近些年來(lái)，隨著水源污染嚴(yán)重、水質(zhì)不斷惡化和飲用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，人們開(kāi)始研究一些新技術(shù)強(qiáng)化常規(guī)處理工藝或發(fā)展飲用水深度處理技術(shù)。目前應(yīng)用較多給水深度處理工藝有活性炭吸附、臭氧氧化、臭氧和活性炭聯(lián)用、臭氧高級(jí)氧化技術(shù)、生物活性炭、膜過(guò)濾技術(shù)等。在此筆者結(jié)合大量的實(shí)驗(yàn)研究，僅對(duì)強(qiáng)化常規(guī)給水處理工藝(包括強(qiáng)化混凝、強(qiáng)化沉淀與氣浮和強(qiáng)化過(guò)濾)、化學(xué)預(yù)氧化(預(yù)臭氧化)等發(fā)展情況作以簡(jiǎn)要論述。
　　
【強(qiáng)化混凝技術(shù)】
　　
常規(guī)給水處理工藝中對(duì)有機(jī)物去除起主要作用的是混凝工藝，其去除有機(jī)物的機(jī)理主要分三個(gè)方面：帶正電的金屬離子和帶負(fù)電的有機(jī)物膠體發(fā)生電中和而脫穩(wěn)凝聚;二是金屬離子與溶解性有機(jī)物分子形成不溶性復(fù)合物而沉淀;三是有機(jī)物在絮體表面的物理化學(xué)吸附。影響混凝效果的因素很多：混凝劑的種類(lèi)、混凝劑的投加量、原水水質(zhì)、混凝pH值、堿度、混凝攪拌程度以及混凝劑與助凝劑的投加順序等。強(qiáng)化混凝就是通過(guò)采取一定措施，確定混凝的最佳條件，發(fā)揮混凝的最佳效果，盡可能地去除能被混凝階段能夠去除的成分，特別是有機(jī)成分。
　　
由于近年水源受有機(jī)物污染嚴(yán)重，高濃度的有機(jī)物對(duì)水中膠體產(chǎn)生很強(qiáng)的保護(hù)作用，致使常規(guī)混凝效果變差，因此為提高常規(guī)混凝效果，在保證濁度去除率的同時(shí)提高水中有機(jī)物的去除率，強(qiáng)化混凝處理無(wú)疑是一個(gè)首選之法。Joseph等人認(rèn)為強(qiáng)化混凝是去除水中天然有機(jī)物比較經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的一種處理工藝;美國(guó)工作者普遍認(rèn)為，強(qiáng)化混凝是達(dá)到"飲用水消毒/消毒副產(chǎn)物(D/DBP)標(biāo)準(zhǔn)"第一階段要求和控制飲用水中天然有機(jī)物(NOM)的最佳方法之一;我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明，某些強(qiáng)化混凝技術(shù)能有效地去除天然水中的有機(jī)物和藻類(lèi)，并可降低水中剩余鋁的濃度。
　　
強(qiáng)化混凝技術(shù)首先要根據(jù)水質(zhì)情況篩選優(yōu)化確定混凝劑的種類(lèi)和投量。目前水廠使用的混凝劑大致有三種：鋁鹽Al(Ⅲ)、鐵鹽Fe(Ⅲ)以及人工合成的有機(jī)陽(yáng)離子聚合混凝劑，一般鋁鹽和鐵鹽的混凝效果要優(yōu)于人工合成的混凝劑，原因是這兩種混凝劑可以按上述的混凝機(jī)理與NOM作用，而人工合成的有機(jī)陽(yáng)離子聚合混凝劑只能通過(guò)電性中和與NOM反應(yīng)，將其去除，對(duì)于鐵鹽和鋁鹽而言，前者的混凝效果優(yōu)于后者。盡管各種混凝劑的混凝效果不同，但對(duì)于確定的水質(zhì)，在原水pH值一定的條件下都會(huì)存在一個(gè)最佳投量，因此應(yīng)根據(jù)具體水質(zhì)情況優(yōu)選混凝劑，并利用混凝劑投加量與利用效率之間存在的關(guān)系確定最佳投量。投加一定量的助凝劑會(huì)強(qiáng)化混凝劑的混凝效果，黃曉東等人在使用PAC混凝同時(shí)在水中投加高分子助凝劑，結(jié)果表明有機(jī)物去除率提高了約10%，藻類(lèi)去除率也提高了10%～15%。原水pH值也是影響混凝效果的一個(gè)重要因素，通常較低的pH值有利于強(qiáng)化混凝對(duì)NOM的去除，Robert等人的研究證明，隨著pH值的下降強(qiáng)化混凝對(duì)NOM的去除率明顯升高，Gil等人的研究表明調(diào)節(jié)水源水的pH值，達(dá)到相同的混凝效果可以使混凝劑投量減少50%以上。但并不是pH值越低越好，通常最佳的pH值范圍為5.5～6.5。此外，在考慮諸多影響因素的同時(shí)，制備化學(xué)復(fù)合藥劑強(qiáng)化混凝處理也是一個(gè)新的研究方向，我們利用高錳酸鹽復(fù)合藥劑與強(qiáng)化混凝處理相結(jié)合，明顯地去除了地表水中的NOM和藻類(lèi)物質(zhì)，并降低了處理水的濁度。
　　
【強(qiáng)化沉淀與氣浮技術(shù)】
　　
沉淀和氣浮作為兩種傳統(tǒng)的水處理工藝，在給水和污水處理領(lǐng)域一直備受關(guān)注。從最早使用的自然沉淀，到混凝沉淀，以至今天的平流沉淀池、斜板沉淀池，沉淀作為一種水處理形式不斷發(fā)展完善。由于近年來(lái)水源水質(zhì)的嚴(yán)重惡化，傳統(tǒng)的沉淀處理很難達(dá)到理想的出水水質(zhì)要求，因此各種強(qiáng)化沉淀的措施相繼出現(xiàn)：優(yōu)化斜板間距、優(yōu)化沉淀區(qū)流態(tài)、優(yōu)化排泥，采用斜管代替斜板的斜管沉淀、攔截式沉淀等，即便這樣對(duì)于某些特殊原水，如低溫低濁、高藻水，強(qiáng)化沉淀也難以獲得良好的處理效果。
　　
氣浮與沉淀是兩個(gè)相反過(guò)程，因此氣浮工藝對(duì)低溫低濁、高藻類(lèi)水質(zhì)原水具有良好的處理效果。目前對(duì)于氣浮也存在許多強(qiáng)化措施，如：優(yōu)化氣浮的接觸區(qū)和分離區(qū)、優(yōu)化進(jìn)水和出水、優(yōu)化個(gè)區(qū)流態(tài)等，此外發(fā)展氣浮與預(yù)氧化結(jié)合技術(shù)、實(shí)現(xiàn)高速氣浮與多功能氣浮，能夠更好地強(qiáng)化氣浮處理。但氣浮工藝對(duì)于高濁度水或水質(zhì)變化較大的水效果不理想。
　　
沉淀-氣浮固液分離工藝就是針對(duì)沉淀和氣浮兩種處理工藝各自存在的弊端，而提出的一種新工藝，以沉淀為主、氣浮為輔，發(fā)揮了沉淀和氣浮各自的優(yōu)點(diǎn)，工藝的適應(yīng)性較強(qiáng)，已在國(guó)內(nèi)許多水廠中得以應(yīng)用，但目前對(duì)其機(jī)理和設(shè)計(jì)思想的探討研究尚沒(méi)有深入的研究報(bào)道。由于沉淀和氣浮各自的運(yùn)行機(jī)理截然不同，實(shí)踐表明，這種工藝也存在很多問(wèn)題，如：運(yùn)行過(guò)程中的"跑礬花"現(xiàn)象，配水不均，排泥效果差以及工藝構(gòu)造不合理等等，因此必須對(duì)其機(jī)理進(jìn)行深入的分析研究，以達(dá)到最佳的處理效果。
　　
我們針對(duì)低溫低濁、高藻、高色水以及雨季時(shí)受地表徑流影響出現(xiàn)的突然高濁或持續(xù)高濁現(xiàn)象的原水水質(zhì)問(wèn)題，對(duì)原有的沉淀-氣浮處理工藝及其機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究，建立一種新型的氣浮-沉淀固液分離處理工藝，來(lái)解決原有工藝存在的問(wèn)題，并獲得良好的處理效果。通過(guò)與實(shí)際工藝系統(tǒng)長(zhǎng)期的對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究得出，對(duì)于相同或相近的水質(zhì)原水，新型氣浮-沉淀固液分離工藝模型對(duì)濁度的平均去除率可提高10～20%;即使對(duì)于低溫低濁水質(zhì)原水，實(shí)際工藝系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)濁度高于原水的情況下，試驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵部杀ＷC70～80%的濁度去除率;而且對(duì)水中有機(jī)物的去除率也達(dá)到了60～80%，可見(jiàn)新型氣浮l沉淀固液分離工藝處理效果要明顯優(yōu)于原有沉淀f氣浮工藝系統(tǒng)。
　　
【強(qiáng)化過(guò)濾技術(shù)】
　　
混凝和過(guò)濾是常規(guī)給水處理工藝去除原水中有機(jī)污染物的兩個(gè)主要工序。通常混凝沉淀后水的水質(zhì)與未經(jīng)處理的原水水質(zhì)大不相同，混凝沉淀過(guò)程去除了大部分的水中天然有機(jī)物，與此同時(shí)提高了水中溶解性有機(jī)物的含量，并使水中殘留有少量的混凝劑，出現(xiàn)剩余鋁濃度超標(biāo)問(wèn)題，可以說(shuō)過(guò)濾是常規(guī)凈水系統(tǒng)中控制出水水質(zhì)的關(guān)鍵工序。目前多數(shù)水廠采用廉價(jià)的石英砂作為濾料對(duì)水進(jìn)行過(guò)濾處理，由于石英砂的凈水機(jī)理主要是采用機(jī)械截留作用，對(duì)水中的懸浮物具有比較好的去除效果，而對(duì)溶解性污染物，如重金屬離子、溶解性有機(jī)物等幾乎沒(méi)有去除作用，因此為了改善濾池處理效果，確保供水水質(zhì)，必須對(duì)濾池系統(tǒng)進(jìn)行強(qiáng)化改進(jìn)。
　　
對(duì)于過(guò)濾工藝采取強(qiáng)化措施是多方面的，可以對(duì)濾速進(jìn)行控制、使用新型濾池、用多層濾料代替單層濾料以及投加助濾劑等等。由于強(qiáng)化過(guò)濾技術(shù)的關(guān)鍵是濾料，因此絕大多數(shù)工作都是針對(duì)強(qiáng)化濾料展開(kāi)的，研制優(yōu)于傳統(tǒng)濾料的過(guò)濾介質(zhì)，可以改善整個(gè)水廠的制水工藝，提高出水水質(zhì)，目前國(guó)內(nèi)外研制的各種新型濾料都是朝著改善濾料表面特性的方向努力，用物理或化學(xué)方法對(duì)傳統(tǒng)濾料進(jìn)行改性，改善其表面結(jié)構(gòu)和性能，來(lái)提高濾料的截污能力。常用的改性劑多為鋁鹽、鐵鹽、錳鹽以及這幾種金屬的氧化物等。
　　
實(shí)踐表明，改性濾料能充分地發(fā)揮在濾料表面增加巨大的比表面積和強(qiáng)化的吸附能力，以及與水中各類(lèi)有機(jī)物、細(xì)菌、藻類(lèi)接觸過(guò)程中由表面涂料所產(chǎn)生的強(qiáng)化吸附和氧化凈化功能，其不但能凈化大分子和膠體有機(jī)物，同時(shí)還可以大量吸附和氧化水中各種離子(包括重金屬離子)和小分子可溶性有機(jī)物;此外我們的實(shí)驗(yàn)研究也表明，采用改性濾料強(qiáng)化過(guò)濾，出水水中剩余鋁的濃度要遠(yuǎn)低于國(guó)家水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)0.2mg/L，故可達(dá)到全面改善水質(zhì)的目的。
　　
【臭氧預(yù)氧化技術(shù)】
　　
臭氧自1876年被發(fā)現(xiàn)具有很強(qiáng)的氧化性之后，就得到了廣泛的研究和應(yīng)用，尤其是在水處理領(lǐng)域。早在1893年荷蘭就使用臭氧進(jìn)行消毒，1905年法國(guó)開(kāi)始使用臭氧對(duì)飲用水進(jìn)行消毒，到20世紀(jì)60年代末臭氧開(kāi)始用于飲用水原水預(yù)氧化，發(fā)展到今天臭氧預(yù)氧化用于水處理過(guò)程已是比較成熟的技術(shù)，但在使用過(guò)程中仍存在很多問(wèn)題，且單獨(dú)氧化處理效果不是十分理想，仍需同其它工藝進(jìn)行結(jié)合，以體現(xiàn)其優(yōu)勢(shì)。
　　
通常臭氧作用于水中污染物有兩種途徑，一種是直接氧化，即臭氧分子和水中的污染物直接作用。這個(gè)過(guò)程臭氧能氧化水中的一些大分子天然有機(jī)物，如腐殖酸、富里酸等;同時(shí)也能氧化一些揮發(fā)性有機(jī)污染物和一些無(wú)機(jī)污染物，如鐵、錳離子。直接氧化通常具有一定選擇性，即臭氧分子只能和水中含有不飽和鍵的有機(jī)污染物或金屬離子作用。另一種途徑是間接氧化，臭氧部分分解產(chǎn)生羥基自由基和水中有機(jī)物作用，間接氧化具有非選擇性，能夠和多種污染物反應(yīng)。
　　
臭氧的強(qiáng)氧化性決定其與水中的污染物作用后可獲得不同的處理效果，因此使用臭氧預(yù)氧化的目的依水質(zhì)而異，也與使用情況有關(guān)。研究表明，臭氧預(yù)氧化對(duì)水質(zhì)的綜合作用結(jié)果取決于臭氧投量、氧化條件、原水的pH值和堿度以及水中共存有機(jī)物與無(wú)機(jī)物種類(lèi)和濃度等一系列影響因素。
　　
首先，臭氧預(yù)氧化可破壞水中有機(jī)物的不飽和鍵，使有機(jī)物的分子量降低，可溶解性有機(jī)物DOC的濃度升高，具體表現(xiàn)為AOC和BDOC的濃度升高，從而提高有機(jī)物的可生化性，但Ames實(shí)驗(yàn)表明部分氧化中間產(chǎn)物具有一定的致突變活性，需要提高臭氧投量來(lái)降低這些產(chǎn)物的毒性活性，此外臭氧也會(huì)將氨氧化成硝酸鹽，但中性條件下氧化速度極慢，控制溶液的pH值可以提高反應(yīng)速度。
　　
其次，對(duì)于具有較高硬度和較低TOC的原水，通常在TOC含量為2.5mg/L左右、硬度與TOC比值大于250mg/LCaCO3/mgTOC時(shí)、低的臭氧投量(0.5～1.5mg/L)等條件下可起到助凝作用，提高混凝效果，但由于臭氧預(yù)氧化會(huì)提高水中有機(jī)酸的濃度，而部分有機(jī)酸會(huì)與混凝劑中的鐵、鋁離子絡(luò)合，從而使得濾后水中鐵或鋁的總濃度升高，故需對(duì)其采取一定措施進(jìn)行處理，以達(dá)到國(guó)家制定的生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn);此外，臭氧氧化能夠滅活水中的一些致病微生物，如細(xì)菌、病毒、孢子等，也能夠強(qiáng)化去除藻類(lèi)物質(zhì)及其代謝產(chǎn)物，進(jìn)一步提高常規(guī)給水處理的除藻效果，并且還可去除水中含有不飽和鍵的嗅味物質(zhì)。
　　
再者，對(duì)于氯化消毒副產(chǎn)物前質(zhì)，臭氧預(yù)氧化可對(duì)其進(jìn)行一定程度的破壞，或使之轉(zhuǎn)化成副產(chǎn)物生成勢(shì)相對(duì)較低的中間產(chǎn)物，但不可避免地也會(huì)升高一些其它物質(zhì)的副產(chǎn)物生成勢(shì)，同時(shí)產(chǎn)生一些臭氧副產(chǎn)物。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)水中溴離子濃度高時(shí)，采用臭氧預(yù)氧化工藝的水廠出水溴酸鹽濃度普遍升高，臭氧氧化可將原水中的溴離子氧化成溴酸鹽和次溴酸鹽，溴酸鹽本身具有致癌作用，而次溴酸鹽與氯化消毒副產(chǎn)物前質(zhì)作用，會(huì)生成毒性更強(qiáng)的溴代三氯甲烷，對(duì)人類(lèi)造成更大的威脅。一些歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，已經(jīng)開(kāi)始對(duì)溴酸鹽生成量進(jìn)行限定，1993年世界衛(wèi)生組織規(guī)定溴酸鹽最大允許濃度為25g/L，美國(guó)環(huán)保局則將其最大允許濃度限定為10g/L。
　　
上述作用結(jié)果表明，單純使用臭氧氧化，出水水質(zhì)并不十分理想，特別是對(duì)于氨氮的去除以及出水生物穩(wěn)定性控制等，因此必須將臭氧預(yù)氧化與其它水處理工藝結(jié)合起來(lái)，如濾后采用活性炭吸附，或發(fā)展臭氧預(yù)氧化與生物活性炭聯(lián)用技術(shù)，以進(jìn)一步強(qiáng)化處理效果。
　　
雖然臭氧具有比較強(qiáng)的氧化性，但是其設(shè)備投資大、運(yùn)行費(fèi)用高，即使在發(fā)達(dá)國(guó)家，臭氧仍是一種昂貴的水處理技術(shù)。我國(guó)關(guān)于臭氧預(yù)氧化方面已經(jīng)進(jìn)行了20多年的研究工作，但目前此工藝在水廠中的應(yīng)用仍十分有限。結(jié)合我國(guó)水源污染狀況，研究經(jīng)濟(jì)有效可行的除污染技術(shù)是十分必要的。