摘要：水环境污染造成的饮用水源水水质下降及传统给水处理工艺的缺陷导致饮用水中含有THMs，MX等致癌物及其它有机物，严重威胁人体健康。水处理工作者对传统工艺进行了诸多改进，并开发了种类繁多的新型物理、化学技术及生物预处理技术。本文对三者进行了系统的总结，认为：生物预处理技术在成本上能够为我国大部分地区所接受，毒理学安全，见效快，它与改进后的传统工艺的联用应成为国内水厂改善出水水质的选择方法。
关键词：饮用水 微污染水 生物预处理
Present Situation and Development of Micro-polluted Water Treatment
Xiao Hua Zhou Rongfeng
National Engineering Research Center for Urban Pollution Control， Tongji University， Shanghai， 200092
Abstract：The deterioration of raw water quality caused by water pollution and the deficiency of conventional water treatment technique results in the drinking water containing THMs，MX and other organic pollutants which seriously threaten human health.Scientists and engineers have improved the conventional technique in several aspects，developed many physical，chemical techniques and biological pretreatment processes.This article systematically analyses these three techniques.It is concluded that biological pretreatment can be accepted by most areas of China in cost，and this process is also eco-toxicologically safe，the combination of it and improved conventional technique should be the top priority for China‘s water treatment plants to better the drinking water quality.
Key Words：Drinking water，micro-polluted water，biological pretreatment.
水是人类的生存与发展，社会的文明与进步的基本保障。饮用水更是与我们每个人的日常生活息息相关。由于近几十年工业化的迅速发展，城市化规模的不断扩大，人们在生活和生产过程中排放出来的污染物对源水水质的污染已经愈演愈剧，源水受污染的程度越来越严重，水中有机物质逐渐增多。从20世纪60年代以来，不少地区饮用水水源水质日益恶化；同时，随着水质分析技术逐渐改进，水源和饮用水中能够测得的微量污染物质的种类也不断增加，人们在饮用水的水质净化中又碰到了新问题。针对源水中出现的新污染问题，进入20世纪70年代以后，人们就开始着手对水质净化的新技术进行了研究，并且已经有很多技术在实际生产中应用，取得了较好的效果。
1、物理技术
1.1 吹脱
吹脱是利用水中溶解化合物的实际浓度与平衡浓度之间的差异，将挥发性组分不断由液相扩散到气相中，达到去除挥发性有机物的目的。吹脱法具有费用低、操作简单的优点，但对难挥发的有机物去除效果差。对于含有可挥发性化合物的污染原水，用填料塔进行曝气吹脱是一种行之有效的方法。早期的空气吹脱只限于去除水中H2S等产生嗅和味的挥发性化合物及CO2.从70年代末起，空气吹脱已开始用于去除挥发性有机污染物，并得到广泛的研究和应用。能挥发去除的有机物有：苯、氯苯、二氯甲烷、四氯甲烷、二氯苯、三氯乙烯、四氯乙烯、三氯甲烷等。在114种应优先去除的污染物中，可用吹脱去除的有31种。去除效果与接触时间、气液比、温度、蒸汽压有关。当气液比为1：1时，三卤甲烷去除率达10%以上，当气液比为20：1时，可高达85%，并可显著改善色、嗅、味[1].
1.2 吸附
吸附处理技术是指利用物质强大的吸附性能来去除水中污染物的技术。目前用于水源水处理的吸附剂有活性炭（AC）、硅藻土、二氧化硅、活性氧化铝、沸石、离子交换树脂，其中用得最多的是对水中有机污染物和臭味有较强吸附作用的疏水性物质—活性炭。
活性炭（AC）具有丰富微孔结构和表面憎水性，其对水中某些污染物有极强的亲和力，是有效的去除方法。美国大多数水处理工作者认为，活性炭吸附是从水中去除多种有机物的“最佳实用技术”，可作为其它深度处理技术的一个参照标准。活性炭可经济有效的去除嗅、味、色度、氯化有机物、农药、放射性污染物及其它人工合成有机物。活性炭应用可以单独采用，亦可以与其它方法组合使用而取得更佳效果。如活性炭与预氧化同时使用，可减少氯化有机物的生成量，此外还有生物活性炭等方法。水处理中颗粒活性炭（GAC）使用较多，并已发展为球形活性炭、浸透型活性炭、高分子涂层活性炭等多种类型。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，再生困难，对大部分极性短链含氧有机物，如甲醇、乙醇、甲醛、丙酮、甲酸等不能去除[2].人们开始研制有效、价廉的粘土吸附材料作为水处理吸附剂。粘土的比表面积大，低温再生能力强，储量丰富，但大量粘土投入混凝剂中也增加了沉淀池的排泥量，给生产运行带来了一定困难。目前这类吸附剂大多数仍处于研究阶段，重点在于对其吸附性能和加工条件、表面改性等方面的探讨，以期提高吸附容量和吸附速率。
合成树脂吸附，如聚苯乙烯—二乙烯基苯聚合物，但因其再生或洗脱困难，比表面积小，费用较高而使其应用受到一定限制。此方法虽然运行成本高，灵活性不如活性炭，但由于是人工合成产品，其微孔尺寸可按需要改变。另外，其水中污染物吸附可逆性好，可用NaCl—NaOH再生，比活性炭再生方便。而且随着高分子工业的发展，其开发潜力很大。
无机吸附剂中研究较多的是活性氧化铝吸附。氧化铝是一种两性物质，等电点约为pH9.5，当水中pH小于9.5时吸附阴离子，大于9.5时吸附阳离子。因此，可以因吸附目的不同，而对氧化铝进行改进，如酸改性、碱改性，从而获得最佳吸附容量。另外，因Ca、Mg的活性比Al强，还可以进行酸（碱）的钙、镁修饰，可与腐殖酸形成共价键的有机金属络合物，去除腐殖酸达60—75%[1].
1.3 膜过滤技术
膜分离法是新兴的高分离、浓缩、提纯、净化技术，是用天然或人工合成高分子薄膜做介质，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分溶液进行过滤分离、分级提纯和富集的物理处理方法。膜法在美国被EPA推荐为最佳工艺之一，日本则把膜技术作为21世纪的基盘技术，并实施国家攻关项目“21世纪水处理膜研究（MAC21）”，专门开发膜净水系统[3].目前常见的膜法有：微滤、超滤、纳滤、反渗透、电渗析、渗透蒸发、液膜及刚出现的毫微滤技术等。从膜滤法的功能上看，反渗透能有效的去除水中的农药、表面活性剂、消毒副产物、THMs、腐殖酸和色度等。纳滤膜用于分子量在300—1000范围内的有机物质的去除。而超滤和微滤膜可去除腐殖酸等大分子量（大于1000）的有机物。因此，膜滤技术是解决目前饮用水水质不佳的有效途径[4].膜法能去除水中胶体、微粒、细菌和腐殖酸等大分子有机物，但对低分子量含氧有机物如丙酮、酚类、酸、丙酸几乎无效。把膜工艺进一步应用到给水处理中的障碍是：基建投资和运转费用高，易发生堵塞，需要高水平的预处理和定期的化学清洗，还存在浓缩物处置的问题。然而，随着清洗方式的改进，膜堵塞和膜污染问题的改善以及各种膜价格的降低，相信在不久的将来，膜法一定会在给排水领域造成重大影响。
2、化学技术
2.1 预氧化技术
预氧化技术是指向原水中加入强氧化剂，利用强氧化剂的氧化能力，去除水中的有机污染物，提高混凝沉淀效果。常用的氧化剂有氯气、臭氧和高锰酸钾等[5].
臭氧氧化法是在水处理中受到普遍关注的氯消毒副产物对人体具有致命危害之后开始重视并广泛采用的方法。臭氧（O3）是应用最广泛的新型氧化剂。O3可提高水中有机物的生化性，有助于提高絮凝效果，减少混凝剂的投加量，但有资料表明：（1）含有有机物的水经O3处理后，有可能将大分子有机物分解成小分子有机物，在这些中间产物中，也可能存在致突变物。（2）在O3投量有限的情况下，不可能去除水中氨氮，因为当水中有机氮含量高时，O3把有机氮氧化成氨氮，致使水中氨氮含量反而增高。（3）O3对水中一些常见优先污染物如三氯甲烷、四氯化碳、多氯联苯等物质的氧化性差，易生成甘油、络合状态的铁氰化合物、乙酸等，从而导致不完全氧化产物的积累。
高锰酸钾预氧化可控制氯酚、THMS的生成，并有一定的色、嗅、味去除效果，对烯烃、醛、酮类化合物也有较好的去除能力。但经高锰酸钾氧化后的产物中，有些是碱基置换突变物前驱物，它们不易被后续工艺去除，当Cl2投量高时，前驱物转化为致突变物，增加出水的致突变活性。
二氧化氯（ClO2）可有效破坏藻类、酚，改善水的色、嗅、味。二氧化氯是氧化剂，不是氯化剂，不会像Cl2那样与水体中的有机物发生卤代反应而生成对人体有害的、致癌的有机卤代物。有研究认为，甚至ClO2本身的氧化作用也能去除THMS的前体物。但是，往往由于氧化不彻底，一些小分子有机物更易生成三卤甲烷。
2.2 光化学氧化法
光化学氧化法是在化学氧化和光辐射的共同作用下，使氧化反应在速率和氧化能力上比单独的化学氧化、辐射有明显提高的一种水处理技术。光氧化法均以紫外光为辐射源，同时水中需预先投入一定量氧化剂如过氧化氢，臭氧或一些催化剂，如染料、腐殖质等。它对难降解而具有毒性的小分子有机物去除效果极佳，光氧化反应使水中产生许多活性极高的自由基，这些自由基很容易破坏有机物结构。属于光化学氧化法的如光敏化氧化，光激发氧化，光催化氧化等[6].
光激发氧化法是以臭氧、过氧化氢、氧和空气等作为氧化剂，将氧化剂的氧化作用和光化学辐射相结合，可产生氧化能力很强的自由基。紫外—臭氧联用技术可以氧化臭氧所不能氧化的微污染水中的有机物，如三氯甲烷、六氯苯、四氯化碳、苯，使之变成CO2和H2O，降低水中的致突变物活性，其氧化效果比单独使用UV和O3要好。但是，紫外—臭氧工艺对有机物或THMs的去除能力还有待进一步探讨，而且该工艺费用较高，还不容易推广应用。
光催化氧化法是在水中加入一定数量的半导体催化剂，它在紫外线辐射下也能产生强氧化能力的自由基，能氧化水中的有机物，常用的催化剂有TiO2.该方法的强氧化性、对作用对象的无选择性与最终可使有机物完全矿化的特点，使光催化氧化在饮用水深度处理方面具有较好的应用前景。但是TiO2粉末颗粒细微，不便加以回收，同传统净水工艺相比，光催化氧化处理费用较高，设备复杂，近期内推广使用受到限制。光催化氧化投入实际应用所需要解决的主要问题是确定长期运行过程中催化剂中毒情况及寻求理想的再生方法；解决催化剂的分离回收或固定化问题；反应器的设计及提高光能利用率等。可以预见，随着研究的不断深入，光催化氧化必将越来越得到重视[7].来源：考试大
光敏化降解主要的研究对象是水环境中的石油污染物直链烷烃。敏化剂能够从直链烷烃的碳原子上夺取氢原子后生成羟基，在氧的作用下使其降解为酮、烯、醛、醇等。这些化合物均比烷烃更加容易被水环境中的微生物所降解。光敏化降解常用的敏化剂是蒽醌[8].
光化学氧化法目前尚处于研制阶段，由于运行成本较大，尚难大规模的在生产中应用，但该项技术发展很快，在生产上的应用将为期不远。
