探讨组合式工艺应对供水和污水污染物处理新挑战

人类胎盘中发现微塑料颗粒，二甲双胍的自来水消毒副产物具有潜在公共卫生安全危害……近来的一些报道表明，新兴污染物（Contaminants of Emerging Concern，简称CEC）越来越醒目地出现在我们身边。

新兴污染物 

新兴污染物通常是指环境中新出现或新进引起关注的、尚未列入常规监测系统、对生态环境和人类健康具有危害或潜在风险的化学或生物污染物，包括环境内分泌干扰物、药品与个人护理用品、全氟类化合物等有机污染物，也包括纳米材料、微塑料、抗生素抗性基因等。

相较于铅、砷等常见污染物，新兴污染物目前还没有明确的法规进行指导，通常不受现行环境保护法的管制。这些新出现的污染物通过人类生活中所使用的药品、个人护理和家庭清洁用品，排放到环境中，影响水生生物并在食物链网中积累，从而入侵并威胁到人类的健康。

城市人口密集，污染排放集中，城市污水处理系统受纳人类排放的新兴污染物，是新兴污染物进入环境的重要途径。但传统的污水处理厂并不是用来去除这些现代有机物和合成物为主的新兴污染物。许多国家和市政当局正在尝试寻找新的处理方法来有效地应对这一挑战。

微污染物

源自日常生活的健康水风险

新兴污染物中有相当一部分微污染物，是在极低浓度水平就能影响自然环境生物化学过程的有机污染物，包括人工化学合成品 —— 杀生物性化合物，洗涤剂成分，比如肥皂、消毒剂和药物等。

与5年前相比，服用处方药的人群增加了32%。药物通过家庭、医院和工业废水排放进入供水污水处理，并作为微污染物残留在水中。研究表明，这些水中的微污染物包括内分泌干扰物（EDC）可损害人类、其他哺乳动物和水生动物的发育和生殖功能。

另一特别令人关注的是1,4-二氧六环（又称二噁烷）。这是一种在工业生产过程中非常普遍的化学物质，用于高纯度金属表面处理剂、医药农药的提取、石油产品的脱蜡、以及燃料分散剂等等。目前二噁烷已被列入了国际癌症研究中心公布的致癌物质分类中，并且即使在高浓度的情况下，依然极难从水中去除。

微污染物处理方法

药物、内分泌干扰物、二噁烷等微污染物均不易使用传统方法进行处理。目前可选择的处理方法包括臭氧氧化、紫外消毒、臭氧+过氧化氢、紫外+过氧化氢、臭氧+紫外+过氧化氢的高级氧化工艺（AOP）等。其他选择如颗粒活性炭过滤和膜过滤，不是效果有限就是运维工作量大。并且膜和其他技术实际上并不会破坏或氧化这些微污染物，而只是在污水处理过程中进行浓缩。

消毒副产物和总有机碳（TOC）

越来越热议的供水安全话题

迄今为止氯消毒依然是最经济高效的饮用水消毒方式之一。然而氯会和水中的有机物或者无机物反应形成消毒副产物（DBP）。而水中能与氯发生反应的有机物可通过测量TOC来测定。

消毒副产物具有潜在影响人类健康的风险，包括癌症发展风险以及生殖影响风险。因此很多消毒副产物包括三卤甲烷（THM），卤代乙酸（HAA），亚氯酸盐和溴酸盐等都受到法规监管。消毒副产物是传统水处理的结果 ，因此无法通过处理去除。

消毒副产物处理方式

为了避免公众接触到消毒副产物的可能性，水厂需要在上游处理时，消毒前重点甄别并减少有机碳。常用的处理方式包括溶解曝气过滤、吸附澄清、适当的情况下在吸附阶段使用臭氧结合活性炭、以及在超滤和纳滤阶段使用膜过滤。在氯消毒之前使用其他氧化剂如过氧化氢，或者替代氯消毒是另一种解决消毒副产物问题的方式。

臭氧

应对微污染物和新兴无污染物挑战的方式

臭氧长期以来应用于对水、市政污水和工业废水中各种污染物的应用。作为一种强氧化剂，臭氧具有反应时间快、无需添加其他化学物质，减少消毒副产物等优点，并且在当今的水和污水处理中，越来越多地作为一种先进的氧化工艺用于新兴污染物和微污染物的处理。

应用案例 

在瑞士的某些人口密度较大的特定地区，制药行业企业存在着微污染物问题。瑞士圣布莱斯水厂的供水中检测发现了双氯芬酸、雌激素、抗生素和其他化合物，总有机碳平均为8ppm。2011年，迪诺拉帮助该水厂安装了一套制备量为2.7公斤/天，臭氧浓度为10%wt，接触时间长达10分钟的臭氧发生系统。经处理后发现臭氧对所有的微污染物去除都非常有效，包括阿替洛尔、苯并三唑、卡马西平、克拉霉素、双氯芬酸、吉巴喷汀、氢氯噻嗪、左乙西泮、美非那敏、甲基苯并三氮、磺胺甲恶唑、曲美托普利、缬沙坦和文拉法辛等物质。

臭氧 + 生物活性滤池物

组合式工艺，更高效的处理方式

尽管臭氧单独就可以有效地对多种污染物进行氧化，当我们将处理方式升级一步，使用臭氧 + 生物活性滤池（ABF）的多屏障组合式工艺，先使用较低量的臭氧进行部分氧化，将顽固碳长链分解成可生物降解的短链，然后将短链有机化合物在下游的生物活性滤池中进行去除。

这样的组合式工艺会比单独臭氧的解决方式提供更多的优势：

更少的臭氧投加量即可满足处理需求，降低臭氧系统的成本

降低能耗：更小的臭氧系统意味着更低的能耗

整个饮用水回用过程中无需昂贵的RO反渗透膜或UF超滤膜

能实现比单独臭氧更低的消毒副产物生成量

能实现直接或间接饮用水回用，效果相当于微滤/超滤 + 反渗透 + 高级氧化

作为全球过滤和消毒技术引领者的迪诺拉拥有专长的生物活性过滤技术和世界上最优秀的臭氧产品，能够利用在这两项技术上独特的优势，结合成更高效的臭氧 + 高效生物滤池的组合式工艺。

迪诺拉团队在美国宾夕法尼亚州的AQUA Shenango 水厂进行了测试，比较使用迪诺拉臭氧+曝气生物滤池工艺和不适用该工艺，处理4小时后，出水中TTHM减少了47%，HAA5减少了41%，总有机碳TOC减少了46.4%。

随着人类社会经济的发展，生活水平的不断提高，水中的新兴污染物和消毒副产物的问题逐渐突出。越来越多的水厂正面临着寻找更加高效的解决方案以应对水质安全的挑战。通过结合两项专长技术 —— 臭氧制备和生物活性滤池，迪诺拉希望通过这一新的工艺结合与供水领域的同行和专家一起探讨这一经济有效的解决方式，帮助水厂实现更低的消毒副产物，更安全的水质和以及运营效率的切实提升。

编辑：李丹