摘要：簡要闡述了飲用水的水質(zhì)問題，論述了生物陶粒的特點及生物陶粒過濾技術(shù)在飲用水預(yù)處理、強化常規(guī)處理和深度處理中的研究進(jìn)展，并展望了生物陶粒過濾技術(shù)在微污染飲用水處理方面的應(yīng)用前景。
生物陶粒過濾技術(shù)是以陶粒為載體的生物處理技術(shù)，陶粒的表面粗糙具有一定的內(nèi)部孔隙、比表面積大、適合微生物的附著、固定和生長，且陶粒的密度適中、強度高，耐摩擦、無毒性、價格適中，是非常理想的生物載體。近年來，隨著水源水質(zhì)受污染，生物陶粒處理技術(shù)在飲用水處理中的研究不斷深入。
1 飲用水的水質(zhì)問題
飲用水的水質(zhì)問題已經(jīng)受到人們的普遍關(guān)注，這主要是由于水中存在的以及在水處理過程中衍變、產(chǎn)生的有機(jī) 污染物將對人體的健康構(gòu)成一定的威脅。雖然常規(guī)的混凝、沉淀、過濾等處理工藝對水中的有機(jī)污染物具有一定的去除作用，但常規(guī)水處理工藝對有機(jī)物的去除率一般在20%~30%，且由于溶解性有機(jī)物存在不利于破壞膠體的穩(wěn)定性而使常規(guī)工藝的去除效果也明顯下降。
常規(guī)工藝對水中微量有機(jī)污染物沒有明顯的去除效果，水中有機(jī)物數(shù)量，尤其是毒性污染物的數(shù)量，在處理前后變化不大，預(yù)氯化產(chǎn)生的鹵代物在混凝、沉淀及過濾處理中不能得到有效去除，常規(guī)工藝能部分去除水中致突變物質(zhì)，但對水中氯化致突變前體物不僅不能去除，反而因混凝劑的作用在處理過程中產(chǎn)生了部分移碼突變物質(zhì)前體物和堿基置換前體物，使出水氯化后的致突變活性有所增加。
針對飲用水的水質(zhì)問題國內(nèi)外進(jìn)行了大量的研究和實踐，發(fā)展了一些微污染水的凈化處理技術(shù)，主要可分為預(yù)處理技術(shù)、深度處理技術(shù)、常規(guī)工藝強化技術(shù)和新型工藝組合技術(shù)等幾大類。
生物陶粒過濾技術(shù)作為單元技術(shù)在原水預(yù)處理、常規(guī)處理工藝改造和深度處理的組合工藝中有著廣闊的發(fā)展前景，已成為適合我國國情的微污染水源水處理技術(shù)的一個發(fā)展方向。
2 生物陶粒過濾技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
近年來，以生物陶粒作為載體的過濾技術(shù)對水中有機(jī)物、藻類、氨氮、鐵、錳、酚、色度、濁度、嗅味等都有較好的去除效果。生物陶粒預(yù)處理與其他物理化學(xué)預(yù)處理相比有較好的處理效果。同樣作為生物載體陶粒與活性炭相比具有強度大、耐沖擊可反復(fù)使用價格低廉等優(yōu)勢。經(jīng)過生物固定技術(shù)處理的生物陶粒過濾技術(shù)是一種很有前途的水處理新技術(shù)。
2.1 生物陶粒的特點
飲用水處理中的陶粒填料多為頁巖陶粒頁巖陶粒，頁巖陶粒以頁巖礦石為原料，經(jīng)破碎后在1200℃左右的高溫下熔燒，膨脹成5~40mm的球狀陶粒，再經(jīng)破碎后篩選而成。頁巖陶粒外殼星暗灰色，表皮堅硬，內(nèi)部為鉛灰色，多孔質(zhì)輕。陶粒表面較粗糙，不規(guī)則，有很多孔徑較大的孔洞，相互之間不連通。
由于陶粒表面粗糙不規(guī)則，比表面積較大，故而陶粒表面有利于微生物附著生長，陶粒表面主要是一些開孔大于0.5μm以上的孔洞，而細(xì)菌直徑為0.5~1.0μm，因此有利于微生物附著生長。微生物生長繁殖過程中對有機(jī)物進(jìn)行降解降低水中的高5錳酸鹽指數(shù)、氨氮。同時由于工藝的不同，陶粒表面多為大孔，所以可使更多的微生物進(jìn)入陶粒內(nèi)部從而被截留、吸附的有機(jī)物可以有更長的時間被微生物降解。
國內(nèi)的研究用頁巖陶粒粒徑多為2~5mm，且化學(xué)組成不含對生物有害重金屬及其他有害物質(zhì)。生物陶粒具有較大的表面積，顆粒粗糙易掛膜，氧的傳質(zhì)效果好、生物膜易更新等優(yōu)點。
2.2 生物陶粒預(yù)處理
生物預(yù)處理是對傳統(tǒng)給水處理工藝的突破與革新，一般采用生物膜法，主要包括生物接觸氧化、生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物流化床等。附著生長在填料表面的生物膜吸收水中的有機(jī)物、氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行新陳代謝達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。自20世紀(jì)80年代初期，飲用水處理領(lǐng)域開始引入生物處理方法。曝氣生物濾池是20世紀(jì)80年代末在歐美發(fā)展起來的一種新型水處理技術(shù)。清華大學(xué)的王占生教授在國內(nèi)率先將曝氣生物濾池應(yīng)用于受污染水源水的預(yù)處理代表了飲用水技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。
作為預(yù)處理單元，前面沒有混凝處理，生物陶粒的過濾機(jī)理與普通快濾池有所不同，過濾作用主要基于機(jī)械截留作用、微生物新陳代謝產(chǎn)生的粘性物質(zhì)起吸附架橋作用和降低水中膠體顆粒的Zeta電位作用，使部分膠粒脫穩(wěn)形成較大顆粒而被去除。
薛記中等人的研究結(jié)果表明，生物陶粒濾池對氨氮、CODMn的去除行之有效，其中氨氮的去除率在80%以上，濁度、色度、鐵和錳等污染物也均有較好的去除效果。王占生等人研究結(jié)果表明生物陶粒濾池能有效地凈化受污染水源水水質(zhì)對CODMm氨氮、濁度的平均去除率分別為19.3%~35.0%。89.0%~96.5%、57.5%~69.0%；低溫條件下生物陶粒處理效果表明對CODMm氨氮的平均去除率分別為6.0%~20.0%、65.0%~90.0%。
在山西大同冊田水庫、滏陽河、官廳水庫、紹興青甸湖等地對受污染的水源水的生物預(yù)處理試驗研究結(jié)果表明、采用生物陶粒預(yù)處理可有效去除濁度、細(xì)菌、大量溶解性有機(jī)物氨氨、色度等污染物質(zhì)大大改善后續(xù)處理工藝對污染物的去除效果。
2.3 生物陶粒強化常規(guī)處理
為提高水質(zhì)，我國大多數(shù)水廠需要改進(jìn)現(xiàn)有的處理工藝或增設(shè)新的深度處理工藝，而改進(jìn)現(xiàn)有的水處理工藝是對大多數(shù)水廠來說可行的做法。將常規(guī)過濾改造成生物過濾是對過濾技術(shù)的一種強化，無需增加建設(shè)用地且投資較少是較有競爭力的技術(shù)措施。
在北京城子水廠進(jìn)行的生物陶粒強化過濾試驗研究結(jié)果表明，將生物陶粒濾池放在混凝沉淀之后，濁度由8.2NTU降到0.8NTU，CODMn由5.18mg/L降低到2.60mg/L出水效果明顯改善。
2.4 生物陶粒深度處理
國內(nèi)對飲用水的深度處理多采用生物活性炭處理技術(shù)，顆粒狀活性炭盡管吸附性能較佳但其價格較貴,使用壽命短。以天然頁巖礦石為原料的頁巖陶粒因具有比表面積的大、空隙率高、微生物生長好、價格低廉的特點而日受青睞。
在天津市自來水集團(tuán)有限公司進(jìn)行的生物陶粒濾池處理水廠濾后水試驗研究結(jié)果表明，生物陶粒濾池對濾后 水中CODMn的平均去除率為31.0%，氨氮的平均去除率為67.5% ，對濁度也有很好的處理效果，出水濁度均在0.30-0.40NTU范圍內(nèi)。
3 生物陶粒過濾技術(shù)的應(yīng)用前景
生物陶粒過濾技術(shù)以其獨特的優(yōu)點引起了人們的普遍關(guān)注經(jīng)過多年的研究，已取得多項成果但仍有很多方面有待進(jìn)一步研究。例如生物陶粒濾池的生物膜量、生物代謝與不同的可生物降解有機(jī)物降解之間的關(guān)系、過濾中截留的絮體和顆粒對生物膜活性和代謝作用的影響、生物陶粒濾池較佳運行參數(shù)等等。從工程應(yīng)用的角度對這些問題繼續(xù)探討和研究有助于推動生物陶粒過濾技術(shù)在微污染飲用水處理中的實際應(yīng)用。
4 結(jié)語
我國對飲用水生物陶粒過濾技術(shù)的研究起步較晚，其研究水平與國外相比有一定差距。為了能更好地發(fā)揮其在飲用水處理中的優(yōu)勢應(yīng)針對原水水質(zhì)特點的不同根據(jù)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749-2006)的要求在應(yīng)用技術(shù)方面加強研究。相信隨著研究的深入和發(fā)展生物陶粒過濾技術(shù)必將成為一項實用的飲用水處理技術(shù)，并獲得廣泛的應(yīng)用。
