往往被包

12、裹在细微颗粒之中，因此对氯消毒有一定的影响。此外在南方城市臭氧-生物活性炭工艺出水中还发现了无脊椎动物，如剑水蚤等，虽然经过细筛可以去除，但也值得高度关注。(3)反应器的设计问题。目前国内臭氧接触池的设计主要借鉴国外的经验，还没有深入、全面的认识。实际上反应嚣对于臭氧氧化反应的效率有较大的影响，因此需要对臭氧氧化反应嚣的结构进行优化，提高臭氧氧化曝气效率和反应条件，以期达到臭氧反应嚣的最佳效果。有研究表明臭氧接触塔优化后，可以减少投资达30%左右。而生物活性炭池的设计目前国内普遍借鉴活性炭吸附滤池的设计参数，其实有很大的不合理性，在实际使用中也发现有较多的问题，包括级配不合理、炭和砂滤层高度不

13、合适，反冲洗达不到预期效果等，导致一些水质问题。上述问题虽然有一定的应对措施，但需要进一步深入研究，形成系统可靠的技术规范。五、结语由于众所周知的原因，我国目前水源水质受污染状况较严重，而且基于我国现阶段总体的经济发展水平、发展模式和发展速度，水源水质在未来二三十年将难以有根本性好转。其原因在于即使我们能从现在开始，真正落实科学的发展观，通过大力调整产业结构和加大污染治理力度，使现有的水源污染状况不再持续恶化，要使已经污染的水源恢复到满足饮用水水源水质的要求也需要较长的时间。这在国外已经被较多的案例所证实。另一方面饮用水水质标准要求将越来越严格，公众对饮用水水质的关注度和要求也将越来越高。这两者之间的矛盾必须通过大力推动饮用水净水技术的研究和工程应用才能达到。给水深度处理技术已初露萌