摘要:隨著(zhù)水資源的不斷缺乏和水質(zhì)的不斷惡化，污水回用得到了越來(lái)越廣泛的重視。對污水回用過(guò)程中使用的幾種深度處理方法進(jìn)行了總結，并對它們的機理以及應用作了簡(jiǎn)要概述，同時(shí)提出了這些方法今后的研究熱點(diǎn)和發(fā)展前景。
關(guān)鍵詞:污水回用 深度處理 活性炭吸附法 膜分離法 高級氧化法 臭氧法
我國是嚴重缺水的國家之一，尤其是城市化快速發(fā)展時(shí)期，城市缺水狀況越來(lái)越嚴重。為解決大量的工業(yè)生產(chǎn)用水和市政或生活輔助用水，污水回用成為可靠的第二水源。污水深度處理及回用不僅緩解了供水不足、水污染和改善生態(tài)環(huán)境等問(wèn)題，而且提高了回用水的水質(zhì)、水量及其經(jīng)濟附加值，使之具有更廣泛的應用空間，從而創(chuàng )造更多的經(jīng)濟效益。
1 污水的幾種深度處理方法
污水深度處理，也稱(chēng)高級處理或三級處理。它是將二級處理出水再進(jìn)一步進(jìn)行物理、化學(xué)和生物處理，以便有效去除污水中各種不同性質(zhì)的雜質(zhì)，從而滿(mǎn)足用戶(hù)對水質(zhì)的使用要求。深度處理常見(jiàn)的方法有以下幾種。
1.1 活性炭吸附法
活性炭是一種多孔性物質(zhì)，而且易于自動(dòng)控制，對水量、水質(zhì)、水溫變化適應性強，因此活性炭吸附法是一種具有廣闊應用前景的污水深度處理技術(shù)�；钚蕴繉Ψ肿恿吭�500～3 000的有機物有十分明顯的去除效果，去除率一般為70%～86.7%[1]，可經(jīng)濟有效地去除嗅、色度、重金屬、消毒副產(chǎn)物、氯化有機物、農藥、放射性有機物等。
常用的活性炭主要有粉末活性炭（PAC）、顆�；钚蕴浚℅AC）和生物活性碳（BAC）三大類(lèi)。近年來(lái)，國外對PAC的研究較多，已經(jīng)深入到對各種具體污染物的吸附能力的研究。淄博市引黃供水有限公司根據水污染的程度，在水處理系統中，投加粉末活性炭去除水中的COD，過(guò)濾后水的色度能降底1～2度；臭味降低到0度[2]。GAC在國外水處理中應用較多，處理效果也較穩定，美國環(huán)保署（USEPA）飲用水標準的64項有機物指標中，有51項將GAC列為最有效技術(shù)[3]。
GAC處理工藝的缺點(diǎn)是基建和運行費用較高，且容易產(chǎn)生亞硝酸鹽等致癌物，突發(fā)性污染適應性差。如何進(jìn)一步降低基建投資和運行費用，降低活性炭再生成本將成為今后的研究重點(diǎn)。BAC可以發(fā)揮生化和物化處理的協(xié)同作用，從而延長(cháng)活性炭的工作周期，大大提高處理效率，改善出水水質(zhì)。不足之處在于活性炭微孔極易被阻塞、進(jìn)水水質(zhì)的pH 適用范圍窄、抗沖擊負荷差等。目前，歐洲應用BAC技術(shù)的水廠(chǎng)已發(fā)展到70個(gè)以上，應用最廣泛的是對水進(jìn)行深度處理[4]。撫順石化分公司石油三廠(chǎng)采用BAC技術(shù)，既節省了新鮮水的補充量，減少污水排放量，減輕水體污染，降低生產(chǎn)成本，還體現了經(jīng)濟效益和社會(huì )效益的統一[5]。今后的研究重點(diǎn)是降低投資成本和增加各種預處理措施與BAC聯(lián)用，提高處理效果。
1.2 膜分離法
膜分離技術(shù)是以高分子分離膜為代表的一種新型的流體分離單元操作技術(shù)[6,7]。它的最大特點(diǎn)是分離過(guò)程中不伴隨有相的變化，僅靠一定的壓力作為驅動(dòng)力就能獲得很高的分離效果，是一種非常節省能源的分離技術(shù)。
微濾可以除去細菌、病毒和寄生生物等，還可以降低水中的磷酸鹽含量。天津開(kāi)發(fā)區污水處理廠(chǎng)采用微濾膜對SBR二級出水進(jìn)行深度處理, 滿(mǎn)足了景觀(guān)、沖洗路面和沖廁等市政雜用和生活雜用的需求[8]。
超濾用于去除大分子，對二級出水的COD和BOD去除率大于50%。北京市高碑店污水處理廠(chǎng)采用超濾法對二級出水進(jìn)行深度處理，產(chǎn)水水質(zhì)達到生活雜用水標準，回用污水用于洗車(chē)，每年可節約用水4 700 m3[9]。
反滲透用于降低礦化度和去除總溶解固體，對二級出水的脫鹽率達到90%以上，COD和BOD的去除率在85%左右，細菌去除率90%以上[10]。緬甸某電廠(chǎng)采用反滲透膜和電除鹽聯(lián)用技術(shù)，用于鍋爐補給水。經(jīng)反滲透處理的水，能去除絕大部分的無(wú)機鹽、有機物和微生物[11]。
納濾介于反滲透和超濾之間，其操作壓力通常為0.5～1.0 MPa，納濾膜的一個(gè)顯著(zhù)特點(diǎn)是具有離子選擇性，它對二價(jià)離子的去除率高達95%以上，一價(jià)離子的去除率較低，為40%～80%[12]。潘巧明等人采用膜生物反應器－納濾膜集成技術(shù)處理糖蜜制酒精廢水取得了較好結果，出水COD小于100 mg/L，廢水回用率大于80%[13]。
我國的膜技術(shù)在深度處理領(lǐng)域的應用與世界先進(jìn)水平尚有較大差距。今后的研究重點(diǎn)是開(kāi)發(fā)、制造高強度、長(cháng)壽命、抗污染、高通量的膜材料，著(zhù)重解決膜污染、濃差極化及清洗等關(guān)鍵問(wèn)題。
1.3 高級氧化法
工業(yè)生產(chǎn)中排放的高濃度有機污染物和有毒有害污染物，種類(lèi)多、危害大，有些污染物難以生物降解且對生化反應有抑制和毒害作用。而高級氧化法在反應中產(chǎn)生活性極強的自由基（如·OH等），使難降解有機污染物轉變成易降解小分子物質(zhì)，甚至直接生成CO2和H2O，達到無(wú)害化目的。
1.3.1 濕式氧化法
濕式氧化法（WAO）是在高溫（150～350 ℃）、高壓（0.5～20 MPa）下利用O2或空氣作為氧化劑，氧化水中的有機物或無(wú)機物，達到去除污染物的目的，其最終產(chǎn)物是CO2和H2O[14]。福建煉油化工有限公司于2002年引進(jìn)了WAO工藝，徹底解決了堿渣的后續治理和惡臭污染問(wèn)題，而且運行成本低，氧化效率高[15]。
1.3.2 濕式催化氧化法
濕式催化氧化法（CWAO）是在傳統的濕式氧化處理工藝中加入適宜的催化劑使氧化反應能在更溫和的條件下和更短的時(shí)間內完成，也因此可減輕設備腐蝕、降低運行費用[16,17]。目前，建于昆明市的一套連續流動(dòng)型CWAO工業(yè)實(shí)驗裝置，已經(jīng)體現出了較好的經(jīng)濟性[18]。
濕式催化氧化法的催化劑一般分為金屬鹽、氧化物和復合氧化物3類(lèi)。目前，考慮經(jīng)濟性，應用最多的催化劑是過(guò)渡金屬氧化物如Cu、Fe、Ni、Co、Mn等及其鹽類(lèi)。采用固體催化劑還可避免催化劑的流失、二次污染的產(chǎn)生及資金的浪費。
1.3.3 超臨界水氧化法
超臨界水氧化法把溫度和壓力升高到水的臨界點(diǎn)以上，該狀態(tài)的水就稱(chēng)為超臨界水。在此狀態(tài)下水的密度、介電常數、粘度、擴散系數、電導率和溶劑化學(xué)性能都不同于普通水。較高的反應溫度（400～600 ℃)和壓力也使反應速率加快，可以在幾秒鐘內對有機物達到很高的破壞效率。
美國德克薩斯州哈靈頓首次大規模應用超臨界水氧化法處理污泥，日處理量達9.8 t。系統運行證明其COD的去除率達到99.9%以上，污泥中的有機成分全部轉化為CO2、H2O以及其他無(wú)害物質(zhì)，且運行成本較低[19]。
1.3.4 光化學(xué)催化氧化法
目前研究較多的光化學(xué)催化氧化法主要分為Fenton試劑法、類(lèi)Fenton試劑法和以TiO2為主體的氧化法。
Fenton試劑法由Fenton在20世紀發(fā)現，如今作為廢水處理領(lǐng)域中有意義的研究方法重新被重視起來(lái)。Fenton試劑依靠H2O2和Fe2+鹽生成·OH，對于廢水處理來(lái)說(shuō)，這種反應物是一個(gè)非常有吸引力的氧化體系，因為鐵是很豐富且無(wú)毒的元素，而且H2O2也很容易操作，對環(huán)境也是安全的[20]。Fenton試劑能夠破壞廢水中諸如苯酚和除草劑等有毒化合物。目前國內對于Fenton試劑用于印染廢水處理方面的研究很多，結果證明Fenton 試劑對于印染廢水的脫色效果非常好。另外，國內外的研究還證明，用Fenton試劑可有效地處理含油、醇、苯系物、硝基苯及酚等物質(zhì)的廢水。
類(lèi)Fenton試劑法具有設備簡(jiǎn)單、反應條件溫和、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，在處理有毒有害難生物降解有機廢水中極具應用潛力。該法實(shí)際應用的主要問(wèn)題是處理費用高，只適用于低濃度、少量廢水的處理。將其作為難降解有機廢水的預處理或深度處理方法，再與其他處理方法（如生物法、混凝法等）聯(lián)用，則可以更好地降低廢水處理成本、提高處理效率，并拓寬該技術(shù)的應用范圍。
光催化法是利用光照某些具有能帶結構的半導體光催化劑如TiO2、ZnO、CdS、WO3等誘發(fā)強氧化自由基·OH，使許多難以實(shí)現的化學(xué)反應能在常規條件下進(jìn)行。銳鈦礦中形成的TiO2具有穩定性高、性能優(yōu)良和成本低等特征。在全世界范圍內開(kāi)展的最新研究是獲得改良的（摻入其他成分）TiO2，改良后的TiO2具有更寬的吸收譜線(xiàn)和更高的量子產(chǎn)生率。
1.3.5 電化學(xué)氧化法
電化學(xué)氧化又稱(chēng)電化學(xué)燃燒，是環(huán)境電化學(xué)的一個(gè)分支。其基本原理是在電極表面的電催化作用下或在由電場(chǎng)作用而產(chǎn)生的自由基作用下使有機物氧化。除可將有機物徹底氧化為CO2和H2O外，電化學(xué)氧化還可作為生物處理的預處理工藝，將非生物相容性的物質(zhì)經(jīng)電化學(xué)轉化后變?yōu)樯锵嗳菪晕镔|(zhì)。這種方法具有能量利用率高，低溫下也可進(jìn)行；設備相對較為簡(jiǎn)單，操作費用低，易于自動(dòng)控制；無(wú)二次污染等特點(diǎn)。
1.3.6 超聲輻射降解法
超聲輻射降解法主要源于液體在超聲波輻射下產(chǎn)生空化氣泡，它能吸收聲能并在極短時(shí)間內崩潰釋放能量，在其周?chē)鷺O小的空間范圍內產(chǎn)生1 900～5 200 K的高溫和超過(guò)50 MPa的高壓。進(jìn)入空化氣泡的水分子可發(fā)生分解反應產(chǎn)生高氧化活性的·OH，誘發(fā)有機物降解；此外，在空化氣泡表層的水分子則可以形成超臨界水，有利于化學(xué)反應速度的提高。
超聲波對含鹵化物的脫鹵、氧化效果顯著(zhù)，氯代苯酚、氯苯、CH2Cl2、CHCl3、CCl4等含氯有機物最終的降解產(chǎn)物為HCl、H2O、CO、CO2等。超聲降解對硝基化合物的脫硝基也很有效。添加O3、H2O2、Fenton試劑等氧化劑將進(jìn)一步增強超聲降解效果。超聲與其他氧化法的組合是目前的研究熱點(diǎn)，如US/O3、US/H2O2、US/Fenton、US/光化學(xué)法。目前，超聲輻射降解水體污染物的研究仍處于試驗探索階段。
1.3.7 輻射法
輻射法是利用高能射線(xiàn)（γ、χ射線(xiàn)）和電子束等對化合物的破壞作用所開(kāi)發(fā)的污水輻射凈化法。一般認為輻射技術(shù)處理有機廢水的反應機理是由于水在高能輻射的作用下產(chǎn)生·OH、H2O2、·HO2等高活性粒子，再由這些高活性粒子誘發(fā)反應，使有害物質(zhì)降解。
輻射法對有機物的處理效率高、操作簡(jiǎn)便。該技術(shù)存在的主要難題是用于產(chǎn)生高能粒子的裝置昂貴、技術(shù)要求高，而且該法的能耗大、能量利用率較低；此外為避免輻射對人體的危害，還需要特殊的保護措施。因此該法要投入運行，還需進(jìn)行大量的研究探索工作。
1.4 臭氧法
臭氧具有極強的氧化性，對許多有機物或官能團發(fā)生反應，有效地改善水質(zhì)。臭氧能氧化分解水中各種雜質(zhì)所造成的色、嗅，其脫色效果比活性炭好；還能降低出水濁度，起到良好的絮凝作用，提高過(guò)濾濾速或者延長(cháng)過(guò)濾周期。目前，由于國內的臭氧發(fā)生技術(shù)和工藝比較落后，所以運行費用過(guò)高，推廣有難度。
2 結 語(yǔ)
污水的深度處理在城市和工業(yè)污水回用處理中扮演著(zhù)非常重要的角色。在傳統的生物方法之后，深度處理用于去除額外的污染物、特殊金屬以及其他有害成分�，F在已有的深度處理方法包括顆粒介質(zhì)過(guò)濾、吸附、膜技術(shù)、高級氧化和消毒等。聲技術(shù)是一種正在發(fā)展的、重要的，并且能夠得到高質(zhì)量再生水源的污水回用技術(shù)[21]。不斷的深入研究將會(huì )帶來(lái)更為有效的污水回用技術(shù)的改進(jìn)，并在未來(lái)的污水回用中更為廣泛的使用。
污水回用可為城市的發(fā)展提供或補充充足的水源。目前，污水回用的一些研究熱點(diǎn)包括：（1）與痕量有機物質(zhì)相關(guān)的健康風(fēng)險評價(jià)；（2）評價(jià)微生物性質(zhì)的監測方法的改進(jìn)；（3）用于制造高質(zhì)量再生水的膜技術(shù)的應用；（4）再生水儲存效果的評價(jià)；（5）再生水中微生物、化學(xué)物質(zhì)、有機污染物的評價(jià)；（6）中小型生活污水處理與回用設備設計；（7）污水回用管網(wǎng)體系的研究和建立。
參考文獻
[1] 董晴宇，胡海修．飲用水深度處理技術(shù)探討[J]．西南給排水，2001，23(5):1-5．
[2] 丁紀英，王波張，呈利．粉末活性炭在水處理中的應用[J]．山東水利，2005，4:32-33．
[3] 宋文濤，胡志光，常愛(ài)玲，等．深度處理在給水處理工程中的應用[J]．工業(yè)安全與環(huán)保，2005，31(3):4-6．
[4] 鄧耀杰，李平，朱凡，等．以回用為目標的污水深度處理組合工藝及其發(fā)展[J]．環(huán)境工程，2005， 23(3):10-14．
[5] 魏先春．石油三廠(chǎng)污水回用技術(shù)的可行性研究[J]．當代化工，2004，33(4):191-193．
[6] George T，Jeannie D，Keith B，et al．Ultrafiltration as an advanced tertiary treatment process for municipal wastewater[J]．Desalination，1998，119:315-321．
[7] Decarolis J，Hong S K，Taylor J．Fouling behavior of a pilot scale inside-out hollow fiber UF membrane during dead-end filtration of tertiary wastewater[J]．J．Membr．Sci．，2001，191:165-178．
[8] 宋來(lái)洲，白明華，李�。V分離膜在城市污水深度處理中的應用[J]．安全與環(huán)境學(xué)報，2004，4(5):12-15．
[9] 吳光，邱廣明，陳翠仙，等．超濾膜法城市污水深度處理中水回用中試試驗研究[J]．膜科學(xué)與技術(shù)，2004，24(1):38-41．
[10] 王琳，王寶貞．城市飲用水膜處理技術(shù)[J]．膜科學(xué)與技術(shù)，2001，21(3):53-55．
[11] 卞衛華．膜技術(shù)在電廠(chǎng)水處理中的應用[J]．能源與環(huán)境，2005（3）:42-44．
[12] 朱淑飛，錢(qián)鈺，魯學(xué)仁．膜技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域中的應用與發(fā)展[J]．水處理技術(shù)，2001，27(1):1-4．
[13] 潘巧明，樓永通．膜法處理糖蜜制酒精廢水的初探[J]．水處理技術(shù)，2000，26(6):340-342．
[14] Andreozzi R，Caprio V，Insola A．Advanced oxidation processes (AOP) for water purification and recovery[J]．Catalysis Today，1999，53:51-59．
[15] 梁生于，朱倩．濕式氧化法處理堿渣的工業(yè)應用[J]．石油化工環(huán)境保護，2003，26(3): 34-37．
[16] Yurii I，Meytal M，Sheintuch M．Catalytic abatement of water pollutants[J]．Ind．Eng．Chem．Res．，1998，37:309-326．
[17] Imamura S．Catalytic and noncatalytic wet oxidation[J]．Ind．Eng．Chem．Res．，1999，38:1743-1753．
[18] 郝玉昆，孫珮石．濕式催化氧化法處理高濃度有機廢水的研究[J]．云南環(huán)境科學(xué)，2003， 22:131-134．
[19] Griffith J W，Raymond D H．The first commercial supercritical water oxidation sludge processing plant[J]．Waste Management，2002，22(4):453-459．
[20] Pignatello J J．Dark and photoassisted Fe3+—catalyzed degradation of chlorophenoxy herbicides by hydrogen peroxide[J]．Environ．Sci．Technol．，1992， 26:944．
[21] Mujeriego R，Asano T．The role of advanced treatment in wastewater reclamation and reuse[J]．Wat．Sci．Tech．，1999，40:1-9．來(lái)源：中國水工業(yè)網(wǎng) 作者: 牟冠文,李光浩
