小編導(dǎo)讀：在中國，已有約158種PPCPs在河流及湖泊等天然水環(huán)境中被調(diào)查研究，被報(bào)道次數(shù)最多的前10種物質(zhì)均為抗生素。隨著分析技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，將有越來越多的微污染物引起關(guān)注，但目前依然缺乏統(tǒng)一的排放控制標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，也缺少相關(guān)法律和國際公約的制約。未來的中國城市污水處理向著什么方向發(fā)展是一個(gè)令人深思的問題。小編帶您看國內(nèi)外微量污染物的檢出現(xiàn)狀以及典型工程案例~
微污染物檢出概況
最近十年來，在不同國家和地區(qū)的水體、土壤、污水和污泥等中都檢測到了ng/L到μg/L水平的藥品和PPCPs。微污染物的大量檢出是由于工業(yè)化學(xué)品、家庭個(gè)人護(hù)理品以及農(nóng)藥的廣泛使用，并通過不同的途徑進(jìn)入到自然水體當(dāng)中。
在中國，已有約158種PPCPs在河流及湖泊等天然水環(huán)境中被調(diào)查研究，被報(bào)道次數(shù)最多的前10種物質(zhì)均為抗生素。
微污染物特性
積累性
與傳統(tǒng)性有機(jī)物不同，部分微污染物的化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定, 進(jìn)入自然環(huán)境之后需要上千年甚至上萬年的時(shí)間才能分解。這些物質(zhì)會(huì)在人和動(dòng)物體內(nèi)積累, 并通過食物鏈傳播、富集, 最終導(dǎo)致生物體組織慢性中毒。
偽持久性
部分微污染物的穩(wěn)定性不高，易降解，但因?yàn)槲廴驹磿?huì)持續(xù)輸入水體，因此會(huì)在水里維持一定的濃度，被稱為“偽持久”。有些微污染物在降解的過程中，會(huì)生成中間產(chǎn)物，這些中間產(chǎn)物相對(duì)穩(wěn)定，且與母體結(jié)構(gòu)非常相似, 通常為多點(diǎn)極性物質(zhì), 溶解性強(qiáng), 更容易進(jìn)入自然水體。中間產(chǎn)物通常還會(huì)與母體化合物結(jié)合, 進(jìn)而可能導(dǎo)致水生生態(tài)環(huán)境整體毒性提高。
傳統(tǒng)污水處理工藝中微污染物的去除機(jī)理
吸附
吸附指的是先通過物理方法或生物方法將微污染物吸附在TSS上，再通過沉淀和過濾工藝將吸附了微污染物的TSS去除。吸附量可以通過Freundlich吸附模型來計(jì)算，吸附量與吸附常數(shù)、污泥產(chǎn)量和被吸附物質(zhì)的濃度有關(guān)。
曝氣吹脫
曝氣吹脫法不適用于體積較大、親脂性或者低揮發(fā)極性化合物。吹脫效率只與亨利常數(shù)和氣流有關(guān)。
生物降解與轉(zhuǎn)移
生物降解是指環(huán)境中的微生物有機(jī)體在新陳代謝作用或酶促作用下，發(fā)生化學(xué)結(jié)構(gòu)的改變。生物轉(zhuǎn)移是指在生物體或者酶制劑的介導(dǎo)作用下，物質(zhì)發(fā)生化學(xué)性轉(zhuǎn)換的過程。
在污水處理廠不同的工藝段中，由于環(huán)境因素不同，微污染物本身的化學(xué)結(jié)構(gòu)差異，發(fā)生生物降解和生物轉(zhuǎn)移的反應(yīng)與機(jī)理也有較大差別。
微污染物的控制技術(shù)與措施
臭氧氧化
臭氧氧化是利用臭氧的強(qiáng)氧化作用來降解微污染物。
臭氧還具有很強(qiáng)的消毒能力，消毒效果甚至可以達(dá)到歐盟的相關(guān)水質(zhì)指標(biāo)。另外，在臭氧氧化工藝中要注意亞硝酸鹽，亞硝酸鹽會(huì)快速與臭氧發(fā)生反應(yīng)消耗量為3.4 gO3/gNO-2-N，這將會(huì)無形中增加臭氧的投加量。
活性炭吸附
活性炭吸附通常采用顆?；钚蕴炕蛘叻勰┗钚蕴?。在常規(guī)污水處理廠工藝中，下向流顆粒活性炭過濾器通常置于二沉池之后。如果采用粉末活性炭，則可將其投加在過濾區(qū)的絮凝池內(nèi)，或者直接投加在曝氣區(qū)。
粉末活性炭的投加方式有3種，如圖2~圖4所示。
3種投加方式雖然PAC的投加點(diǎn)不同，并且后續(xù)處理工藝不同，但都可以實(shí)現(xiàn)微污染物吸附去除的目的。
近年來，由于顆?；钚蕴吭偕杀窘档?，對(duì)GAC的研究也越來越多。從目前的研究成果來看，這項(xiàng)技術(shù)是極其有前景的，但是還不足以付諸工程設(shè)計(jì)。
能耗
不同技術(shù)的能耗分析見表1、表2。
臭氧氧化最大的能耗在于臭氧制備，而臭氧制備量又取決于臭氧濃度，臭氧濃度則取決于待去除微污染物的種類和濃度以及所希望達(dá)到的去除率。區(qū)別不同的臭氧發(fā)生方式是很有必要的，比如輸送液態(tài)氧就比原地制備純氧要更加經(jīng)濟(jì)。
顆粒活性炭最大的能耗在于濾柱本身的壓力損失，以及預(yù)過濾和反沖洗的能耗。粉末活性炭最大的能耗在于活性炭的投加、攪拌以及循環(huán)。粉末活性炭工藝中，將產(chǎn)生較大量的污泥需要處理，隨著污泥中炭比例逐漸提高，污泥的熱值也會(huì)隨之升高，所以在污泥焚燒時(shí)，就必須消耗更多的能量。
不同工藝都存在的一個(gè)能耗點(diǎn)就是水泵類的提升設(shè)備。
以相同去除率為前提，臭氧氧化的一次能源消耗要低于活性炭吸附，但是臭氧制備所消耗的電能會(huì)增加水廠總能耗20%～40%。
隨著水廠的規(guī)模增大，單位水量處理費(fèi)用將呈現(xiàn)下降趨勢，并且活性炭吸附工藝的處理費(fèi)用下降要比臭氧氧化工藝更加快速。
案例介紹
瑞士克洛滕污水處理廠
從2008~2010年期間，科研人員在瑞士蘇黎世州附近的克洛滕污水處理廠進(jìn)行中試，科研人員將粉末活性炭投加在絮凝池內(nèi)，并加入絮凝劑，出水直接進(jìn)入砂濾池，砂濾池的反沖洗水回流到生物段。2013~2015年科研人員還在瑞士錫薩赫州的埃爾戈茨污水處理廠進(jìn)行了為期2年的大規(guī)模生產(chǎn)性試驗(yàn)。
試驗(yàn)結(jié)果表明，活性炭吸附與砂濾工藝的結(jié)合在除磷、削減TSS和濁度方面，都優(yōu)于單純的砂濾工藝。并且，該結(jié)合工藝雖然省去了沉淀池，但是對(duì)大部分微污染物的去除率依然可以達(dá)到80%以上，也有個(gè)別微污染物的去除率略低，比如丙酸和磺胺甲惡唑。
這兩個(gè)水廠的試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了省去沉淀工藝，只采用吸附和過濾工藝，依然可以實(shí)現(xiàn)較高的微污染物去除率，并且可以節(jié)省投資費(fèi)用。
德國Schwerte污水處理廠
德國魯爾協(xié)會(huì)的Thomas Grunebaum博士對(duì)德國Schwerte污水處理廠進(jìn)行了微污染物去除試驗(yàn)。Schwerte污水處理廠的處理水量為1萬m3/d，設(shè)計(jì)最大進(jìn)水流速為640 L/s，旱季平均流速為110 L/s。對(duì)比試驗(yàn)設(shè)有兩條工藝路線，路線一采用傳統(tǒng)生物處理工藝，路線二采用生物處理工藝后加設(shè)臭氧氧化工藝和活性炭吸附工藝。
活性炭工藝段設(shè)有3座反應(yīng)器，每個(gè)反應(yīng)器的容積為150 m3，活性炭投加方式采用水噴射泵。PAC回流至生物反應(yīng)區(qū)可以提高PAC的停留時(shí)間，進(jìn)而有效提高PAC對(duì)微污染物的吸附量。
臭氧氧化工藝段設(shè)有6個(gè)反應(yīng)器，每個(gè)反應(yīng)器的容積為32 m3，其中1、3、5為臭氧氧化反應(yīng)器，2、4、6為臭氧反應(yīng)后的脫氣塔。試驗(yàn)結(jié)果表明，臭氧投加量與反應(yīng)時(shí)間的設(shè)定主要取決于微污染物本身，雙氯酚酸等易被氧化降解的微污染物在臭氧投加量為3 mg/L，反應(yīng)時(shí)間為20 min時(shí)，就可以被大量去除。而除了微污染物本身的性質(zhì)以外，臭氧投加量和反應(yīng)時(shí)間還與期望達(dá)到的出水濃度以及進(jìn)水DOC濃度有關(guān)。
總之，對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果表明，臭氧氧化去除能力低于活性炭吸附去除能力，一方面是因?yàn)樵趥?cè)流反應(yīng)中，臭氧氧化效果始終受限于側(cè)流水量的循環(huán)率；另一方面是活性炭可以循環(huán)至活性污泥反應(yīng)區(qū)，進(jìn)一步提高活性炭的負(fù)荷，從而達(dá)到更高的吸附去除率。
微信對(duì)原文有刪減。原文標(biāo)題：城市污水處理微污染物的挑戰(zhàn)與對(duì)策，作者：許國棟、張婧怡、陳珺、余剛，刊登在《給水排水》2016年09期。
來源： 許國棟等 給水排水
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