2024年5月23日发(作者：)

现阶段常用的饮用水深度处理技术

摘要

饮用水的净化技术与工程设施是保障人们饮水卫生安全的重要措施，它是人

类在与水源污染及由此引起的的疾病所做的长期斗争中产生的，随着水源水污染

及由此引起的疾病的变化，人们对常规处理进行深度处理使人们用上洁净的水。

本文主要对臭氧氧化技术、活性炭吸附技术、生物活性碳技术、膜分离技术、深

度氧化技术进行了简单的阐述。

关键词：臭氧氧化技术，活性炭吸附技术，生物活性碳技术，膜分离技术，深度

氧化技术

一．臭氧氧化技术

臭氧氧化技术应用最广泛、最成功的领域是饮用水处理[1]。臭氧是一种很

强的氧化剂和消毒剂，其氧化还原电位在碱性环境中仅次于氟，远远高于水厂常

用的消毒剂液氯。研究发现，臭氧与有机物的反应具有较强的选择性，它对水中

己形成的三卤甲烷几乎没有去除作用。同时臭氧氧化还可导致水中可生物降解物

质增多，使出厂水的生物稳定性降低，容易引起细菌繁殖。这些因素的存在，使

得臭氧很少在水处理中单独使用。

臭氧在饮用水处理得主要应用有预氧化和后氧化[2]。预氧化主要用途为改

善感官之指标，铁、锰以及其它重金属，藻类，助凝，将大分子有机物氧化为小

分子有机物，氧化无机物质如氰化物、硝化物等。臭氧后氧化主要与生物活性炭

联用即臭氧—生物活性炭(O

3

—BAC)法。进水先经臭氧氧化，使水中大分子有机

物分解为小分子状态，这就提高了有机物进入活性炭微孔内部的可能性[3]。活

性炭能吸附臭氧氧化过程中产生的大量中间产物，包括解决了臭氧无法去除的三

卤甲烷及其前驱物质，并且微生物附着其上，可以发挥生化和物化处理的协同作

用，从而延长活性炭的工作周期，保证了最后出水的生物稳定性[4]，O

3

— BAC

现己广泛地推广应用于欧洲国家如法、德、意、荷等上千座水厂中，在欧洲臭氧

活性炭技术己被公认为处理污染原水、减少饮用水中有机物浓度最有效技术[5]，

该项技术在我国正在逐步推广应用[6]。目前对臭氧氧化机理研究和如何利用臭

氧更有效去除饮用水中有机物的研究成为给水处理中关注的重点。

二．活性炭吸附技术

活性炭是目前所有饮用水深度处理技术应用最广泛的一种深度处理技术。活

性炭可经济有效的去除嗅、味、色度、氯化有机物、农药、放射性有机物及其它

人工合成有机物，且生产方便[7]。

活性炭是一种多孔性物质，内部具有发达的孔隙结构和巨大的比表面积。其

1

中微孔构成的内表面积占总表面积的95%以上。研究表明，活性炭对有机物的去

除主要是微孔吸附作用。活性炭的孔径特点决定了它对不同分子大小有机物的去

除效果不同。活性炭的孔隙一般可分为大孔、过渡孔和微孔。大孔主要分布在活

性炭表面，对有机物的吸附作用甚微。过渡孔是水中大分子有机物的吸附场所和

小分子有机物进入微孔的通道。微孔则是活性炭吸附有机物的主要区域。有试验

结果表明，活性炭对分子量在500—3000的有机物有十分显著的去除效果，去除

率一般为70%一86.7%[8]。

常用的活性炭主要有粉末活性炭(PAC)和颗粒活性炭(GAC)两大类。PAC价

格便宜，基建投资省，不需要增加特殊设备和构筑物。尤其适用于水质季节性及

突发性事故的水源净化处理。今年来，国外对粉末活性炭的研究较多，已经深入

到对各种具体污染物的吸附能力的研究。我国还处于初步尝试阶段[9]。GAC在

应用水处理种较多，处理效果也较稳定，美国环保署(USEPA)饮用水标准的64

项有机物指标中，有51项将GAC列为最有效技术(BAT)。GAC处理工艺的缺点

是基建和运行费用较高，且存在易滋生细菌产生亚硝酸盐等致癌物，相对短期或

突发性污染适应能力差等。如何进一步降低基建投资和运行费用，降低活性炭再

生成本，PAC技术的深入研究应用将成为今后的研究重点。

三．生物活性炭技术

生物活性炭(BAC)是指水处理过程中，有意识地助长在活性炭吸附中的好氧

生物活性的处理工艺。微生物和活性炭有多种结合方式，它取决于炭粒大小和微

生物种属，以及水中基质的条件等。对颗粒炭而言，微生物群落可以分散在炭段

表面，也可以成膜盖在整个炭粒外表面。活性炭是一种兼有吸附、触媒和化学反

应活性的多功能载体。微生物附着其上，可以发挥生化和物化处理的协同作用，

从而延长活性炭的工作周期，大大提高处理效率，改善出水水质，并能处理那些

采用单纯生化处理或炭吸附法所不能去除的污染物。生物活性炭不足之处在于一

般采用自然挂膜方式，时间较长；进水浊度高，活性炭微孔极易被阻塞，导致活

性炭的吸附功能下降，在长期高浊度下，会造成活性炭的使用周期缩短：进水水

质的PH值适用范围窄，抗冲击负荷差等[10]。今后的研究重点是降低投资成本

和增加各种预处理措施与BAC联用提高处理效果。

四．膜分离技术

膜分离技术是以高分子分离膜为代表的一种新型的流体分离单元操作技术。

具有工艺适应性强、处理规模可大可小、操作及维护方便、易于实现自动化等特

点[11]。膜分离法最大的特点是分离过程中不伴随有相的变化，仅靠一定的压力

作为驱动力就能获得很高的分离效果，是一种非常节省能源的分离技术。膜分离

技术在饮用水深度处理中有广泛的应用，包括微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)、

2

反渗透(RO)等。各种膜的特点如表1.1中所示

表1-1各种膜的特点

膜种类

膜孔径μｍ

操作压力MPa

水处理中分离的

物质

MF

0.1~10

0.1~0.3

粒径大于0.1μ

ｍ的粒子

UF

0.005~0.1

0.3~1

分子量>500的

大分子和细小胶

体微粒、细菌

NF

0.001~0.002

0.4~1.5

绝大部分致突变

物质、TOC、硬

度、细菌

RO

0.0005~0.08

1~10

绝大部分离子、

分胶体、细菌、

病毒

在膜处理技术中，反渗透(RO)、超滤(饰)、微滤(MF)、纳滤(NF)都能有效地

去除水中的臭味、色度、消毒副产物前体及其他有机物和微生物[12]，去除污染

物范围广，且不需要投加药剂，设备紧凑和容易自动控制。近年来，膜法在美国

受到高度重视特别是其对消毒副产物的良好控制性，被EPA推为最佳工艺之一。

但膜处理要求对原水进行严格的各种预处理和常规处理及定期的化学清洗，所以

膜滤的基建投资和运转费用高，并且仍然存在着膜堵塞和膜污染以及反渗透和纳

滤浓缩物处理问题。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

各种膜价格的下降，膜滤作为一种去除水中有机物和微生物的新工艺，将会对给

水处理产生重要的影响。

随着膜技术的发展，在膜性能提高的同时，制膜成本大幅度下降，以膜技术

为核心的饮用水深度处理技术得到迅猛发展。我国的膜技术在饮用水深度处理领

域的应用与世界先进水平尚有较大差距。今后的研究重点是开发、制造高强度、

长寿命、抗污染、高通量的膜材料，对于不同的污染源在用不同的膜技术及相应

的配套工艺，以达到降低投资和运行成本。在膜使用中着重解决膜污染、浓差极

化及清洗等关键技术问题。

五．生物预处理技术

目前生物预处理法主要有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化、生物流花床

等。其工作原理是利用附着在填料表面上的生物膜，使水中藻类与有机物不断地

为生物膜所吸附、分解、氧化。生物预处理与传统处理组合能大幅度降低NH

3

—N对有机物、铁、锰、酚去除率也很高，提高饮用水的安全性，而且还可以降

低混凝剂的投量，降低运行成本使后续处理工艺变得简单易于操作。生物预处理

的主要问题是对优先污染物去除较差，无法间歇运行等。进一步改进生物预处理

的工艺方法成为今后研究的重点[13]。

六．深度氧化技术

饮用水深度氧化技术( AOP)是指用产生羟基自由基的方式来对原水中的污

染物质进行更彻底的氧化。该技术的特点是具有极强的氧化能力，有机物去除率

3

高，对水中有机优先控制污染物如三氯甲烷、四氯化碳、三氯乙烯、四氯乙烯、

六氯苯及多氯联苯等也能有效进行分解且没有选择性。近年来，以提高·OH生

成量及生成速度为主要研究内容的深度氧化技术(ACT)得到了长足的发展，出现

了臭氧和过氧化氢(O

3

/H

2

O

2

)、臭氧和二氧化锰(O

3

/Mn

2+

)、臭氧和紫外线联用

(O

3

/UV)，臭氧和二氧化钛(O

3

/TiO

2

)等。研究还指出，饮用水深度氧化处理时的

耗氧速度不高，反应速率受水温变化影响很小，而且，PH值变化对催化剂活性

没有影响，使得在饮用水处理中无需调剂PH值。但深度氧化法的处理费用高，

设备复杂，该技术还处于实验室和中试阶段，在经济上还只限于小水量规模的处

理。在实际工程应用中解决长期运行过程催化剂的中毒及寻求理想的再生方法和

深度氧化处理装置实现简捷、小型化是今后研究的重点。以上各种预处理及深度

处理方法的基本作用原理概括起来，无非是吸附、氧化、生物降解、膜滤等4

种作用，即：或者用吸附剂的吸附能力去吸附水中有机物；或者利用氧化剂及物

理化学氧化法的强氧化能力分解有机物；或者利用生物氧化法降解有机物；或者

以膜滤法滤除大分子有机物。有时两种作用可同时发挥，如臭氧一活性炭联用即

发挥了氧化和吸附两种作用，在颗粒活性炭上滋生的微生物，同时还有生物降解

作用。

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