飲用水中微量有機物去除技術的探討

李興權，曹 杰，田 曉

(1.承德石油高等專科學校資產與后勤管理處，河北承德 067000;2.承德石油高等專科學校建筑工程系，河北承德 067000;3.河北旅游職業學院園林藝術系，河北承德 067000)

飲用水中微量有機物去除技術的探討

李興權1，曹 杰2，田 曉3

(1.承德石油高等專科學校資產與后勤管理處，河北承德 067000;2.承德石油高等專科學校建筑工程系，河北承德 067000;3.河北旅游職業學院園林藝術系，河北承德 067000)

飲用水中的有機物是危害人體健康的重要污染源，由于城市建設的加速和工業的高速發展，有機物對飲用水的污染現象日趨嚴重。現對近年來來國內外采用的活性炭吸附技術、納濾膜技術、生物過濾技術去除飲用水中微量有機物做了闡述，對飲用水處理的發展方向及應用前景進行了展望。

活性炭;納濾;生物過濾;有機物

飲用水通常在常規工藝處理以后，采用適當的其他處理方法，去除微量有機物或其副產品，從而提高和保證飲用水水質。近年來活性炭、納濾膜和生物過濾等去除飲用水中微量有機物的技術得到了廣泛的應用［1-2］。

1 活性炭對飲用水中微量有機物的去除

1.1 活性炭的特性

活性炭由碳微晶粒和無定形碳所構成，孔隙結構發達、堆積密度低、比表面積很大(1 500m2/g以上)、吸附能力很強。活性炭對有機物的去除主要靠微孔吸附。活性炭對有機物去除的主要影響因素是有機物的極性與分子大小，有機物的分子小、溶解度小、親水性差、極性弱易被吸附。活性炭的空隙分為微孔(＜2 nm)、中孔(2～50 nm)和大孔(＞50 nm)，微孔分為一級微孔(＜0.8 nm)和二級微孔(0.8～2 nm)。按外觀形狀可分為粉狀活性炭、顆粒活性炭、成型活性炭和活性炭纖維。

1.2 活性炭的吸附機理［3］

活性炭對飲用水中微量有機物吸附能力的強度與活性炭本身的微孔結構和有機物的化學組成有關。活性炭最佳吸附范圍孔徑是1.7～35 nm，即活性炭的二級微孔和中孔。活性炭屬于非極性分子，非極性分子中的電子和原子核都處在不斷的運動狀態之中，正負電荷重心之間會產生瞬時的相對位移產生瞬間偶極，根據同極相斥，異極相吸的原理，每個瞬間偶極必然處于異極相鄰狀態而相互吸引。吸附作用主要有物理相互作用和化學相互作用。

1)物理相互作用

物理相互作用包含排斥效應和微孔效應。尺寸排斥決定被吸附分子能夠進入哪一級微孔，活性炭的微孔效應是由微孔和被吸附分子的相對尺寸分布決定的。尺寸排斥效應減少了活性炭對大分子有機物的吸附，綜上所述有針對性的選擇活性炭孔徑能夠更有效的增加活性炭吸附容量。

2)化學相互作用

化學作相互用對大分子有機物的吸附很重要，化學相互作用包括活性炭的表面化學特征以及吸附質和溶劑的性質。除非特性的色散力外，吸附質在水中的溶解度越小，活性炭對其吸附容量越大。活性炭表面與吸附質之間存在著特殊的相互作用，可能對活性炭的表面極性與溶劑產生影響。另外，可離子化的吸附質還受到作為溶劑的水的靜電作用，pH值和離子強度等性質的影響。

2 納濾膜對飲用水中微量有機物去除

在反滲透和超濾發展的基礎上，20世紀70年代J.E.Cadotte研究開發了NS-300膜，將納濾引入了膜技術領域。膜過濾作為新型的凈水技術在國內得到了眾多示范性的應用［4］。納濾(NF，nanofitration)對有機物的截留率為90%左右，其分離特性介于反滲透和超濾之間。納濾膜對截留各類有機物具有較強的功效，還可以適量的去除無機離子，能滿足對水源更廣泛的應用及要求。納濾膜的一個很大特征是膜本體帶有電荷性，溶質的分子粒徑大小、電荷性留、擴散系數、親疏水性以及分子極性等直接影響到所采用截留方法的選擇。納濾膜對溶質的截留機理主要有空間位阻效應、Donann效應、介電效應以及吸附效應等。此外由膜對有機分子和無機鹽離子的截留，又會引起膜表面以及膜孔內產生化學污染，從而會改變其截留機理。

納濾膜是去除飲用水中消毒副產物(DBPs)和其前驅物、對環境內分泌干擾物、對持久性有機物、對醫藥品與個人護理品(PPCPs)、生物可同化有機碳、對微囊藻毒素、致突變性生物指標的有效方法，上述物質都是飲用水中有害有機物。隨著我國國民經濟的不斷發展、居民健康用水意識的提高，以及納濾膜制備與應用技術的相對成熟，其在飲用水凈化領域的規模及作用也越來越大［5］。

3 生物過濾對飲用水中微量有機物的去除

在微污染飲用水處理中，常用的生物膜工藝是生物過濾。它既可以高效去除懸浮顆粒，也可以借助于傳統濾料(顆粒活性炭)上附著生長的生物膜去除可生物降解的有機物。生物過濾工藝已經在西歐國家得到廣泛的應用。二十世紀中后期，西歐一些國家就所采用生物膜過濾技術及傳統技術的結合有效的去除了水源中的氨氮和其他有機污染物。同期，美國等一些國家雖然對生物膜處理工藝展開了一些基礎性研究但在飲用水處理上仍盡量避免采用生物處理工藝。直到1986年美國國會頒布“安全飲用水法案”后，美國國家環保局(EPA)對飲用水水質指標(包括三氯甲烷等)作出更嚴格的規定，美國有關高校與研究機構在美國EPA等部門的資助下才開展了一系列生物過濾工藝的進一步研究，其他一些國家包括加拿大、中國等國家也逐漸加大了生物膜工藝的研究力度。

生物膜法是利用附著生長于某些固體物表面或生物濾池的濾料上的微生物(即生物膜)去除污水中的有機物的方法。生物膜是由積聚數量可觀的厭氧菌、好氧菌、兼性菌、真菌、原生動物以及藻類等組成的一個完善的生態系統，上面附著的固體介質被叫做濾料或載體。自濾料向外生物膜可分為慶氣層、好氣層、附著水層、運動水層。生物過濾機理是，生物膜首先吸附附著水層有機物，由好氣層的好氣菌將其分解，再進入厭氣層進行厭氣分解，流動水層則將老化的生物膜沖掉從而生長新的生物膜，從而達到反復使用的目的。生物過濾是目前減少飲用水有機污染、提高飲用水的安全性的較有競爭力的一種工藝［6］。

4 結語

傳統飲用水處理技術的局限性和除微污染物處理技術的突飛猛進，使得優質飲用水的使用成為可能，但如何消除飲用水中的有機污染物的污染，形成一個經濟上可行、技術上可靠、污染去除率高的飲用水深度處理方法是飲用水處理的發展方向所在。

［1］張榮，田向紅，劉保華.我國飲用水現狀及衛生標準發展［J］.中國衛生工程學，2004(3):14-17.

［2］丁增義.我們有多少消水可以期待［N］.解放軍報，2005-04-09.

［3］付娟.生活飲用水一個值得關注的問題［J］.中國檢驗檢疫，2004(11):56-58.

［4］朱延美，許寧，張文平.我國飲用水安全性研究現狀［J］.北方環境，2004(6):44-45.

［5］Chung K，Fujiki I，Okabe S.Effect of formation of biofilms and chemical scale on the cathode electrode on the performance of a continuous twochamber microbial fuel cell.Bioresour.Technol，2011(102):355-360.

［6］Zhang YH，Mo GG，Li XW，Ye JS.Iron tetrasulfophthalocyanine functionalized graphene as a platinum-free cathodic catalyst for efficient oxygen reduction in microbial fuel cells.J.Power Sources，2012(197):93-96.

Removal Techniques of Trace Organics in Drinking Water

LI Xing-quan1，CAO Jie2，TIAN Xiao3
(1.Department of Asset and Logistics Management，Chengde Petroleum College，Chengde 067000，Hebei，China;2.Department of Construction Engineering，Chengde Petroleum College，Chengde 067000，Hebei，China;3.Department of Landscape Art，Hebei Tourism Vocational College，Chengde 067000，Hebei，China)

The organics in drinking water gives rise to water pollution easily，and it is the important factor that causes people’s health problems.As a result of the acceleration of city construction and the fast development of industry，the pollution phenomenon caused by the organics to drinking water has been on the rise.This paper makes an exploration of the active carbon adsorption technology，nanofiltration membrane technology and biofiltration technology adopted both at home and abroad in recent years，it also prospects for the application and development of the drinking water.

active carbon;nanofiltration;biofiltration;organics

TS275.1

B

1008-9446(2013)04-0030-02

2013-04-16

李興權(1980-)，男，遼寧朝陽人，承德石油高等專科學校資產與后勤管理處講師，碩士，研究方向為建筑工程技術及工藝。