李興權(quán)，曹 杰，田 曉

(1.承德石油高等?？茖W(xué)校資產(chǎn)與后勤管理處，河北承德 067000;2.承德石油高等?？茖W(xué)校建筑工程系，河北承德 067000;3.河北旅游職業(yè)學(xué)院園林藝術(shù)系，河北承德 067000)

飲用水中微量有機(jī)物去除技術(shù)的探討

李興權(quán)1，曹 杰2，田 曉3

(1.承德石油高等專科學(xué)校資產(chǎn)與后勤管理處，河北承德 067000;2.承德石油高等?？茖W(xué)校建筑工程系，河北承德 067000;3.河北旅游職業(yè)學(xué)院園林藝術(shù)系，河北承德 067000)

飲用水中的有機(jī)物是危害人體健康的重要污染源，由于城市建設(shè)的加速和工業(yè)的高速發(fā)展，有機(jī)物對(duì)飲用水的污染現(xiàn)象日趨嚴(yán)重?，F(xiàn)對(duì)近年來(lái)來(lái)國(guó)內(nèi)外采用的活性炭吸附技術(shù)、納濾膜技術(shù)、生物過(guò)濾技術(shù)去除飲用水中微量有機(jī)物做了闡述，對(duì)飲用水處理的發(fā)展方向及應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

活性炭;納濾;生物過(guò)濾;有機(jī)物

飲用水通常在常規(guī)工藝處理以后，采用適當(dāng)?shù)钠渌幚矸椒ǎコ⒘坑袡C(jī)物或其副產(chǎn)品，從而提高和保證飲用水水質(zhì)。近年來(lái)活性炭、納濾膜和生物過(guò)濾等去除飲用水中微量有機(jī)物的技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用［1-2］。

1 活性炭對(duì)飲用水中微量有機(jī)物的去除

1.1 活性炭的特性

活性炭由碳微晶粒和無(wú)定形碳所構(gòu)成，孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、堆積密度低、比表面積很大(1 500m2/g以上)、吸附能力很強(qiáng)?；钚蕴繉?duì)有機(jī)物的去除主要靠微孔吸附。活性炭對(duì)有機(jī)物去除的主要影響因素是有機(jī)物的極性與分子大小，有機(jī)物的分子小、溶解度小、親水性差、極性弱易被吸附。活性炭的空隙分為微孔(＜2 nm)、中孔(2～50 nm)和大孔(＞50 nm)，微孔分為一級(jí)微孔(＜0.8 nm)和二級(jí)微孔(0.8～2 nm)。按外觀形狀可分為粉狀活性炭、顆?；钚蕴?、成型活性炭和活性炭纖維。

1.2 活性炭的吸附機(jī)理［3］

活性炭對(duì)飲用水中微量有機(jī)物吸附能力的強(qiáng)度與活性炭本身的微孔結(jié)構(gòu)和有機(jī)物的化學(xué)組成有關(guān)?；钚蕴孔罴盐椒秶讖绞?.7～35 nm，即活性炭的二級(jí)微孔和中孔。活性炭屬于非極性分子，非極性分子中的電子和原子核都處在不斷的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)之中，正負(fù)電荷重心之間會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)的相對(duì)位移產(chǎn)生瞬間偶極，根據(jù)同極相斥，異極相吸的原理，每個(gè)瞬間偶極必然處于異極相鄰狀態(tài)而相互吸引。吸附作用主要有物理相互作用和化學(xué)相互作用。

1)物理相互作用

物理相互作用包含排斥效應(yīng)和微孔效應(yīng)。尺寸排斥決定被吸附分子能夠進(jìn)入哪一級(jí)微孔，活性炭的微孔效應(yīng)是由微孔和被吸附分子的相對(duì)尺寸分布決定的。尺寸排斥效應(yīng)減少了活性炭對(duì)大分子有機(jī)物的吸附，綜上所述有針對(duì)性的選擇活性炭孔徑能夠更有效的增加活性炭吸附容量。

2)化學(xué)相互作用

化學(xué)作相互用對(duì)大分子有機(jī)物的吸附很重要，化學(xué)相互作用包括活性炭的表面化學(xué)特征以及吸附質(zhì)和溶劑的性質(zhì)。除非特性的色散力外，吸附質(zhì)在水中的溶解度越小，活性炭對(duì)其吸附容量越大。活性炭表面與吸附質(zhì)之間存在著特殊的相互作用，可能對(duì)活性炭的表面極性與溶劑產(chǎn)生影響。另外，可離子化的吸附質(zhì)還受到作為溶劑的水的靜電作用，pH值和離子強(qiáng)度等性質(zhì)的影響。

2 納濾膜對(duì)飲用水中微量有機(jī)物去除

在反滲透和超濾發(fā)展的基礎(chǔ)上，20世紀(jì)70年代J.E.Cadotte研究開(kāi)發(fā)了NS-300膜，將納濾引入了膜技術(shù)領(lǐng)域。膜過(guò)濾作為新型的凈水技術(shù)在國(guó)內(nèi)得到了眾多示范性的應(yīng)用［4］。納濾(NF，nanofitration)對(duì)有機(jī)物的截留率為90%左右，其分離特性介于反滲透和超濾之間。納濾膜對(duì)截留各類有機(jī)物具有較強(qiáng)的功效，還可以適量的去除無(wú)機(jī)離子，能滿足對(duì)水源更廣泛的應(yīng)用及要求。納濾膜的一個(gè)很大特征是膜本體帶有電荷性，溶質(zhì)的分子粒徑大小、電荷性留、擴(kuò)散系數(shù)、親疏水性以及分子極性等直接影響到所采用截留方法的選擇。納濾膜對(duì)溶質(zhì)的截留機(jī)理主要有空間位阻效應(yīng)、Donann效應(yīng)、介電效應(yīng)以及吸附效應(yīng)等。此外由膜對(duì)有機(jī)分子和無(wú)機(jī)鹽離子的截留，又會(huì)引起膜表面以及膜孔內(nèi)產(chǎn)生化學(xué)污染，從而會(huì)改變其截留機(jī)理。

納濾膜是去除飲用水中消毒副產(chǎn)物(DBPs)和其前驅(qū)物、對(duì)環(huán)境內(nèi)分泌干擾物、對(duì)持久性有機(jī)物、對(duì)醫(yī)藥品與個(gè)人護(hù)理品(PPCPs)、生物可同化有機(jī)碳、對(duì)微囊藻毒素、致突變性生物指標(biāo)的有效方法，上述物質(zhì)都是飲用水中有害有機(jī)物。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展、居民健康用水意識(shí)的提高，以及納濾膜制備與應(yīng)用技術(shù)的相對(duì)成熟，其在飲用水凈化領(lǐng)域的規(guī)模及作用也越來(lái)越大［5］。

3 生物過(guò)濾對(duì)飲用水中微量有機(jī)物的去除

在微污染飲用水處理中，常用的生物膜工藝是生物過(guò)濾。它既可以高效去除懸浮顆粒，也可以借助于傳統(tǒng)濾料(顆?；钚蕴?上附著生長(zhǎng)的生物膜去除可生物降解的有機(jī)物。生物過(guò)濾工藝已經(jīng)在西歐國(guó)家得到廣泛的應(yīng)用。二十世紀(jì)中后期，西歐一些國(guó)家就所采用生物膜過(guò)濾技術(shù)及傳統(tǒng)技術(shù)的結(jié)合有效的去除了水源中的氨氮和其他有機(jī)污染物。同期，美國(guó)等一些國(guó)家雖然對(duì)生物膜處理工藝展開(kāi)了一些基礎(chǔ)性研究但在飲用水處理上仍盡量避免采用生物處理工藝。直到1986年美國(guó)國(guó)會(huì)頒布“安全飲用水法案”后，美國(guó)國(guó)家環(huán)保局(EPA)對(duì)飲用水水質(zhì)指標(biāo)(包括三氯甲烷等)作出更嚴(yán)格的規(guī)定，美國(guó)有關(guān)高校與研究機(jī)構(gòu)在美國(guó)EPA等部門(mén)的資助下才開(kāi)展了一系列生物過(guò)濾工藝的進(jìn)一步研究，其他一些國(guó)家包括加拿大、中國(guó)等國(guó)家也逐漸加大了生物膜工藝的研究力度。

生物膜法是利用附著生長(zhǎng)于某些固體物表面或生物濾池的濾料上的微生物(即生物膜)去除污水中的有機(jī)物的方法。生物膜是由積聚數(shù)量可觀的厭氧菌、好氧菌、兼性菌、真菌、原生動(dòng)物以及藻類等組成的一個(gè)完善的生態(tài)系統(tǒng)，上面附著的固體介質(zhì)被叫做濾料或載體。自濾料向外生物膜可分為慶氣層、好氣層、附著水層、運(yùn)動(dòng)水層。生物過(guò)濾機(jī)理是，生物膜首先吸附附著水層有機(jī)物，由好氣層的好氣菌將其分解，再進(jìn)入?yún)挌鈱舆M(jìn)行厭氣分解，流動(dòng)水層則將老化的生物膜沖掉從而生長(zhǎng)新的生物膜，從而達(dá)到反復(fù)使用的目的。生物過(guò)濾是目前減少飲用水有機(jī)污染、提高飲用水的安全性的較有競(jìng)爭(zhēng)力的一種工藝［6］。

4 結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)飲用水處理技術(shù)的局限性和除微污染物處理技術(shù)的突飛猛進(jìn)，使得優(yōu)質(zhì)飲用水的使用成為可能，但如何消除飲用水中的有機(jī)污染物的污染，形成一個(gè)經(jīng)濟(jì)上可行、技術(shù)上可靠、污染去除率高的飲用水深度處理方法是飲用水處理的發(fā)展方向所在。

［1］張榮，田向紅，劉保華.我國(guó)飲用水現(xiàn)狀及衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展［J］.中國(guó)衛(wèi)生工程學(xué)，2004(3):14-17.

［2］丁增義.我們有多少消水可以期待［N］.解放軍報(bào)，2005-04-09.

［3］付娟.生活飲用水一個(gè)值得關(guān)注的問(wèn)題［J］.中國(guó)檢驗(yàn)檢疫，2004(11):56-58.

［4］朱延美，許寧，張文平.我國(guó)飲用水安全性研究現(xiàn)狀［J］.北方環(huán)境，2004(6):44-45.

［5］Chung K，F(xiàn)ujiki I，Okabe S.Effect of formation of biofilms and chemical scale on the cathode electrode on the performance of a continuous twochamber microbial fuel cell.Bioresour.Technol，2011(102):355-360.

［6］Zhang YH，Mo GG，Li XW，Ye JS.Iron tetrasulfophthalocyanine functionalized graphene as a platinum-free cathodic catalyst for efficient oxygen reduction in microbial fuel cells.J.Power Sources，2012(197):93-96.

Removal Techniques of Trace Organics in Drinking Water

LI Xing-quan1，CAO Jie2，TIAN Xiao3
(1.Department of Asset and Logistics Management，Chengde Petroleum College，Chengde 067000，Hebei，China;2.Department of Construction Engineering，Chengde Petroleum College，Chengde 067000，Hebei，China;3.Department of Landscape Art，Hebei Tourism Vocational College，Chengde 067000，Hebei，China)

The organics in drinking water gives rise to water pollution easily，and it is the important factor that causes people’s health problems.As a result of the acceleration of city construction and the fast development of industry，the pollution phenomenon caused by the organics to drinking water has been on the rise.This paper makes an exploration of the active carbon adsorption technology，nanofiltration membrane technology and biofiltration technology adopted both at home and abroad in recent years，it also prospects for the application and development of the drinking water.

active carbon;nanofiltration;biofiltration;organics

TS275.1

B

1008-9446(2013)04-0030-02

2013-04-16

李興權(quán)(1980-)，男，遼寧朝陽(yáng)人，承德石油高等?？茖W(xué)校資產(chǎn)與后勤管理處講師，碩士，研究方向?yàn)榻ㄖこ碳夹g(shù)及工藝。