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)在飲用水預處理、強化常規(guī)處理和深度處理中的研究進展，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 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污染物具有一定的去除作用，但常規(guī)水處理工藝對有機物的去除率一般在20%~30%，且由于溶解性有機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污染物沒有明顯的去除效果，水中有機物數(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。生物陶粒預處理與其他物理化學預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物進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入陶粒內(nèi)部從而被截留、吸附的有機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 生物陶粒預處理
生物預處理是對傳統(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物、氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)進行新陳代謝達到凈化水質(zhì)的目的。自20世紀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)。清華大學的王占生教授在國內(nèi)率先將曝氣生物濾池應用于受污染水源水的預處理代表了飲用水技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。
作為預處理單元，前面沒有混凝處理，生物陶粒的過濾機理與普通快濾池有所不同，過濾作用主要基于機械截留作用、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處理試驗研究結(jié)果表明、采用生物陶粒預處理可有效去除濁度、細菌、大量溶解性有機物氨氨、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)水廠需要改進現(xiàn)有的處理工藝或增設新的深度處理工藝，而改進現(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有限公司進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)勢應針對原水水質(zhì)特點的不同根據(jù)《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB 5749-2006)的要求在應用技術(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)，并獲得廣泛的應用。
