微污染源水中DBPs先质的去除方法

黄廷林，熊向陨
西安建筑科技大学 环境工程系，陕西西安710055

　　摘　要：简要介绍了去除微污染水源水中有机物的几种 有效的物化和生化处理技术，藉此掌握该领域的动态和进展情况。
　　关键词：水源水；有机污染；DBPs先质；去除方法
　　中图分类号：TU991.25
　　文献标识码：B
　　文章编号 ：1000-4602 (1999)11-0027-02

　　消毒副产物(DBPs)是水在消毒过程中，卤素元素(主要是氯)与水中自然有机物(NO M)进行反应的生成物。代表性的DBPs包括三卤甲烷(THMs)、卤代乙酸(HAA)等卤代有机化合物。THMs只是总有机卤化物(TOX)中挥发组分的一部分，而构成TOX的主要是不挥发组分，包括三氯乙酸(TCAA)、二氯乙酸(DCAA)和二氯乙腈(DCAN)等化合物。
　　凡是产生DBPs的物质称为DBPs的先质。NOM是最基本的DBPs先质，DBPs的形成直接与NOM的浓 度和种类有关^［1］，几乎所有水生NOM都可能在消毒过程中被氯化。水中NOM的来源是多种多样的，按其性质可分为两大类：一类是低分子量的有机质，如碳水化合物、蛋白质、肽类、氨基 酸、脂肪等，占水中有机质的10%～15%，这类较简单的有机物容易被降解，称为非腐殖质；另一类有机物结构复杂，分子量范围从几百到几千甚至几百万，它们是构成天然水体中有机 质的主要成分(85%～90%)，这种无定形的、暗褐色的亲水酸性有机物就是腐殖质。在所有腐殖质中，溶解态腐殖酸被认为是生成氯仿的最重要先质^［2、3］。武汉东湖水致突变 试验证明，腐殖酸是三卤甲烷和致突变物的主要先质之一，其含量与水样的致突变活性呈正相关^［4］。由此可见，水中腐殖酸类物质是生成DBPs最重要的先质。?

1 物化去除技术的现状

　　对于NOM的去除，美国水处理行业主要采用的方法有三种：强化絮凝、活性炭吸附和膜 过滤^［1］。?
　　主要通过提高絮凝剂投量和调节水的pH值来达到去除水中NOM的絮凝工艺称为强化絮凝。铝盐和铁盐已被证明能容易地絮凝NOM，对水中DBPs先质的去除有时可高达60%。采用强化絮凝工艺往往难以有效去除溶解态的DBPs先质，因而其去除率只能达到一定程度。活性炭吸附 和膜过滤是另两种相对昂贵的处理方法，要去除溶解性有机物，吸附是一种常用的处理方法。DBPs先质通过活性炭吸附一般要求至少10～15 min的接触时间，溶解有机碳去除率最多达 80%，出水几乎完全由非腐殖质和低分子的有机碳组成。膜滤用作NOM的去除是近几十年相对新的水处理工艺，膜滤中的超滤膜有一个范围较广的分子量，超滤的压力10～100kPa， 根据需要，致密超滤膜可以去除水中的一部分有机物。介于反渗透和超滤之间的是纳滤，纳滤的工作压力在75～150kPa之间，在美国北加利福尼亚州已经进行了大量的膜滤研究。对强化絮凝、活性炭吸附和膜滤(纳滤)工艺的NOM去除效率、运行操作和维护的复杂程度、每年投资三方面进行定性比较的结果表明：强化絮凝工艺投资少，但NOM的去除率受限；活性炭的使用中，过程的优化是最关键的问题，即希望知道特定的NOM和活性炭的特定性质才能达到NOM的高效去除。此外，预处理技术也将影响活性炭吸附的投资。膜处理工艺对NOM和DBPs先质的去除率最高，但处理费用比强化絮凝和活性炭吸附都要大。在美国，膜过滤的研究多限于地下水，因为地表水要求很高的预处理。至于这三种方法究竟能否推广用于NOM的去除，有待于进一步研究和试验。?

2 生物处理的应用与进展

　　在我国，饮用水水源中约有25%是湖泊水或水库水。传统的水处理工艺不能有效地去除水中的NH3-N和溶解性有机物，因此，目前国内有些研究者采用生物预处理(极少数采用臭氧——活性炭工艺)。生物预处理对水中的溶解有机物、NH₃-N均有良好的去除效果，其经济、简便、有效的优点使之成为处理微污染水源水强有力的手段。?
　　对于生物预处理，国内大多研究集中在生物滤池和生物陶粒反应器上。刘文君等在国内首次采用生产规模的生物陶粒滤池处理原水，试验结果表明，在水气比1∶1、空床滤速3.6～6.0m /h时，对源水中有机物和氨氮的去除率分别为13.6%～20.5%和70%～90%，减少了DBPs的形成。徐元勤等^［5］也对生物滤池进行了研究，结论基本一致，并且认为，采用生物滤池作为预处理，可减少水厂混凝剂投量60%以上。
　　生物陶粒反应器对微污染源水中的微量有机物具有较好的去除效果。在水温为10～17 ℃时 ，COD去除率为45%～51%，即使在低温下，COD的去除率仍维持在32%～35%。此外，生物陶粒反应器对于水中的NH₃-N、浊度和色度也有较好的去除效果。
　　80年代初期，日本就在传统净水工艺之前采用生物接触氧化法进行微污染源水的预处理，该工艺与其他物理化学方法相比较既经济又安全，但试验 结果表明，此方法去除氨氮效果较好，对溶解性有机碳(DOC)的去除则较差。?
　　传统的生物处理方法几乎都是把活性污泥法与生物膜法分别进行研究。美国学者率先将强 化传质的流化床工艺引入水处理领域，从而将活性污泥法和生物膜法结合起来，开发了高效、经济的生物流化床工艺。近年来，国内外学者对生物流化床的研究逐渐从探索性试验转向动力学机理和数学模式的研究。由于二相床布水及充氧设备的复杂性，目前三相床的研究颇 受青睐，尤其是内循环式三相生物流化床，在流态、充氧、脱膜等方面具有很大的优势。三相生物流化床通过气、固、液三相的接触，借助于上升流速，使颗粒呈流态化，具有良好 的混和、传质特性，有较高的氧传质系数。与其他工艺相比具有容积负荷高、生化反应速率快、抗冲击负荷能力强、生物膜活性好、氧利用率高、三相易于分离、流程简单、占地面积小、效率高、投资省等优点，被广泛应用于工业生产和废水治理中。
　　 生物流化床虽然在废水处理和污水的深度处理(硝化、脱氮)方面已取得了很好的效果，但用作饮用水水源净化预处理方面的研究尚未见报导。采用生物流化床去除三卤甲烷先质，应是一条值得探索的解决饮水消毒副产物问题的新途径。

参考文献：?

　　［1］PhilipCSet al. Control of disinfection by-products in drink ing water［J］.Journal Environmental Engineering, 1994,120:51.
　　 ［2］Adin A, Katzhendler J D?et al .Water Res,1991,25:797.
　　［3］陶澍等.引滦水中不同形态天然有机物的卤代活性［J］.环境科学学报，199 4，14(1).
　　［4］王家玲等.环境微生物学科研论文汇编［C］.北京：中国环境科学出版社，1 990.
　　［5］徐元勤等.微污染原水预处理试验研究［J］.中国给水排水.1997，13(3).
　　［6］于祚斌等.五种消毒剂消毒饮水后形成三卤甲烷的研究［J］.中国给水排水 ，1994，10(4).

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　　收稿日期：1999-05-02