微污染水源處理技術(shù)（二）

2．化學(xué)技術(shù)

　　2.1 預氧化技術(shù)

　　預氧化技術(shù)是指向原水中加入強氧化劑，利用強氧化劑的氧化能力，去除水中的有機污染物，

提高混凝沉淀效果。常用的氧化劑有氯氣、臭氧和高錳酸鉀等。

　　臭氧氧化法是在水處理中受到普遍關(guān)注的氯消毒副產(chǎn)物對人體具有致命危害之后開(kāi)始重視并廣

泛采用的方法。臭氧（O3）是應用最廣泛的新型氧化劑。O3可提高水中有機物的生化性，有助于

提高絮凝效果，減少混凝劑的投加量，但有資料表明：（1）含有有機物的水經(jīng)O3處理后，有可能

將大分子有機物分解成小分子有機物，在這些中間產(chǎn)物中，也可能存在致突變物。（2）在O3投量

有限的情況下，不可能去除水中氨氮，因為當水中有機氮含量高時(shí)，O3把有機氮氧化成氨氮，致

使水中氨氮含量反而增高。（3）O3對水中一些常見(jiàn)優(yōu)先污染物如三氯甲烷、四氯化碳、多氯聯(lián)苯

等物質(zhì)的氧化性差，易生成甘油、絡(luò )合狀態(tài)的鐵氰化合物、乙酸等，從而導致不完全氧化產(chǎn)物的積

累。

　　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(lèi)化合物也有較好的去除能力。但經(jīng)高錳酸鉀氧化后的產(chǎn)物中，有些是堿基置換突變物前驅物，

它們不易被后續工藝去除，當Cl2投量高時(shí)，前驅物轉化為致突變物，增加出水的致突變活性。

　　二氧化氯（ClO2）可有效破壞藻類(lèi)、酚，改善水的色、嗅、味。二氧化氯是氧化劑，不是氯

化劑，不會(huì )像Cl2那樣與水體中的有機物發(fā)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

些小分子有機物更易生成三鹵甲烷。

　　2.2 光化學(xué)氧化法

　　光化學(xué)氧化法是在化學(xué)氧化和光輻射的共同作用下，使氧化反應在速率和氧化能力上比單獨的

化學(xué)氧化、輻射有明顯提高的一種水處理技術(shù)。光氧化法均以紫外光為輻射源，同時(shí)水中需預先投

入一定量氧化劑如過(guò)氧化氫，臭氧或一些催化劑，如染料、腐殖質(zhì)等。它對難降解而具有毒性的小

分子有機物去除效果極佳，光氧化反應使水中產(chǎn)生許多活性極高的自由基，這些自由基很容易破壞

有機物結構。屬于光化學(xué)氧化法的如光敏化氧化，光激發(fā)氧化，光催化氧化等。

　　光激發(fā)氧化法是以臭氧、過(guò)氧化氫、氧和空氣等作為氧化劑，將氧化劑的氧化作用和光化學(xué)輻

射相結合，可產(chǎn)生氧化能力很強的自由基。紫外—臭氧聯(lián)用技術(shù)可以氧化臭氧所不能氧化的微污染

水中的有機物，如三氯甲烷、六氯苯、四氯化碳、苯，使之變成CO2和H2O，降低水中的致突變物

活性，其氧化效果比單獨使用UV和O3要好。但是，紫外—臭氧工藝對有機物或THMs的去除能力還

有待進(jìn)一步探討，而且該工藝費用較高，還不容易推廣應用。

　　光催化氧化法是在水中加入一定數量的半導體催化劑，它在紫外線(xiàn)輻射下也能產(chǎn)生強氧化能力

的自由基，能氧化水中的有機物，常用的催化劑有TiO2。該方法的強氧化性、對作用對象的無(wú)選

擇性與最終可使有機物完全礦化的特點(diǎn)，使光催化氧化在飲用水深度處理方面具有較好的應用前景

。但是TiO2粉末顆粒細微，不便加以回收，同傳統凈水工藝相比，光催化氧化處理費用較高，設

備復雜，近期內推廣使用受到限制。光催化氧化投入實(shí)際應用所需要解決的主要問(wèn)題是確定長(cháng)期運

行過(guò)程中催化劑中毒情況及尋求理想的再生方法；解決催化劑的分離回收或固定化問(wèn)題；反應器的

設計及提高光能利用率等。可以預見(jiàn)，隨著(zhù)研究的不斷深入，光催化氧化必將越來(lái)越得到重視。

　　光敏化降解主要的研究對象是水環(huán)境中的石油污染物直鏈烷烴。敏化劑能夠從直鏈烷烴的碳原

子上奪取氫原子后生成羥基，在氧的作用下使其降解為酮、烯、醛、醇等。這些化合物均比烷烴更

加容易被水環(huán)境中的微生物所降解。光敏化降解常用的敏化劑是蒽醌。

　　光化學(xué)氧化法目前尚處于研制階段，由于運行成本較大，尚難大規模的在生產(chǎn)中應用，但該項

技術(shù)發(fā)展很快，在生產(chǎn)上的應用將為期不遠。 

　　3．生物預處理技術(shù)

　　水源水生物處理技術(shù)的本質(zhì)是水體天然凈化的人工化，通過(guò)微生物的降解，去除水源水中包括

腐殖酸在內的可生物降解的有機物及可能在加氯后致突變物質(zhì)的前驅物和NH3—N，NO2—等污染物

，再通過(guò)改進(jìn)的傳統工藝的處理，使水源水水質(zhì)大幅度提高。常用方法有生物濾池、生物轉盤(pán)、生

物流化床，生物接觸氧化池和生物活性炭濾池。這些處理技術(shù)可有效去除有機碳及消毒副產(chǎn)物的前

體物，并可大幅度的降低NH3—N，對鐵、錳、酚、濁度、色、嗅、味均有較好的去除效果，費用

較低，可完全代替預氯化。

　　3.1 塔式生物濾池

　　輕質(zhì)濾料的開(kāi)發(fā)與采用，為塔式生物濾池的應用創(chuàng )造了條件。生物塔濾增加了濾池高度，分層

放置填料，通風(fēng)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(zhì)大

孔徑波紋孔板濾料，我國常采用環(huán)氧樹(shù)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(guò)

填料表面的生物膜的新陳代謝活動(dòng)來(lái)實(shí)現的。塔式濾池的優(yōu)點(diǎn)是負荷高、產(chǎn)水量大、占地面積小，

對沖擊負荷水量和水質(zhì)的突變適應性較強。缺點(diǎn)是動(dòng)力消耗較大，基建投資高，運行管理不便。

　　3.2 生物轉盤(pán)反應器

　　生物轉盤(pán)在污水處理中已廣泛采用，目前在給水處理領(lǐng)域，對某些污染程度較為嚴重的微污染

水進(jìn)行了一些研究。日本、我國臺灣地區以及國內學(xué)者的試驗研究表明，采用生物轉盤(pán)預處理在適

宜水力負荷下改善微污染水水質(zhì)是有效的。

　　生物轉盤(pán)的特點(diǎn)表現為，生物膜能夠周期的運行于空氣與水相兩者之中，微生物能直接從大氣

中吸收需要的氧氣（減少了溶液中氧傳質(zhì)的困難性），使生物過(guò)程更為有利的進(jìn)行。轉盤(pán)上生物膜

生長(cháng)面積大，生物量豐富，不存在類(lèi)似于生物濾池的堵塞情況，有較好的耐沖擊負荷的能力，脫落

膜易于清理處置。但存在的不足是生物氧化接觸時(shí)間較長(cháng)，構筑物占地面積大，盤(pán)片價(jià)格較貴，基

建投資高。

　　3.3 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(guò)渡狀態(tài)，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(jīng)膨脹床最后成為流化床。生物膨脹床與流化床通過(guò)選用適度規格粒徑（

約為0.2~1.0mm）的生物載體，如砂、焦碳、活性炭、陶粒等，采用氣、水同向混合自下而上，使

載體保持適度膨脹或流化的運轉狀態(tài)。與固定床相比，從兩個(gè)方面強化了生物處理過(guò)程：一方面，

載體粒徑變小，比表面積增大，單位溶劑的比表面積可達到2000~3000m2/m3，這大大提高了單位

生物池的生物量。另一方面，由于顆粒在反應器中處于自由運動(dòng)（膨脹或流化）狀態(tài)，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(huì )；同時(shí)可采用控制膨脹率的辦法來(lái)控制水流紊動(dòng)

對生物顆粒表面的剪力水平，進(jìn)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。這些都大大的強化了水中可生物降解基質(zhì)向生物膜內的傳遞過(guò)程，使生物膨脹

床、流化床的單位容積的基質(zhì)降解速率得到提高。生物膨脹床、流化床含有活性高的較大生物量，

處理水力負荷增大，并保證出水水質(zhì)良好。

　　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(wèn)題，進(jìn)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(tài)，消耗的動(dòng)力費用較高，且維護管理復雜，尤其是當池體

比較大的情況，如一旦停止運行，再啟動(dòng)很困難，運行中水力學(xué)條件難以控制等。在運行過(guò)程中還

存在流化介質(zhì)跑料現象，其工程應用還很少見(jiàn)。

　　3.4 生物接觸氧化法

　　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(cháng)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(dòng)物、后生動(dòng)物等

組成比較穩定的生態(tài)系統，溶解性的有機污染物與生物膜接觸過(guò)程中被吸附、分解和氧化，氨氮被

氧化或轉化成高價(jià)形態(tài)的硝態(tài)氮。反應過(guò)程如下：

　　有機污染物氧化反應

　　4CxHyOz+(4x+y-2z)O2——4xCO2+2yH2O+Q （1）

　　氨氮氧化方程式：

　　2NH4++3O2——2NO2—+4H++2H2O+Q （2）

　　2NO2—+ O2——2NO3—+Q （3）

　　生物接觸氧化法的主要優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)

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(jià)

格較貴，加上填料的支撐結構，投資費用較高。

　　現有生物接觸氧化法在曝氣充氧方式、生物填料上都有所改進(jìn)。國內填料已從最初的蜂窩管式

填料，經(jīng)軟性填料、半軟性填料，發(fā)展到近幾年的YDT彈性立體填料；曝氣充氧方式也從最初的單

一穿孔管式，發(fā)展到現在的微孔曝氣頭直接充氧以及穿孔管中心導流筒曝氣循環(huán)式。在一定程度上

，促進(jìn)了膜的更新，改善了傳質(zhì)效果。

　　3.5 膜生物反應器 

　　膜生物反應器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，英文稱(chēng)之為Membrane Bioreactor。由于超濾膜能夠很好的截留來(lái)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其他固體懸浮物質(zhì)，并使之重新返回生

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，從而能夠有效的提高有機物的去除率

。 

　　3.6 電生物反應器 

　　將電極裝置與生物反應器組合起來(lái)就構成了所謂電生物反應器（英文名稱(chēng)為Electro-

Bioreactor）。Mellor等的研究表明，在外加電流的條件下，由于電子的產(chǎn)生，生物膜和固定化

酶的反硝化作用得以強化，其反應方程為：

　　2H++2e—H2 （1）

  　2H2O+2e—H2+2OH— （2） 

　　2NO3—+5H2+2H+—N2+6H2O （3） 

　　顯然，通過(guò)對水的電解，陰極提供電子，產(chǎn)生氫，而氫作為電子供體與硝酸鹽發(fā)生了方程（3

）所示的反應，使生化反應速率及去除率得以提高，從而減少了水中硝酸鹽的含量。從原理上講，

這種方法除了可以實(shí)現反硝化處理外，還可以去除水體中的有機物，但目前對電生物反應器尚處于

基礎理論和動(dòng)力學(xué)研究階段，離實(shí)際應用還有相當一段距離。