饮用水中微量有机物去除技术的探讨

李兴权，曹 杰，田 晓

(1.承德石油高等专科学校资产与后勤管理处，河北承德 067000;2.承德石油高等专科学校建筑工程系，河北承德 067000;3.河北旅游职业学院园林艺术系，河北承德 067000)

饮用水中微量有机物去除技术的探讨

李兴权1，曹 杰2，田 晓3

(1.承德石油高等专科学校资产与后勤管理处，河北承德 067000;2.承德石油高等专科学校建筑工程系，河北承德 067000;3.河北旅游职业学院园林艺术系，河北承德 067000)

饮用水中的有机物是危害人体健康的重要污染源，由于城市建设的加速和工业的高速发展，有机物对饮用水的污染现象日趋严重。现对近年来来国内外采用的活性炭吸附技术、纳滤膜技术、生物过滤技术去除饮用水中微量有机物做了阐述，对饮用水处理的发展方向及应用前景进行了展望。

活性炭;纳滤;生物过滤;有机物

饮用水通常在常规工艺处理以后，采用适当的其他处理方法，去除微量有机物或其副产品，从而提高和保证饮用水水质。近年来活性炭、纳滤膜和生物过滤等去除饮用水中微量有机物的技术得到了广泛的应用［1-2］。

1 活性炭对饮用水中微量有机物的去除

1.1 活性炭的特性

活性炭由碳微晶粒和无定形碳所构成，孔隙结构发达、堆积密度低、比表面积很大(1 500m2/g以上)、吸附能力很强。活性炭对有机物的去除主要靠微孔吸附。活性炭对有机物去除的主要影响因素是有机物的极性与分子大小，有机物的分子小、溶解度小、亲水性差、极性弱易被吸附。活性炭的空隙分为微孔(＜2 nm)、中孔(2～50 nm)和大孔(＞50 nm)，微孔分为一级微孔(＜0.8 nm)和二级微孔(0.8～2 nm)。按外观形状可分为粉状活性炭、颗粒活性炭、成型活性炭和活性炭纤维。

1.2 活性炭的吸附机理［3］

活性炭对饮用水中微量有机物吸附能力的强度与活性炭本身的微孔结构和有机物的化学组成有关。活性炭最佳吸附范围孔径是1.7～35 nm，即活性炭的二级微孔和中孔。活性炭属于非极性分子，非极性分子中的电子和原子核都处在不断的运动状态之中，正负电荷重心之间会产生瞬时的相对位移产生瞬间偶极，根据同极相斥，异极相吸的原理，每个瞬间偶极必然处于异极相邻状态而相互吸引。吸附作用主要有物理相互作用和化学相互作用。

1)物理相互作用

物理相互作用包含排斥效应和微孔效应。尺寸排斥决定被吸附分子能够进入哪一级微孔，活性炭的微孔效应是由微孔和被吸附分子的相对尺寸分布决定的。尺寸排斥效应减少了活性炭对大分子有机物的吸附，综上所述有针对性的选择活性炭孔径能够更有效的增加活性炭吸附容量。

2)化学相互作用

化学作相互用对大分子有机物的吸附很重要，化学相互作用包括活性炭的表面化学特征以及吸附质和溶剂的性质。除非特性的色散力外，吸附质在水中的溶解度越小，活性炭对其吸附容量越大。活性炭表面与吸附质之间存在着特殊的相互作用，可能对活性炭的表面极性与溶剂产生影响。另外，可离子化的吸附质还受到作为溶剂的水的静电作用，pH值和离子强度等性质的影响。

2 纳滤膜对饮用水中微量有机物去除

在反渗透和超滤发展的基础上，20世纪70年代J.E.Cadotte研究开发了NS-300膜，将纳滤引入了膜技术领域。膜过滤作为新型的净水技术在国内得到了众多示范性的应用［4］。纳滤(NF，nanofitration)对有机物的截留率为90%左右，其分离特性介于反渗透和超滤之间。纳滤膜对截留各类有机物具有较强的功效，还可以适量的去除无机离子，能满足对水源更广泛的应用及要求。纳滤膜的一个很大特征是膜本体带有电荷性，溶质的分子粒径大小、电荷性留、扩散系数、亲疏水性以及分子极性等直接影响到所采用截留方法的选择。纳滤膜对溶质的截留机理主要有空间位阻效应、Donann效应、介电效应以及吸附效应等。此外由膜对有机分子和无机盐离子的截留，又会引起膜表面以及膜孔内产生化学污染，从而会改变其截留机理。

纳滤膜是去除饮用水中消毒副产物(DBPs)和其前驱物、对环境内分泌干扰物、对持久性有机物、对医药品与个人护理品(PPCPs)、生物可同化有机碳、对微囊藻毒素、致突变性生物指标的有效方法，上述物质都是饮用水中有害有机物。随着我国国民经济的不断发展、居民健康用水意识的提高，以及纳滤膜制备与应用技术的相对成熟，其在饮用水净化领域的规模及作用也越来越大［5］。

3 生物过滤对饮用水中微量有机物的去除

在微污染饮用水处理中，常用的生物膜工艺是生物过滤。它既可以高效去除悬浮颗粒，也可以借助于传统滤料(颗粒活性炭)上附着生长的生物膜去除可生物降解的有机物。生物过滤工艺已经在西欧国家得到广泛的应用。二十世纪中后期，西欧一些国家就所采用生物膜过滤技术及传统技术的结合有效的去除了水源中的氨氮和其他有机污染物。同期，美国等一些国家虽然对生物膜处理工艺展开了一些基础性研究但在饮用水处理上仍尽量避免采用生物处理工艺。直到1986年美国国会颁布“安全饮用水法案”后，美国国家环保局(EPA)对饮用水水质指标(包括三氯甲烷等)作出更严格的规定，美国有关高校与研究机构在美国EPA等部门的资助下才开展了一系列生物过滤工艺的进一步研究，其他一些国家包括加拿大、中国等国家也逐渐加大了生物膜工艺的研究力度。

生物膜法是利用附着生长于某些固体物表面或生物滤池的滤料上的微生物(即生物膜)去除污水中的有机物的方法。生物膜是由积聚数量可观的厌氧菌、好氧菌、兼性菌、真菌、原生动物以及藻类等组成的一个完善的生态系统，上面附着的固体介质被叫做滤料或载体。自滤料向外生物膜可分为庆气层、好气层、附着水层、运动水层。生物过滤机理是，生物膜首先吸附附着水层有机物，由好气层的好气菌将其分解，再进入厌气层进行厌气分解，流动水层则将老化的生物膜冲掉从而生长新的生物膜，从而达到反复使用的目的。生物过滤是目前减少饮用水有机污染、提高饮用水的安全性的较有竞争力的一种工艺［6］。

4 结语

传统饮用水处理技术的局限性和除微污染物处理技术的突飞猛进，使得优质饮用水的使用成为可能，但如何消除饮用水中的有机污染物的污染，形成一个经济上可行、技术上可靠、污染去除率高的饮用水深度处理方法是饮用水处理的发展方向所在。

［1］张荣，田向红，刘保华.我国饮用水现状及卫生标准发展［J］.中国卫生工程学，2004(3):14-17.

［2］丁增义.我们有多少消水可以期待［N］.解放军报，2005-04-09.

［3］付娟.生活饮用水一个值得关注的问题［J］.中国检验检疫，2004(11):56-58.

［4］朱延美，许宁，张文平.我国饮用水安全性研究现状［J］.北方环境，2004(6):44-45.

［5］Chung K，Fujiki I，Okabe S.Effect of formation of biofilms and chemical scale on the cathode electrode on the performance of a continuous twochamber microbial fuel cell.Bioresour.Technol，2011(102):355-360.

［6］Zhang YH，Mo GG，Li XW，Ye JS.Iron tetrasulfophthalocyanine functionalized graphene as a platinum-free cathodic catalyst for efficient oxygen reduction in microbial fuel cells.J.Power Sources，2012(197):93-96.

Removal Techniques of Trace Organics in Drinking Water

LI Xing-quan1，CAO Jie2，TIAN Xiao3
(1.Department of Asset and Logistics Management，Chengde Petroleum College，Chengde 067000，Hebei，China;2.Department of Construction Engineering，Chengde Petroleum College，Chengde 067000，Hebei，China;3.Department of Landscape Art，Hebei Tourism Vocational College，Chengde 067000，Hebei，China)

The organics in drinking water gives rise to water pollution easily，and it is the important factor that causes people’s health problems.As a result of the acceleration of city construction and the fast development of industry，the pollution phenomenon caused by the organics to drinking water has been on the rise.This paper makes an exploration of the active carbon adsorption technology，nanofiltration membrane technology and biofiltration technology adopted both at home and abroad in recent years，it also prospects for the application and development of the drinking water.

active carbon;nanofiltration;biofiltration;organics

TS275.1

B

1008-9446(2013)04-0030-02

2013-04-16

李兴权(1980-)，男，辽宁朝阳人，承德石油高等专科学校资产与后勤管理处讲师，硕士，研究方向为建筑工程技术及工艺。