| 城市饮用水处理领域的科技发展问题探讨 |
| 时间: 2011年10月21日 来源:中国城市发展网 作者: 佚名 浏览次数: |
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3. 国内外城市饮用水处理技术发展现状与趋势分析
我国饮用水源污染严重，但绝大多数城市水厂采用的是传统的常规给水处理工艺，其主要功能是除浊、除色和杀菌，对水中溶解性有机污染物的去除作用有限。国内外近些年来发展了一些受污染水的净化处理技术，主要可分为吸附法、氧化法、生物法、膜法等几大类方法。
活性炭吸附是一种较早地被应用于生产的除微污染技术，其原理是利用活性炭巨大的比表面积吸附水中的有机污染物。活性炭可分为粒状炭与粉状炭两种形式。粒状活性炭的使用通过活性炭滤床实现，将其置于砂滤后或者取代现有砂滤床。受污染的水经过活性炭滤床后，有机污染物被截留在活性炭滤床中。但由于我国水源污染较重，活性炭使用不久便饱和、失效，水体污染严重时活性炭只能运行几周时间。活性炭的吸附性能可以通过再生得到恢复，但更换活性炭频繁、再生费用很高。粉末活性炭在应用中基建与设备投资较低，使用灵活方便。但活性炭难以回收，使用过程中运行费用较大，仅在污染严重时期使用。近些年来，人们将粉末活性炭预涂到某些载体上，提高了粉末活性炭利用率，也提高了有机污染物的去除效率。
粉状活性炭在运行过程中可逐渐地形成生物活性炭，微生物不断对吸附在活性炭表面的有机污染物进行生物降解，从而可以有效地延长活性炭的使用周期。预氧化可以提高有机污染物的可生化性，延长活性炭使用周期。
氧化工艺一般除污染效果好、适应面广，应用得相对较多。氧化除污染方法是利用强氧化剂分解水中的有机污染物。目前能够用于给水处理的氧化剂主要有氯、二氧化氯、高锰酸钾、过氧化氢和臭氧，它们在标准状态下的氧化还原电位分别为1.36V、1.50V、1.69V、1.77V和2.07V。
显然，臭氧在可用于给水处理的几种氧化剂中具有最高的氧化还原电位(氧化电位Eo = + 2.07 V)，因而具有最强的氧化性，对水质的适应能力强，目前已被发达国家较多地应用于给水处理中。臭氧能使水中多种有机污染物氧化破坏，但仅能使水中含有不饱和键或者部分芳香类的有机污染物氧化分解，相当多的稳定性有机污染物(如农药、卤代有机物和硝基化合物等)难以被氧化分解。虽然臭氧氧化技术在我国也进行了多年的研究工作，但由于投资很大、运行管理费用很高，在我国一直难以推广应用。
“八五”期间，开展了高锰酸钾除微污染技术研究，投资相对较小，已在多个水厂和净水设施中应用。过氧化氢除污染能力很低，但与二价铁联用在酸性条件下有较强的氧化能力，由于在给水处理中难以进行pH调整，因而过氧化氢的应用受到限制。二氧化氯具有很强的消毒能力，但与有机物氧化时被还原成亚氯酸根，后者对红血球有破坏作用。氯对有机物具有一定的氧化作用，长期以来被用做给水处理的预氧化剂，但由于氯与原水中多种有机污染物作用，生成一些列对人体危害较大的卤代有机物，因而预氯化逐渐地受到各国的限制。建设部在“九五”期间研究了化学预氧化除污染技术，对比了各种化学预氧化技术的相对除污染效能，发现某些化学预氧化复合技术对于去除水中微量有机污染物有良好的效果。
我国部分高校对光化学氧化除污染技术进行了研究，利用光催化氧化降解水中微量有机污染物，一般可应用于小型净水设施，但在大规模水厂中应用设备投资较大。
生物预处理技术是在常规给水处理工艺流程之前或在处理过程中，利用微生物对水中有机污染物进行代谢分解，使之无机化。 “八五”和“九五”期间，我国对各种生物预处理技术进行了系统研究工作，表明对于可生化性较高的水，生物预处理能够显著地去除水中氨氮，对有机污染物有一定去除效果。在我国的华南地区已进行了生产性试验，当水中有机污染物可生化性较强时，可明显地提高水质；但对于受工业废水污染、可生化性较低的原水，生物预处理除污染效率较低。生物预处理对于北方地区，特别对于低温水的处理效果有限，由于微生物活性较低，需要停留时间较长，因而设备投资很大。
膜技术是近些年来发展起来的给水处理工艺。膜在除污染中的作用是通过其很小的孔径将水中有机物分子截留到膜的一侧，从水相中去除。具有除污染作用的膜主要有纳滤膜和反渗透膜。膜处理技术设备投资很大，膜更换费用较高，一般只用于很小规模的净水设施，难以应用于大规模水厂。此外，膜过滤在去除水中有害成分(微污染物)的同时，还将水中无机离子去除(如反渗透)，长期饮用高纯水并不利于身体健康。
总之，目前国内外在受污染水处理技术领域开展了大量研究工作，但能够在生产中推广应用从而经济有效地提高饮用水水质的新技术与设备还仍然有限。特别缺乏具有高效低耗等特征易于在我国推广应用的除微污染技术与设备。我国在“八五”和“九五”期间主要是针对单项除微污染技术进行研究，但对于除微污染集成技术与成套设备的研究尚较薄弱。由于我国饮用水源普遍受到污染，对受污染水源水的净化处理集成技术与成套设备在我国具有巨大的潜在市场，是我国水工业产业的一个重要方面，有重要的研究与开发价值。
4. 城市饮用水处理领域的科技发展思路与目标分析
我国供水行业计划从2000年开始试行新的行业标准(城市供水2000年技术进步发展规划)，例如在一类水司饮用水标准将要增加到88项（目前为35项），其中不少指标是有机污染物指标。因而在“十五”期间应重点研究与发展能够满足新的行业标准、具有高效低耗特征、易于在我国推广应用的安全饮用水处理工艺技术。
我国目前对饮用水源的保护已经引起高度重视，采取了重点治理污染源的策略。根据规划，到2000年我国城市污水处理率将增加到20%～30%，工业废水处理率将提高到84%。到2010年城市污水处理率将提高到40%～50%。为此，15年内需要投资2000～3000亿元。由于我国是发展中国家，做这样的投资确是一项重大举措，其发展速度与国外发达国家相比也是非常快的。但即使如此，也难以使我国的水污染状况得到显著改善。此外，由于乡镇企业的发展和大量农药的使用，非点源污染也会明显影响饮用水源水质。因而对于受污染水的净化处理技术要求也会越来越高。所以在远期计划中，仍然要将受污染水的净化处理技术研究与发展放到重要位置。随着经济的发展和资金的积累，在给水处理上的投资将逐渐增加，因而远期计划发展高效优质的先进除污染技术，重点是能够全面提高水质的集成化成套安全优质饮用水净化处理工艺技术。
因此，有必要针对我国饮用水水源污染范围广、原水水质复杂的特点，研究能够适应不同污染程度，满足不同程度使用要求的饮用水除污染成套技术与设备。以实际工程为依托，开展大型生产性试验研究工作。从给水处理的各个关键环节入手，强化对水中多种有机污染物的去除。在混凝阶段，通过研制多功能复合药剂，强化与拓宽混凝工艺的除污染效能。从除污染、除嗅味、除藻、除重金属、强化混凝和控制氯化消毒副产物等多方面入手，全面地提高饮用水水质。对于药剂调整，不需要增加大型设施和基建投资，比较符合我国国情，特别适合于现有水厂的改造。研究复合药剂预氧化处理与活性炭吸附组合除污染工艺，利用氧化和吸附工艺的互补性和协同作用，进一步提高对有机污染物的去除效率。当水中有机物可生化性较高时，可采用生物预处理强化去除水中氨氮、藻类和有机污染物。
在具体实施方面，可以在“八五”、“九五”国家重点科技攻关的基础上，将小试、中试和大型生产性试验相结合，将基础理论研究和生产性试验相结合。重点放在除微污染技术集成与成套设备的研制上。通过系统深入的研究工作，形成能够对于不同污染程度的原水进行处理的成套新工艺。选择典型受污染水源，建立除微污染依托工程，获得整套设计参数和成套工艺技术与设备。
研制出能够经济有效地改善我国饮用水水质、易于在我国推广应用的除微污染和安全饮用水成套工艺技术与设备，保障和提高我国的饮用水水质。
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