水污染現狀及其處理的新技術

唐曉璐

【摘 要】隨著我國國民經濟的快速增長和人口數量的迅猛增加，水資源供求及水污染問題日趨嚴重。經調查，在我國流經城市的河流中，有近90%的受到不同程度的污染。對多個城市的地表、地下水進行檢測，我們不難發現水中污染物成分復雜，污染物具有明顯的復合特征，即水中的污染物有上百甚至幾百種，其中包括有機物、氮、磷及重金屬等污染物質。面對如此嚴重的水污染狀況，現階段國內外已經采用了許多種水處理技術對污水進行處理與控制。論文就現階段常采用的水處理技術進行簡要敘述，并對我國水環境及水污染治理的發展進行展望。

【Abstract】With the rapid increase of the national economy and the population， the problems about water supply，demand and pollution are becoming more and more serious. Through the investigation， there are nearly 90% of the rivers which flowing the cities are contaminated by varying degrees. To detect surface and ground water in several cities， it is easy to find that the composition of pollutants in the water are complex and the pollutants have obvious complex characteristics. In other words， there are hundreds or even several hundreds of pollutants in the water， including organic matter， nitrogen， phosphorus， heavy metals and other pollutants. Facing a serious water pollution situation， our government has adopted a variety of technologies to treat and control the water pollution. In this paper， we describe the current water treatment technology briefly， and do the prospects for the development of water environment and water pollution in China.

【關鍵詞】水資源；水污染現狀；水處理新技術；發展與展望

【Keywords】 water resources； water pollution； water treatment technology； development and prospect

【中圖分類號】X52 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）09-0193-04

1 引言

由于我國人口眾多、對水資源的需求極其巨大，從而使得水資源短缺問題尤為嚴重。相比世界水資源豐富的國家，我國水資源形勢已相當嚴峻，人均占有量已不足其平均水平的1/4。同時，在我國很多水體中存在大量有毒有害的污染物質，其中無法滿足國家飲水標準的水體占有很大的比例。經1997年水利部的統計結果顯示[1]，在我國被污染河流河長已達27928km約占河流總長的42.7%。其中，已被污染致完全失去使用價值的水體長度約占總河長15%。在過去十幾年中，我國已受污染的河流長度相比于1984年大概翻了一倍。據2008年環境質量公報統計顯示，我國的地表水質也存在相當嚴重的污染。其中水體污染較為嚴重的河段包括遼河、淮河、海河、滇池、巢湖、太湖等，中度污染河段主要集中在七大水系中，輕度污染區主要集中在浙閩地區，但是其水體富營養化現象較為嚴重。同時，在七大水系中已不適合飲用的水源河段接近40%，其中以淮河流域和滇池最為嚴重。在我國，流經工業相對發達城鎮的河段污染更為嚴重，其中不適合正常飲用的已達到78%。較為嚴重的水污染狀況，加劇了我國水資源短缺與需求過大的矛盾，同時也嚴重影響了工農業生產和人民正常的生活。

近年來，隨之而來的還有地下水的污染狀況也越來越嚴重，其中較為典型的地區有新疆、青海、甘肅、內蒙等。同時，在城市地下水中約有50%的也受到了不同程度的污染。為此，對于解決我國水資源短缺的問題及做好水污染的治理工作在現階段顯得尤為重要。

2 我國水污染現狀及污染來源

2.1 水污染現狀

為了更好的衡量和評價水質及水體狀況，我國大致將水體分為如下幾類[2]：第一類主要包括源頭水及適用于國家自然保護區的水體；第二類主要包括適用于國家一級保護區、珍貴魚類保護區及魚蝦產卵區等的水體；第三類主要包括一般魚類保護區和游泳區用水及適用于國家二級保護區的水體；第四類主要包括非直接接觸的娛樂用水及工業用水；第五類主要包括一般景觀用水及農業用水。經過2006年和2008年的檢測，我們不難發現我國水體污染較為嚴重，水中污染物的種類繁多，富營養化現象越發嚴重，有機污染物及重金屬含量嚴重超標。

2.2 水污染來源

現階段，我國水體污染的來源主要有：生活污水的排放、農業用水及工業廢水的排放，其中最為典型且污染最為嚴重的是工業廢水的排放。工業廢水的主要來源有冶金業、造紙業、采礦業和化學工業等。另外，在工業生產中的其他廢棄物也會以多種形式進入水體產生污染，最為典型的如酸性蒸汽以酸雨形式進入水體產生污染。endprint

3 水處理新技術

3.1 高級催化氧化法

就目前水污染現狀而言，其治理的影響因素主要有兩點：一是治理技術滿足不了需要，即傳統的治理方法及生物膜方法，都不能較好對污水進行處理。二是這些方法的投資較大、運行費用較高、企業負擔較重都無法維持正常的運行。因此，我們急需探索、研制出一條適用范圍廣、投入資金少且節能高效的水處理路子。

近年來，許多發達國家研制開發出的高級氧化處理技術正好克服了以上不足。如在化學氧化法的基礎上得以應用和發展起來的高級氧化技術（ Advanced Oxidation Processes簡稱 AOP），它的主要作用由生成的羥基自由基（·OH）提供。其核心技術是羥基自由基與水中污染物發生反應而達到對各類污染物進行氧化處理的目的。

由可溶性亞鐵鹽（Fe2+）與過氧化氫（H2O2）組合而成的芬頓試劑（Fenton's Reagent），其本身氧化能力較強。研究表明，芬頓試劑（Fenton's Reagent）的氧化作用主要是通過Fe2+和 H2O2 反應產生的羥基自由基（·OH）而進行的，其機理主要有以下幾點[3]：

Fe2++H2O2 →Fe3++·OH+OH- （1）

Fe2++·OH → Fe3++OH- （2）

Fe3++H2O2→Fe2++HO2·+H+ （3）

HO2·+H2O2→O2+H2O+·OH （4）

Fe3++3OH-→Fe（OH）3（膠體） （5）

3.1.1 自由基反應機理

自由基反應的優點主要表現為：產物綠色、無害、無二次污染，以水、CO2、無機鹽為主要產物。作為水的濕法氧化反應，自由基反應的基本機理主要是水和氧氣在特殊的外環境下發生反應而生成自由基。水的濕法氧化反應主要由4個階段構成，具體反應方式如下[4]（R表示有機物）：

第一階段： RH+O2→R·+HOO 2RH+O2→2R·+H2O2

第二階段： R·+O2→ROO· ROO·+RH→ROOH+R·

第三階段： ROOH→RO·+OH· ROOH→R·+RO·+H2O

第四階段： R·+R·→R-R ROO·+R·→ROOR

ROO·+ROO·→ROH+R1COR2+O2

3.1.2 催化劑在反應中的機理

催化劑的作用在于，在較低的溫度和較緩的壓力條件下它可使自由基發生反應。當然在使用催化劑時也應注意控制其使用量，催化劑使用量過高也會造成反催化作用產生，對氧化反應的速率產生抑制作用[5]：

ROO·+M（n-1）+→ROO+Mn+

同時，加速引導OH·自由基產生的方法還包括使用氧化劑?，F階段，常用的氧化劑主要有：NaClO3、KMnO4、O3、H2O2、ClO2 等。

3.2 活性污泥法

自1913年第一座活性污泥法試驗廠在英國曼徹斯特建立以來，以活性污泥法來處理污水的方法已被世界各國廣泛采用。作為較早使用該技術的國家之一，我國在這方面已取得了一定的成績。

由沉砂池、初沉池、曝氣池、二沉池及污泥回流等過程組成的活性污泥處理系統。其運行的過程主要是先將污水與活性污泥進行混合曝氣，再通過微生物的代謝作用去除污水中的污染物質。對于活性污泥法而言可去除的污染物主要包括含碳有機物、含氮無機物和含磷有機物等。

活性污泥的凈化過程主要包括：①活性污泥吸附有機物；②被吸附物進行氧化與同化；③活性污泥進行繁殖與沉淀；④活性污泥的分離、硝化及除氮、磷等。當把活性污泥加入到污水中時，部分有機物短時間內被吸附，即初期吸附；被吸附的有機物通過水解作用變成小分子物質，進而易被吸收降解，同時便于被生物體攝入體內；氧氣充足的條件下，被吸附的污染物在曝氣池內進一步被氧化、同化、固化、凈化?，F就A2/O活性污泥生物處理方法[6]作如下簡要敘述：

3.2.1 A2/O活性污泥生物處理工藝

A2/O工藝流程如圖1所示。A1為厭氧階段，A2為好氧階段，O2為好氧段。A2/O工藝具有高脫氧及除磷的特性，其反應流程圖及各反應單元的功能如下。

①厭氧段的功能是釋放磷。進入單元的磷除厭氧水解外，還有從沉淀池排放的污泥。

②作為脫氮效果最為重要的缺氧段，其內循環量為（1～5）Q的能量由好氧反應段送出（Q為原污水處理總量）。

③作為功能多樣的好氧段，其作用主要是在去除BOD的同時硝化和吸收磷等。

④作為進行泥水分離的沉淀池，其排出的處理水是上清液，并將部分污泥回流至厭氧段釋放磷。

A2/O工藝的優點在于其除磷脫氮效率較高，分別為70%和70%～90%左右。

3.3 MBR—RO膜集成工藝

在印染加工過程中所產生的混合廢水稱為印染廢水，其成分十分復雜。它的污染特點主要表現為：污染物成分復雜且排放量較大、廢水中有機物含量較高、顏色較深、高化學需氧量（COD）、低生化需氧量（BOD）及較差的可生化性能等。

目前，對于印染廢水進行處理的方法主要有：物理法、化學法、物化法、生化法及綜合幾種方法等。其中物化法和化學法存在很多缺點，如化學試劑的投加量較大，有機污染物無法被完全去除，廢物容易堆積而產生二次污染，運行成本相對較高等。生化處理法雖然運行成本低、對環境污染小，但是，由于對溫度和pH值的要求較高的微生物很難適應印染廢水水質狀況而無法普及。因此，我們應該對各種處理方法進行混合使用，以期最大限度地對廢水進行處理。

膜生物反應器（MBR）作為近年來發展起來的技術，廣受人們的關注，其主要是運用膜分離技術與生物處理技術相結合而對廢水進行處理優化。它的優點在于以膜組件代替沉淀池，既對泥水進行了有效的分離，又提高了反應速率和污泥濃度，同時系統的耐沖擊力也得到了增強，SRT（污泥齡）和HRT（水力停留時間）也可以單獨進行控制。endprint

將MBR與RO工藝相結合形成一種新型的“雙膜法”廢水回收處理技術，簡稱（MBR—RO）膜集成工藝[6] 。它是以MBR的出水作為RO系統的進水，廢水通過RO膜時，有害物質等進行進一步得到截留，從而達到廢水深度處理及循環再利用的目的。MBR—RO膜集成工藝的使用彌補了單獨使用 MBR和RO帶來的不足，充分發揮了其污水處理的作用。作為一種水污染處理效率最大化和排放量最小化的新型膜處理方法，“雙膜法”不僅有利于提高經濟效益、環境保護，同時也有利于解決了水資源短缺和浪費的問題。其中以東麗公司開發的抗污染RO膜和浸沒式平板膜MBR相結合的技術[6]最為典型。

3.4 臭氧—生物活性碳技術（O3—BAC）[7]

臭氧—生物活性碳技術（O3—BAC）作為一種污水深度凈化技術是基于BAC技術而發展起來的，目前在歐洲[8]已有很多工程正在使用。其優點在于產物二氧化碳和水無污染、生化性得到提高、致突變性得到降低，有機物去除量得到提高，同時省去了氯氣消毒步驟，避免有機氯化物—三氯甲烷等污染的物產生[9]。另外，由于反應器中進行臭氧分解而處于富氧的狀態，活性炭表面的好氧微生物活性得到增強而形成一層生物膜，進而對有機物進行降解，使得活性炭的使用壽命得到一定程度的延長。

生物活性炭處理機理主要有以下幾條[7]：①活性炭在吸附有機物時表面微生物對其進行部分生物再生使其保持一定的吸附能力。②難生物降解的物質可先被活性碳進行吸附，然后再利用微生物逐步分解。③活性炭將有機物能進行吸附富集，進而提高其降解速率。

3.5 其他水處理技術

除了上述幾種水處理技術外，現階段還有多種處理技術值得我們關注，如混凝技術[10]、活性炭及活性炭纖維吸附技術、光催化氧化技術、 超聲波水處理技術[11]和電化學水處理技術等。在此對以上幾種水處理技術就不做詳細講述 。

4 水污染治理及水處理技術的未來展望

經過多年的努力，我國在水污染防護和治理方面已取得了顯著的成績，水處理技術也在一定程度上得到改善。但是，隨著工業化的迅速發展，水中污染物的種類不斷增加，我國水污染形勢仍然相當嚴峻，水污染治理任重道遠。從現階段水處理技術特點來看，我國水處理技術主要應從如下幾方面做起：①高級催化氧化法，②生物膜綜合利用法，③多種活性污泥法聯合利用，④將多種處理技術綜合使用，同時開發新型水處理技術（電磁離子交換法），最終達到污水處理率最大化等。相信通過我們的不懈努力，我國水處理技術將得到很大程度的改善，水污染治理及改善指日可待。

【參考文獻】

【1】陳宜菲.我國水環境污染現狀及其防治[J].黑龍江科技信息，2008（35）：187-188.

【2】江曙光.中國水污染現狀及防治對策[J]. 現代農業科技，2010（07）：313-315.

【3】葉路生，彭蜀君，柳偉，等.廢水處理高級氧化工藝研究現狀及發展趨勢[J].安徽農業科學， 2013，41（1）：297—299.

【4】溫爾輝，祝萬鵬.高濃度難降解有機廢水的催化氧化技術進展[J]環境科學，I994，15（5）：88-91.

【5】馬婷婷.高級催化氧化技術處理工業廢水研究[D].蘭州：蘭州大學，2015.

【6】周國成，凌建軍，馬衛東，等.水處理新技術與案例 [M].北京：化學工業出版社，2015.

【7】尹艷娥.新一代水處理技術研究—臭氧—生物活性炭纖維[D].上海：同濟大學，2007.

【8】Patrick N， Servais P， Sacterial Dynamics in the drinking water distribution system of Brussels[J]. Water Research， 2001， 35（3）：675-682.

【9】王琳，楊玉楠，王寶貞. 飲用水中致突變性去除效果的研究[J].中國環境科學，2001（04）：19-21.

【10】秦美潔，高恩君，蔣湘順，等.混凝劑的發展及我國混凝法水處理技術現狀[J]. 沈陽化工學院學報，1991（03）：189-194.

【11】鄧京軍.功率超聲技術在環保、能源領域的應用[D].北京：中國科學院聲學研究所，2017.endprint