结合实践探讨给水处理工程中去除有机物若干方法

摘 要：伴随着国家经济的快速发展，人对生活物质要求的提高，城市给水处理工程中有机物的去除问题越来越受重视，因为水中有机物的去除效果直接影响到给水处理的质量。本文笔者结合实践探讨给水处理中去除有机物若干方法。

关键词： 城市给水工程；处理有机物； 若干方法

0前言

随着国家经济的快速发展，人对生活物质要求的提高。因水体的污染物有许多种，但最普遍、危害最大的要数有机物。水体中有机物主要包括天然水体中存在的腐植酸类有机物及工农业生产和人类生活活动排入的各种有机物，后者经过一定时间，通过化学、生化等作用，绝大部分最终形成腐植酸类有机物。所以近几年来，国内外水处理工作者在有机物去除问题上已做过大量研究工作，尽管目前还拿不出某一种在技术、经济上十分理想的处理工艺，但是，已经探索了许多去除水中有机物的材料和方法，有的已在工业上推广应用并正不断完善。本文主要结合国内外给水处理工程中去除水中有机物的试验和实践现状，评述各种去除水中有机物的方法，并对这一领域做一些展望。

1 混凝处理

水体中有机物按其存在的形态分为悬浮态、胶态和溶解态三种，我们通常称的水中有机物是这三者之和。混凝、澄清、过滤是常规给水处理系统中最前面的处理设备，我们通常称之为水的预处理。因此，水体中各种形态的有机物全部进入了预处理设备，可见在预处理阶段提高水中有机物去除率的重要意义。一般情况下，粒状滤料过滤设备对澄清出水中残留有机物去除作用甚微。国外曾试验过的生物过滤器，也仅能去除一小部分可生化的有机物。因此，在预处理阶段，有机物的去除主要依靠混凝澄清。在混凝澄清处理过程中COD的去除率约为20%～60%，去除率波动范围很大的主要原因是混凝、澄清对悬浮态及胶态有机物的去除率较高（最大可达80%～90%），而对溶解态有机物的去除率很低，不同水源中有机物形态分布有时相差很大。有机物减少，而分子态有机物增多，有机物溶解度下降，它们相对容易吸着到大量存在的Fe（OH）3或Al（OH）3等颗粒上共沉淀，导致有机物去除率有较明显的上升。

2 吸附处理

以活性炭（主要是粒状活性炭）为代表的吸附处理工艺是目前去除水中有机物的首选技术，因为其原料来源丰富，比表面积大，对农药及其他有机物的去除率较高，所以，被广泛应用。活性炭是非极性、弱极性的吸附材料，因此，它对水中绝大多数极性有机物特别是危害较大的卤代烃吸附效果较差。活性炭对水中有机物的去除率一般在20%～70%之间，这与水中有机物的种类、形态、分子尺寸有关，非极性、弱极性有机物，相对分子质量不太大、溶解度较小的有机物容易被吸附去除。Christine Watrta等人研究发现在分子氧存在条件下，可以提高活性炭对有机物的去除率，而且这对芳香族化合物明显有效，而对脂肪族化合物无明显作用，他们认为在分子氧存在条件下，某些有机物生成二聚、三聚物，从而增加了吸附容量。国内外研究者都进行过降低活性炭过滤器进水pH值的试验，试验证实降低进水pH值可有效提高有机物的去除率，并且能适当延长活性炭过滤器的运行周期，这与低pH条件下改变了水中有机物的形态有关，使有机物变得容易被吸附了。

3 氧化处理

在水处理中常用的氧化剂有：Cl2、O3、ClO2、H2O2、KMnO4等，由于它们的氧化能力不同，所以，氧化降解有机物的效率也不同，而且，对不同种类有机物表现出来的氧化作用有的相差很大。但这些氧化剂有一个共同的特点，就是它们都不能将水中有机物完全矿化，有时经氧化的水中COD值反而会上升，这说明了水中有部分有机物仅从大分子氧化成小分子而已。因此，常规的氧化处理很难达到满意的处理效果，另外，氧化过程需要大量能量，费用较高，很难有工业上的应用价值。当然氧化可改善混凝效果，而改善的混凝对有机物去除作用影响到什么程度，这方面的研究还有待进一步试验研究。光氧化法是近年研究较多的一种氧化去除有机物的新方法，光氧化法主要包括光化学氧化法和光催化氧化法。光化学氧化法是将O3、H2O2、O2等氧化剂的氧化作用和光（254～365nm的紫外光）化学辐射作用相结合，可产生氧化能力很强的自由基。光催化氧化法是在水中加入一定数量的半导体催化剂（如TiO2），它在紫外线辐射下也能产生强氧化能力的自由基。光氧化法的主要机理是：（1）在紫外线辐射下，有机物的键发生断裂而直接分解；（2）紫外线辐射下，水中氧化剂（催化剂存在下）生成强氧化能力自由基，提高了氧化剂对有机物的氧化能力；（3）在紫外线辐射下，使有机物外层电子处于激发态提高分子自由能，使其易于被氧化。

4膜处理

膜技术是当今水处理研究中最活跃的领域，其应用广泛。反渗透（RO）、纳滤（NF）、超滤（UF）、微滤（MF）不同程度上都能有效去除水中嗅、味、色、消毒副产物先质及其他有机物和微生物。MF、UF由于其孔径较大，所以，对相对分子质量较低（300～400以下）的有机物去除率很低，这直接影响了有机物的总去除率，因为，在天然水体中相当一部分有机物是低相对分子质量、可溶性有机物。UF作为水处理系统中的后处理设备已在工业上得到较多的应用，但要将它单独用作提高水中有机物去除率的设备，显然是不会得到满意的结果。RO、NF因其表皮层孔径很小（NF能去除相对分子质量200以上的物质，而RO则能去除相对分子质量低于200的有机物分子），因此，理论上它们对水中有机物的去除率非常高，但它们的致命弱点是要求对进水进行严格的各种预处理，否则膜易遭受污染和损伤，影响其正常工作，另外，膜的投资和运行费用较高，这些都限制了它们在水处理中更广泛的应用。相对而言，NF对进水的预处理要求比RO低些，且运行压力、成本也相对低些，因此，从去除有机物并兼顾脱盐的角度来看，NF技术更具有实用价值。在实际应用中，采用MF或UF作为NF的前处理可能是一个值得尝试的试验。

5离子交换处理

天然水中的有机物主要的是进入到水体的各种有机质经化学、生化降解形成的腐植酸类有机物，目前对它们的分子结构还不是很清楚，但已证实的是大部分腐植酸类物质上都带有―COOH和―OH等基团，因此，通常可将此类有机物看作是有机弱酸，理论上可推测水中这类有机物可通过离子交换去除。Paul. L.K. Fu等人的试验也已证实了阴离子交换树脂去除水中有机物的主要机理是离子交换作用，而吸附是次要作用，这一点也可以从大孔吸附树脂对水中有机物去除率并不高得以佐证。阴离子交换树脂用于截留水中有机物早有研究应用，如除盐系统中，弱碱阴树脂保护强碱阴树脂免遭有机物污染。离子交换除盐系统中常用的是苯乙烯系的离子交换树脂，由于其骨架材料是憎水性的，所以，其抗有机物污染能力较弱，近年来国内外均研制出了抗有机物污染能力强的丙烯酸系阴树脂，如Amberlite IRA―458，争光213、214阴树脂，由于其骨架材料是亲水性的丙烯酸类材料，所以，该类阴树脂吸着了有机物后易被洗脱下来，因而也就具有了较高的去除有机物能力。

6结束语

综上所述；不同水源中有机物的成分、形态特征有时相差很大，因此，至今还没有找到某一种技术、经济上都理想的控制水中有机物的工艺。就现有技术、经济条件，我们应该主要根据各水源水质的特点，水中有机物含量的高低，有机物的主要种类和形态特征来选择技术、经济上较合理的工艺来控制水中有机物，以求得有机物最大去除效果，同时考虑提高整个水处理系统中对有机物的去除效果，从而达到进一步提高给水水质的目标。