關于生活水氧化處理的技術研究

祁順山

（華電能源牡丹江第二發電廠，黑龍江 牡丹江 157015）

1 概述

水是人類賴以生存和工業生產不可缺少的有限資源。隨著社會的發展、工業化進程的加速，人類對水質水量的要求也越來越高。然而由于受水土流失、水源污染等因素的影響，地表水成分逐漸趨于復雜，水體中有機成分增多、濃度增大，不但對膠體產生嚴重保護作用，導致混凝劑藥耗增加、水中鋁的剩余量增高，而且產生多種氯化消毒副產物，其中相當一部分對人體健康具有較大的危害；氮磷營養物質大量排入水體，導致水體富營養化、藻類過量繁殖，產生難聞的臭味和有害的藻毒素；加之致病微生物的存在、管網的二次污染、穩定性鐵錳以及重金屬問題等都使得給水處理難度增大。因此，在強化水源保護的同時，需要加強水質處理技術的研究。

2 化學預氧化技術

化學預氧化是通過在給水處理工藝前端投加氧化劑強化處理效果的一類預處理措施。化學預氧化目的主要分為：①去除微量有機污染物；②除藻；③除嗅味；④控制氯化消毒副產物；⑤氧化助凝；⑥去除鐵錳。

在預氧化過程中，氧化劑與水中多種成分作用，能夠提高對有害成分的去除效率，但在一定條件下也會產生某些副產物。各種氧化劑作為預處理藥劑對給水處理效果的綜合影響程度差別較大。

2.1 臭氧預氧化技術

通常臭氧作用于水中污染物有兩種途徑：一種是直接氧化，即臭氧分子和水中的污染物直接作用。在此過程中，臭氧能氧化水中的一些大分子天然有機物，如腐殖酸、富里酸等；同時臭氧也能氧化一些揮發性有機污染物和一些無機污染物，如鐵、錳等。直接氧化通常具有一定的選擇性，即臭氧分子只能與水中含有不飽和鍵的有機污染物或無機成分作用。另一種途徑是間接氧化，一部分臭氧分解產生羥基自由基與水中有機物作用，間接氧化具有非選擇性，能夠與水中多種污染物反應。

首先，臭氧預氧化可破壞水中有機物的不飽和鍵，使有機物的分子量降低，可溶解性有機物DOC的濃度升高，具體表現為AOC和BDOC的濃度升高，從而提高有機物的可生化性。但Ames實驗表明，部分氧化中間產物具有一定的致突變活性，需要提高臭氧投量來降低這些產物的毒性活性，此外，臭氧也會將氨氧化成硝酸鹽，但中性條件下氧化速度極慢，控制溶液的pH值可以提高反應速度。

其次，對于具有較高硬度和較低TOC的原水，通常在TOC含量為2.5 mg/L左右、硬度與TOC比值大于250 mgCaCO3/mgTOC、低的臭氧投量（0.5～1.5 mg/L）等條件下可起到助凝作用，提高混凝效果，但由于臭氧預氧化會提高水中有機酸的濃度，而部分有機酸會與混凝劑中的鐵、鋁離子匯合，從而使得濾后水中鐵或鋁的總濃度升高，故需對其采取一定措施進行處理，以達到國家制定的生活飲用水水質標準。

2.2 高錳酸鹽復合藥劑預氧化技術

高錳酸鉀是一種普通的強氧化性，其氧化還原電位為Eo=1.69V。經過十幾年的研究，在去除天然水中微量有機物、控制鹵仿和致突變物質以及氧化助凝等方面取得了一些進展，并在生產中得到推廣應用，同時，還系統地分析了高錳酸鉀除污染的作用效能與機理。

高錳酸鹽復合藥劑是在對高錳酸鉀進行了大量的研究基礎上研制得出的，該藥劑主要是以高錳酸鉀為核心、由多種組分復合而成，充分利用了高錳酸鉀與復合藥劑中其他組分的協同作用，促進具有很強氧化能力且利于除污染的中間價態介穩產物和具有很強吸附能力的新生態水合二氧化錳的形成，將氧化和吸附有機地結合起來，強化去除水中有機污染物、強化除藻、除臭味、除色、降低三氯甲烷生成復合水的致突變活性等，提高了高錳酸鉀對水中微污染物的去除率。

高錳酸鹽預氧化具有明顯的除藻效果，通過對藍藻、綠藻等去除效果的觀察，發現高錳酸鹽投量為0.3～1.0 mg/L范圍內有良好的除藻效果。在研究過程中，分別對高錳酸鹽復合藥劑預氧化、預氯化兩種除藻方法的除藻效能進行了試驗比較，結果表明，高錳酸鹽復合藥劑預氧化處理比預氯化處理沉后水藻類去除率有明顯提高。

高錳酸鹽復合藥劑預氧化除臭味效果顯著。選擇了有代表性的由酚類、藻類、放線菌等引起的臭味的原水為研究對象，考察了高錳酸鹽復合藥劑對不同原水去除臭味的效能。

通過不同地區的生產應用，表明高錳酸鹽預氧化具有多功能的強化除污染作用，可有效地提高水中藻類、臭味、鐵錳、有機物、重金屬等污染物去除率。高錳酸鹽預氧化對地表水也有明顯的助凝作用，可降低混凝劑投量10%～30%。高錳酸鹽復合藥劑的投加量一般控制在0.3～1.0mg/L范圍內，制水成本增加一般少于1分/t。

2.3 高鐵酸鹽預氧化

高鐵酸鹽是一種具有很強氧化能力的無機氧化劑（標準氧化還原電位為2.20 V），由于其獨特的性質，在水處理中有很大的應用潛力。但高鐵酸鹽制備難度大、成本高、易分解。

高鐵酸鹽預氧化對水中微量有機污染物有良好的去除效果。進一步利用氣相色譜針對典型的小分子微量有機物，如苯酚、對硝基酚、2，4-二氯酚進行了氧化動力學規律研究，發現高鐵酸鹽對這些有機污染物有較高的氧化速率，高鐵酸鹽在中性條件下取得最佳的氧化效果。

高鐵酸鹽預氧化對幾種地表水都有顯著的助凝作用，尤其是穩定性地表水。處理后的其他水質指標，如UV254、色度、鐵、錳等也有明顯改善，還具有良好的消毒作用。高鐵酸鹽分解后形成的Fe（OH）3膠體的吸附作用能夠促進濁度的去除。

3 臭氧高級氧化技術

臭氧氧化及臭氧活性炭聯用技術在殺藻、除臭、除色、控制氯化消毒副產物等方面有一定的優勢。水中大量存在的天然有機物（NOM）是氯化消毒副產物的主要來源，臭氧氧化導致低NOM分子量部分的增加和高分子量部分的減少，這些新生成的低分子量化合物能較好地吸附在活性炭上，但是臭氧氧化增加了有機化合物的極性而導致在活性炭上的吸附性能降低。

隨著水體有機污染的日益嚴重和水質標準的不斷提高，高級氧化技術研究進展迅速并在水處理中得到應用。高級氧化技術是指利用反應中產生的強氧化性的羥基自由基（OH·）作為主要氧化劑氧化分解和礦化水中有機物的氧化方法。

在各種高級氧化技術中，臭氧催化氧化技術日益受到人們的關注。按催化劑的相態分，臭氧催化氧化可分為均相催化氧化和多相催化氧化兩類。臭氧催化氧化的發展始于均相氧化，即向水溶液中加入金屬離子以強化臭氧的氧化反應；隨后出現了以金屬氧化物或附著于載體上的金屬/金屬氧化物為催化劑的多相催化氧化。

從在水處理工藝中的應用角度來看，臭氧催化氧化有以下優點：①能夠顯著地降低水中農藥、內分泌干擾物質、致突變物質的濃度，除臭除味；②充分地利用剩余臭氧，強化分解水中有機物，降低尾氣中臭氧含量；③提高臭氧轉移效率；④降低臭氧投量；⑤既適合現有水廠改造（改造接觸池），也適合新水廠建設（建催化氧化池）。

4 展望

（1）我國飲用水源受污染率較高，由于污水處理率很低，非點源的污染日益突出，可能將成為主要污染源，因此在相當長時期內，強化受污染水的處理將會是給水處理的主要問題。

（2）加強對水資源保護的同時，增加受污染水處理的研究力度，提高飲用水水質；采用多級屏障的思想，在強化混凝、沉淀、過濾、消毒的同時，利用化學、生物、吸附等過程強化水質凈化，從全過程控制水質。