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1中山市供水有限公司 广东中山 528403；2广东中山建筑设计院股份有限公司 广东中山 528403
【摘 要】对目前常用的水厂饮用水深度处理工艺进行了综述，分别介绍了活性炭吸附法、深度氧化法和膜过滤法的技术原理、研究进展与应用特点，为供水企业实施技术改造和提高饮用水质提供一定的理论参考。
【关键词】水厂饮用水；深度处理；技术进展
0引言
水厂饮用水处理技术包括预处理、常规处理、应急处理和深度处理[1]等，常规和应急水处理以物理沉降法、化学混凝法和生物分解法等相互搭配的多级联合处理最为常用，主要目的是除去悬浮颗粒、胶体和微生物等，往往不能除去特征有机污染物，所以还需合适的深度水处理进行补充。
按技术分类，目前常用深度水处理可分为活性炭技术、深度氧化技术与膜分离过滤技术等。国内外对于深度水处理技术已开展了大量实验研究与生产应用，并取得了一定成果[2]。本文综述了常用水厂深度水处理技术，分别介绍了各自具体处理方法及优缺点，为供水企业的技术改造工作提供一定的理论参考。
1活性炭吸附处理
活性炭技术原理是利用石墨微晶不同孔径结构的物理吸附能力，以及表面极性含氧有机官能团的分子间作用力，从而对有機污染物分子进行吸附。活性炭具有比表面积大、物化性能稳定、经济易得等特点，广泛应用于饮用水处理、化工催化、废气吸收等工业与生活领域。根据材料制备来源不同可将活性炭划分为果壳碳、煤质碳、木质碳和骨质碳，其中果壳碳因孔径最小而得到较多关注。根据材料存在形态不同可将活性炭分为颗粒碳、碳纤维与粉末碳活性炭的性能表征手段一般参照国标（GB/T 12496.6-1999）和相关行标（DL/T 582-2004）规定，以粒度、表观密度、灰分、pH、漂浮率等作为物理指标，以对碘、亚甲基蓝和苯酚或木质素、单宁酸等吸附值测定作为化学指标。供水处理活性炭应具有吸附性好、机械强度高、化学稳定性好等特性，质量符合中华人民共和国城镇建设行业标准CJ/T 345-2010《生活饮用水净水厂用煤质活性炭》。实际应用中较少采用单一活性炭吸附处理，目前活性炭发展趋势一是对其进行改性处理以提高吸附能力，如在活性炭表面复合一层生物膜制成生物活性炭、利用一定功率的微波辐射改性等；二是进行活性炭再生以提高使用效率，可用方法有催化氧化法、药剂洗脱法、高温加热法等；三是采用活性炭与其他深度处理技术的联用，如已得到成熟应用的臭氧生物活性炭处理技术。该技术先对饮用水进行臭氧处理，将高分子有机物分解为小分子如CH2Cl2、CHCl3等，再通过生物活性炭滤池吸附臭氧处理产生的小分子产物，既弥补了臭氧处理无法解决部分小分子有机物的缺陷，又提高了生物活性炭对有机物的吸附量和工作寿命。
2深度氧化处理
深度氧化处理技术[3]是指在声、光、电、催化剂等因素作用下产生自由羟基（·OH），从而将有机污染物氧化或完全矿化为小分子化合物，该技术主要包括化学催化氧化、光催化氧化、湿式氧化、超声空化和电化学氧化等，具有降解效率高，环境友好，普适性强等特点。
Fenton法是目前应用最为普遍的深度化学催化氧化处理。Fenton法因强氧化试剂（Fe2+/H2O2）及其发明人Fenton而得名，在广义上是指采用光辐射（UV）、催化剂（C2O2-4、EDTA）、或电化学手段，使得H2O2产生较强自由羟基以氧化有机物，且Fe2+还原为Fe产生混凝作用的技术。Fenton法具有较强氧化能力，可以有效氧化多种传统难分解的有机物。
光催化氧化一般以半导体如纳米TiO2等作催化剂，TiO2填满电子的价带和空电子的导带之间存在禁带，当hυ（光照能量）≥d（禁带宽度）时，价带上电子受激发发生跃迁，从而形成光电子和价带空穴，光电子和空穴受电场作用分别迁移至粒子表面。空穴具有极强的捕获电子能力即强氧化性，可将有机物羟基和水分子氧化为自由羟基（·OH），从而实现对有机物降解。
湿式氧化则是利用高温高压条件下（150～350oC，0.5～20MPa）氧化剂如O2、O3、H2O2等在液相中溶解度和传质系数升高，使得氧化剂与有机污染物之间发生自由基反应。湿式氧化在处理含油量和COD高的饮用水方面，具有良好应用前景，且能耗少无二次污染。
超声空化是利用超声波产生空化气泡，有机物在空化气泡提供的高温高压环境下容易发生物化反应，降解过程包括热分解、超临界氧化和自由基氧化。首先，在空化泡内发生热分解，产生大量热量使空化泡中有机分子汽化并分解。其次，空化泡内的高温高压可产生超临界水，超临界水具有优良传质和氧化性能，可将有机物氧化为CO2和H2O。最后，空化泡产生的热量还能将水分子分解为较高活性的H·和·OH自由基，自由基可进入水溶液将其中溶解的有机物氧化。
电化学氧化主要是通过电解池产生的强氧化剂如NaClO、K2S2O8、CaC2O4等间接降解有机污染物，因多功能性、高灵活性及易操作性受到越来越多研究者的关注，但存在成本过高、产生二次污染等问题，因此实际单独应用较少，往往与其他方法耦合使用。
3膜过滤处理
膜过滤分离的技术原理是以膜内外一定压力差、温度差、浓度差或电位差等作为推动力，利用分离膜的滤孔尺寸能够滤过小粒径的水分子，而挡住大分子有机污染物的特点，从而收集到能够饮用的纯净水，因而该技术的关键在于膜材料的选择与表征。
膜技术具有处理效率高、占地面积小、产能稳定、操作维修方便、不产生二次污染等优势，但膜技术也存在一次投资成本和运行费用较高、易受到污染而出现性能劣化、需要定期清洗维护、技术研究还不够成熟等问题。根据截留性能的不同，常用压力差膜技术可分为超滤（UF）、微滤（MF）、纳滤（NF）和反渗透（RO），四种膜技术的特点及参数如表1所示。不同类型膜技术的偶联是中水处理的应用趋势，一般先采取MF和UF作为预处理，再有选择地利用纳滤或反渗透技术。
表1 常用压力差膜技术的特点
膜类型 分离机理 组件 截留分子量 孔径 压力差（MPa）
MF 多孔膜 平板膜 >500000 0.1～1 μm 0.07
UF 多孔膜 管状膜 500～500000 0.002～0.1μm 0.1～0.7
NF 多孔膜 卷式膜 80～1000 <10 nm 0.35～1.6
RO 无孔膜 中空纤维膜 离子 - 0.5～8.4
4结语
关于水厂饮用水深度处理技术的研究目前较为广泛，但是考虑到水厂原水中存在较多污染物，可能含有过量有机物、重金属、藻类植物等，且有害成分差异性大，因此无法采取一种公认最佳的处理工艺，只能在兼顾环境友好和资源节约的目标下，根据具体水质、环境及企业自身情况进行合理选择，以达到国家标准的排放要求。
参考文献：
[1]叶少帆，王志伟，吴志超. 微污染水源水处理技术研究进展和对策分析[J]. 水处理技术，2010（06）：22-28.
[2]杨敦，徐扬. 生活饮用水的深度处理技术[J]. 给水排水，2007，33（z2）：226-230.
【摘 要】对目前常用的水厂饮用水深度处理工艺进行了综述，分别介绍了活性炭吸附法、深度氧化法和膜过滤法的技术原理、研究进展与应用特点，为供水企业实施技术改造和提高饮用水质提供一定的理论参考。
【关键词】水厂饮用水；深度处理；技术进展
0引言
水厂饮用水处理技术包括预处理、常规处理、应急处理和深度处理[1]等，常规和应急水处理以物理沉降法、化学混凝法和生物分解法等相互搭配的多级联合处理最为常用，主要目的是除去悬浮颗粒、胶体和微生物等，往往不能除去特征有机污染物，所以还需合适的深度水处理进行补充。
按技术分类，目前常用深度水处理可分为活性炭技术、深度氧化技术与膜分离过滤技术等。国内外对于深度水处理技术已开展了大量实验研究与生产应用，并取得了一定成果[2]。本文综述了常用水厂深度水处理技术，分别介绍了各自具体处理方法及优缺点，为供水企业的技术改造工作提供一定的理论参考。
1活性炭吸附处理
活性炭技术原理是利用石墨微晶不同孔径结构的物理吸附能力，以及表面极性含氧有机官能团的分子间作用力，从而对有機污染物分子进行吸附。活性炭具有比表面积大、物化性能稳定、经济易得等特点，广泛应用于饮用水处理、化工催化、废气吸收等工业与生活领域。根据材料制备来源不同可将活性炭划分为果壳碳、煤质碳、木质碳和骨质碳，其中果壳碳因孔径最小而得到较多关注。根据材料存在形态不同可将活性炭分为颗粒碳、碳纤维与粉末碳活性炭的性能表征手段一般参照国标（GB/T 12496.6-1999）和相关行标（DL/T 582-2004）规定，以粒度、表观密度、灰分、pH、漂浮率等作为物理指标，以对碘、亚甲基蓝和苯酚或木质素、单宁酸等吸附值测定作为化学指标。供水处理活性炭应具有吸附性好、机械强度高、化学稳定性好等特性，质量符合中华人民共和国城镇建设行业标准CJ/T 345-2010《生活饮用水净水厂用煤质活性炭》。实际应用中较少采用单一活性炭吸附处理，目前活性炭发展趋势一是对其进行改性处理以提高吸附能力，如在活性炭表面复合一层生物膜制成生物活性炭、利用一定功率的微波辐射改性等；二是进行活性炭再生以提高使用效率，可用方法有催化氧化法、药剂洗脱法、高温加热法等；三是采用活性炭与其他深度处理技术的联用，如已得到成熟应用的臭氧生物活性炭处理技术。该技术先对饮用水进行臭氧处理，将高分子有机物分解为小分子如CH2Cl2、CHCl3等，再通过生物活性炭滤池吸附臭氧处理产生的小分子产物，既弥补了臭氧处理无法解决部分小分子有机物的缺陷，又提高了生物活性炭对有机物的吸附量和工作寿命。
2深度氧化处理
深度氧化处理技术[3]是指在声、光、电、催化剂等因素作用下产生自由羟基（·OH），从而将有机污染物氧化或完全矿化为小分子化合物，该技术主要包括化学催化氧化、光催化氧化、湿式氧化、超声空化和电化学氧化等，具有降解效率高，环境友好，普适性强等特点。
Fenton法是目前应用最为普遍的深度化学催化氧化处理。Fenton法因强氧化试剂（Fe2+/H2O2）及其发明人Fenton而得名，在广义上是指采用光辐射（UV）、催化剂（C2O2-4、EDTA）、或电化学手段，使得H2O2产生较强自由羟基以氧化有机物，且Fe2+还原为Fe产生混凝作用的技术。Fenton法具有较强氧化能力，可以有效氧化多种传统难分解的有机物。
光催化氧化一般以半导体如纳米TiO2等作催化剂，TiO2填满电子的价带和空电子的导带之间存在禁带，当hυ（光照能量）≥d（禁带宽度）时，价带上电子受激发发生跃迁，从而形成光电子和价带空穴，光电子和空穴受电场作用分别迁移至粒子表面。空穴具有极强的捕获电子能力即强氧化性，可将有机物羟基和水分子氧化为自由羟基（·OH），从而实现对有机物降解。
湿式氧化则是利用高温高压条件下（150～350oC，0.5～20MPa）氧化剂如O2、O3、H2O2等在液相中溶解度和传质系数升高，使得氧化剂与有机污染物之间发生自由基反应。湿式氧化在处理含油量和COD高的饮用水方面，具有良好应用前景，且能耗少无二次污染。
超声空化是利用超声波产生空化气泡，有机物在空化气泡提供的高温高压环境下容易发生物化反应，降解过程包括热分解、超临界氧化和自由基氧化。首先，在空化泡内发生热分解，产生大量热量使空化泡中有机分子汽化并分解。其次，空化泡内的高温高压可产生超临界水，超临界水具有优良传质和氧化性能，可将有机物氧化为CO2和H2O。最后，空化泡产生的热量还能将水分子分解为较高活性的H·和·OH自由基，自由基可进入水溶液将其中溶解的有机物氧化。
电化学氧化主要是通过电解池产生的强氧化剂如NaClO、K2S2O8、CaC2O4等间接降解有机污染物，因多功能性、高灵活性及易操作性受到越来越多研究者的关注，但存在成本过高、产生二次污染等问题，因此实际单独应用较少，往往与其他方法耦合使用。
3膜过滤处理
膜过滤分离的技术原理是以膜内外一定压力差、温度差、浓度差或电位差等作为推动力，利用分离膜的滤孔尺寸能够滤过小粒径的水分子，而挡住大分子有机污染物的特点，从而收集到能够饮用的纯净水，因而该技术的关键在于膜材料的选择与表征。
膜技术具有处理效率高、占地面积小、产能稳定、操作维修方便、不产生二次污染等优势，但膜技术也存在一次投资成本和运行费用较高、易受到污染而出现性能劣化、需要定期清洗维护、技术研究还不够成熟等问题。根据截留性能的不同，常用压力差膜技术可分为超滤（UF）、微滤（MF）、纳滤（NF）和反渗透（RO），四种膜技术的特点及参数如表1所示。不同类型膜技术的偶联是中水处理的应用趋势，一般先采取MF和UF作为预处理，再有选择地利用纳滤或反渗透技术。
表1 常用压力差膜技术的特点
膜类型 分离机理 组件 截留分子量 孔径 压力差（MPa）
MF 多孔膜 平板膜 >500000 0.1～1 μm 0.07
UF 多孔膜 管状膜 500～500000 0.002～0.1μm 0.1～0.7
NF 多孔膜 卷式膜 80～1000 <10 nm 0.35～1.6
RO 无孔膜 中空纤维膜 离子 - 0.5～8.4
4结语
关于水厂饮用水深度处理技术的研究目前较为广泛，但是考虑到水厂原水中存在较多污染物，可能含有过量有机物、重金属、藻类植物等，且有害成分差异性大，因此无法采取一种公认最佳的处理工艺，只能在兼顾环境友好和资源节约的目标下，根据具体水质、环境及企业自身情况进行合理选择，以达到国家标准的排放要求。
参考文献：
[1]叶少帆，王志伟，吴志超. 微污染水源水处理技术研究进展和对策分析[J]. 水处理技术，2010（06）：22-28.
[2]杨敦，徐扬. 生活饮用水的深度处理技术[J]. 给水排水，2007，33（z2）：226-230.