水中微污染有机物的处理方法研究进展
一、前言
微污染水源水是指受到有机物污染, 部分水质指标超过《地表水环境质量标准》( GB3838-2002) Ⅲ类水体标准的水体。微污染水一般是由于工业、农业和生活等方面产生的污水未经适当处理,直接排入供水水源导致的,微污染水主要含有微量有机物、农药、氨氮等有害污染物,常规水处理工艺很难将其除掉。随着工业的迅速发展, 微污染水源水污染日益严重,有害物质逐年增多, 尤其是近年来水源水体的富营养化现象不断加重, 水体中有机物种类和数量激增以及藻类大量繁殖, 现有常规处理工艺已不能有效保证水厂出水中有机物的去除效果, 无法满足人们对饮用水安全性的需要；同时, 随着水质分析技术的不断提高, 我国《生活饮用水水质指标》标准逐步提高。但是在当前水资源严重短缺的形势下,微污染水源水仍将是重要水源,根据微污染水的水质特点及供水水质的要求,许多学者提出了各种微污染水源水的给水处理工艺,主要包括强化常规处理、预处理和深度处理技术。
1.1 微污染水源水中有机物的特性及危害
微污染水源水中的有机物可以分为2类:天然有机物( natural organic matter, NOM)和人工合成有机化合物( synthetic organic compounds, SOC )。NOM是指动植物在自然循环过程中经腐烂分解所产生的物质,分为腐殖质和非腐殖质2个部分。腐殖质包含土壤浸析和从植物分解产生的有机物质——腐殖酸和富里酸等,非腐殖质包括亲水酸类,蛋白质,氨基酸,糖类等。SOC大多为有毒有机污染物,包括农药、挥发性有机物以及其它由工业废水带来的各种有机物质。
微污染水源水中有机物的存在,使得其对胶体的保护作用和稳定性得到提高,给水处理增加了难度。同时,水中有毒有机物难以降解,经常规加氯消毒后所产生的有机卤化物中有许多已被确认为是直接致癌物或诱发物,对人体健康有极大的潜在危害。虽然微污染水源水中的有机物浓度较低,但是水中可同化有机物质(assimilable organic compounds,AOC)会影响管网的稳定,引起细菌繁衍,导致疾病的传播;同时,部分有机物质具有生物富集性,易在人体组织内蓄积,对人体造成危害;此外,在常规水处理工艺加氯消毒环节中,有机物的存在还会引起消毒副产物( disinfect by products, DBP s)的生成,如:三卤甲烷类(THM s) 、卤乙酸类(HAA s)等“三致物质”。
1.2 我国给水水质指标的演变
近年来,随着工农业的迅速发展和城镇人口的剧增,大量工业废水和生活污水不经处理或处理不达标而直接排放,使我国许多城镇的地表水水源受到了不同程度的污染,有机物的种类和数量大大增加。逐步提高饮用水水质标准成为世界各国保障饮用水水质安全的重要手段,我国对水源水质的监测项目数也在逐步增多,标准值不断提高。2007年6月29 日, 我国新修订《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)与目前执行的1985年颁布的《生活饮用水卫生标准》( GB5749-85 )相比,水质指标由35项增加至106项,新标准106项指标包括微生物指标6项,毒理指标74项,感官性状和一般理化指标20项,消毒剂指标4项,放射性指标2项。各类指标中,可能对人体健康产生危害或潜在威胁的指标占80%左右,属于影响水质感官性状和一般理化指标即不直接影响人体健康的指标约占20%。新标准对生活饮用水的水源水要求套用了相关标准,如:以地表水为水源时应符合《地表水环境质量标准》( GB3838 - 2002 )；以地下水为水源时应符合《地下水质量标准》( GB /T14848-93)的要求。水中有机物的控制与去除已经成为严重影响净水水质进一步提高的问题之一。
二、微污染水源水处理工艺
目前对微污染水源水的处理工艺主要包括以下三大类:
①深度处理。
②预处理。
③强化处理。
2.1 深度处理技术
深度处理通常是指在常规处理工艺以后,采用适当的处理方法,将常规处理工艺不能有效去除的污染物或消毒剂副产物的前体物加以去除,提高和保证水质。应用较广泛的有生物活性炭深度处理技术、膜分离处理技术、臭氧活性炭联用深度处理技术、光催化氧化技术等。
2.1.1 生物活性炭深度处理技术
利用生长在活性炭上的微生物的生物氧化作用可以达到去除污染物的目的。生物活性炭深度处理技术利用微生物的氧化作用来增加水中溶解性有机物的去除效率, 延长活性炭的再生周期；同时,水中的氨氮可以被生物转化为硝酸盐, 从而减少了消毒环节氯气的投加量, 降低了三卤甲烷等“三致物质”的生成量。
2.1.2 膜过滤深度处理技术
该技术是新兴的高效分离、浓缩、提纯、净化技术, 是采用高分子膜作介质, 以附加能量作推动力, 对双组分或多组分溶液进行表面过滤分离的物理处理方法。
20 世纪80 年代后期, 该技术在欧美和澳大利亚开始进入实用阶段, 是深度处理的一种高效手段, 反渗透(RO)、超滤(UF)、微滤(MF)和纳滤(NF)均能有效去除水中嗅味、色度、消毒副产物前体及其他有机物和微生物等，去除范围广, 且不需要投加药剂。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、THM s、腐殖酸和色度等。纳滤膜用于分子量在300～1 000 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( > 1 000) 的有机物。近年来, 该技术在美国受到高度重视, 被EPA 推荐为控制消毒副产物的最佳工艺之一。它具有物质不发生相变、分离系数大、在常温下运行、适用范围广、装置简单、操作方便等特点。其技术特点是能提供稳定可靠的水质。膜法对进水的要求较高, 其进水必须要经过严格的各种预处理和常规处理, 以改善膜的水通量, 避免因频繁的膜淤塞和污染等问题而提高运行成本, 同时RO 和NF 的浓缩液与常规水处理产生的废水不同, 其处理也是必需考虑的一个棘手问题, 又由于该工艺产水量小、成本高等原因, 目前还难以在我国大规模推广应用, 仅少量用于特种行业的水处理中。然而, 随着清洗方式的改进, 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得到较广泛的应用。
2.1.3 臭氧氧化技术
臭氧作为一种强氧化剂, 不仅可用于预处理中,而且在深度处理中有更长的应用历史。最初臭氧被用来作为消毒剂, 控制水的色度或嗅味, 又可用来去除水中有机物。受投放量的限制, 臭氧不能将水中有机物全部无机化, 但可将大分子有机物分解成分子较小的中间产物。臭氧预处理的水再经氯化消毒, 水中“三致”物质可能低于未预处理的水, 也可能更高, 其效果视水质而定, 这是因为臭氧副产物, 如醛、酮、醇、过氧化物氯化会产生三卤甲烷(THMs)。
2.1.4 臭氧活性炭联用深度处理技术
臭氧- 活性炭联用法采取先臭氧氧化后活性炭吸附, 在活性炭吸附中又继续氧化的工艺过程, 这样可以扬长避短, 使活性炭的吸附作用发挥得更好。目前国内水处理使用的活性炭能比较有效地去除小分子有机物, 但难以去除大分子有机物, 而水中有机物分子较大的多, 所以活性炭孔的表面面积将得不到充分利用, 势必将加速饱和, 缩短产水周期, 但在炭前或炭层中投加臭氧后, 一方面可使水中大分子转化为小分子, 改变其分子结构形态, 提供了有机物进入较小孔隙的可能性; 另一方面可使大孔内与炭表面的有机物得到氧化分解, 减轻了活性炭的负担, 使活性炭能充分吸附未被氧化的有机物, 从而达到水质深度净化的目的。但是该技术在臭氧破坏某些有机物结构的同时也可能产生一些带毒副作用的中间产物。在欧洲和美国, 其地表水水厂大多使用臭氧活性炭工艺: 瑞士有40%的水厂使用臭氧处理地表水, 其中80%与活性滤池联用; 德国有70 多家水厂应用臭氧活性炭工艺; 美国自1976 年开始研究臭氧活性炭技术, 现在已广泛应用于实际运行中。
2.1.4 光催化氧化技术
光催化氧化是以TiO2为代表的n型半导体为敏化剂的一种光敏化氧化, 氧化能力极强, 能氧化去除水中常见的有机污染物(包括细菌等), 最终产物是CO2和水等。据报道, 在美国佛罗里达州, 利用TiO2能脱除源水中97%的有机卤素化合物, 总有机碳(TOC)含量可降低90%以上,并能减少盐分、重金属等污染物。光催化氧化特点是氧化能力极强, 对水中多种微量有机物, 自来水中常见的多种氯化有机物, 包括难被臭氧氧化的六六六、六氯苯等均有良好的去除效果。经光催化氧化处理后, 有机氯化物已大量脱氢, 毒性大大降低, 使水质大为提高。
2.1.5 吸附处理技术
吸附处理技术是指利用某些材料强大的吸附性能来去除水中污染物的技术。目前用于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,其中用得最多的是活性炭。
2.1.5.1 活性炭吸附
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,是污染物有效的去除方法。活性炭可经济有效的去除嗅、味、色度、氯化有机物、农药及其它人工合成有机物,但是对于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。
2.1.5.2 沸石吸附
沸石对水中氨氮具有选择吸附作用,除了吸附性能外沸石还具有离子交换性能,催化性能,热稳定性及耐酸性等。另外还具有化学反应性、远红外辐射性、可逆脱水性等工艺性能。在沸石晶格中的空腔中K、Na、Ca等阳离子和水分子与格架结合得不紧,极易与其周围水溶液里的阳离子发生交换作用,交换后的沸石晶格结构也不被破坏。改性后,某些本来吸附性能较差的沸石变成吸附能力极强的新型沸石,因此改性沸石在微污染水预处理工艺中有应用推广前景。
2.1.5.3 其它吸附材料
粘土由于价廉、储量丰富、吸附效率高,作为水处理吸附剂被应用于饮用水处理过程中,但大量粘土的投加造成沉淀池排泥量的增加,提高了运行成本,造成了困难。活性氧化铝是一种两性物质,等电点为pH为9.5，当原水pH低于其等电点时,此吸附剂将吸附阴离子,反之,则吸附阳离子。对氧化铝进行适当改性后,可提高其对特定污染物的吸附容量。
除上述的处理方法外，还有利用紫外线和臭氧(UV-O3)结合的方法去除饮用水中的三氯甲烷；利用臭氧和过氧化氢混合法，去除饮用水中的微量污染物，包括苯化物、二氯硝基苯、22甲基异丁醇、四氯乙烯等。必须看到，深度处理水中微污染的方法或因经济因素，或因处理作用问题,他们都有局限性。例如，在欧洲普遍应用的生物活性炭法，由于活性炭的价格昂贵，在世界上的推广受到限制. 另外，生长有细菌的细小活性炭颗粒会在水力冲刷作用下，流入最后的消毒氯化处理，此时，由于附着在活性炭颗粒上的细菌聚合体，比单个的细菌细胞对消毒剂有更大的抗性，一般的氯化消毒往往难于杀死这些细菌。由于饮用水深度处理技术均存在各自的局限性，所以人们着手考虑采用一些新方法来弥补它们的不足，饮用水预处理技术正是在这样的条件下发展起来的。
2.2 预处理技术
预处理技术采用物理、化学和生物方法对水中的污染物进行初级去除, 使常规处理能更好地发挥作用, 减轻常规处理和深度处理的负担, 改善和提高饮用水水质。常用的预处理技术有化学氧化预处理技术、生物预处理技术和吸附预处理技术。
2.2.1 化学氧化预处理技术
化学氧化预处理技术是指依靠氧化剂的氧化能力,分解和破坏水中污染物的结构,达到转化或分解污染物的目的。目前采用的氧化剂主要有氯气、臭氧和高锰酸钾等。预氯化氧化是应用最早和目前应用最为广泛的方法。此法是在水源水输送过程中或进入常规处理工艺构筑物之前,投加一定量氯气,用以氧化因水源污染生成的微生物和藻类,控制其在管道内或构筑物内的生长,也可以氧化一些有机物和提高混凝效果并减少混凝剂使用量。但是,由于预氯化导致大量卤化有机污染物的生成,且不易被后续的常规处理工艺去除,可能造成处理后水质下降,所以预氯化氧化处理应慎重采用。由于臭氧具有很强的氧化能力,它通过破坏有机污染物的分子结构,以达到改变污染物性质的目的,而且不会像预氯化那样产生有害卤代化合物,本身也不会残留在水中,因此臭氧氧化法正逐渐被推广使用。高锰酸钾也是强氧化剂,马军教授、李圭白院士等对其助凝和除污染效能进行了试验研究。结果表明,高锰酸钾能显著控制氯化消毒副产物,使水中有机物数量、浓度都有显著降低,水的致突变活性由阳性转为阴性或接近阴性。总之,化学氧化法对去除水中的污染物有很好的效果,但氧化剂费用昂贵成了其全面推广的限制性因素。
2.2.1.1 预氯化
液氯是水厂中最常用的强氧化剂,应用较为广泛且成本较低,但由于源水中的大量有机污染物能与氯气反应,生成被怀疑具有三致作用的物质--三卤甲烷(THMs),同时源水中酚类物质含量较高时,预氯化可生成具有强烈刺激性气味的氯酚类物质,所以预氯化处理微污染水源水受到人们的质疑。
2.2.1.2 预臭氧化
臭氧能氧化有机物, 去除水中的色、嗅、味。可以与多种有机污染物反应,破坏有机物的不饱和键,降低有机物的分子量,但是预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机物浓度升高,而且臭氧将大分子有机物分解成小分子有机物,在中间产物中可能存在致突变物质。此外臭氧氧化有机氮可造成水中氨氮含量的升高。而且,原水中溴离子含量高时,会生成具有致癌作用的溴酸盐和次溴酸盐,后者与氯化消毒副产物前质作用,会生成毒性更强的溴代三氯甲烷。
2.2.1.3 高锰酸钾预氧化
高锰酸钾预氧化技术目前研究较多,并在多种源水中取得了较好的效果,通用性较好,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。哈尔滨建筑大学研制的高锰酸钾复合药剂去除水中有机污染物效果好,能显著地降低水的致突变性。但高锰酸钾氧化效果与原水的pH值有一定的关系,碱性条件下氧化效果不好,生成碱基置换类物质。
2.2.1.4 二氧化氯预氧化
二氧化氯(ClO2 )可有效破坏藻类、酚,改善水的色、嗅、味。二氧化氯不会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,一些小分子有机物在遇到氯消毒时更易生成三卤甲烷。
2.2.1.5 其他预氧化技术
过氧化氢的氧化性较强但单独使用时,分解速度较慢,效果不很明显,目前主要用于水的高级氧化( Fenton试剂,UV /H2O2,O3 /H2O2等)；高铁酸盐合成难度较大,稳定性需要提高,因而没有在水处理中推广应用的先例,但却是一种很有研究开发潜力的氧化剂。
2.2.2 生物预处理技术
生物预处理方法主要是借助微生物群体的新陈代谢活动,去除源水中多种有机物,包括腐殖酸、氨氮和硝酸盐氮等。目前研究应用的生物预处理工艺主要有生物接触氧化、生物陶粒滤料滤池、生物流化床、膜生物反应器、生物塔滤、生物流化床、生物转盘和淹没式生物滤池等。
2.2.2.1 生物接触氧化
生物接触氧化工艺是利用填料作为生物载体,微生物在曝气充氧的条件下生长繁殖,富集在填料表面上形成生物膜,其生物膜上的生物相丰富,有细菌、真菌、丝状菌、原生动物、后生动物等组成比较稳定的生态系统,溶解性的有机污染物与生物膜接触过程中被吸附、分解和氧化,氨氮被氧化或转化成高价形态的硝态氮。生物接触氧化法的主要优点是处理能力大,对冲击负荷有较强的适应性,污泥生成量少；缺点是填料间水流缓慢,水力冲刷小,如果不另外采取工程措施,生物膜只能自行脱落,更新速度慢,膜活性受到影响,某些填料,如蜂窝管式填料还易引起堵塞,布水布气不易达到均匀。另外填料价格较贵,加上填料的支撑结构,投资费用较高。
2.2.2.2 生物陶粒滤料滤池
陶粒滤料是一种新型的生物膜截体填料,具有质轻,比表面积大、吸附能力强等优点。与石英砂相比,比表面积为同体积石英砂的2～3倍,孔隙率为石英砂的1. 3～2.0倍。与砂滤池比较,平均滤速高(20～25 m /h),产水量大,过滤周期长,冲洗频率小,冲洗强度低。
2.2.2.3 生物流化床
流化床中的填料随水、气流的上升流速的增加而逐渐由固定床经膨胀床最后成为流化床。由于颗粒在反应器中处于流化状态,避免了生物滤池的堵塞现象,提高了水与生物颗粒的接触机会;同时可控制水流紊动对生物颗粒表面的剪力水平,从而控制填料上生物膜的厚度,有利于形成均匀、致密、厚度较薄且活性较高的生物膜。强化了水中可生物降解基质向生物膜内的传递过程,使生物流化床的单位容积的基质降解速率得到提高。但是生物流化床动力费用较高,且维护管理复杂。
2.2.2.4 膜生物反应器
膜生物反应器(MBR)是一种由膜分离单元与生物处理单元相结台的新型水处理技术,以膜组件取代二沉池在生物反应器中保持高活性污泥浓度减少污水处理设施占地,并通过保持低污泥负荷减少污泥量。与传统的生化水处理技术比,MBR具有以下主要特点:处理效率高、出水水质好；设备紧凑、占地面积小；易实现自动控制、运行管理简单。20世纪80年代以来,该技术愈来愈受到重视,成为研究的热点之一。
2.2.2.5 塔式生物滤池
轻质滤料的开发与采用,为塔式生物滤池的应用创造了条件。生物塔滤增加了滤池高度,分层放置填料,通风良好,克服了普通生物滤池(非曝气) 溶解氧不足的缺陷。国外广泛采用塑料材质大孔径波纹孔板滤料,我国常采用环氧树脂固化玻璃钢蜂窝填料。塔式生物滤池的净化作用也是通过填料表面生物膜的新陈代谢活动来实现的。塔式滤池的优点是负荷高,产水量大,占地面积小,对冲击负荷水量和水质的突变适应性较强。缺点是动力消耗较大,基建投资高,运行管理不便。
2.2.2.6 生物膨胀床与流化床
生物膨胀床是介于固定床和流化床之间的一种过渡状态,流化床中的填料随水、气流的上升流速的增加而逐渐由固定床经膨胀床最后成为流化床。生物膨胀床与流化床通过选用适度规格粒径(约为0. 2 mm～1. 0 mm) 的生物载体,如砂、焦炭、活性炭、陶粒等。采用生物膨胀床与流化床,可解决固定填料床中常出现的堵塞问题,进一步提高净化效率,且占地面积少。但由于保持膨胀或流化状态,消耗的动力费用较高,且维护管理复杂,在运行过程中还存在流化介质跑料现象,其工程应用还很少见。
2.2.2.7 生物转盘反应器
生物转盘在污水处理中已广泛采用,目前在给水处理领域,对某些污染程度较为严重的微污染水进行了一些研究。生物转盘的优点是有较好的耐冲击负荷能力,脱落膜易于清理处置。但存在的不足是生物氧化接触时间较长,构筑物占地面积大,盘片价格较贵,基建投资高。
2.2.2.8 新型生物反应器处理技术
膜生物反应器是膜处理和生物处理相结合的一种新工艺,它是指以超滤膜组件作为取代二沉池的泥水分离单元设备,并与生物反应器组合构成的一种新型生物处理装置。由于超滤膜能很好地截流来自生物反应器混合液中的微生物絮体、分子量较大的有机物及固体悬浮物质,并使之重新返回到生化反应器中,这就使反应器内的活性污泥浓度得以大大提高,从而能有效的提高有机物的去除率。另外,膜滤出水水质很好,系统所排放剩余污泥也很少。
2.2.3 吸附处理技术
吸附处理技术是指利用某些材料强大的吸附性能来去除水中污染物的技术。目前用于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,其中用得最多的是活性炭。
2.2.3.1 活性炭吸附
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,是污染物有效的去除方法。活性炭可经济有效的去除嗅、味、色度、氯化有机物、农药及其它人工合成有机物,但是对于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。
2.2.3.2 沸石吸附
沸石对水中氨氮具有选择吸附作用,除了吸附性能外沸石还具有离子交换性能,催化性能,热稳定性及耐酸性等。另外还具有化学反应性、远红外辐射性、可逆脱水性等工艺性能。在沸石晶格中的空腔中K、Na、Ca等阳离子和水分子与格架结合得不紧,极易与其周围水溶液里的阳离子发生交换作用,交换后的沸石晶格结构也不被破坏。改性后,某些本来吸附性能较差的沸石变成吸附能力极强的新型沸石,因此改性沸石在微污染水预处理工艺中有应用推广前景。
2.2.3.3 其它吸附材料
粘土由于价廉、储量丰富、吸附效率高,作为水处理吸附剂被应用于饮用水处理过程中,但大量粘土的投加造成沉淀池排泥量的增加,提高了运行成本,造成了困难。活性氧化铝是一种两性物质,等电点为pH为9. 5,当原水pH低于其等电点时,此吸附剂将吸附阴离子,反之,则吸附阳离子。对氧化铝进行适当改性后,可提高其对特定污染物的吸附容量。
2.3 强化处理技术
强化主要包括混凝、过滤、沉淀、消毒的强化。
2.3.1 强化混凝
天然水体中悬浮、胶态部分有机物主要是通过电性中和、吸附架桥、网捕沉淀得以去除,而且去除率较高。而水中分子质量较小、溶解度较大的有机物在一般混凝条件下去除率较低,通过强化混凝可以提高其去除率。强化混凝是指向水中投加过量的混凝剂并控制一定的pH值,从而提高常规处理中天然有机物(NOM)的去除效果,最大限度地去除消毒副产物的前体物(DBPFP),保证饮用水消毒副产物符合饮用水质标准的方法。美国的水处理工作者普遍认为, 强化混凝是实现消毒物/消毒副产物规定的第一阶段目标的最佳途径。因此, 目前采用强化混凝法去除有机物的研究很多。地面水的天然有机物主要是腐殖酸和富里酸, 它们与水形成大分子胶体真溶液。对于某一确定的原水, 必定有一最佳混凝剂。据文献报导, 在去除天然有机物时, 铁盐的混凝效果比铝盐好；阳离子高分子絮凝剂可单独作为混凝剂, 但阴离子型和非离子型絮凝剂单独应用效果不佳, 但当被用作助凝剂时, 则可发挥其提高固液分离的功能, 可有效地提高TOC的去除率。强化混凝去除天然有机物机理主要有:
(1) 混凝剂生成氢氧化物(Al(OH)3或Fe(OH)3)絮体对天然有机物吸附而将其去除；
(2) 天然有机物与混凝剂一起形成不溶性的络合物(铝的腐质酸盐和富里酸盐或铁的腐质酸盐和富里酸盐),该机理类似于电性中和。
强化混凝通常有以下几种方法:
(1) 增加混凝剂的投加量,使水中有机物的水化层压缩,水解阳离子与有机物阴离子电中和,消除由于有机物对无机胶体的影响,使无机胶体脱稳；
(2) 投加絮凝剂,增强吸附、架桥作用,使有机物易被絮体吸附而下沉；
(3) 完善混合、絮凝设备,调整混合与絮凝反应的时间,改善水力条件条件；
(4) 调整pH值,实践表明,一般有机物多时,pH值5～6效果较好；
(5) 投加氧化剂等如高锰酸钾复剂,强化混凝效果。
强化混凝去除天然有机物的效果受很多因素的影响, 主要包括:天然有机物种类组成和含量、混凝剂的种类和投加量、pH 值、碱度、水源水中的金属离子种类。混凝剂的种类是影响混凝效果的重要影响因素之一。中国科学研究院选用复合混凝剂处理高碱度、高pH 值的原水时发现: 复合混凝剂去除有机物效率比传统的混凝剂( 氯化铝和氯化铁)、聚合氯化铝高出了30%, 特别是在去除SUVA 和高分子量的亲水溶解性有机物时, 更显示出复合混凝剂的优势。L.Rizzo 等人对比了明矾、氯化铁及聚合氯化铝强化混凝去除三卤甲烷前体的效果,发现聚合氯化铝在去除浊度方面比明矾和氯化铁的效果更好, 但是在去除三卤甲烷前体物方面的效果不及明矾和氯化铁。混凝剂的投加量是天然有机物净化的关键。同济大学董秉直等采用强化混凝去除黄浦江水中的有机物研究表明: 就黄浦江水而言, 达到最佳有机物去除效果的硫酸铝投加量为8 mg/L(以Al计),pH为5.5时,DOC和UV254的去除率可分别达到46% 和57%。Jian- Jun Qin 等研究表明: pH值为5.2, 明矾投加量为5mgAl/L 是混凝去除水中的NOM的最优条件。此时,DOC的去除率达到45%, 比传统的混凝效果( 去除率为35%) 要高。
强化混凝需多投混凝剂或另投其它药剂,势必引起药剂费用与污泥处理费用的增加。
2.3.2 强化过滤
强化过滤是指通过选择合适的滤料,采取一定的措施和技术,使得滤料在去除浊度的同时又能降低有机物, 降低氨氮和亚硝酸盐氮的含量。去除氨氮极其盐类主要通过生物作用,普通快滤池由于采用了预加氯工艺,抑制了滤料中生物的生长,因此滤料层没有生物降解作用。强化过滤即要求在滤料中形成生物膜,既要有亚硝化杆菌,又要有硝化杆菌,去除一定量的氨氮、亚硝酸盐氮。该技术运行管理方面有较大的困难,例如要控制反冲洗强度,既能冲去积泥,又能保持一定的生物膜;要控制滤池的微环境有利于微生物的生长。通常强化过滤可采用的技术措施有:
(1) 选择合适的滤料,表面要有利于细菌的生长,并具有足够的比表面积,滤料的粒径和厚度必须保证滤后水浊度的要求；
(2) 选择合适的冲洗方法和冲洗强度,确保反冲洗既能有效地冲去积泥,又能保存滤料表面一定的生物膜；
(3) 滤池进水需保证足够的溶解氧以维持氨氮的硝化过程；
(4) 余氯的存在会抑制细菌生长,因此取消滤前加氯工艺,为了控制出厂水细菌指标在规定范围之内,需要对滤池出水进行消毒。
2.3.3 强化沉淀
新的强化沉淀分离技术基于几个论点：
(1)高效新型高分子絮凝剂的应用，强化和增加了絮凝体的净化特性；
(2)改善沉淀水流流态，减少沉降距离，大幅度提高沉淀效率；
(3)提高絮凝颗粒的有效浓度，促进絮凝体整体网状结构的快速形成。
当水进入沉淀区后，在水中很快形成悬浮状态的整体网状结构过滤层，进池原水通过该滤层以自下而上的分离清水和自上而下浓缩絮凝泥渣的过程，实现对原水有机物进行连续性网捕、扫裹、吸附、共沉等一系列综合进化，达到以强化常规工艺处理受污染水的目的。据介绍，该净化工艺在国外已有应用。聂小保等采用强化混凝与活性炭联用技术对赣江微污染水源水处理进行试验研究。试验结果表明，强化混凝与活性炭联用较常规工艺能减小出水浊度，显著提高COD 和UV 的去除率，并有效控制出水余铝含量。原水COD为4.10~4.25 mg/L右，UV0.2~0.3 mg/L时，中试系统出水浊度降低了12 %左右，出水COD和UV分别为0.5~0.7 mg/L和0.015~0.025 mg/L，各自去除率较传统工艺分别提高了36 %和40 %左右。试验出水余铝浓度均<0.2 mg/L，NH4-N去除率没有明显提高。
三、小结
水处理工作者经过几十年来的研究和探索, 开发出多种针对微污染水源水的处理方法, 主要有预处理、深度处理和常规处理的强化。但是, 任何一个处理单元都有各自的去除对象, 没有哪一个单元具有广谱的去污能力。这就要求我们在选择微污染水源水处理工艺时, 必须根据水源水质的特点和处理后水质的要求, 对各种处理单元进行有效合理的组合, 形成组合工艺, 充分发挥组合工艺中各处理单元的去污能力, 同时发挥各单元间协同互补的特点, 来获得经济、优质的饮用水。
要从根本上解决水源水水质问题, 须从多方面下手, 除开发新的水处理技术外, 还应从源头上控制污染物, 努力提高人们的环保意识。这不仅有利于饮用水水质的提高, 水源水水质的改善, 也是恢复生态平衡, 造福子孙后代的大事, 更是一个值得全人类共同关注的问题。
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