【技术聚焦】水中隐藏的微污染物不可忽视！-第3页-北极星水处理网

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4.1

生物法工业上常用的生物处理法通常是指膜生物反应器 (Membrane Bio Reactor; MBR)。微污染物的生物降解效率主要受微污染物同活性污泥中降解酶的亲和力影响，因而一般来说，污泥龄(SRT)稍长的MBR稍稍优于常规活性污泥法 (Conventional Activated Sludge; CAS)。有机微污染物很难直接通过生物法降解，因为：1)微污染物浓度极低，生物降解过程往往遵循一级反应速率，降解效率极低，尤其对于雌激素17 β-Estradiol等需要硝化降解的微污染物，所需水力停留时间(HRT)很长;2)微污染物结构复杂，非单一化合物，所需微生物种类繁多，此外很多微污染物及其中间产物，尤其是PPCPs，通常是有机微污染中的极性或强极性化合物，难以附着在生物膜表面，CAS 和MBR中的微生物只能部分降解甚至无法降解这些有机污染物。

一般生物法会与其他后续深度处理工艺联用，如MBR后串联NF/RO膜或高级氧化技术，或在MBR中直接加入有效吸附剂。

4.2

膜处理技术常用的膜处理工艺主要包括使用微滤(Microfiltration; MF)膜、超滤(Ultrafiltration; UF)膜、纳滤(Nanofiltration; NF)膜和反渗透(Reverse Osmosis)膜。膜处理技术均利用液流压力，驱动水流透过半渗透膜，从而达到分离大分子物质的目的。其中，MF膜孔径一般为0.1-10μm，可去除0.05μm以上、分子量500000以上的大分子，如细菌、印染分子、大分子悬浮物等;UF膜孔径为0.01-0.1 μm，可去除粒径10nm以上、分子量500以上的分子，如病毒、油乳剂、蛋白质等;NF膜孔径为2-5nm，可去除矿物质、盐等小分子;RO膜孔径为0.1nm，一般用于脱水或出水净化过程，需要较高能耗[8]。有机微污染物的去除机理比较复杂，去除效率由自身理化性质决定，可能存在的影响因素有：分子大小及质量、酸度系数 (pKa)、疏水性和扩散系数。因此，膜的性质(包括粒径大小、表面粗糙度、表面电荷、截留分子量和亲水/疏水性等)以及待处理水的特性(如pH值、硬度、离子强度和有机质含量)都可能影响微污染物的去除效率。

值得一提的是，MF和UF膜均很难去除近期引起热议的全氟单链化合物(PFASs)，只有NF和RO膜能较有效的去除PFASs。此外，采用RO膜可以有效截留再生水处理工艺中常生成的NDMA，也可以去除传统氧化技术(氯胺消毒等)过程中生成的NDMA[9]。

膜处理技术可以有效去除绝大多数有机微污染物，近些年来也成为水处理工艺的常用手段，但也存在能耗高、成本高的缺点。同时，若膜处理技术与MBR等生物处理手段联用，易造成膜污染或膜堵塞问题，膜的废弃也可能造成环境的二次污染。

4.3

传统和高级氧化法(AOP)传统氧化法一般是指通过氯、臭氧、高锰酸盐等强氧化剂氧化微污染有机物，高级氧化法主要是利用羟基自由基攻击并彻底氧化微污染物。高级氧化具体包括紫外光UV/双氧水H2O2氧化技术、光助Fenton (photo-Fenton)技术、非均相光催化技术 (Heterogeneous Photocatalysis)和臭氧O3/双氧水H2O2氧化技术等 [10]。

氧化技术的优势在于，若技术成熟，对于微污染物可以做到完全去除(完全矿化)，或可以将部分难以生物降解的大分子污染物氧化分解成容易生物降解的小分子污染物。然而现有的氧化技术无法做到对部分微污染有机物的完全矿化。在传统氧化技术应用过程中，部分污染物会生成相应副产物(如再生水处理工艺中生成的NDMA)，甚至毒性更强、更稳定的中间产物(例如之前提及的雌激素，经臭氧氧化后，疏水的部分变为亲水，反应活性更强，更容易引起内分泌扰乱)，造成二次污染。同时，高级氧化技术对于化学试剂(双氧水)的存储及排放有更多要求。消毒与高级氧化技术常与生物法或膜处理技术联用，用来去除难以通过膜处理技术去除的微污染物，但高级氧化法仍需要继续完善才能加以投入实际处理工艺中使用。

4.4

吸附法常用的吸附法是指利用活性炭吸附有机微污染物，是最为经济适用的处理手段之一。微污染物的去除效果与活性炭吸附速率和活性炭-污染物接触时间有关。吸附速率决定于活性炭和污染物的理化性质(如污染物的酸度系数、分子量大小、芳香性或疏水性、特定功能团等;活性炭的比表面积、孔径大小、表面化学性质、矿物质含量等)，接触时间则与反应器设计有关。一般说来，对于某种特定微污染物，活性炭含量越高、反应时间越长，去除效率越高。

吸附法的优势在于活性炭来源广泛，污染物吸附后不会生成毒性更强的中间产物，且活性炭可以广泛吸附有机微污染物。但是，活性炭的生成和活化需要较高能耗，且部分微污染物与活性炭之间的亲和力很弱，吸附速率低，去除率低。

此外，活性炭不易再生，废弃活性炭的处置可能造成二次污染(危险固废等)。

4.5

应用实例因单一处理工艺往往难以去除有机微污染物，基于单一工艺的组合工艺成为水处理工艺中的新趋势，而在目前已有实际应用的组合工艺中，最有效的去除微污染物的方法是吸附-膜处理联用技术。

其中，粉末活性炭-超滤-反渗透技术(PAC-UF-RO)是最常见的组合工艺，利用比表面积较高的粉末活性炭(PAC)吸附原水中易污染膜的污染物，从而降低过滤阻力，提高透水通量并提高有机物的去除效率。此技术优点在于可以降低膜的过滤阻力，延缓膜的使用寿命，降低成本;但有实验表明，PAC在吸附有机物方面具有一定选择性，对于造成膜污染的疏水性有机物的吸附效率较低，无法真正解决膜污染问题[11]。

有机微污染物的控制及去除包括源头控制和终端处理两方面。源头控制即要求禁止有毒污染物的使用，促进绿色化学，但目前人类及生物同样依赖药物、生活用品等化合物得以生存，因而源头控制是需要长期思考的目标;终端处理方面，水处理设施工艺及法律法规的设定也需要进一步完善。如何应对这一全球性环境问题，需要长久的探索。

总结

目前，有机微污染物的毒理，监测技术和深度处理方法还停留在研究的初级阶段。微污染物因为缺乏有效的处理方法，对水生态和人类活动的潜在威胁越来越大，其综合毒理和协同毒理均亟待完善。同时，微污染物的各项特性尤其是极低的环境浓度使得其对监测设备和技术要求非常高，当下全美也仅有十几个实验室具备进行定量标的物扫描和无标的物全扫描研究的条件。开发出一套简单可靠而且相对经济的微污染物监测方对于制定微污染物的处理策略有着决定性的帮助和影响。最后，关于微污染物的行之有效的处理方法目前也是业界争论的焦点，当下的处理手段例如吸附-超滤法和高级氧化法都需要针对微污染的处理目标和策略进行优化。总而言之，微污染物因为其持久性和易迁移性，已逐渐成为一个不容忽视的全球性威胁，如何应对这一威胁将是未来各国环境界需要共同关注的话题。

原标题：【技术聚焦】水中隐藏的微污染物不可忽视！

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