摘要：簡要闡(chan)述(shu)了飲用(yong)(yong)水(shui)(shui)的(de)水(shui)(shui)質問題，論(lun)述(shu)了生物陶(tao)粒的(de)特點及生物陶(tao)粒過濾技(ji)術在飲用(yong)(yong)水(shui)(shui)預處(chu)理(li)、強化(hua)常規(gui)處(chu)理(li)和深度處(chu)理(li)中的(de)研究(jiu)進展(zhan)，并展(zhan)望(wang)了生物陶(tao)粒過濾技(ji)術在微污(wu)染飲用(yong)(yong)水(shui)(shui)處(chu)理(li)方面的(de)應用(yong)(yong)前(qian)景。
生(sheng)物陶粒(li)過(guo)濾技(ji)(ji)術是以陶粒(li)為載體的(de)(de)生(sheng)物處理(li)技(ji)(ji)術，陶粒(li)的(de)(de)表面(mian)粗糙(cao)具有一定(ding)的(de)(de)內部(bu)孔隙、比(bi)表面(mian)積大、適合微生(sheng)物的(de)(de)附著(zhu)、固定(ding)和生(sheng)長，且(qie)陶粒(li)的(de)(de)密(mi)度(du)適中(zhong)(zhong)、強度(du)高，耐摩擦、無毒性、價格適中(zhong)(zhong)，是非常理(li)想(xiang)的(de)(de)生(sheng)物載體。近年來，隨著(zhu)水(shui)源水(shui)質受污染，生(sheng)物陶粒(li)處理(li)技(ji)(ji)術在飲用水(shui)處理(li)中(zhong)(zhong)的(de)(de)研究(jiu)不斷深入。
1 飲用水的水質(zhi)問題
飲用水的(de)(de)(de)水質(zhi)問題(ti)已經(jing)受到人們(men)的(de)(de)(de)普遍關(guan)注，這主要是(shi)由于水中(zhong)存(cun)在(zai)的(de)(de)(de)以及(ji)在(zai)水處理(li)過程(cheng)中(zhong)衍(yan)變、產生的(de)(de)(de)有(you)(you)機 污染物(wu)將對人體(ti)的(de)(de)(de)健康(kang)構(gou)成一定(ding)的(de)(de)(de)威脅。雖然常規(gui)的(de)(de)(de)混凝、沉(chen)淀、過濾等(deng)處理(li)工(gong)藝(yi)對水中(zhong)的(de)(de)(de)有(you)(you)機污染物(wu)具有(you)(you)一定(ding)的(de)(de)(de)去(qu)除作用，但常規(gui)水處理(li)工(gong)藝(yi)對有(you)(you)機物(wu)的(de)(de)(de)去(qu)除率一般在(zai)20%~30%，且由于溶(rong)解性有(you)(you)機物(wu)存(cun)在(zai)不利于破(po)壞膠體(ti)的(de)(de)(de)穩定(ding)性而(er)使(shi)常規(gui)工(gong)藝(yi)的(de)(de)(de)去(qu)除效果也明顯下降。
常(chang)規工(gong)藝(yi)對水(shui)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)微量有(you)(you)機(ji)污染物沒有(you)(you)明顯的(de)去除效(xiao)果，水(shui)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)有(you)(you)機(ji)物數(shu)量，尤其是(shi)毒性(xing)污染物的(de)數(shu)量，在(zai)處理(li)前后變(bian)(bian)化(hua)不大，預氯(lv)化(hua)產(chan)生的(de)鹵代物在(zai)混(hun)(hun)凝(ning)(ning)、沉淀及過濾處理(li)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)不能(neng)得到有(you)(you)效(xiao)去除，常(chang)規工(gong)藝(yi)能(neng)部分去除水(shui)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)致(zhi)突(tu)(tu)變(bian)(bian)物質，但(dan)對水(shui)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)氯(lv)化(hua)致(zhi)突(tu)(tu)變(bian)(bian)前體(ti)物不僅不能(neng)去除，反而因混(hun)(hun)凝(ning)(ning)劑的(de)作用在(zai)處理(li)過程中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)產(chan)生了部分移碼突(tu)(tu)變(bian)(bian)物質前體(ti)物和堿基置換前體(ti)物，使(shi)出水(shui)氯(lv)化(hua)后的(de)致(zhi)突(tu)(tu)變(bian)(bian)活性(xing)有(you)(you)所增(zeng)加。
針對飲用水的(de)(de)水質(zhi)問題國內外進行了大(da)量的(de)(de)研究和實踐，發展了一些(xie)微污染水的(de)(de)凈化(hua)處(chu)理(li)技(ji)術(shu)，主(zhu)要可(ke)分為預(yu)處(chu)理(li)技(ji)術(shu)、深度處(chu)理(li)技(ji)術(shu)、常規工藝強化(hua)技(ji)術(shu)和新(xin)型工藝組合技(ji)術(shu)等幾大(da)類。
生物(wu)陶粒過濾技(ji)術(shu)(shu)作為(wei)單元技(ji)術(shu)(shu)在原水預處理、常規處理工(gong)藝改造和(he)深度處理的組合工(gong)藝中(zhong)有著廣闊(kuo)的發展前景，已(yi)成為(wei)適合我國國情的微污(wu)染水源水處理技(ji)術(shu)(shu)的一個發展方向。
2 生物陶粒過濾技術的發展現狀
近(jin)年來，以生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)陶(tao)粒(li)作為(wei)(wei)載體的過(guo)濾(lv)技(ji)術對水中有(you)機物(wu)(wu)、藻類(lei)、氨氮、鐵(tie)、錳(meng)、酚(fen)、色(se)度(du)、濁(zhuo)度(du)、嗅味等(deng)都有(you)較(jiao)好的去除效果。生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)陶(tao)粒(li)預處理與(yu)其他物(wu)(wu)理化學預處理相(xiang)比(bi)有(you)較(jiao)好的處理效果。同樣作為(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)載體陶(tao)粒(li)與(yu)活性炭相(xiang)比(bi)具有(you)強度(du)大、耐沖(chong)擊(ji)可反復使(shi)用價格低廉(lian)等(deng)優勢(shi)。經過(guo)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)固定(ding)技(ji)術處理的生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)陶(tao)粒(li)過(guo)濾(lv)技(ji)術是一種很(hen)有(you)前(qian)途(tu)的水處理新(xin)技(ji)術。
2.1 生物(wu)陶粒的特點
飲(yin)用水處理中的陶(tao)粒(li)(li)(li)填(tian)料多為(wei)頁(ye)(ye)巖(yan)陶(tao)粒(li)(li)(li)頁(ye)(ye)巖(yan)陶(tao)粒(li)(li)(li)，頁(ye)(ye)巖(yan)陶(tao)粒(li)(li)(li)以頁(ye)(ye)巖(yan)礦石為(wei)原料，經(jing)破碎后(hou)(hou)在1200℃左右的高溫下熔燒，膨脹成5~40mm的球狀(zhuang)陶(tao)粒(li)(li)(li)，再經(jing)破碎后(hou)(hou)篩選而成。頁(ye)(ye)巖(yan)陶(tao)粒(li)(li)(li)外殼(ke)星暗灰(hui)色，表皮堅硬，內(nei)部為(wei)鉛灰(hui)色，多孔質輕。陶(tao)粒(li)(li)(li)表面較粗糙，不規則，有很多孔徑較大(da)的孔洞，相互(hu)之間不連(lian)通。
由于(yu)(yu)陶粒(li)(li)表(biao)(biao)面(mian)(mian)粗(cu)糙不規則，比表(biao)(biao)面(mian)(mian)積較大(da)，故而陶粒(li)(li)表(biao)(biao)面(mian)(mian)有(you)利于(yu)(yu)微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)附(fu)著生(sheng)(sheng)長，陶粒(li)(li)表(biao)(biao)面(mian)(mian)主要是一些開孔(kong)大(da)于(yu)(yu)0.5μm以上(shang)的(de)孔(kong)洞，而細菌直(zhi)徑為(wei)0.5~1.0μm，因(yin)此(ci)有(you)利于(yu)(yu)微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)附(fu)著生(sheng)(sheng)長。微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)生(sheng)(sheng)長繁殖過程中對有(you)機物(wu)(wu)進(jin)行降(jiang)(jiang)解(jie)降(jiang)(jiang)低(di)水中的(de)高5錳(meng)酸鹽指數(shu)、氨氮(dan)。同時由于(yu)(yu)工(gong)藝的(de)不同，陶粒(li)(li)表(biao)(biao)面(mian)(mian)多為(wei)大(da)孔(kong)，所以可使更多的(de)微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)進(jin)入陶粒(li)(li)內部從而被(bei)截(jie)留、吸附(fu)的(de)有(you)機物(wu)(wu)可以有(you)更長的(de)時間被(bei)微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)降(jiang)(jiang)解(jie)。
國內的(de)研(yan)究用(yong)頁巖(yan)陶粒(li)粒(li)徑多為2~5mm，且化學組成不含(han)對生物有害重金(jin)屬及其他(ta)有害物質(zhi)。生物陶粒(li)具有較大的(de)表面(mian)積，顆粒(li)粗(cu)糙易掛膜，氧的(de)傳(chuan)質(zhi)效果好、生物膜易更(geng)新(xin)等(deng)優點。
2.2 生物陶(tao)粒預處理(li)
生(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)預(yu)處(chu)理(li)是(shi)(shi)對(dui)傳統給水(shui)處(chu)理(li)工藝的(de)(de)(de)突破與革新(xin)，一(yi)般采(cai)用(yong)(yong)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)膜法，主要(yao)包(bao)括(kuo)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)接觸(chu)氧化、生(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)濾池(chi)、生(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)轉盤(pan)、生(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)流(liu)化床等。附著生(sheng)長在(zai)填料(liao)表(biao)面的(de)(de)(de)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)膜吸收水(shui)中(zhong)的(de)(de)(de)有機物(wu)(wu)(wu)(wu)、氮磷等營養物(wu)(wu)(wu)(wu)質進(jin)行(xing)新(xin)陳代(dai)(dai)謝(xie)達(da)到凈化水(shui)質的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)。自(zi)20世(shi)紀80年(nian)(nian)代(dai)(dai)初期，飲用(yong)(yong)水(shui)處(chu)理(li)領域(yu)開始(shi)引入生(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)處(chu)理(li)方法。曝氣生(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)濾池(chi)是(shi)(shi)20世(shi)紀80年(nian)(nian)代(dai)(dai)末在(zai)歐美發展起來的(de)(de)(de)一(yi)種新(xin)型水(shui)處(chu)理(li)技術。清華(hua)大(da)學的(de)(de)(de)王占生(sheng)教授在(zai)國內率(lv)先(xian)將曝氣生(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)濾池(chi)應用(yong)(yong)于受污染水(shui)源水(shui)的(de)(de)(de)預(yu)處(chu)理(li)代(dai)(dai)表(biao)了飲用(yong)(yong)水(shui)技術發展的(de)(de)(de)一(yi)個重要(yao)方向。
作為預處(chu)理(li)單(dan)元，前(qian)面沒有混凝處(chu)理(li)，生物陶粒(li)的過濾機(ji)理(li)與普通快(kuai)濾池有所不同，過濾作用(yong)主要基于機(ji)械截留(liu)作用(yong)、微生物新陳(chen)代謝(xie)產生的粘性物質起吸附架橋作用(yong)和降低(di)水中膠(jiao)體顆(ke)粒(li)的Zeta電位作用(yong)，使部分膠(jiao)粒(li)脫穩形成(cheng)較大顆(ke)粒(li)而(er)被去除。
薛記中等人的研究結果表明，生物陶粒濾池對氨氮、CODMn的去除行之有效，其中氨氮的去除率在80%以上，濁度、色度、鐵和錳等污染物也均有較好的去除效果。王占生等人研究結果表明生物陶粒濾池能有效地凈化受污染水源水水質對CODMm氨氮、濁度的平均去除率分別為19.3%~35.0%。89.0%~96.5%、57.5%~69.0%；低溫條件下生物陶粒處理效果表明對CODMm氨氮(dan)的平均去除率分別為(wei)6.0%~20.0%、65.0%~90.0%。
在(zai)山西大同冊田水(shui)(shui)庫(ku)(ku)、滏(fu)陽河、官廳水(shui)(shui)庫(ku)(ku)、紹興青甸湖等地對受污染的(de)水(shui)(shui)源水(shui)(shui)的(de)生物(wu)預處(chu)理(li)試驗研究結果表(biao)明、采(cai)用生物(wu)陶粒預處(chu)理(li)可(ke)有效去除(chu)濁度(du)、細菌、大量溶解性有機物(wu)氨(an)氨(an)、色度(du)等污染物(wu)質大大改善(shan)后(hou)續處(chu)理(li)工藝對污染物(wu)的(de)去除(chu)效果。
2.3 生物陶(tao)粒強化常(chang)規處(chu)理
為提(ti)高水質，我國大多數(shu)水廠(chang)需要改進現有(you)的(de)(de)處理工(gong)藝或(huo)增(zeng)(zeng)設新的(de)(de)深度處理工(gong)藝，而改進現有(you)的(de)(de)水處理工(gong)藝是(shi)對大多數(shu)水廠(chang)來(lai)說可行(xing)的(de)(de)做法。將(jiang)常規過濾改造成生物過濾是(shi)對過濾技(ji)術的(de)(de)一(yi)種強化，無需增(zeng)(zeng)加建設用(yong)地(di)且投資較少(shao)是(shi)較有(you)競爭(zheng)力的(de)(de)技(ji)術措施。
在北京城子水廠進行的生物陶粒強化過濾試驗研究結果表明，將生物陶粒濾池放在混凝沉淀之后，濁度由8.2NTU降到0.8NTU，CODMn由5.18mg/L降(jiang)低到2.60mg/L出水效果明顯改善。
2.4 生物陶粒深度處理
國(guo)內(nei)對飲(yin)用水的(de)深(shen)度處理多采用生物(wu)(wu)活(huo)性炭處理技術，顆粒(li)狀活(huo)性炭盡管(guan)吸附(fu)性能較佳但(dan)其價格(ge)較貴,使用壽(shou)命短。以天然頁巖礦石為原料的(de)頁巖陶粒(li)因具有比表面(mian)積(ji)的(de)大(da)、空隙率高、微生物(wu)(wu)生長好、價格(ge)低廉的(de)特(te)點(dian)而日(ri)受(shou)青(qing)睞。
在天津市自來水集團有限公司進行的生物陶粒濾池處理水廠濾后水試驗研究結果表明，生物陶粒濾池對濾后 水中CODMn的(de)平均(jun)去(qu)(qu)除(chu)率為31.0%，氨氮的(de)平均(jun)去(qu)(qu)除(chu)率為67.5% ，對(dui)濁(zhuo)度(du)也(ye)有(you)很(hen)好的(de)處理效(xiao)果，出水(shui)濁(zhuo)度(du)均(jun)在0.30-0.40NTU范圍內(nei)。
3 生物陶粒過濾技(ji)術的(de)應(ying)用前景
生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)陶(tao)(tao)粒(li)過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)技術以其(qi)獨特(te)的(de)優點引起(qi)了人們的(de)普遍關注經過(guo)(guo)多年的(de)研究，已(yi)取得多項成(cheng)果但仍(reng)有很多方面有待進一步研究。例(li)如生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)陶(tao)(tao)粒(li)濾(lv)(lv)(lv)池的(de)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜(mo)量、生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)代(dai)(dai)謝(xie)與不(bu)同的(de)可(ke)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)降解有機物(wu)(wu)降解之間的(de)關系、過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)中截(jie)留的(de)絮體和(he)(he)顆粒(li)對生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜(mo)活性和(he)(he)代(dai)(dai)謝(xie)作用的(de)影響、生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)陶(tao)(tao)粒(li)濾(lv)(lv)(lv)池較佳(jia)運(yun)行參數(shu)等(deng)(deng)等(deng)(deng)。從工程應(ying)用的(de)角(jiao)度對這些問題繼(ji)續探(tan)討和(he)(he)研究有助(zhu)于推動(dong)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)陶(tao)(tao)粒(li)過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)技術在微污染飲用水(shui)處理中的(de)實(shi)際(ji)應(ying)用。
4 結語
我國(guo)對(dui)飲用(yong)(yong)水生物(wu)陶粒(li)過(guo)濾技(ji)術(shu)的(de)研究起(qi)步較晚，其研究水平與(yu)國(guo)外相比有(you)一定差距。為了能(neng)更好(hao)地發(fa)揮(hui)其在飲用(yong)(yong)水處(chu)理(li)中的(de)優勢應(ying)針對(dui)原水水質(zhi)特點的(de)不同(tong)根(gen)據《生活飲用(yong)(yong)水衛生標準》(GB 5749-2006)的(de)要求在應(ying)用(yong)(yong)技(ji)術(shu)方面加強研究。相信隨著(zhu)研究的(de)深入和發(fa)展生物(wu)陶粒(li)過(guo)濾技(ji)術(shu)必(bi)將(jiang)成為一項實用(yong)(yong)的(de)飲用(yong)(yong)水處(chu)理(li)技(ji)術(shu)，并獲得廣泛的(de)應(ying)用(yong)(yong)。
