微污染水源水的生物深度处理工艺

三、微污染水源水的生物深度处理工艺

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物的前体物加以去除，提高和保证饮用水质。应用较广泛的深度生物处理技术有生物滤池、生物活性炭吸附、固定化生物强化技术、臭氧氧化、电技术、膜技术等。

(1)膜生物反应器(membrane bioreactor)

膜生物反应器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。由于超滤膜能够很好地截留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其他固体悬浮物质，并使之重新返回生化反应器中，这就使反应器内的活性污泥浓度得以大大提高，从而能够有效地提高有机物的去除率。

(2)电生物反应器

将电极装置与生物反应器组合起来就构成了所谓电生物反应器，在外加电流的条件下，由于电子的产生，生物膜和固定化酶的反硝化作用得以强化，其反应方程为:

2H⁺+2e——H₂　　　　　(a)

2H₂O+2e——H₂+2OH^－　　　　　(b)

2NO^－3+5H₂+2H⁺——N₂+6H₂O　　　　　(c)

显然，通过对水的电解，阴极提供电子，产生氢，而氢作为电子供体与硝酸盐发生了方程(c)所示的反应，使生化反应速率及去除率得以提高，从而减少了水中硝酸盐的含量。从原理上讲，这种方法除了可以实现反硝化处理外，还可以去除水体中的有机物，但目前对电生物反应器尚处于研究阶段，离实际应用还有相当一段距离。

(3)生物活性炭技术

活性炭不单可作为吸附剂，还是微生物生长繁殖的良好载体，这种生长有微生物，具有活性炭吸附与微生物降解双重作用的活性炭称为生物活性炭，以与吸附型活性炭相区别。

该技术实质上是以颗粒状活性炭为生物载体的微生物活动显著的生物吸附氧化法，是利用微生物去吸收利用被活性炭吸附的污染物，不但可大大提高对水中的有机物的去除效果，活性炭上的微生物活动还可起到使活性炭再生、延长活性炭使用周期的作用，而且水中的氨氮可以经微生物转化为硝酸盐，从而减少了氧化的投氯量，降低了三卤甲烷的生成量。

生物活性炭深度处理技术的前提是应避免预氯化处理。通常置于普通滤池之后，并与预加臭氧结合使用。一般是在活性炭处理之前将原水进行臭氧氧化，形成臭氧预氧化-生物活性炭联用工艺。原水中大分子的有机物被臭氧氧化成小分子或二氧化碳与水，再流经生物活性炭反应器，与活性炭上的生物膜作用，从而使有机物得到降解，其他污染物质也得到了去除。先经臭氧氧化不仅能氧化去除部分有机物，还能使部分难降解物质的结构发生变化，使水的可生化性得以改善，更有利于后续的生物处理过程。

正常运行的生物活性炭去除污染物效率高，出水水质好，运行管理方便。目前生物活性炭处理法被认为是饮用水处理中去除有机物的有效方法，在欧洲已得到普遍应用。

然而，由于活性炭价格昂贵，妨碍了其推广应用。此外，生长有微生物的细小活性炭颗粒会在水力冲刷作用下脱落，由于这些微生物在系统中长期固定培养，对各种不利环境有较强的适应性，对消毒剂抗性大，氯化消毒往往难以杀死这些微生物，从而使出水水质不能完全达标。

(4)传统工艺强化处理技术

改进和强化传统净水处理工艺是目前最经济最具实效的手段。对传统净化工艺进行改造、强化，可以进一步提高处理效率，降低出水浊度，提高水质。强化过滤是对普通滤池进行生物强化，在不预加氯的情况下，在滤料表面培养繁殖微生物，利用生物作用去除水中有机物。强化过滤就是让滤料既能去浊，又能降解有机物、氨氮、亚硝酸盐氮等，既可以起生物降解、过滤作用，又不增加任何新的设施，因而具有非常重要的意义。目前常见方法是采用活性滤池，在普通滤池石英砂表面培养附着生物膜，生物滤料与石英砂组成双层滤池，石英砂在下，以表面曝气为微生物生长提供氧气，可以使原水中氨氮的去除率由原来的30%～40%提高到90%，亚硝酸盐氮的去除率由零提高到95%，有机物的去除率由20%提高到40%左右，出水浊度保证在1NTU以下，经消毒后能满足卫生学指标的要求，是解决微污染源水水质的一项新途径。

将固定化微生物应用于给水处理，同样能有效地提高出水水质，结合膜分离技术，则能够更有效地截留杂质、细菌和病原菌，使出水水质优质稳定、安全性高、生物稳定性好，同时可以降低消毒加氯量。如投加硝化细菌、反硝化细菌以降低硝酸盐氮、亚硝酸盐氮。

目前，水源水的水质问题越来越受到人们的重视。但值得注意的是，目前仍没有一种微污染水源水处理技术能彻底解决水污染问题，一些方法尚在试验阶段，各深度处理技术在推广使用中也都还存在一定的局限性。而且，随着生活水平的提高，水质标准还会提高，对处理技术也将提出更高的要求。从目前的趋势看，开发一些新型组合工艺，将多种处理技术进行多元组合，充分发挥各组合单元的协同作用，以及改造、强化已有的常规给水处理工艺，都将是净化微污染水源水的可行途径。可以预见，其他领域的发展和进步也必将对该领域的发展起推动作用，如随着膜制造技术的发展和成本的降低，膜处理在今后的城市水厂中必将得到更为广泛的开发和利用。然而，要从根本上解决水源水水质问题，须从多方面下手，除加强水处理外，还应加强水源保护，从源头上控制污染物，减轻水源水的污染，从而降低水处理难度，提高饮用水水质。