有機(jī)復(fù)合污染水源水處理技術(shù)研究進(jìn)展

周碧波，王云超，張 剛，朱峰峰

（1.蘇交科-南京博來城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限公司；2.南京七弦桐環(huán)保科技有限公司；3.南京城里人城市規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司）

有機(jī)復(fù)合污染水源水處理技術(shù)研究進(jìn)展

周碧波1，2，王云超3，張 剛3，朱峰峰3

（1.蘇交科-南京博來城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限公司；2.南京七弦桐環(huán)?？萍加邢薰荆?.南京城里人城市規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司）

本文分析了有機(jī)復(fù)合污染水源水普遍、多樣、復(fù)雜的特征，闡述了水源水有機(jī)復(fù)合污染的構(gòu)成及危害，介紹了目前我國(guó)大部分有機(jī)復(fù)合污染水源水處理中應(yīng)用的強(qiáng)化混凝技術(shù)、吸附技術(shù)、氧化技術(shù)、膜技術(shù)及生物技術(shù)。

有機(jī)復(fù)合污染；水源水；研究進(jìn)展

當(dāng)前，我國(guó)正處于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展時(shí)期，生活、生產(chǎn)用水量及相應(yīng)的排水量持續(xù)增加。相對(duì)落后的水處理工藝以及環(huán)保意識(shí)的薄弱，導(dǎo)致大量有機(jī)污染物隨工業(yè)廢水和生活污水未加處理或處理不達(dá)標(biāo)而直接排入水體，引起水環(huán)境急劇惡化，致使飲用水水源水長(zhǎng)期處于富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，藻類爆發(fā)現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生，有機(jī)污染呈現(xiàn)多樣性、復(fù)合性。水源水的有機(jī)復(fù)合污染會(huì)對(duì)民生和生態(tài)環(huán)境造成極大影響。本文對(duì)國(guó)內(nèi)有機(jī)復(fù)合污染水源水處理技術(shù)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，為今后的有機(jī)復(fù)合污染水源水處理提供了參考依據(jù)。

1 水源水有機(jī)復(fù)合污染特征

1.1 污染現(xiàn)象普遍性

水環(huán)境作為一個(gè)開放體系的特性決定了它必然容納多種物質(zhì)，也就意味著任何一個(gè)水體污染都不可能來源自單一污染物，而應(yīng)是多種物質(zhì)的共同作用[1]。我國(guó)環(huán)境保護(hù)部2015年公布的《2014年中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)》指出全國(guó)62個(gè)重點(diǎn)湖泊（水庫(kù)）中，7個(gè)湖泊（水庫(kù)）水質(zhì)為Ⅰ類，11個(gè)為Ⅱ類，20個(gè)為Ⅲ類，15個(gè)為Ⅳ類，4個(gè)為Ⅴ類，5個(gè)為劣Ⅴ類。主要污染指標(biāo)為總磷、化學(xué)需氧量和高錳酸鹽指數(shù)。富營(yíng)養(yǎng)化比例約占24.6%。

1.2 作用機(jī)制多樣性

中科院曲久輝院士指出，復(fù)合行為本質(zhì)是多種污染物質(zhì)共存時(shí)的聯(lián)合作用、交互作用和過程耦合效應(yīng)[1]。因此，水體有機(jī)污染效應(yīng)并不能簡(jiǎn)單的認(rèn)為是單一污染物污染效應(yīng)的疊加，而是復(fù)合污染的各組分之間通過拮抗作用、加和作用和協(xié)同作用共同構(gòu)成了復(fù)合污染效應(yīng)。

1.3 研究過程復(fù)雜性

地表水體中有機(jī)物結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，地理環(huán)境以及人類活動(dòng)的差異都會(huì)造成有機(jī)物組成及特性方面產(chǎn)生較大差異。不同種類的化學(xué)污染物和藻類都具有各不相同的理化特性，在環(huán)境條件的影響下，表現(xiàn)出各異的生理生態(tài)效應(yīng)，在加上彼此之間復(fù)雜的作用機(jī)制，導(dǎo)致研究有機(jī)復(fù)合污染效應(yīng)的過程必將是及其復(fù)雜與困難的。

2 水源水有機(jī)復(fù)合污染構(gòu)成及危害

2.1 藻類污染

過量的藻類會(huì)導(dǎo)致水源水有機(jī)復(fù)合污染，藻類的過量繁殖會(huì)導(dǎo)致地表水體透明度下降，溶解氧含量降低，使整個(gè)水體生態(tài)平衡過程及水質(zhì)特性發(fā)生改變。過量的藻類不僅會(huì)加大水處理工藝的難度，也會(huì)顯著增加制水成本。李勇等的研究指出，藻類爆發(fā)或藻體死亡時(shí)均會(huì)向水體釋放藻毒素等大量的藻類有機(jī)物[2]。同時(shí)藻類及其代謝產(chǎn)物還是典型的消毒副產(chǎn)物前體物質(zhì)。

2.2 天然有機(jī)物污染

天然有機(jī)物廣泛存在于各種天然水體中，主要指動(dòng)物、植物微生物的排泄物或分泌物以及其尸體腐爛降解過程中所產(chǎn)生的物質(zhì)。其中，腐殖酸是天然有機(jī)物的典型代表物質(zhì)，占其總量的60～90%，其特性是親水的、酸性的多分散物質(zhì)，是飲用水處理中的主要去除對(duì)象。地表水體中腐殖酸濃度一般在10mg/L左右，最高可達(dá)30mg/L。水源水中大量的腐殖酸會(huì)對(duì)水處理工藝產(chǎn)生不利影響。大量的腐殖酸會(huì)導(dǎo)致水體產(chǎn)生色度及異味；腐殖酸分子中的羧基去質(zhì)子化作用以及酚羥基的電離也會(huì)加快金屬管網(wǎng)的腐蝕，并通過絡(luò)合反應(yīng)與游離態(tài)的重金屬離子生成穩(wěn)定的螯合物，最終穿透整個(gè)水處理工藝進(jìn)入供水管網(wǎng)而導(dǎo)致出水重金屬離子超標(biāo)；腐殖酸還會(huì)降低消毒環(huán)節(jié)的工作效率。

2.3 人工合成有機(jī)物污染

目前，在河流、水庫(kù)、湖泊等地表水中均能頻繁的檢測(cè)出各種人工合成有機(jī)物。地表水中的人工合成有機(jī)物主要來源于化學(xué)品水上運(yùn)輸時(shí)的事故排放、工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)排水或污水廠排出水[3]。與天然有機(jī)物相比，天然水體中的人工合成有機(jī)物大都含量較低，通常為ug/L甚至是ng/L的水平，但是他們對(duì)人體健康的潛在危害卻不容忽視。大量的毒理學(xué)研究表明，大多數(shù)的人工合成有機(jī)物都具有毒性，其中多為持久性有機(jī)污染物，對(duì)環(huán)境和人體健康的危害大多具有不可逆性，其中有一些還是典型的“三致”物質(zhì)。人工合成有機(jī)物的生物可降解性一般都比較差，并且可以再生物體內(nèi)積累，通過模擬或干擾激素行為影響內(nèi)分泌系統(tǒng)的正常功能。

3 有機(jī)復(fù)合污染水源水處理研究進(jìn)展

3.1 強(qiáng)化混凝技術(shù)

混凝、沉淀、過濾和消毒工藝是多數(shù)水廠的處理工藝，因此可利用混凝沉淀技術(shù)去除水中的污染物質(zhì)，依靠混凝劑與膠體顆粒之間發(fā)生的壓縮雙電層、吸附電中和、吸附架橋、沉淀物網(wǎng)捕卷掃等作用形成絮體，通過沉淀可將目標(biāo)物從水中去除。傳統(tǒng)的無機(jī) （比如PAC）或有機(jī)高分子混凝劑 （比如PAM）是混凝技術(shù)處理有機(jī)復(fù)合污染水源水時(shí)的首選[4]。但相對(duì)較低的混凝沉淀效果使得人們不得不采取措施對(duì)現(xiàn)有的混凝技術(shù)進(jìn)行包括工藝和藥劑方面的強(qiáng)化。在傳統(tǒng)混凝工藝基礎(chǔ)上增加紫外光照射，以增加混凝劑的正電性，到達(dá)對(duì)負(fù)電性腐殖酸的強(qiáng)化去除效果。但混凝工藝處理水源水時(shí)，鋁鹽或有機(jī)高分子合成混凝劑可能會(huì)對(duì)出水水質(zhì)帶來不利影響。故一些學(xué)者考慮以天然粘土礦物或其改性產(chǎn)物（比如凹凸棒土、硅藻土、海泡石等）替代傳統(tǒng)混凝劑[5]。

3.2 吸附技術(shù)

吸附技術(shù)是借助靜電引力、疏水性作用和氫鍵作用將吸附質(zhì)富集到吸附劑外表面或內(nèi)部孔道表面，再通過固液分離，將吸附飽和的吸附劑移除。在有關(guān)吸附技術(shù)處理有機(jī)復(fù)合污染水源水的研究中，尤以傳統(tǒng)吸附劑活性炭的應(yīng)用最為廣泛。其中，具有發(fā)達(dá)的中孔和微孔的活性炭對(duì)藻細(xì)胞的吸附去除能力較高。雖然活性炭對(duì)藻、腐殖酸和各種人工合成有機(jī)物具有較好的吸附去除效果，但在實(shí)際應(yīng)用中也有一些不足。對(duì)活性炭在應(yīng)用過程進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)普遍存在著新碳成本較高、易于流失、舊碳不易再生等缺點(diǎn)。由于粘土礦物在自然界大量存在，且無毒無害，以粘土做吸附材料的研究稱為熱點(diǎn)，比如硅藻土、云母顆粒和膨潤(rùn)土等[6]。除了吸附效率來評(píng)價(jià)吸附性能好壞外，吸附完成后的分離效率也是一個(gè)非常重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

3.3 氧化技術(shù)

氧化法是向水體中投加氧化劑，直接或在氧化劑、超聲輔助作用下氧化分解污染物質(zhì)達(dá)到將其從水中去除的目的。目前常采用的氧化劑有二氧化氯、高錳酸鉀、雙氧水、高猛酸鹽等。李爽等為了解決水源水中硅藻大量存在引起水處理工藝運(yùn)行效率低下的問題，采用氯和二氧化氯對(duì)水源水進(jìn)行預(yù)氧化除藻試驗(yàn)，表明預(yù)氧化可有效降低濾池的負(fù)荷，改善混凝沉淀的效果。利用氧化技術(shù)降解腐殖酸時(shí)[7]，直接投加氧化劑并不能取得理想的效果，常常需要借助光催化、超聲等輔助手段實(shí)現(xiàn)對(duì)腐殖酸的有效降解。氧化技術(shù)也可以降解去除地表水中的人工合成有機(jī)物污染。利用氧化技術(shù)處理含藻水源水時(shí)，存在著胞內(nèi)有機(jī)物釋放以及DBPs生成的風(fēng)險(xiǎn)，如何有效防止藻細(xì)胞內(nèi)有機(jī)物的釋放和DBPs的生成是氧化技術(shù)應(yīng)用于處理有機(jī)復(fù)合污染水源水急需解決的問題。

3.4 膜技術(shù)

膜技術(shù)具有高效、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，因此被認(rèn)為是一種潛力巨大的分離污染物質(zhì)的方法，已廣泛應(yīng)用于水和廢水的深度處理方面。但直接利用膜工藝除藻或腐殖質(zhì)類物質(zhì)時(shí)，藻類和腐殖質(zhì)易于造成嚴(yán)重的膜污染。為避免膜污染的發(fā)生，在膜工藝之前加上預(yù)氧化、混凝或活性炭吸附等預(yù)處理單元對(duì)水源水先行預(yù)處理，可取得了對(duì)含藻或腐殖質(zhì)水源水良好的處理效果。相比之下，利用膜技術(shù)截留水源水中SOCs的工藝比較簡(jiǎn)單，但其應(yīng)用受水質(zhì)條件、對(duì)象有機(jī)物特性的影響較大。膜技術(shù)在有機(jī)復(fù)合污染水源水處理應(yīng)用時(shí)會(huì)由于水質(zhì)的復(fù)雜性而嚴(yán)重抑制其效能的發(fā)揮。

3.5 生物技術(shù)

以生物方法處理有機(jī)復(fù)合污染水源水的研究多集中在對(duì)藻類和人工合成有機(jī)物的處理。常用的生物法除藻方式主要有兩種：①借助種植于水體中的水生生物、放養(yǎng)的水生生物、細(xì)菌及病毒抑制或吞噬藻細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)對(duì)藻類的控制和降解。②借助人工設(shè)計(jì)的反應(yīng)器，通過培養(yǎng)合適的微生物實(shí)現(xiàn)對(duì)藻類的降解去除[8]。在利用微生物降解人工合成有機(jī)物的工藝中以膜生物反應(yīng)器的研究居多。采用生物法處理含藻水，不需要向水中引入任何的化學(xué)藥劑，因而不會(huì)引起水體的二次污染。但生物處理法一般需要較長(zhǎng)的處理周期，工藝運(yùn)行時(shí)受到水域內(nèi)外多種環(huán)境因素的限制，反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和管理技術(shù)難度較大，這些都限制了生物技術(shù)在有機(jī)復(fù)合污染水源水處理中的使用。

4 結(jié)論

強(qiáng)化混凝技術(shù)、吸附技術(shù)、氧化技術(shù)、膜技術(shù)及生物技術(shù)等均有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，由于水質(zhì)的復(fù)雜性及不確定性，實(shí)際運(yùn)行中，單一的方法有時(shí)并不能達(dá)到理想效果，往往需要考慮多種方法的聯(lián)合使用，比如吸附工藝與氧化工藝的聯(lián)用，吸附與混凝工藝的聯(lián)用，氣浮、吸附與膜工藝的聯(lián)用，可大幅提升有機(jī)復(fù)合污染水源水的處理效果。

[1]曲久輝.對(duì)未來中國(guó)飲用水水質(zhì)主要問題的思考[J].給水排水，2011（04）：1～3.

[2]李 勇，張曉健，陳 超.我國(guó)飲用水中嗅味問題及其研究進(jìn)展[J].環(huán)境科學(xué)，2009（02）：583～588.

[3]王曉燕，尚 偉.水體有毒有機(jī)污染物的危害及優(yōu)先控制污染物[J].首都師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2002（03）：73～78.

[4]雷國(guó)元，張曉晴，王丹鷥.聚合鋁鹽混凝劑混凝除藻機(jī)理與強(qiáng)化除藻措施[J].水資源保護(hù)，2007（05）：50～54.

[5]楊 玘.硅藻土強(qiáng)化混凝處理微污染原水及除藻性能研究[D].浙江大學(xué)，2015.

[6]曹亞麗.硅藻土的有機(jī)改性及其對(duì)腐植酸的吸附[J].青島科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2006（06）：486～489.

[7]李 爽，韓 偉，于建偉，等.水庫(kù)水中硅藻的預(yù)氧化特征及強(qiáng)化混凝控制效果研究[J].城鎮(zhèn)供水.2011（05）：69～71.

[8]余亞琴，呂錫武，吳義鋒.改進(jìn)型ABR處理太湖富藻水啟動(dòng)研究[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014（03）：94～100.

Research Progressin theTreatmentTechno1ogyof Organic Combined Po11utant in Drinking Water

Zhou Bibo1，2，Wang Yunchao3，Zhang Gang3，Zhu Fengfeng3
（1.JSTI-NanJing BoLai Urban P1anning&Design Institute Co，Ltd；2.NanJing QiXianTong Environmenta1&Techno1ogy Co，Ltd；3. NanJing CITYAGENT Urban P1anning Designco，Itd）

This artic1e ana1yzed character of organic combined po11utant in drinking water，expounded the formation cause and harming of organic combined po11utant in drinking water，ana1yzed the enhanced coagu1ation process，adsorption process，oxidation techno1ogy,mono1ayer techno1ogy and biotechno1ogy used in the treatment of organic combined po11utant in drinking water in most cities of our country.

organic combined po11utant；drinking water；research progress

TU991.2

A

2095-2066（2016）34-0006-02

2016-11-17

周碧波（1980-），男，工程師，碩士研究生，從事水污染防治及市政給水排水工程咨詢、設(shè)計(jì)與施工管理工作。