水中微污染有機物的處理方法研究進展
一、前言
微污染水源水是指受到有機物污染, 部分水質指標超過《地表水環境質量標準》( GB3838-2002) Ⅲ類水體標準的水體。微污染水一般是由于工業、農業和生活等方面產生的污水未經適當處理,直接排入供水水源導致的,微污染水主要含有微量有機物、農藥、氨氮等有害污染物,常規水處理工藝很難將其除掉。隨著工業的迅速發展, 微污染水源水污染日益嚴重,有害物質逐年增多, 尤其是近年來水源水體的富營養化現象不斷加重, 水體中有機物種類和數量激增以及藻類大量繁殖, 現有常規處理工藝已不能有效保證水廠出水中有機物的去除效果, 無法滿足人們對飲用水安全性的需要；同時, 隨著水質分析技術的不斷提高, 我國《生活飲用水水質指標》標準逐步提高。但是在當前水資源嚴重短缺的形勢下,微污染水源水仍將是重要水源,根據微污染水的水質特點及供水水質的要求,許多學者提出了各種微污染水源水的給水處理工藝,主要包括強化常規處理、預處理和深度處理技術。
1.1 微污染水源水中有機物的特性及危害
微污染水源水中的有機物可以分為2類:天然有機物( natural organic matter, NOM)和人工合成有機化合物( synthetic organic compounds, SOC )。NOM是指動植物在自然循環過程中經腐爛分解所產生的物質,分為腐殖質和非腐殖質2個部分。腐殖質包含土壤浸析和從植物分解產生的有機物質——腐殖酸和富里酸等,非腐殖質包括親水酸類,蛋白質,氨基酸,糖類等。SOC大多為有毒有機污染物,包括農藥、揮發性有機物以及其它由工業廢水帶來的各種有機物質。
微污染水源水中有機物的存在,使得其對膠體的保護作用和穩定性得到提高,給水處理增加了難度。同時,水中有毒有機物難以降解,經常規加氯消毒后所產生的有機鹵化物中有許多已被確認為是直接致癌物或誘發物,對人體健康有極大的潛在危害。雖然微污染水源水中的有機物濃度較低,但是水中可同化有機物質(assimilable organic compounds,AOC)會影響管網的穩定,引起細菌繁衍,導致疾病的傳播;同時,部分有機物質具有生物富集性,易在人體組織內蓄積,對人體造成危害;此外,在常規水處理工藝加氯消毒環節中,有機物的存在還會引起消毒副產物( disinfect by products, DBP s)的生成,如:三鹵甲烷類(THM s) 、鹵乙酸類(HAA s)等“三致物質”。
1.2 我國給水水質指標的演變
近年來,隨著工農業的迅速發展和城鎮人口的劇增,大量工業廢水和生活污水不經處理或處理不達標而直接排放,使我國許多城鎮的地表水水源受到了不同程度的污染,有機物的種類和數量大大增加。逐步提高飲用水水質標準成為世界各國保障飲用水水質安全的重要手段,我國對水源水質的監測項目數也在逐步增多,標準值不斷提高。2007年6月29 日, 我國新修訂《生活飲用水衛生標準》(GB5749-2006)與目前執行的1985年頒布的《生活飲用水衛生標準》( GB5749-85 )相比,水質指標由35項增加至106項,新標準106項指標包括微生物指標6項,毒理指標74項,感官性狀和一般理化指標20項,消毒劑指標4項,放射性指標2項。各類指標中,可能對人體健康產生危害或潛在威脅的指標占80%左右,屬于影響水質感官性狀和一般理化指標即不直接影響人體健康的指標約占20%。新標準對生活飲用水的水源水要求套用了相關標準,如:以地表水為水源時應符合《地表水環境質量標準》( GB3838 - 2002 )；以地下水為水源時應符合《地下水質量標準》( GB /T14848-93)的要求。水中有機物的控制與去除已經成為嚴重影響凈水水質進一步提高的問題之一。
二、微污染水源水處理工藝
目前對微污染水源水的處理工藝主要包括以下三大類:
①深度處理。
②預處理。
③強化處理。
2.1 深度處理技術
深度處理通常是指在常規處理工藝以后,采用適當的處理方法,將常規處理工藝不能有效去除的污染物或消毒劑副產物的前體物加以去除,提高和保證水質。應用較廣泛的有生物活性炭深度處理技術、膜分離處理技術、臭氧活性炭聯用深度處理技術、光催化氧化技術等。
2.1.1 生物活性炭深度處理技術
利用生長在活性炭上的微生物的生物氧化作用可以達到去除污染物的目的。生物活性炭深度處理技術利用微生物的氧化作用來增加水中溶解性有機物的去除效率, 延長活性炭的再生周期；同時,水中的氨氮可以被生物轉化為硝酸鹽, 從而減少了消毒環節氯氣的投加量, 降低了三鹵甲烷等“三致物質”的生成量。
2.1.2 膜過濾深度處理技術
該技術是新興的高效分離、濃縮、提純、凈化技術, 是采用高分子膜作介質, 以附加能量作推動力, 對雙組分或多組分溶液進行表面過濾分離的物理處理方法。
20 世紀80 年代后期, 該技術在歐美和澳大利亞開始進入實用階段, 是深度處理的一種高效手段, 反滲透(RO)、超濾(UF)、微濾(MF)和納濾(NF)均能有效去除水中嗅味、色度、消毒副產物前體及其他有機物和微生物等，去除范圍廣, 且不需要投加藥劑。從膜濾法的功能上看,反滲透能有效的去除水中的農藥、表面活性劑、消毒副產物、THM s、腐殖酸和色度等。納濾膜用于分子量在300～1 000 范圍內的有機物質的去除,而超濾和微濾膜可去除腐殖酸等大分子量( > 1 000) 的有機物。近年來, 該技術在美國受到高度重視, 被EPA 推薦為控制消毒副產物的最佳工藝之一。它具有物質不發生相變、分離系數大、在常溫下運行、適用范圍廣、裝置簡單、操作方便等特點。其技術特點是能提供穩定可靠的水質。膜法對進水的要求較高, 其進水必須要經過嚴格的各種預處理和常規處理, 以改善膜的水通量, 避免因頻繁的膜淤塞和污染等問題而提高運行成本, 同時RO 和NF 的濃縮液與常規水處理產生的廢水不同, 其處理也是必需考慮的一個棘手問題, 又由于該工藝產水量小、成本高等原因, 目前還難以在我國大規模推廣應用, 僅少量用于特種行業的水處理中。然而, 隨著清洗方式的改進, 膜價格的降低,相信在不久的將來, 膜法一定會在給排水領域得到較廣泛的應用。
2.1.3 臭氧氧化技術
臭氧作為一種強氧化劑, 不僅可用于預處理中,而且在深度處理中有更長的應用歷史。最初臭氧被用來作為消毒劑, 控制水的色度或嗅味, 又可用來去除水中有機物。受投放量的限制, 臭氧不能將水中有機物全部無機化, 但可將大分子有機物分解成分子較小的中間產物。臭氧預處理的水再經氯化消毒, 水中“三致”物質可能低于未預處理的水, 也可能更高, 其效果視水質而定, 這是因為臭氧副產物, 如醛、酮、醇、過氧化物氯化會產生三鹵甲烷(THMs)。
2.1.4 臭氧活性炭聯用深度處理技術
臭氧- 活性炭聯用法采取先臭氧氧化后活性炭吸附, 在活性炭吸附中又繼續氧化的工藝過程, 這樣可以揚長避短, 使活性炭的吸附作用發揮得更好。目前國內水處理使用的活性炭能比較有效地去除小分子有機物, 但難以去除大分子有機物, 而水中有機物分子較大的多, 所以活性炭孔的表面面積將得不到充分利用, 勢必將加速飽和, 縮短產水周期, 但在炭前或炭層中投加臭氧后, 一方面可使水中大分子轉化為小分子, 改變其分子結構形態, 提供了有機物進入較小孔隙的可能性; 另一方面可使大孔內與炭表面的有機物得到氧化分解, 減輕了活性炭的負擔, 使活性炭能充分吸附未被氧化的有機物, 從而達到水質深度凈化的目的。但是該技術在臭氧破壞某些有機物結構的同時也可能產生一些帶毒副作用的中間產物。在歐洲和美國, 其地表水水廠大多使用臭氧活性炭工藝: 瑞士有40%的水廠使用臭氧處理地表水, 其中80%與活性濾池聯用; 德國有70 多家水廠應用臭氧活性炭工藝; 美國自1976 年開始研究臭氧活性炭技術, 現在已廣泛應用于實際運行中。
2.1.4 光催化氧化技術
光催化氧化是以TiO2為代表的n型半導體為敏化劑的一種光敏化氧化, 氧化能力極強, 能氧化去除水中常見的有機污染物(包括細菌等), 最終產物是CO2和水等。據報道, 在美國佛羅里達州, 利用TiO2能脫除源水中97%的有機鹵素化合物, 總有機碳(TOC)含量可降低90%以上,并能減少鹽分、重金屬等污染物。光催化氧化特點是氧化能力極強, 對水中多種微量有機物, 自來水中常見的多種氯化有機物, 包括難被臭氧氧化的六六六、六氯苯等均有良好的去除效果。經光催化氧化處理后, 有機氯化物已大量脫氫, 毒性大大降低, 使水質大為提高。
2.1.5 吸附處理技術
吸附處理技術是指利用某些材料強大的吸附性能來去除水中污染物的技術。目前用于源水處理的吸附劑有活性炭(AC) 、硅藻土、二氧化硅、活性氧化鋁、沸石、離子交換樹脂,其中用得最多的是活性炭。
2.1.5.1 活性炭吸附
活性炭(AC)具有豐富微孔結構和表面憎水性,其對水中某些污染物有極強的親和力,是污染物有效的去除方法。活性炭可經濟有效的去除嗅、味、色度、氯化有機物、農藥及其它人工合成有機物,但是對于對大部分極性短鏈含氧有機物,如甲醇、乙醇、甲醛、丙酮、甲酸等不能去除。
2.1.5.2 沸石吸附
沸石對水中氨氮具有選擇吸附作用,除了吸附性能外沸石還具有離子交換性能,催化性能,熱穩定性及耐酸性等。另外還具有化學反應性、遠紅外輻射性、可逆脫水性等工藝性能。在沸石晶格中的空腔中K、Na、Ca等陽離子和水分子與格架結合得不緊,極易與其周圍水溶液里的陽離子發生交換作用,交換后的沸石晶格結構也不被破壞。改性后,某些本來吸附性能較差的沸石變成吸附能力極強的新型沸石,因此改性沸石在微污染水預處理工藝中有應用推廣前景。
2.1.5.3 其它吸附材料
粘土由于價廉、儲量豐富、吸附效率高,作為水處理吸附劑被應用于飲用水處理過程中,但大量粘土的投加造成沉淀池排泥量的增加,提高了運行成本,造成了困難。活性氧化鋁是一種兩性物質,等電點為pH為9.5，當原水pH低于其等電點時,此吸附劑將吸附陰離子,反之,則吸附陽離子。對氧化鋁進行適當改性后,可提高其對特定污染物的吸附容量。
除上述的處理方法外，還有利用紫外線和臭氧(UV-O3)結合的方法去除飲用水中的三氯甲烷；利用臭氧和過氧化氫混合法，去除飲用水中的微量污染物，包括苯化物、二氯硝基苯、22甲基異丁醇、四氯乙烯等。必須看到，深度處理水中微污染的方法或因經濟因素，或因處理作用問題,他們都有局限性。例如，在歐洲普遍應用的生物活性炭法，由于活性炭的價格昂貴，在世界上的推廣受到限制. 另外，生長有細菌的細小活性炭顆粒會在水力沖刷作用下，流入最后的消毒氯化處理，此時，由于附著在活性炭顆粒上的細菌聚合體，比單個的細菌細胞對消毒劑有更大的抗性，一般的氯化消毒往往難于殺死這些細菌。由于飲用水深度處理技術均存在各自的局限性，所以人們著手考慮采用一些新方法來彌補它們的不足，飲用水預處理技術正是在這樣的條件下發展起來的。
2.2 預處理技術
預處理技術采用物理、化學和生物方法對水中的污染物進行初級去除, 使常規處理能更好地發揮作用, 減輕常規處理和深度處理的負擔, 改善和提高飲用水水質。常用的預處理技術有化學氧化預處理技術、生物預處理技術和吸附預處理技術。
2.2.1 化學氧化預處理技術
化學氧化預處理技術是指依靠氧化劑的氧化能力,分解和破壞水中污染物的結構,達到轉化或分解污染物的目的。目前采用的氧化劑主要有氯氣、臭氧和高錳酸鉀等。預氯化氧化是應用最早和目前應用最為廣泛的方法。此法是在水源水輸送過程中或進入常規處理工藝構筑物之前,投加一定量氯氣,用以氧化因水源污染生成的微生物和藻類,控制其在管道內或構筑物內的生長,也可以氧化一些有機物和提高混凝效果并減少混凝劑使用量。但是,由于預氯化導致大量鹵化有機污染物的生成,且不易被后續的常規處理工藝去除,可能造成處理后水質下降,所以預氯化氧化處理應慎重采用。由于臭氧具有很強的氧化能力,它通過破壞有機污染物的分子結構,以達到改變污染物性質的目的,而且不會像預氯化那樣產生有害鹵代化合物,本身也不會殘留在水中,因此臭氧氧化法正逐漸被推廣使用。高錳酸鉀也是強氧化劑,馬軍教授、李圭白院士等對其助凝和除污染效能進行了試驗研究。結果表明,高錳酸鉀能顯著控制氯化消毒副產物,使水中有機物數量、濃度都有顯著降低,水的致突變活性由陽性轉為陰性或接近陰性。總之,化學氧化法對去除水中的污染物有很好的效果,但氧化劑費用昂貴成了其全面推廣的限制性因素。
2.2.1.1 預氯化
液氯是水廠中最常用的強氧化劑,應用較為廣泛且成本較低,但由于源水中的大量有機污染物能與氯氣反應,生成被懷疑具有三致作用的物質--三鹵甲烷(THMs),同時源水中酚類物質含量較高時,預氯化可生成具有強烈刺激性氣味的氯酚類物質,所以預氯化處理微污染水源水受到人們的質疑。
2.2.1.2 預臭氧化
臭氧能氧化有機物, 去除水中的色、嗅、味。可以與多種有機污染物反應,破壞有機物的不飽和鍵,降低有機物的分子量,但是預臭氧化也有一定的局限性,它的氧化作用使得水中可溶性有機物濃度升高,而且臭氧將大分子有機物分解成小分子有機物,在中間產物中可能存在致突變物質。此外臭氧氧化有機氮可造成水中氨氮含量的升高。而且,原水中溴離子含量高時,會生成具有致癌作用的溴酸鹽和次溴酸鹽,后者與氯化消毒副產物前質作用,會生成毒性更強的溴代三氯甲烷。
2.2.1.3 高錳酸鉀預氧化
高錳酸鉀預氧化技術目前研究較多,并在多種源水中取得了較好的效果,通用性較好,高錳酸鉀預氧化可控制氯酚、THMs的生成,并有一定的色、嗅、味去除效果,對烯烴、醛、酮類化合物也有較好的去除能力。哈爾濱建筑大學研制的高錳酸鉀復合藥劑去除水中有機污染物效果好,能顯著地降低水的致突變性。但高錳酸鉀氧化效果與原水的pH值有一定的關系,堿性條件下氧化效果不好,生成堿基置換類物質。
2.2.1.4 二氧化氯預氧化
二氧化氯(ClO2 )可有效破壞藻類、酚,改善水的色、嗅、味。二氧化氯不會與水體中的有機物發生鹵代反應而生成對人體有害的、致癌的有機鹵代物。有研究認為,甚至ClO2 本身的氧化作用也能去除THMs的前體物。但是,往往由于氧化不徹底,一些小分子有機物在遇到氯消毒時更易生成三鹵甲烷。
2.2.1.5 其他預氧化技術
過氧化氫的氧化性較強但單獨使用時,分解速度較慢,效果不很明顯,目前主要用于水的高級氧化( Fenton試劑,UV /H2O2,O3 /H2O2等)；高鐵酸鹽合成難度較大,穩定性需要提高,因而沒有在水處理中推廣應用的先例,但卻是一種很有研究開發潛力的氧化劑。
2.2.2 生物預處理技術
生物預處理方法主要是借助微生物群體的新陳代謝活動,去除源水中多種有機物,包括腐殖酸、氨氮和硝酸鹽氮等。目前研究應用的生物預處理工藝主要有生物接觸氧化、生物陶粒濾料濾池、生物流化床、膜生物反應器、生物塔濾、生物流化床、生物轉盤和淹沒式生物濾池等。
2.2.2.1 生物接觸氧化
生物接觸氧化工藝是利用填料作為生物載體,微生物在曝氣充氧的條件下生長繁殖,富集在填料表面上形成生物膜,其生物膜上的生物相豐富,有細菌、真菌、絲狀菌、原生動物、后生動物等組成比較穩定的生態系統,溶解性的有機污染物與生物膜接觸過程中被吸附、分解和氧化,氨氮被氧化或轉化成高價形態的硝態氮。生物接觸氧化法的主要優點是處理能力大,對沖擊負荷有較強的適應性,污泥生成量少；缺點是填料間水流緩慢,水力沖刷小,如果不另外采取工程措施,生物膜只能自行脫落,更新速度慢,膜活性受到影響,某些填料,如蜂窩管式填料還易引起堵塞,布水布氣不易達到均勻。另外填料價格較貴,加上填料的支撐結構,投資費用較高。
2.2.2.2 生物陶粒濾料濾池
陶粒濾料是一種新型的生物膜截體填料,具有質輕,比表面積大、吸附能力強等優點。與石英砂相比,比表面積為同體積石英砂的2～3倍,孔隙率為石英砂的1. 3～2.0倍。與砂濾池比較,平均濾速高(20～25 m /h),產水量大,過濾周期長,沖洗頻率小,沖洗強度低。
2.2.2.3 生物流化床
流化床中的填料隨水、氣流的上升流速的增加而逐漸由固定床經膨脹床最后成為流化床。由于顆粒在反應器中處于流化狀態,避免了生物濾池的堵塞現象,提高了水與生物顆粒的接觸機會;同時可控制水流紊動對生物顆粒表面的剪力水平,從而控制填料上生物膜的厚度,有利于形成均勻、致密、厚度較薄且活性較高的生物膜。強化了水中可生物降解基質向生物膜內的傳遞過程,使生物流化床的單位容積的基質降解速率得到提高。但是生物流化床動力費用較高,且維護管理復雜。
2.2.2.4 膜生物反應器
膜生物反應器(MBR)是一種由膜分離單元與生物處理單元相結臺的新型水處理技術,以膜組件取代二沉池在生物反應器中保持高活性污泥濃度減少污水處理設施占地,并通過保持低污泥負荷減少污泥量。與傳統的生化水處理技術比,MBR具有以下主要特點:處理效率高、出水水質好；設備緊湊、占地面積小；易實現自動控制、運行管理簡單。20世紀80年代以來,該技術愈來愈受到重視,成為研究的熱點之一。
2.2.2.5 塔式生物濾池
輕質濾料的開發與采用,為塔式生物濾池的應用創造了條件。生物塔濾增加了濾池高度,分層放置填料,通風良好,克服了普通生物濾池(非曝氣) 溶解氧不足的缺陷。國外廣泛采用塑料材質大孔徑波紋孔板濾料,我國常采用環氧樹脂固化玻璃鋼蜂窩填料。塔式生物濾池的凈化作用也是通過填料表面生物膜的新陳代謝活動來實現的。塔式濾池的優點是負荷高,產水量大,占地面積小,對沖擊負荷水量和水質的突變適應性較強。缺點是動力消耗較大,基建投資高,運行管理不便。
2.2.2.6 生物膨脹床與流化床
生物膨脹床是介于固定床和流化床之間的一種過渡狀態,流化床中的填料隨水、氣流的上升流速的增加而逐漸由固定床經膨脹床最后成為流化床。生物膨脹床與流化床通過選用適度規格粒徑(約為0. 2 mm～1. 0 mm) 的生物載體,如砂、焦炭、活性炭、陶粒等。采用生物膨脹床與流化床,可解決固定填料床中常出現的堵塞問題,進一步提高凈化效率,且占地面積少。但由于保持膨脹或流化狀態,消耗的動力費用較高,且維護管理復雜,在運行過程中還存在流化介質跑料現象,其工程應用還很少見。
2.2.2.7 生物轉盤反應器
生物轉盤在污水處理中已廣泛采用,目前在給水處理領域,對某些污染程度較為嚴重的微污染水進行了一些研究。生物轉盤的優點是有較好的耐沖擊負荷能力,脫落膜易于清理處置。但存在的不足是生物氧化接觸時間較長,構筑物占地面積大,盤片價格較貴,基建投資高。
2.2.2.8 新型生物反應器處理技術
膜生物反應器是膜處理和生物處理相結合的一種新工藝,它是指以超濾膜組件作為取代二沉池的泥水分離單元設備,并與生物反應器組合構成的一種新型生物處理裝置。由于超濾膜能很好地截流來自生物反應器混合液中的微生物絮體、分子量較大的有機物及固體懸浮物質,并使之重新返回到生化反應器中,這就使反應器內的活性污泥濃度得以大大提高,從而能有效的提高有機物的去除率。另外,膜濾出水水質很好,系統所排放剩余污泥也很少。
2.2.3 吸附處理技術
吸附處理技術是指利用某些材料強大的吸附性能來去除水中污染物的技術。目前用于源水處理的吸附劑有活性炭(AC)、硅藻土、二氧化硅、活性氧化鋁、沸石、離子交換樹脂,其中用得最多的是活性炭。
2.2.3.1 活性炭吸附
活性炭(AC)具有豐富微孔結構和表面憎水性,其對水中某些污染物有極強的親和力,是污染物有效的去除方法。活性炭可經濟有效的去除嗅、味、色度、氯化有機物、農藥及其它人工合成有機物,但是對于對大部分極性短鏈含氧有機物,如甲醇、乙醇、甲醛、丙酮、甲酸等不能去除。
2.2.3.2 沸石吸附
沸石對水中氨氮具有選擇吸附作用,除了吸附性能外沸石還具有離子交換性能,催化性能,熱穩定性及耐酸性等。另外還具有化學反應性、遠紅外輻射性、可逆脫水性等工藝性能。在沸石晶格中的空腔中K、Na、Ca等陽離子和水分子與格架結合得不緊,極易與其周圍水溶液里的陽離子發生交換作用,交換后的沸石晶格結構也不被破壞。改性后,某些本來吸附性能較差的沸石變成吸附能力極強的新型沸石,因此改性沸石在微污染水預處理工藝中有應用推廣前景。
2.2.3.3 其它吸附材料
粘土由于價廉、儲量豐富、吸附效率高,作為水處理吸附劑被應用于飲用水處理過程中,但大量粘土的投加造成沉淀池排泥量的增加,提高了運行成本,造成了困難。活性氧化鋁是一種兩性物質,等電點為pH為9. 5,當原水pH低于其等電點時,此吸附劑將吸附陰離子,反之,則吸附陽離子。對氧化鋁進行適當改性后,可提高其對特定污染物的吸附容量。
2.3 強化處理技術
強化主要包括混凝、過濾、沉淀、消毒的強化。
2.3.1 強化混凝
天然水體中懸浮、膠態部分有機物主要是通過電性中和、吸附架橋、網捕沉淀得以去除,而且去除率較高。而水中分子質量較小、溶解度較大的有機物在一般混凝條件下去除率較低,通過強化混凝可以提高其去除率。強化混凝是指向水中投加過量的混凝劑并控制一定的pH值,從而提高常規處理中天然有機物(NOM)的去除效果,最大限度地去除消毒副產物的前體物(DBPFP),保證飲用水消毒副產物符合飲用水質標準的方法。美國的水處理工作者普遍認為, 強化混凝是實現消毒物/消毒副產物規定的第一階段目標的最佳途徑。因此, 目前采用強化混凝法去除有機物的研究很多。地面水的天然有機物主要是腐殖酸和富里酸, 它們與水形成大分子膠體真溶液。對于某一確定的原水, 必定有一最佳混凝劑。據文獻報導, 在去除天然有機物時, 鐵鹽的混凝效果比鋁鹽好；陽離子高分子絮凝劑可單獨作為混凝劑, 但陰離子型和非離子型絮凝劑單獨應用效果不佳, 但當被用作助凝劑時, 則可發揮其提高固液分離的功能, 可有效地提高TOC的去除率。強化混凝去除天然有機物機理主要有:
(1) 混凝劑生成氫氧化物(Al(OH)3或Fe(OH)3)絮體對天然有機物吸附而將其去除；
(2) 天然有機物與混凝劑一起形成不溶性的絡合物(鋁的腐質酸鹽和富里酸鹽或鐵的腐質酸鹽和富里酸鹽),該機理類似于電性中和。
強化混凝通常有以下幾種方法:
(1) 增加混凝劑的投加量,使水中有機物的水化層壓縮,水解陽離子與有機物陰離子電中和,消除由于有機物對無機膠體的影響,使無機膠體脫穩；
(2) 投加絮凝劑,增強吸附、架橋作用,使有機物易被絮體吸附而下沉；
(3) 完善混合、絮凝設備,調整混合與絮凝反應的時間,改善水力條件條件；
(4) 調整pH值,實踐表明,一般有機物多時,pH值5～6效果較好；
(5) 投加氧化劑等如高錳酸鉀復劑,強化混凝效果。
強化混凝去除天然有機物的效果受很多因素的影響, 主要包括:天然有機物種類組成和含量、混凝劑的種類和投加量、pH 值、堿度、水源水中的金屬離子種類。混凝劑的種類是影響混凝效果的重要影響因素之一。中國科學研究院選用復合混凝劑處理高堿度、高pH 值的原水時發現: 復合混凝劑去除有機物效率比傳統的混凝劑( 氯化鋁和氯化鐵)、聚合氯化鋁高出了30%, 特別是在去除SUVA 和高分子量的親水溶解性有機物時, 更顯示出復合混凝劑的優勢。L.Rizzo 等人對比了明礬、氯化鐵及聚合氯化鋁強化混凝去除三鹵甲烷前體的效果,發現聚合氯化鋁在去除濁度方面比明礬和氯化鐵的效果更好, 但是在去除三鹵甲烷前體物方面的效果不及明礬和氯化鐵。混凝劑的投加量是天然有機物凈化的關鍵。同濟大學董秉直等采用強化混凝去除黃浦江水中的有機物研究表明: 就黃浦江水而言, 達到最佳有機物去除效果的硫酸鋁投加量為8 mg/L(以Al計),pH為5.5時,DOC和UV254的去除率可分別達到46% 和57%。Jian- Jun Qin 等研究表明: pH值為5.2, 明礬投加量為5mgAl/L 是混凝去除水中的NOM的最優條件。此時,DOC的去除率達到45%, 比傳統的混凝效果( 去除率為35%) 要高。
強化混凝需多投混凝劑或另投其它藥劑,勢必引起藥劑費用與污泥處理費用的增加。
2.3.2 強化過濾
強化過濾是指通過選擇合適的濾料,采取一定的措施和技術,使得濾料在去除濁度的同時又能降低有機物, 降低氨氮和亞硝酸鹽氮的含量。去除氨氮極其鹽類主要通過生物作用,普通快濾池由于采用了預加氯工藝,抑制了濾料中生物的生長,因此濾料層沒有生物降解作用。強化過濾即要求在濾料中形成生物膜,既要有亞硝化桿菌,又要有硝化桿菌,去除一定量的氨氮、亞硝酸鹽氮。該技術運行管理方面有較大的困難,例如要控制反沖洗強度,既能沖去積泥,又能保持一定的生物膜;要控制濾池的微環境有利于微生物的生長。通常強化過濾可采用的技術措施有:
(1) 選擇合適的濾料,表面要有利于細菌的生長,并具有足夠的比表面積,濾料的粒徑和厚度必須保證濾后水濁度的要求；
(2) 選擇合適的沖洗方法和沖洗強度,確保反沖洗既能有效地沖去積泥,又能保存濾料表面一定的生物膜；
(3) 濾池進水需保證足夠的溶解氧以維持氨氮的硝化過程；
(4) 余氯的存在會抑制細菌生長,因此取消濾前加氯工藝,為了控制出廠水細菌指標在規定范圍之內,需要對濾池出水進行消毒。
2.3.3 強化沉淀
新的強化沉淀分離技術基于幾個論點：
(1)高效新型高分子絮凝劑的應用，強化和增加了絮凝體的凈化特性；
(2)改善沉淀水流流態，減少沉降距離，大幅度提高沉淀效率；
(3)提高絮凝顆粒的有效濃度，促進絮凝體整體網狀結構的快速形成。
當水進入沉淀區后，在水中很快形成懸浮狀態的整體網狀結構過濾層，進池原水通過該濾層以自下而上的分離清水和自上而下濃縮絮凝泥渣的過程，實現對原水有機物進行連續性網捕、掃裹、吸附、共沉等一系列綜合進化，達到以強化常規工藝處理受污染水的目的。據介紹，該凈化工藝在國外已有應用。聶小保等采用強化混凝與活性炭聯用技術對贛江微污染水源水處理進行試驗研究。試驗結果表明，強化混凝與活性炭聯用較常規工藝能減小出水濁度，顯著提高COD 和UV 的去除率，并有效控制出水余鋁含量。原水COD為4.10~4.25 mg/L右，UV0.2~0.3 mg/L時，中試系統出水濁度降低了12 %左右，出水COD和UV分別為0.5~0.7 mg/L和0.015~0.025 mg/L，各自去除率較傳統工藝分別提高了36 %和40 %左右。試驗出水余鋁濃度均<0.2 mg/L，NH4-N去除率沒有明顯提高。
三、小結
水處理工作者經過幾十年來的研究和探索, 開發出多種針對微污染水源水的處理方法, 主要有預處理、深度處理和常規處理的強化。但是, 任何一個處理單元都有各自的去除對象, 沒有哪一個單元具有廣譜的去污能力。這就要求我們在選擇微污染水源水處理工藝時, 必須根據水源水質的特點和處理后水質的要求, 對各種處理單元進行有效合理的組合, 形成組合工藝, 充分發揮組合工藝中各處理單元的去污能力, 同時發揮各單元間協同互補的特點, 來獲得經濟、優質的飲用水。
要從根本上解決水源水水質問題, 須從多方面下手, 除開發新的水處理技術外, 還應從源頭上控制污染物, 努力提高人們的環保意識。這不僅有利于飲用水水質的提高, 水源水水質的改善, 也是恢復生態平衡, 造福子孫后代的大事, 更是一個值得全人類共同關注的問題。
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