有机复合污染水源水处理技术研究进展

周碧波，王云超，张 刚，朱峰峰

（1.苏交科-南京博来城市规划设计研究有限公司；2.南京七弦桐环保科技有限公司；3.南京城里人城市规划设计有限公司）

有机复合污染水源水处理技术研究进展

周碧波1，2，王云超3，张 刚3，朱峰峰3

（1.苏交科-南京博来城市规划设计研究有限公司；2.南京七弦桐环保科技有限公司；3.南京城里人城市规划设计有限公司）

本文分析了有机复合污染水源水普遍、多样、复杂的特征，阐述了水源水有机复合污染的构成及危害，介绍了目前我国大部分有机复合污染水源水处理中应用的强化混凝技术、吸附技术、氧化技术、膜技术及生物技术。

有机复合污染；水源水；研究进展

当前，我国正处于经济快速发展时期，生活、生产用水量及相应的排水量持续增加。相对落后的水处理工艺以及环保意识的薄弱，导致大量有机污染物随工业废水和生活污水未加处理或处理不达标而直接排入水体，引起水环境急剧恶化，致使饮用水水源水长期处于富营养化状态，藻类爆发现象时常发生，有机污染呈现多样性、复合性。水源水的有机复合污染会对民生和生态环境造成极大影响。本文对国内有机复合污染水源水处理技术进行了评价，为今后的有机复合污染水源水处理提供了参考依据。

1 水源水有机复合污染特征

1.1 污染现象普遍性

水环境作为一个开放体系的特性决定了它必然容纳多种物质，也就意味着任何一个水体污染都不可能来源自单一污染物，而应是多种物质的共同作用[1]。我国环境保护部2015年公布的《2014年中国环境状况公报》指出全国62个重点湖泊（水库）中，7个湖泊（水库）水质为Ⅰ类，11个为Ⅱ类，20个为Ⅲ类，15个为Ⅳ类，4个为Ⅴ类，5个为劣Ⅴ类。主要污染指标为总磷、化学需氧量和高锰酸盐指数。富营养化比例约占24.6%。

1.2 作用机制多样性

中科院曲久辉院士指出，复合行为本质是多种污染物质共存时的联合作用、交互作用和过程耦合效应[1]。因此，水体有机污染效应并不能简单的认为是单一污染物污染效应的叠加，而是复合污染的各组分之间通过拮抗作用、加和作用和协同作用共同构成了复合污染效应。

1.3 研究过程复杂性

地表水体中有机物结构极为复杂，地理环境以及人类活动的差异都会造成有机物组成及特性方面产生较大差异。不同种类的化学污染物和藻类都具有各不相同的理化特性，在环境条件的影响下，表现出各异的生理生态效应，在加上彼此之间复杂的作用机制，导致研究有机复合污染效应的过程必将是及其复杂与困难的。

2 水源水有机复合污染构成及危害

2.1 藻类污染

过量的藻类会导致水源水有机复合污染，藻类的过量繁殖会导致地表水体透明度下降，溶解氧含量降低，使整个水体生态平衡过程及水质特性发生改变。过量的藻类不仅会加大水处理工艺的难度，也会显著增加制水成本。李勇等的研究指出，藻类爆发或藻体死亡时均会向水体释放藻毒素等大量的藻类有机物[2]。同时藻类及其代谢产物还是典型的消毒副产物前体物质。

2.2 天然有机物污染

天然有机物广泛存在于各种天然水体中，主要指动物、植物微生物的排泄物或分泌物以及其尸体腐烂降解过程中所产生的物质。其中，腐殖酸是天然有机物的典型代表物质，占其总量的60～90%，其特性是亲水的、酸性的多分散物质，是饮用水处理中的主要去除对象。地表水体中腐殖酸浓度一般在10mg/L左右，最高可达30mg/L。水源水中大量的腐殖酸会对水处理工艺产生不利影响。大量的腐殖酸会导致水体产生色度及异味；腐殖酸分子中的羧基去质子化作用以及酚羟基的电离也会加快金属管网的腐蚀，并通过络合反应与游离态的重金属离子生成稳定的螯合物，最终穿透整个水处理工艺进入供水管网而导致出水重金属离子超标；腐殖酸还会降低消毒环节的工作效率。

2.3 人工合成有机物污染

目前，在河流、水库、湖泊等地表水中均能频繁的检测出各种人工合成有机物。地表水中的人工合成有机物主要来源于化学品水上运输时的事故排放、工业废水、农业排水或污水厂排出水[3]。与天然有机物相比，天然水体中的人工合成有机物大都含量较低，通常为ug/L甚至是ng/L的水平，但是他们对人体健康的潜在危害却不容忽视。大量的毒理学研究表明，大多数的人工合成有机物都具有毒性，其中多为持久性有机污染物，对环境和人体健康的危害大多具有不可逆性，其中有一些还是典型的“三致”物质。人工合成有机物的生物可降解性一般都比较差，并且可以再生物体内积累，通过模拟或干扰激素行为影响内分泌系统的正常功能。

3 有机复合污染水源水处理研究进展

3.1 强化混凝技术

混凝、沉淀、过滤和消毒工艺是多数水厂的处理工艺，因此可利用混凝沉淀技术去除水中的污染物质，依靠混凝剂与胶体颗粒之间发生的压缩双电层、吸附电中和、吸附架桥、沉淀物网捕卷扫等作用形成絮体，通过沉淀可将目标物从水中去除。传统的无机 （比如PAC）或有机高分子混凝剂 （比如PAM）是混凝技术处理有机复合污染水源水时的首选[4]。但相对较低的混凝沉淀效果使得人们不得不采取措施对现有的混凝技术进行包括工艺和药剂方面的强化。在传统混凝工艺基础上增加紫外光照射，以增加混凝剂的正电性，到达对负电性腐殖酸的强化去除效果。但混凝工艺处理水源水时，铝盐或有机高分子合成混凝剂可能会对出水水质带来不利影响。故一些学者考虑以天然粘土矿物或其改性产物（比如凹凸棒土、硅藻土、海泡石等）替代传统混凝剂[5]。

3.2 吸附技术

吸附技术是借助静电引力、疏水性作用和氢键作用将吸附质富集到吸附剂外表面或内部孔道表面，再通过固液分离，将吸附饱和的吸附剂移除。在有关吸附技术处理有机复合污染水源水的研究中，尤以传统吸附剂活性炭的应用最为广泛。其中，具有发达的中孔和微孔的活性炭对藻细胞的吸附去除能力较高。虽然活性炭对藻、腐殖酸和各种人工合成有机物具有较好的吸附去除效果，但在实际应用中也有一些不足。对活性炭在应用过程进行分析，发现普遍存在着新碳成本较高、易于流失、旧碳不易再生等缺点。由于粘土矿物在自然界大量存在，且无毒无害，以粘土做吸附材料的研究称为热点，比如硅藻土、云母颗粒和膨润土等[6]。除了吸附效率来评价吸附性能好坏外，吸附完成后的分离效率也是一个非常重要的评价指标。

3.3 氧化技术

氧化法是向水体中投加氧化剂，直接或在氧化剂、超声辅助作用下氧化分解污染物质达到将其从水中去除的目的。目前常采用的氧化剂有二氧化氯、高锰酸钾、双氧水、高猛酸盐等。李爽等为了解决水源水中硅藻大量存在引起水处理工艺运行效率低下的问题，采用氯和二氧化氯对水源水进行预氧化除藻试验，表明预氧化可有效降低滤池的负荷，改善混凝沉淀的效果。利用氧化技术降解腐殖酸时[7]，直接投加氧化剂并不能取得理想的效果，常常需要借助光催化、超声等辅助手段实现对腐殖酸的有效降解。氧化技术也可以降解去除地表水中的人工合成有机物污染。利用氧化技术处理含藻水源水时，存在着胞内有机物释放以及DBPs生成的风险，如何有效防止藻细胞内有机物的释放和DBPs的生成是氧化技术应用于处理有机复合污染水源水急需解决的问题。

3.4 膜技术

膜技术具有高效、节能等优点，因此被认为是一种潜力巨大的分离污染物质的方法，已广泛应用于水和废水的深度处理方面。但直接利用膜工艺除藻或腐殖质类物质时，藻类和腐殖质易于造成严重的膜污染。为避免膜污染的发生，在膜工艺之前加上预氧化、混凝或活性炭吸附等预处理单元对水源水先行预处理，可取得了对含藻或腐殖质水源水良好的处理效果。相比之下，利用膜技术截留水源水中SOCs的工艺比较简单，但其应用受水质条件、对象有机物特性的影响较大。膜技术在有机复合污染水源水处理应用时会由于水质的复杂性而严重抑制其效能的发挥。

3.5 生物技术

以生物方法处理有机复合污染水源水的研究多集中在对藻类和人工合成有机物的处理。常用的生物法除藻方式主要有两种：①借助种植于水体中的水生生物、放养的水生生物、细菌及病毒抑制或吞噬藻细胞，实现对藻类的控制和降解。②借助人工设计的反应器，通过培养合适的微生物实现对藻类的降解去除[8]。在利用微生物降解人工合成有机物的工艺中以膜生物反应器的研究居多。采用生物法处理含藻水，不需要向水中引入任何的化学药剂，因而不会引起水体的二次污染。但生物处理法一般需要较长的处理周期，工艺运行时受到水域内外多种环境因素的限制，反应器的设计和管理技术难度较大，这些都限制了生物技术在有机复合污染水源水处理中的使用。

4 结论

强化混凝技术、吸附技术、氧化技术、膜技术及生物技术等均有各自的优缺点，由于水质的复杂性及不确定性，实际运行中，单一的方法有时并不能达到理想效果，往往需要考虑多种方法的联合使用，比如吸附工艺与氧化工艺的联用，吸附与混凝工艺的联用，气浮、吸附与膜工艺的联用，可大幅提升有机复合污染水源水的处理效果。

[1]曲久辉.对未来中国饮用水水质主要问题的思考[J].给水排水，2011（04）：1～3.

[2]李 勇，张晓健，陈 超.我国饮用水中嗅味问题及其研究进展[J].环境科学，2009（02）：583～588.

[3]王晓燕，尚 伟.水体有毒有机污染物的危害及优先控制污染物[J].首都师范大学学报（自然科学版），2002（03）：73～78.

[4]雷国元，张晓晴，王丹鸶.聚合铝盐混凝剂混凝除藻机理与强化除藻措施[J].水资源保护，2007（05）：50～54.

[5]杨 玘.硅藻土强化混凝处理微污染原水及除藻性能研究[D].浙江大学，2015.

[6]曹亚丽.硅藻土的有机改性及其对腐植酸的吸附[J].青岛科技大学学报（自然科学版），2006（06）：486～489.

[7]李 爽，韩 伟，于建伟，等.水库水中硅藻的预氧化特征及强化混凝控制效果研究[J].城镇供水.2011（05）：69～71.

[8]余亚琴，吕锡武，吴义锋.改进型ABR处理太湖富藻水启动研究[J].湖南大学学报（自然科学版），2014（03）：94～100.

Research Progressin theTreatmentTechno1ogyof Organic Combined Po11utant in Drinking Water

Zhou Bibo1，2，Wang Yunchao3，Zhang Gang3，Zhu Fengfeng3
（1.JSTI-NanJing BoLai Urban P1anning&Design Institute Co，Ltd；2.NanJing QiXianTong Environmenta1&Techno1ogy Co，Ltd；3. NanJing CITYAGENT Urban P1anning Designco，Itd）

This artic1e ana1yzed character of organic combined po11utant in drinking water，expounded the formation cause and harming of organic combined po11utant in drinking water，ana1yzed the enhanced coagu1ation process，adsorption process，oxidation techno1ogy,mono1ayer techno1ogy and biotechno1ogy used in the treatment of organic combined po11utant in drinking water in most cities of our country.

organic combined po11utant；drinking water；research progress

TU991.2

A

2095-2066（2016）34-0006-02

2016-11-17

周碧波（1980-），男，工程师，硕士研究生，从事水污染防治及市政给水排水工程咨询、设计与施工管理工作。