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源水 的 处 理技术作了简要介绍。重点分析了作为预处理技术的曝气生物滤池技术和作为后续处理的膜分离技术(特别是
超德 技 术 )。在分别对这两项技术作了介绍的基础上，提出了曝气生物滤池(BAF)+常规工艺+超hl(U F)的净水工艺，指
出该 工 艺 是 提 高饮用水水质的最佳工艺。同时，用有机物分子质量的观点对此工艺进行了深人分析。
【关 趁 词 〕曝 气 生 物 滤池;超滤;微污染源水
[中 图 分 类号 l T U9 91.2 [文傲标识码]^ [文章编号]1005一829X( 2004)0 1-0 012- 05
Pro sp ec tso fth ea pplicationo fB AF+normalpr ocess+UFt echnology
to t he t r ea tm en to fm ic ro- po llu ted s ourcew ateZh uJ ian w en ,W u H ao tin g
(De par tm entof E nvironmentalE ngineering,S outheastU niversityE ngineering,N anjing 210096,C hina)
Abstract:Forth ed ischargeo fal lk indso fp ollutants, theq ualityo fth es ourcew atero fd rinkingw aterin o ur
countryis g ettingw orsed ayb yd ay. A ndt hism akesth en ormalpr ocessu sedi nm ostw aterp lantsu nableto d o
their jobs well as usual. So, the paper briefly introduces the technologies to cope with the micro-polluted source
water. It gives emphasis on two technologies, biological aerated ftlter(BAF)and the membrane separation technology(
e speciallyth eU F).B asedo nt hea nalysiso fth esetw ot echnologies,th ep aperp osesa n eww aterp urificati
ont echnology: BAF+normalp rocess+ UF. Itin dicatesth atth isis th eb estw ayto im proveth eq ualityo fth e
drinkingw ater.M eanwhile,th isn ewt echnologyis fu rtheran alyzedin te rmo for ganismm olecularw eight.
Keyw ords:bio logicalae ratedfi lter;ult rafiltration;micro-poluteds ourcew ater
饮用 水 的 净化技术是人们在与污染作斗争的过 加，也不利于居民的身体健康。地面水源中普遍存在
程中出现的，并不断得到发展、提高和完善。自第二 的氨氮问题常规处理也不能有效解决。目前国内大
次世界大战之后，尤其是20世纪60年代以来，不少 多数水厂都采用折点氛化的方法来控制出厂水中的
地区饮用水水源水质日益恶化;同时，随着水质分析 氨氮浓度，以获得必要的活性余抓，但由此产生的大
技术逐渐改进，水源水和饮用水中能够测得的微污 量有机卤化物又导致水质毒理学安全性下降。因此，
染物质的种类不断增加，使人们在饮用水的水质净 常规的饮用水处理工艺已不能与现有的水源和水质
化中碰到了新的问题。 标准相适应，必须开发新的水处理技术。
面对 水 源 水质的变化，常规饮用水处理工艺已 目前已开发或正在开发的水处理技术主要包括
显得力不从心。国内外的实验研究和实际生产结果 两方面:一是预处理技术，包括活性炭吸附、臭氧氧
表明，受污染水源水经常规的混凝、沉淀及过滤工艺 化、生物活性炭、膜技术等;二是深度处理技术，包括
只能去除水中20%-301/,的有机物，且由于溶解性有 氧化法和吸附法，其中氧化法又包括化学氧化和生
机物存在，不利于破坏胶体的稳定性而使常规工艺 物预处理技术。其中尤以生物预处理技术和膜技术
对原水浊度去除效果明显下降(仅为50%. ,60 %)。用 倍受水处理工作者的关注。
增加混凝剂投加量的方式来改善处理效果，不仅使1 生物预处理技术
水处理成本上升，而且可能使水中金属离子浓度增 生物预处理是指在常规的净水工艺之前增设生
物处理工艺，借助于微生物群体的新陈代谢活动，对
水中的有机污染物、氨氮、亚硝酸盐及铁、锰等无机
污染物进行初步去除，这样既改善了水的混凝沉淀
性能，也减轻了常规处理和后续处理过程的负荷。另
外，通过可生物降解的有机物的去除，不仅减少了水
中“三致”物前体物的含量，也减少了细菌在配水管
网中重新滋生的可能性。用生物预处理代替常规的
预氯化工艺，不仅起到了预抓化作用相同的效果，而
且避免了由预抓化引起的卤代有机物的生成，这对
降低水的致突变活性，控制三卤甲烷物质的生成是
十分有利的。
1.1 曝气生物滤池预处理技术
曝气 生 物 滤池(BAF)预处理技术在饮用水处理
中具有以下特点:
(1) 水 处 理过程中的物理、化学和生物化学性质
存在较大差异，并且与其去除效率存在一定的关系。
从分子质量上来说，生物可降解有机物主要是低分
子质量的有机物(相对分子质量<1500)0常规的给
水处理工艺，即混凝、沉淀和过滤，主要是去除相对
分子质量>ro000以上的有机物，对低分子质量有
机物去除率低，特别是对相对分子质量< 500的有
机物，几乎没有去除能力，甚至有所增加。而这部分
有机物可能是形成消毒副产物卤乙酸的主要前体，
也是饮用水管网中细菌生长的主要营养基质，而生
物预处理能有效去除这部分有机物，对提高整个给
水处理工艺对有机物的去除效果有重要意义。
(2) BA F 对低浓度有机物有较好的去除效果。
在BAF中，微生物利用水中营养基质进行生长繁
殖，在载体表面形成薄层结构的微生物聚合体.产生生物膜，有利于世代期较长的微生物生长。饮用水中
微量污染物(mg/L数量级)有利于贫营养微生物的
繁殖，如土壤杆菌、假单胞菌、嗜水气单胞菌、黄杆
菌、芽抱杆菌和纤毛菌等。这些贫营养微生物具有较
大的比表面积，对可利用基质有较大的亲合力，且呼
吸速率低，有较小的最大比增殖速度和Monod饱和
常数(Ks，约为1一10 Wg/L左右)，所以在天然水体
条件下，其对营养物的竟争具有较大的优势。
Namkung和Rittmann的研究指出，几种微量基质生
物降解的同时进行，与同样浓度的单个基质生物降
解相比，能导致更多的生物量积累和有更快的去除
速率，这表明多种微量污染物的混合，可增加生物膜
系统处理效果的稳定性，而受污染水源水中往往含有
多种微量有机物。另外贫营养菌通过二级基质的利用
能去除浓度极低的微量污染物，例如:贫营养菌在分
解利用质量浓度为1.1 m留L的富里酸时，对质量浓度
为100 Wg/L的酚和蔡的去除率分别为90%一92%，对
土臭素和2一甲基异琐醇(2-MIB)的去除率分别为
55%和44%，这表明利用水中天然有机物形成的生
物膜处理系统可较好的去除微量污染物、嗅味及色
度物质。
(3) 能 去 除氨氮、铁、锰等污染物。BAF中，生物
膜固定生长的特点使生物具有较长的停留时间，一
些生长较慢的微生物如硝化菌等自养菌可在反应器
内不断积累。反应器内载体应具有足够的溶解氧，这
样就能促进生物膜上好氧硝化菌的生长和代谢活
动。对硝化反应动力学的分析表明，即使在低温下，
生物膜去除氨氮的作用也是十分有效的。
近年 来 ， 国内外学者就BAF对氨氮和有机物的
去除效果进行了研究，表I和表2是国内外资料中
所报道的BAF对氨氮和有机物的去除效果。
自 20 世 纪80年代以来，清华大学环境工程系
对以陶粒作填料的曝气生物滤池进行了广泛深人的
研究。研究结果表明以陶粒作为填料的曝气生物滤
池其处理效果明显优于其他类型的生物预处理技
术，见表3和表4。表中I型为淹没式曝气生物滤
池，I型为中心导流筒曝气循环式生物滤池，f型为
直接微孔曝气器生物接触氧化池。
1.2 BAF对后续常规处理药耗和孰耗的影响
1.2.1 对药耗的影响
水中 有 机 物的存在将增加胶粒的Zeta电位值，
使胶体更趋于稳定，增加水处理混凝时药剂投加量。
经BAF生物预处理后，胶粒Zeta电位值降低，易于
脱稳，因此可以减少后续混凝单元的药剂投加量，实
际的烧杯实验及生产性实验均验证了这一点
1.2.2 对氛耗的影响
水 的 氯 耗与水中有机物和氨氮的含量密切相
关。BAF对有机物和氨氮均有较好去除，因此也将
影响氯耗量，有试验表明BAF与常规工艺的组合其
耗氛量比单一常规工艺抓耗节约10%一巧%。氯耗
的减少既可以节约水厂运行成本，又能降低氯代有
机消毒副产物的生成量，改善出水水质，保障饮用者
身体健康。
2 膜分离技术
以压 力 为 推动力的膜分离技术有反渗透(RO),
纳滤(NF)、超滤(UF)，以及微孔过滤(MF)。其技术
的特点是能提供稳定可靠的水质，这是由于膜分离
水中杂质的主要原理是机械筛分，因而出水水质仅
仅依据膜孔径的大小，与原水水质以及运行条件无
关。此外，膜分离还会使水厂用地大大减少，运行操
作自动化，使水厂成为真正意义上的“造水工厂”。
RO 运 行 压力高，为1一10M Pa，能耗大，而且由
于良好的截留性能将大多数无机离子(包括对人体
有益的)从水中去除。长期饮用这种水，会影响人体
健康，因此不适宜作为水厂处理工艺。NF膜具有松
散的表面层结构。其进水要求几乎不含浊度，故仅适
用于地下水处理，且由于NF去除了大部分的硬度，
故其出水会对管网产生腐蚀。OF和MF运行压力低
且可截留水中绝大部分悬浮、胶体和细菌，其作用相
当于以除浊为目的的传统处理工艺。因而是一种适
合于水厂的水处理工艺。
2.1 超滤在净水处理中的应用前景
超滤 所 分 离的组分直径为。005一10p m，一般为相对分子质量大于500的分子和胶体，这种液体
的渗透压很小，可以忽略。因而采用的操作压力较
小，一般为0.1一0.5 MPa，所以膜常用非对称膜，膜
的水透过率为0.5一5.0 m'/(mz"d)o
超滤 在 小 孔径范围与反渗透相重叠，在大孔径
范围内与微孔过滤相重叠。因此它可以分离溶液中
的大分子、胶体、蛋白质、微粒等。由于它使用的压力
低、产水量大，因此更便于操作，应用范围十分广泛，
发展速度很快。2.2 超滤的研究与应用中存在的问题
日本 从 1992年开始，由厚生省牵头，以国立公
众卫生院和水道净水协会为主，组成“膜应用新型净
水系统委员会”，丹保宪仁任委员长，实施所谓
"MAC21计划(MembraneA quaC entury2 1)" ， 对MF
和OF膜应用于净水处理进行了3年的大规模研
究。根据其研究结果，OF的处理效果如表5所示。
从表 5数 据可知，超滤对浊度、总铁、细菌和大
肠菌群均有很好的去除效果，但对水中的有机物和
氨氮的去除率相对较低。
张捍 民 等 在用淹没式中空纤维膜过滤装置去除
饮用水中污染物的实验研究中也发现，淹没式中空
纤维膜过滤装置对悬浮固体、胶体、细菌的去除效果
很好。试验中出水浊度始终保持在0.25 NTU以下，
并且出水中检不出细菌。但对有机物的去除效果不
理想，不能可靠地保证出水有机物浓度，出水有机物
浓度随进水有机物浓度的升高而升高。
大量 的 研 究均表明，膜对天然水中的溶解性有机
物(DOC)的去除率不高，尤其是低分子的有机物。天
然水中有相当大一部分溶解性有机物的分子质量低
于OF的截留分子质量(500(〕一100 000 u )，导致OF
膜对其的拦截效果很差。事实上，天然水中这一类的
低分子溶解性有机物所占的比例往往较大。Laine等
人报告美国以利诺伊州的Decatur湖中低于分子质
量1000u 有机物占总有机物的60%; Sc hnoor报告
Lowa河有90%有机物分子质量低于3 000 u ;董秉
直、曹达文等对我国长江、黄浦江、太湖、淮河的原水
进行了分子质量测定，发现分子质量小于4 000 u的
溶解性有机物所占的比例分别为66%,52%,62%,
56%a。而Collins发现三卤甲烷形成潜力(THMFP)主要是由分子质量小于10 000 u的分子引起的。
目前 公 认 这部分低分子质量溶解性有机物不仅
是三卤甲烷的前驱物，而且还常常是膜污染的主要
因素。因此，选择适当的预处理来减轻膜污染以及去
除低分子溶解性有机物就显得很重要。
3 BAF+常规工艺+O F组合工艺
从 以上 对 BAF与OF工艺的分析中可以看到，
两者在处理上有互补性，从而可以依此开发出新的
净水工艺，即BAF-常规处理一OF。下面进一步用
有机物分子质量分析的观点来说明此丁艺的优势。
水 中有 机 物种类繁多，不同形态有机物要用不
同的工艺加以去除。一般常规处理主要去除相对分
子质量大于10000的有机物，对于相对分子质量
1000(〕以下的有机物只能部分去除，对相对分子质
量小于100(〕的有机物基本无去除作用甚至于有所
增加。BAF主要去除水中相对分子质量小于1000
的亲水性有机物，对更大分子质量的有机物由于细
胞膜的屏障作用而难以进人细胞内部。BAF的生产
性试验说明BAF对DOC的去除似乎主要与相对分
子质量500以下的有机物占DOC的百分比有关。水
中有机物也可划分为悬浮态有机物、胶体有机物和溶解性有机物。根据能否被微生物去除分为可生物降解
和不可生物降解的有机物等。水中可生物降解的有机
物用BAF去除，而不可生物降解的有机物则不能用
BAF去除，同时对于悬浮状态和胶体状态的有机物，
采用混凝沉淀方法则有好的去除效果，特别对于大分
子有机物(相对分子质量大于10000)常规工艺对其
去除效果较好。对相对分子质量小于3000的有机
物，亲水性的可生化部分可用BAF加以去除，憎水、
难降解部分以及细菌和病毒用OF去除。总之，BAF,
OF和常规处理三者基本呈互补关系。如果经济上许
可，该组合工艺应是提高饮用水水质的最佳工艺。[今考文献〕
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E- mm il: zh uz hu 60 4. 1 63 .co mo
