微污染水源饮用水处理的工艺选择和组合工艺对富营养化水源的净化

一、工艺选择

以水中有机物的分子量为工艺选择的根据
一般而言，常规处理主要去除相对分子质量大于1万的有机物，对于相对分子质量1万以下的有机物只能部分去除，对相对分子质量小于1000的有机物基本无去除作用甚至有所增加：活性炭吸附主要去除相对分子质量500-3000的有机物。生物处理主要去除水中相对分子质量小于1000的亲水性有机物。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生物处理加以去除，僧水及难降解部分用活性炭去除。
水源水中UV254与工艺选择的关系
在自来水中UV254附近发现的有机物，如腐殖质类物质受到氯的作用后生成三氯甲烷等消毒副产物，水中Ames试验的致突变活性物质在紫外区有明显的吸收，因此在水质控制中要对UV254附近发现的有机组分进行处理。在UV254处吸收最弱或不吸收的组分用生物处理，在UV254处发现的高分子组分用混凝处理，在UV254处发现的低分子量组分用活性炭吸附去除。
以生物稳定性和“三致”物质的去除进行工艺选择
良好的水源水质采用常规的水处理工艺即可获得合格的饮用水，常规处理结合活性炭处理工艺则可获得更高质量的水质，在可能的情况下，最好避免使用预氯化工艺，而用二氧化氯和过氧化氢。微污染水源处理工艺的选择更具复杂性，可按水质的不同选择如下工艺。
工艺1：原水→生物预处理→混凝沉淀→过滤→消毒
工艺2：原水→生物预处理→混凝沉淀→过滤→活性炭吸附→消毒
工艺3：原水→混凝沉淀→生物预处理→过滤→消毒
工艺4：原水→混凝沉淀→生物预处理→过滤→活性炭吸附→消毒
高的色度或紫外吸收意味着水中大分子有机物较多，而低的色度或紫外吸收则说明大分子有机物较少。因此当水源水的浊度和色度比较低的情况下，可选择工艺1，如需要更好的水质，可选择工艺2，当水的浊度和色度较高时，可选择工艺3或工艺4。

二、组合工艺的水质净化

由于富营养化水源水中污染物的多样性和复杂性，采用单一的净水工艺很难获得安全可靠的饮水，需要将多种单元工艺组合起来，才可能获得较好的水质。

臭氧-生物处理对富营养化水源的净化
(1)臭氧在给水处理中的主要作用；臭氧是一种强氧化剂。臭氧与有机物反应的结果通常使有机物分子量变小，芳香性消失，极性增强，可生化性提高。基于臭氧与有机物反应的这些特点，臭氧在给水处理中可以起到脱色、除味、消毒、助凝等多种作用。
①脱色；水中色度一般由含有碳碳双键或苯环的物质及金属离子等引起。臭氧可以与碳碳双键作用，对苯环有破坏力，同时可以氧化铁、锰等无机成色离子，因而具有较好的脱色能力。
②去除臭味；臭氧去除臭味的效率比其他氧化剂高，臭氧投加量为1-3mg/L时即可达到规定值。臭氧与活性炭或过氧化氢联合使用，去除效果进一步提高。
③助凝；有报道表明，采用臭氧进行预处理可以提高浊度去除率，减少混凝剂聚合氯化铝用量，当水体中藻类较多时，更是如此。
④臭氧与生物处理联用；臭氧可使有机物分子量减小，可生化性提高，有利于生物处理。因而臭氧与生物处理联用可以更充分地发挥各自对有机物的去除能力。近年来奥氧与生物处理联用的工艺正逐渐引起人们的重视。
由于富营养化水源的问题是藻类多，色度高，因而臭氧所具有的脱色、除臭、助凝等功能在处理富营养化水源水显得更为重要。
(2)臭氧对藻类及叶绿素a的作用；臭氧投加量在2mg/L时，对叶绿素a的去除率已接近100%，起到了很好的杀藻作用。
(3)臭氧-生物处理对富营养化水源的净化作用
①对CODmn的去除效果；在不同臭氧投加量下，臭氧-生物陶粒对CODmn的去除率相差不大，平均为31.6%。对于有机物的去除，仅需投加较低剂量(0.6mgg/L)的臭氧即可，这样可以充分发挥生物陶粒的作用，减少臭氧的消耗，从而使运行费用降低。
②对叶绿素a及藻类的去除；在投加量为1.5mg/L和2mg/L时，臭氧-生物陶粒对藻类总数的去除率比单独的生物陶粒提高了25%左右。从臭氧-生物陶粒对Chla和藻类总数的去除率来看，臭氧的最佳投加量在1.5mg/L左右。
③对色度、浊度、氨氮的去除在低剂量臭氧下，臭氧-生物陶粒对色度的去除率比单独的生物陶粒提高了近10%；当臭氧投加量高于1.5mg/L时，对色度的去除率可提高30左右。
④对臭味的去除；奥氧-生物陶粒对臭味有较好的去除能力。
组合工艺对富营养化水源水的净化
生物处理对水中的有机物、藻类、氨氮、色度、浊度等污染物均有良好的去除效果；如果采用低投加量的臭氧预处理，则臭氧-生物陶粒对叶绿素a、色度、有机物的去除能力有进一步提高。但要获得安全的饮用水仅有生物处理或臭氧-生物处理是不够的，尚需与常规处理、深度处理相结合，才能取得满意的净水效果。几种组合工艺对富营养化水源水的净水作用。
(1)生物陶粒与常规工艺的组合
原水→生物陶粒→混凝沉淀→砂滤→出水
(2)生物陶粒与常规工艺、活性炭组合
原水→生物陶粒→混凝沉淀→砂滤→活性炭→出水
(3)预臭氧氧化、生物陶粒、常规工艺的组合
原水→预臭氧→生物陶粒→混凝沉淀→砂滤→出水
(4)预臭氧氧化、生物陶粒、常规工艺、活性炭的组合
原水→预臭氧→生物陶粒→混凝沉淀→砂滤→活性炭→出水
(5)生物陶粒在混凝沉淀后的工艺
原水→混凝沉淀→生物陶粒→砂滤→出水

三、富营养化水源饮用水净化工艺的选择

富营养化水源水的主要特点是藻类含量高、有机物含量高。藻类会干抚混凝过程和堵塞滤池；有机物则不仅影响水厂运行，使矾耗增加，更关系到饮水质量(由臭味、色度、Ames试验致突变活性等表征)和管网水的生物稳定性(由可同化有机碳表征)。因而对于富营养化水源水考虑净水工艺选择时，就是要考虑以下几个方面的问题：①采用必要的预处理，将藻类数量控制在不干扰传统净水工艺的数量范围内；②使常规水质指标(浊度、色度等)达到国家饮用水水质标准；③控制“三致”物质含量，使Ames试验致突变活性尽量降低。④控制营养物(可同化有机碳、氨氮)含量，提高管网水生物稳定性。由前述可知：①生物预处理在水源水中藻类数量不是很高时，可以将藻类数量控制在不干扰混凝过程的范围内，同时生物处理是控制水中营养物(可同化有机碳、氨氮)的最有效的手段；②常规处理对大分子有机物有很好的去除效果，并可去除部分Ames试验氯化致突变前体物。③活性炭吸附是去除Ames试验致突变物和氯化致突变前体物的主要单元工艺，对可同化有机碳也有较好的控制能力。
因而，生物处理、传统处理、活性炭吸附这几种单元工艺在富营养化水源水的净化过程中发挥着不同的、不可替代的作用，将三者组合起来可以获得较为安全合格的饮用水。视原水水质不同，对富营养化水源水推荐如下几种净水工艺。
工艺1：原水→生物处理→混凝沉淀→过滤→活性炭吸附→消毒
工艺2：原水→生物处理→混凝沉淀→过滤→消毒
工艺3：原水→预臭氧→生物处理→混凝沉淀(气浮)→过滤→活性炭吸附→消毒
工艺4：原水→预臭氧→生物处理→混凝沉淀→过滤→消毒
当水源水中藻类数量不是很高、致突变活性较强时，可选用工艺1；如果水的致突活性不强，可以选用工艺2；当水中藻类数量很高、致突变活性较强时，可选用工艺3；如果水的致突变活性不强，可选用工艺4。实践证明，气浮的除藻效果优于混凝沉淀，因而水中藻类数量很高时，可将沉淀池改造成气浮池，以取得更好的除造藻效果。

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