祁顺山

（华电能源牡丹江第二发电厂，黑龙江 牡丹江 157015）

1 概述

水是人类赖以生存和工业生产不可缺少的有限资源。随着社会的发展、工业化进程的加速，人类对水质水量的要求也越来越高。然而由于受水土流失、水源污染等因素的影响，地表水成分逐渐趋于复杂，水体中有机成分增多、浓度增大，不但对胶体产生严重保护作用，导致混凝剂药耗增加、水中铝的剩余量增高，而且产生多种氯化消毒副产物，其中相当一部分对人体健康具有较大的危害；氮磷营养物质大量排入水体，导致水体富营养化、藻类过量繁殖，产生难闻的臭味和有害的藻毒素；加之致病微生物的存在、管网的二次污染、稳定性铁锰以及重金属问题等都使得给水处理难度增大。因此，在强化水源保护的同时，需要加强水质处理技术的研究。

2 化学预氧化技术

化学预氧化是通过在给水处理工艺前端投加氧化剂强化处理效果的一类预处理措施。化学预氧化目的主要分为：①去除微量有机污染物；②除藻；③除嗅味；④控制氯化消毒副产物；⑤氧化助凝；⑥去除铁锰。

在预氧化过程中，氧化剂与水中多种成分作用，能够提高对有害成分的去除效率，但在一定条件下也会产生某些副产物。各种氧化剂作为预处理药剂对给水处理效果的综合影响程度差别较大。

2.1 臭氧预氧化技术

通常臭氧作用于水中污染物有两种途径：一种是直接氧化，即臭氧分子和水中的污染物直接作用。在此过程中，臭氧能氧化水中的一些大分子天然有机物，如腐殖酸、富里酸等；同时臭氧也能氧化一些挥发性有机污染物和一些无机污染物，如铁、锰等。直接氧化通常具有一定的选择性，即臭氧分子只能与水中含有不饱和键的有机污染物或无机成分作用。另一种途径是间接氧化，一部分臭氧分解产生羟基自由基与水中有机物作用，间接氧化具有非选择性，能够与水中多种污染物反应。

首先，臭氧预氧化可破坏水中有机物的不饱和键，使有机物的分子量降低，可溶解性有机物DOC的浓度升高，具体表现为AOC和BDOC的浓度升高，从而提高有机物的可生化性。但Ames实验表明，部分氧化中间产物具有一定的致突变活性，需要提高臭氧投量来降低这些产物的毒性活性，此外，臭氧也会将氨氧化成硝酸盐，但中性条件下氧化速度极慢，控制溶液的pH值可以提高反应速度。

其次，对于具有较高硬度和较低TOC的原水，通常在TOC含量为2.5 mg/L左右、硬度与TOC比值大于250 mgCaCO3/mgTOC、低的臭氧投量（0.5～1.5 mg/L）等条件下可起到助凝作用，提高混凝效果，但由于臭氧预氧化会提高水中有机酸的浓度，而部分有机酸会与混凝剂中的铁、铝离子汇合，从而使得滤后水中铁或铝的总浓度升高，故需对其采取一定措施进行处理，以达到国家制定的生活饮用水水质标准。

2.2 高锰酸盐复合药剂预氧化技术

高锰酸钾是一种普通的强氧化性，其氧化还原电位为Eo=1.69V。经过十几年的研究，在去除天然水中微量有机物、控制卤仿和致突变物质以及氧化助凝等方面取得了一些进展，并在生产中得到推广应用，同时，还系统地分析了高锰酸钾除污染的作用效能与机理。

高锰酸盐复合药剂是在对高锰酸钾进行了大量的研究基础上研制得出的，该药剂主要是以高锰酸钾为核心、由多种组分复合而成，充分利用了高锰酸钾与复合药剂中其他组分的协同作用，促进具有很强氧化能力且利于除污染的中间价态介稳产物和具有很强吸附能力的新生态水合二氧化锰的形成，将氧化和吸附有机地结合起来，强化去除水中有机污染物、强化除藻、除臭味、除色、降低三氯甲烷生成复合水的致突变活性等，提高了高锰酸钾对水中微污染物的去除率。

高锰酸盐预氧化具有明显的除藻效果，通过对蓝藻、绿藻等去除效果的观察，发现高锰酸盐投量为0.3～1.0 mg/L范围内有良好的除藻效果。在研究过程中，分别对高锰酸盐复合药剂预氧化、预氯化两种除藻方法的除藻效能进行了试验比较，结果表明，高锰酸盐复合药剂预氧化处理比预氯化处理沉后水藻类去除率有明显提高。

高锰酸盐复合药剂预氧化除臭味效果显着。选择了有代表性的由酚类、藻类、放线菌等引起的臭味的原水为研究对象，考察了高锰酸盐复合药剂对不同原水去除臭味的效能。

通过不同地区的生产应用，表明高锰酸盐预氧化具有多功能的强化除污染作用，可有效地提高水中藻类、臭味、铁锰、有机物、重金属等污染物去除率。高锰酸盐预氧化对地表水也有明显的助凝作用，可降低混凝剂投量10%～30%。高锰酸盐复合药剂的投加量一般控制在0.3～1.0mg/L范围内，制水成本增加一般少于1分/t。

2.3 高铁酸盐预氧化

高铁酸盐是一种具有很强氧化能力的无机氧化剂（标准氧化还原电位为2.20 V），由于其独特的性质，在水处理中有很大的应用潜力。但高铁酸盐制备难度大、成本高、易分解。

高铁酸盐预氧化对水中微量有机污染物有良好的去除效果。进一步利用气相色谱针对典型的小分子微量有机物，如苯酚、对硝基酚、2，4-二氯酚进行了氧化动力学规律研究，发现高铁酸盐对这些有机污染物有较高的氧化速率，高铁酸盐在中性条件下取得最佳的氧化效果。

高铁酸盐预氧化对几种地表水都有显着的助凝作用，尤其是稳定性地表水。处理后的其他水质指标，如UV254、色度、铁、锰等也有明显改善，还具有良好的消毒作用。高铁酸盐分解后形成的Fe（OH）3胶体的吸附作用能够促进浊度的去除。

3 臭氧高级氧化技术

臭氧氧化及臭氧活性炭联用技术在杀藻、除臭、除色、控制氯化消毒副产物等方面有一定的优势。水中大量存在的天然有机物（NOM）是氯化消毒副产物的主要来源，臭氧氧化导致低NOM分子量部分的增加和高分子量部分的减少，这些新生成的低分子量化合物能较好地吸附在活性炭上，但是臭氧氧化增加了有机化合物的极性而导致在活性炭上的吸附性能降低。

随着水体有机污染的日益严重和水质标准的不断提高，高级氧化技术研究进展迅速并在水处理中得到应用。高级氧化技术是指利用反应中产生的强氧化性的羟基自由基（OH·）作为主要氧化剂氧化分解和矿化水中有机物的氧化方法。

在各种高级氧化技术中，臭氧催化氧化技术日益受到人们的关注。按催化剂的相态分，臭氧催化氧化可分为均相催化氧化和多相催化氧化两类。臭氧催化氧化的发展始于均相氧化，即向水溶液中加入金属离子以强化臭氧的氧化反应；随后出现了以金属氧化物或附着于载体上的金属/金属氧化物为催化剂的多相催化氧化。

从在水处理工艺中的应用角度来看，臭氧催化氧化有以下优点：①能够显着地降低水中农药、内分泌干扰物质、致突变物质的浓度，除臭除味；②充分地利用剩余臭氧，强化分解水中有机物，降低尾气中臭氧含量；③提高臭氧转移效率；④降低臭氧投量；⑤既适合现有水厂改造（改造接触池），也适合新水厂建设（建催化氧化池）。

4 展望

（1）我国饮用水源受污染率较高，由于污水处理率很低，非点源的污染日益突出，可能将成为主要污染源，因此在相当长时期内，强化受污染水的处理将会是给水处理的主要问题。

（2）加强对水资源保护的同时，增加受污染水处理的研究力度，提高饮用水水质；采用多级屏障的思想，在强化混凝、沉淀、过滤、消毒的同时，利用化学、生物、吸附等过程强化水质净化，从全过程控制水质。