我國(guó)微污染水源地污染現(xiàn)狀及其處理技術(shù)研究進(jìn)展

隨著全球范圍現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷加快，經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)發(fā)展，人類(lèi)的生活水平和生產(chǎn)方式在不斷提高。與此同時(shí)，人類(lèi)在生產(chǎn)生活過(guò)程中對(duì)環(huán)境造成了難以恢復(fù)的破壞，使得自然災(zāi)害現(xiàn)象頻發(fā)，環(huán)境問(wèn)題愈加嚴(yán)重。水污染問(wèn)題作為其中之一，越來(lái)越得到國(guó)家和人民的重視。其中與每一個(gè)人最密切相關(guān)的是生活飲用水的安全。因此，必需充分了解水源地水源水的污染現(xiàn)狀，尋求切實(shí)可行的方法解決所面臨的水源水“微污染”問(wèn)題，改善水源水質(zhì)量，保障居民用水安全。

1 微污染水源地水源水

微污染水源地水源水是指天然水體受到有機(jī)物污染，使得部分水質(zhì)指標(biāo)超過(guò)了地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 3838—2002）Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的水體。微污染水源水中含有種類(lèi)繁多且復(fù)雜的有機(jī)物而污染物濃度較低，采用常規(guī)的給水處理工藝難以有效去除，這將直接影響人們飲用水的質(zhì)量。

1.1 微污染水源水的水質(zhì)特點(diǎn)

微污染水源水水質(zhì)有以下特點(diǎn)：污染物種類(lèi)多，包括有機(jī)物、氨氮、硝氮、磷、重金屬以及農(nóng)藥等；物理性污染明顯，嗅閾值，色度較高；污染指數(shù)偏高，采用常規(guī)的工藝去除效果難以達(dá)到理想標(biāo)準(zhǔn)；此外，微污染水體中還出現(xiàn)了許多新型微量污染物，包括激素、消毒副產(chǎn)物、藥品與個(gè)人護(hù)理用品，以及新型治病微生物等。這些污染物如果得不到有效處理，在環(huán)境中長(zhǎng)期存在，會(huì)通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體內(nèi)并進(jìn)行富集，從而對(duì)人體造成嚴(yán)重危害。

1.2 微污染水源水污染來(lái)源

造成水源水出現(xiàn)微污染現(xiàn)象的污染來(lái)源主要有3方面：一是由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中化肥和農(nóng)藥的大量使用以及禽畜養(yǎng)殖過(guò)程中產(chǎn)生的糞便和尿液排放引起的污染，二是人類(lèi)活動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的生活廢水及生活垃圾造成的污染，三是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的有毒有害物質(zhì)的排放。

1.3 微污染水源水污染現(xiàn)狀

中國(guó)生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)顯示，2019年，全國(guó)開(kāi)展了水污染防治法執(zhí)法檢查，飲用水水源地生態(tài)環(huán)境問(wèn)題排查整治，長(zhǎng)江入河、渤海入海排污口排查，工業(yè)園區(qū)污水整治專項(xiàng)行動(dòng)，長(zhǎng)江“三磷”專項(xiàng)排查整治，以及啟動(dòng)地下水污染防治試點(diǎn)等一系列專項(xiàng)行動(dòng)。這將促進(jìn)我國(guó)水環(huán)境問(wèn)題的提升和改善，體現(xiàn)出近年來(lái)我國(guó)對(duì)環(huán)境治理和防范的重視，但目前仍有約1/4的水體處于微污染及重污染狀態(tài)，這就需要國(guó)家繼續(xù)堅(jiān)持水污染治理和水源保護(hù)，繼續(xù)打好碧水保衛(wèi)戰(zhàn)。

1.3.1 地表水水質(zhì)現(xiàn)狀

2019年中國(guó)生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)顯示，全國(guó)范圍內(nèi)監(jiān)測(cè)的1 931個(gè)地表水水質(zhì)斷面中，74.9%的斷面水質(zhì)為Ⅰ～Ⅲ類(lèi)，17.5%為Ⅳ類(lèi)，4.2%為Ⅴ類(lèi)，仍有3.4%處于劣Ⅴ類(lèi)，污染指標(biāo)主要是化學(xué)需氧量、總磷以及高錳酸鹽指數(shù)。與2015年水質(zhì)狀況相比有了明顯提升：Ⅰ～Ⅲ類(lèi)水質(zhì)斷面占64.5%，Ⅳ類(lèi)占21.1%，Ⅴ類(lèi)占5.5%，劣Ⅴ類(lèi)占8.8%。

1.3.2 主要河流水質(zhì)現(xiàn)狀

2019年，七大流域和浙閩片河流、西北諸河、西南諸河納入監(jiān)測(cè)的1 610個(gè)水質(zhì)斷面中，Ⅰ～Ⅲ類(lèi)水質(zhì)斷面從2015年的72.1%提高到2019年的79.1%，而且2019年僅有3.0%水質(zhì)斷面處于劣Ⅴ類(lèi)，比2015年降低了5.9%。其中導(dǎo)致某些斷面水質(zhì)較差的主要原因是較高的化學(xué)需氧量、高錳酸鹽指數(shù)和氨氮。從水質(zhì)狀況方面來(lái)看，西北諸河、浙閩片河流、西南諸河和長(zhǎng)江流域水質(zhì)為優(yōu)，珠江流域水質(zhì)良好，而輕度污染水源主要集中在黃河流域、松花江流域、淮河流域、遼河流域和海河流域。

1.3.3 湖泊（水庫(kù)）水質(zhì)現(xiàn)狀

2019年，進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)的110個(gè)重要湖泊（水庫(kù)）中，Ⅰ～Ⅲ類(lèi)占69.1%，比2016年上升3.1%；劣Ⅴ類(lèi)占7.3%，比2016年下降0.7%。主要污染指標(biāo)包括總磷、化學(xué)需氧量和高錳酸鹽指數(shù)。同時(shí)對(duì)107個(gè)重要湖泊（水庫(kù)）進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)，其中9.3%處于貧營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，62.6%為中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，處于輕度和中度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的占比分別為22.4%和5.6%?？梢钥闯瞿壳昂矗ㄋ畮?kù)）的富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象依然比較嚴(yán)重，其中三大湖泊——太湖、巢湖和滇池均處于輕度污染狀態(tài)。

1.3.4 重點(diǎn)水利工程水質(zhì)現(xiàn)狀

2019年，三峽庫(kù)區(qū)水質(zhì)為優(yōu)，其中監(jiān)測(cè)的77個(gè)水質(zhì)斷面中，98.7%的水質(zhì)斷面為Ⅰ～Ⅲ類(lèi)；其余1.3%均為Ⅳ類(lèi)水質(zhì)斷面。Ⅳ類(lèi)水質(zhì)斷面的出現(xiàn)主要是由于總磷和化學(xué)需氧量超標(biāo)所致。對(duì)其營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估發(fā)現(xiàn)，處于貧營(yíng)養(yǎng)、中營(yíng)養(yǎng)以及富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的水質(zhì)斷面分別占1.3%、77.9%和20.8%。另一項(xiàng)重點(diǎn)水力工程南水北調(diào)工程中，東線工程的長(zhǎng)江取水口水質(zhì)為優(yōu)，輸水干線京杭運(yùn)河里運(yùn)河、寶應(yīng)運(yùn)河、宿遷運(yùn)河、不牢河、韓莊運(yùn)河和梁濟(jì)運(yùn)河段的水質(zhì)均為優(yōu)良。南四湖和東平湖為中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，洪澤湖和駱馬湖處于輕度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。中線工程的取水口及輸水干線的水質(zhì)均為優(yōu)，入丹江口水庫(kù)的9條支流水質(zhì)均為優(yōu)良，而丹江口水庫(kù)為中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。

1.3.5 全國(guó)地級(jí)及以上城市集中式生活飲用水水源水質(zhì)現(xiàn)狀

2019年，監(jiān)測(cè)的902個(gè)地級(jí)及以上城市集中式生活飲用水水源斷面中，全年均達(dá)標(biāo)的有830個(gè)，達(dá)標(biāo)率為92.0%。其中590個(gè)地表水水源監(jiān)測(cè)斷面中95.8%達(dá)標(biāo)，導(dǎo)致超標(biāo)的主要指標(biāo)為總磷、硫酸鹽和高錳酸鹽指數(shù)；其余312個(gè)地下水水源監(jiān)測(cè)點(diǎn)位達(dá)標(biāo)率為84.9%，主要超標(biāo)指標(biāo)有錳、鐵和硫酸鹽。

1.3.6 地下水水質(zhì)現(xiàn)狀

2019年，全國(guó)10 168個(gè)國(guó)家級(jí)地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)中，14.4%的監(jiān)測(cè)點(diǎn)水質(zhì)為Ⅰ～Ⅲ類(lèi)，66.9%為Ⅳ類(lèi)，18.8%為Ⅴ類(lèi)。全國(guó)2 830處淺層地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)井中，23.7%的監(jiān)測(cè)井水質(zhì)為Ⅰ～Ⅲ類(lèi)，30.0%為Ⅳ類(lèi)，其余46.3%為Ⅴ類(lèi)。主要超標(biāo)指標(biāo)有錳、總硬度、碘化物、溶解性總固體、鐵、氟化物、氨氮、鈉、硫酸鹽和氯化物。

2 主要的處理方法

針對(duì)微污染水源水特定的水質(zhì)特征，開(kāi)發(fā)了許多方法對(duì)其進(jìn)行處理。主要包括物理法、化學(xué)法和生物法。這些方法被分為4大類(lèi)：強(qiáng)化常規(guī)處理技術(shù)、預(yù)處理技術(shù)、深度處理技術(shù)以及新型處理技術(shù)。各技術(shù)的具體內(nèi)容列于表1。

與各種物理、化學(xué)處理方法相比，生物方法因低成本高效率的特點(diǎn)依舊是最經(jīng)濟(jì)有效的處理方法。針對(duì)微污染水源水的水質(zhì)特點(diǎn)，主要的生物處理方法有人工濕地、膜生物反應(yīng)器、生物濾池、生物接觸氧化法、固定化微生物、自養(yǎng)反硝化以及新型工藝等。

2.1 人工濕地

人工濕地（CW）是一種由土壤、人工介質(zhì)、植物、微生物構(gòu)成的污水處理系統(tǒng)，利用物理、化學(xué)、生物過(guò)程的協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)污水的凈化。近年來(lái)，人工濕地因具有高效率、低耗能、低成本的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于生活污水、工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)廢水等的處理。Huang等構(gòu)建了3個(gè)地下流人工濕地用于進(jìn)化微污染水，研究發(fā)現(xiàn)，3個(gè)人工濕地均能夠?qū)崿F(xiàn)一定的污染物去除能力并對(duì)水質(zhì)波動(dòng)有很好的適應(yīng)能力。Yang等研究了人工濕地去除溶解有機(jī)碳（DOC）的性能，發(fā)現(xiàn)人工濕地可以將復(fù)雜的有機(jī)物降解為分子質(zhì)量較低的有機(jī)物，但不能進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水。此外，Wu等研究發(fā)現(xiàn)人工濕地用于處理低C/N的微污染水源水時(shí)，人工濕地中植物的根系分泌物可作為異養(yǎng)反硝化細(xì)菌的內(nèi)源碳源。

2.2 膜生物反應(yīng)器

膜生物反應(yīng)器（MBR）是一種將膜分離單元與生物處理單元相結(jié)合而成的新型水處理技術(shù)，利用膜的特殊作用替代了傳統(tǒng)生物處理工藝中的二沉池，從而減少構(gòu)筑物的占地面積和污水處理成本，同時(shí)提高了污水處理效率和出水水質(zhì)，有效實(shí)現(xiàn)了HRT和SRT的分離。Zhang等利用MBR去除微污染水源中的硝基苯和2,4,6-三氯苯酚時(shí)發(fā)現(xiàn)有機(jī)物的去除與MBR中生物量的積累密切相關(guān)，在較長(zhǎng)的污泥停留時(shí)間和足夠的生物量條件下，硝基苯和2，4，6-三氯苯酚的去除率均可超過(guò)90%。隨著污水處理技術(shù)的不斷發(fā)展，近年來(lái)許多新型MBR工藝相繼出現(xiàn)。膜吸附生物反應(yīng)器（MABR）比傳統(tǒng)的MBR具有更高的有機(jī)物去除效率；移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器（MBBR）與固定床生物膜反應(yīng)器相比可以更好地保護(hù)微生物，水頭損失更低，沒(méi)有堵塞問(wèn)題等；紫外膜生物反應(yīng)器（UV–MBR）可以更有效地去除CODMn和UV254，提高有機(jī)物的生物降解性和去除率。

2.3 生物濾池

曝氣生物濾池（BAF）是生物氧化處理技術(shù)中一種應(yīng)用生物膜法的水處理工藝，主要依靠填料上生長(zhǎng)的微生物，在充氧條件下，降解水體中有機(jī)物、氨氮等污染物質(zhì)。Dong等評(píng)估了火山巖，陶粒和沸石作為生物曝氣濾池（BAF）中的介質(zhì)時(shí)對(duì)微污染水中氨氮和磷同時(shí)去除的性能，發(fā)現(xiàn)火山巖BAF更適合處理氨氮和磷含量低的微污染水。Xie等將火山灰顆粒作為BAF中的介質(zhì)，在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，出水氨氮和COD分別可以保持在0.3、3 mg/L以下。

2.4 生物接觸氧化

生物接觸氧化法（BCO）是一種利用載體上附著的生物膜進(jìn)行廢水凈化的工藝，因具有高效節(jié)能、占地面積小、無(wú)需排泥等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。Han等在同一BCO反應(yīng)器中交替進(jìn)行進(jìn)水、攪拌、曝氣、沉淀和出水，實(shí)現(xiàn)厭氧反應(yīng)、缺氧反應(yīng)和好氧反應(yīng)，以處理低碳氮比的微污染水。在最佳運(yùn)行條件下實(shí)現(xiàn)了污染物的快速去除，COD、氨氮、總氮和總磷的去除率分別達(dá)到72.45%、94.50%、83.38%和74.23%。

2.5 固定化微生物

固定化微生物技術(shù)是從固定化酶技術(shù)發(fā)展起來(lái)的，通過(guò)物理或化學(xué)的手段，將游離的微生物固定在限定的空間區(qū)域使其保持活性，并可反復(fù)利用的一項(xiàng)技術(shù)。因具有微生物密度高、反應(yīng)速度快、耐毒害能力強(qiáng)、微生物流失少、產(chǎn)物分離容易、處理設(shè)備小型化等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于污水處理。瞿艷芝等將陶粒、功能化聚氨酯泡沫、阿科蔓柔性填料、人工水草等4種不同載體固定化菌種用于處理微污染河水，當(dāng)用功能化聚氨酯泡沫固定微生物時(shí)實(shí)現(xiàn)了更高的污染物去除效率。Gan等使用聚氨酯泡沫固定的細(xì)菌通過(guò)反硝化處理硝酸鹽微污染水，研究發(fā)現(xiàn)在最佳運(yùn)行條件下，5 h內(nèi)可完全去除硝酸鹽，而沒(méi)有亞硝酸鹽積累。

2.6 自養(yǎng)反硝化

自養(yǎng)反硝化是某些特殊微生物可以利用無(wú)機(jī)碳源以單質(zhì)硫、硫化物以及還原性含硫化合物為電子供體進(jìn)行反硝化，因在脫氮過(guò)程中無(wú)需外加碳源、無(wú)出水二次污染、污泥產(chǎn)量少、運(yùn)行成本低等優(yōu)勢(shì)逐漸被應(yīng)用于處理微污染水體。Zhou等在生物濾池反應(yīng)器中研究了基于硫的自養(yǎng)反硝化作用，發(fā)現(xiàn)與元素硫和硫化物相比硫代硫酸鹽是更好的電子供體。Wang等使用硫代硫酸鹽作為電子供體，在不增加外部堿度的情況下從微污染的地表水中去除硝酸鹽，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)進(jìn)水硫氮比（S/N）為1.5時(shí)自養(yǎng)反硝化效率最高，而當(dāng)S/N降低到1.2時(shí)硫代硫酸鹽的利用率達(dá)到最高。

2.7 新型工藝

聚集生物系統(tǒng)（MBS）是一種由微生物液體、竹粉活性炭和水性聚氨酯凝膠以適當(dāng)比例混合組成的立方顆粒，是一種先進(jìn)的生物凈水產(chǎn)品，在內(nèi)部循環(huán)流化床反應(yīng)器中MBS在20~30℃的溫度和3~4 mg/L的溶解氧下顯示出穩(wěn)定有效的硝化性能。粉末活性碳膜生物反應(yīng)器（PAC-MBR）利用PAC吸附和生物降解去除給水中的有機(jī)物，通過(guò)硝化作用消除氨氮，通過(guò)膜截留去除顆粒物。固定式生物濾池（I-BF）將固定化微生物技術(shù)與生物濾池相結(jié)合，使濾池中的微生物可以更好地適應(yīng)環(huán)境干擾并保持穩(wěn)定性。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著水處理技術(shù)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)微污染水源水的處理要求將更加嚴(yán)格，越來(lái)越多的新型工藝也將應(yīng)用于微污染水源水的處理，進(jìn)一步提高水源水水質(zhì)，減輕水體出現(xiàn)的微污染現(xiàn)象。與此同時(shí)，要繼續(xù)加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)管力度，控制污染源，嚴(yán)格控制污水的排放，從源頭上遏制微污染現(xiàn)象的出現(xiàn)。

編輯：趙利偉