微污染原水的特征
微污染原水是指水的物理、化学和微生物指标已不能达到《地面水环境质量标准》中III类水体的规定标准，主要为氨氮(NH4+ -N)、高锰酸盐指数(CODmn)、化学需氧量(CODcr)、挥发酚和生化需氧量(BOD5)等高于生活饮用水卫生标准，但多数情况下是受有机物微量污染的原水。
天然水体中的有机物大致可分为两类:一类是天然有机物(NOM)，包括腐殖质、微生物分泌物、溶解的植物组织和动物废弃物等，是产生消毒副产物的前驱物质；另一类是人工合成有机物，包括农药、洗涤剂、落剂、染料、涂料、食品添加剂等，其中很大一部分本身就是“三致”物质。
这类水的特征主要是:a.原水氨氮、亚硝酸盐氮、生化需氧量(BOD5)、化学需氧量(CODcr)等水质指标超标。b.水体中存在病原微生物包括细菌、病毒、原生动物和肠虫以及变异的微生物因子；c.特定的污染质引起的色、嗅、味；d.溶解性有机污染物、有机卤化物等有害物质，综合反映为污染物致突变性检验呈阳性；e.属于生活性有机污染和富营养化污染类型。
微污染原水的危害
受微污染的原水经常规工艺流程处理所制得的饮用水中的化学成分数量较多，这些物质可以看作人类现代文明的副产物。这些污染物的种类繁多，性质，迁移转化规律复杂，对人类健康的影响是间接和隐蔽的，表现在以下3个方面。
①化合物种类虽然多但含量极微，很多成分属于有毒、致癌、致畸和致突变或者有上述潜在可能的物质。其特点为浓度较低，没有急性毒性，但是长期饮用有可能造成“三致”作用。而水处理过程中还有可能将水中的天然和人工合成有机物质转化成为消毒副产物，如对人类有较大危害的卤代烃。
②这些化合物部分具有亲脂性，即具有生物富集的特征，从而很容易积蓄在人体组织内，造成较长期的影响。
③水中有机物还会影响管网水质的稳定，如水体可同化有机碳，引起细菌繁衍和红虫的滋生，导致疾病的传播，具有直接危害性。
微污染原水的处理技术
目前国内外处理微污染水源水的方法主要有以下3种:预处理、深度处理以及常规处理工艺的强化。
预处理技术
预处理通常是指在常规处理工艺前面，采用适当物理、化学或生物的处理方法，将水中的污染物进行初级去除，同时可以使常规处理更好地发挥作用，减轻常规处理和深度处理的负担，改善和提高饮用水水质。
(1)化学氧化预处理
化学氧化预处理是一种传统处理方法，是指向微污染原水中投加化学氧化剂，依靠氧化剂的氧化能力，分解水中污染物的结构，达到转化或者分解污染物的目的。常用的化学氧化剂有臭氧、高锰酸钾、双氧水、二氧化氯、紫外光氧化及其联合工艺。
化学预氧化的主要作用包括:有效降低水中的有机物含量；提高水中有机物的可生化降解性，有利于后续处理；去除影响给水处理工艺的藻类。改善混凝效果，降低混凝剂聚合氯化铝的用量；去除水中氯化消毒副产物的前驱物，控制氯化消毒副产物；除臭味。
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。
(2)生物氧化预处理
生物预处理是指借助于微生物群体的新陈代谢活动，去除水中污染物的技术。其基本原理是:利用附着在填料表面上的生物膜，使水中藻类与有机物不断地被生物膜吸附、分解、氧化，有些有机物可以作为生物膜上原生动物的食料。由于不断地充氧，水在填料中多次循环，生物膜不断更新以保证其活性，提高了对藻类及有机物的去除效果。生物膜处理技术包括生物接触氧化、生物塔滤、生物流化床、生物转盘和淹没式生物滤池等。
生物预备处理的目的就是去除那些常规处理方法不能有效去除的污染物，如可生物降解的有机物，人工合成的有机物和氨氮、亚硝酸盐氮、铁和锰等。有机物和氨的生物氧化，可降低配水系统中使微生物繁殖的有效基质，减少臭味，降低形成氯化消毒副产物的前驱物，另外还可以延长后续过滤和活性炭吸附等物化处理的使用周期和容量。
影响生物氧化效果的因素主要有温度、溶解氧、有机物与氨氮含量、水力负荷等、生物氧化预处理工艺的缺点是处理效果受温度影响较大，在低温条件下微生物的生长和活性受到抑制，影响有机物的生物降解。因此，生物氧化预处理在低温地区应用时受季节的限制。
(3)吸附预处理
吸附预处理技术是指利用物质的吸附性能或交换作用来去除水中污染物的方法。目前用于水处理的吸附剂有活性炭、硅藻土、二氧化硅、活性氧化铝、沸石及离子交换树脂等。近年来又研制开发了一种新型吸附材料，如多孔合成树脂、活性炭纤维等。其中用得最多的是对水中有机污染物和臭味有较强吸附作用的疏水性物质-活性炭。但是粉末活性炭参与混凝沉淀过程后，残留于污泥中，目前尚无很好的回收再生方法，致使处理费用较高，难以推广应用。黏土矿物类吸附剂虽然货源充足、价格便宜，具有很好的吸附性能，但大量黏土投入混凝剂聚合氯化铝中增加了沉淀池的排泥量，给生产运行带来了一定困难。
微污染水的深度处理技术
深度处理通常是指在常规处理工艺之后，采用适当的处理方法，将常规处理工艺不能有效去除的污染物或消毒副产物的前体物加以去除，提高和保证饮用水质。应用较广泛的深度处理技术有:生物活性炭技术、膜技术、臭氧-活性炭联用技术、光催化氧化技术、紫外光和臭氧联用技术等。
(1)生物活性炭技术
生物活性炭是在饮用水处理领域中最先产生的。活性炭空隙多，比表面积大，能够迅速吸附水中的溶解性有机物，同时也能富集水中的微生物，而被吸附的溶解性有机物也为维持炭床中微生物的生命活动提供营养源。只要供氧充分，炭床中大量生长繁殖的好氧菌生物降解所吸附的低分子有机物，这样，就在活性炭表面生长出了生物膜，形成生物活性炭，该生物膜具有氧化降解和生物吸附的双重作用。
最初的生物活性炭是依靠微生物的自然生长所形成的，一般使用在臭氧处理之后。由于臭氧氧化出水中微生物及有机物含量很低，以及频繁的反冲洗作用，使得形成的生物活性炭活性不高，对有机物的降解能力较低。在此基础上又形成了固定化生物活性炭技术，它针对生物活性炭的不足，采用人工培养驯化高效的优势菌，对新活性炭进行固定化，形成人工固定化生物活性炭技术。与普通生物活性炭相比，固定化生物活性炭能够迅速有效地降解目标污染物，并且其有更好的抗冲击负荷性能，由于能够加快系统启动，使得活性炭的吸附能力可以均匀地释放，将活性炭的使用寿命大大延长，降低了运行成本。
(2)膜技术
膜技术作为饮用水处理的一个独立工艺，是水处理领域近20年来最重要的技术突破。
饮用水处理中常用的膜可分为四类，即微滤膜(MF)、超滤膜(UF)、纳滤膜(NF)和反渗透膜(RO)。这四类膜在分离过程中的动力是压力，在压力作用下溶剂和定量的溶质能够透过膜，而其余组分被截留。膜分离技术中的微滤可去除水中的悬浮物和细菌，超滤可分离大分子物质和病毒，纳滤可去除部分硬度、重金属和农药等有毒化合物，反渗透几乎可去各种杂质。膜技术的特点是去除污染物范围广，不需要投加药剂，且设备紧凑易于实现自动控制。但膜法在处理前必须对源水进行严格预处理和常规处理，并进行定期的化学清洗，所以膜滤的基建投资和运行费用较高，并且存在着膜堵塞、膜污染以及反渗透和纳滤浓缩等技术问题。随着清洗方式的改进，膜堵塞和膜污染问题的改善以及各种膜价格的下降，膜技术作为一种去除水中有机物和微生物的新工艺，将会对给水处理产生重要的影响。
(3)臭气活性炭技术
臭氧生物活性炭技术是在饮用水处理的应用实践中产生的，臭氧氧化的主要作用是改善水质感官指标、控制藻类、助凝、氧化天然有机物、控制氯化消毒副产物、去除微污染物和消毒；而活性炭的主要作用是去除水中臭味、氨氮、亚硝酸盐氮、消毒副产物前驱物质、微囊藻毒素和致突变活性物质。同时控制甲醛、溴酸盐等为主的臭氧化副产物。
为了缓解活性炭的饱和速度，延长工作周期，常在炭前或炭层中投加臭氧。通过强氧化作用使水中大分子转化为小分子，提供了有机物进入较小孔隙的可能性，同时可以使大孔内与炭表面相接触的有机物得到氧化分解，减轻活性炭的负担，使活性炭可以允分吸附未被氧化的有机物，从而达到水质深度净化的目的。
人们对臭氧和活性炭联用对水中腐殖酸和富里酸的去除作用进行研究的结果表明，原水中所含的高分子腐殖酸和富里酸不易被活性炭吸附，但经臭氧氧化后分解，变成一些易被活性炭吸附的小分子物质，因而提高了活性炭的去除效果，但如果相对分子质量太小，也不利于活性炭的吸附。
(4)光催化氧化法
光催化氧化法处理、净化受污染水体的方法是一种深度氧化技术，以n型半导体为敏化剂的一种光敏化氧化。光催化氧化的突出特点是氧化能力极强。其中能够起光敏化作用的n型半导体种类很多，有TiO2、WO3、Fe2O3、CdS、Sr、TiO3等。TiO2的光化学稳定性和催化活性都很好，反应前后它的性质不变，因此被称为催化剂，它无论在紫外区还是可见区，光催化活性最高，因此被普遍采用。
光催化氧化法研究和应用是近30年来迅速发展的一个新领域，对许多有毒有害的有机污染物的处理均显示出其独特的优势，如氧化降解水体中不饱和有机化合物、芳烃、卤代烃、芳香类化合物、杂环化合物、染料、表面活性剂、有机氮磷农药等。光催化能将难降解有机污染物氧化、分解直至生成H2O、CO2和无机盐等，使有机物部分或完全矿物质化(矿化)，从而达到污染物无害化处理的要求。
该方法其有强氧化性、作用对象无选择性及有机物完全矿化的特点。但TiO2粉末颗粒细微，不便回收且处理费用较高，设备复杂，使得短期内推广使用受到限制。若能解决长期运行中催化剂再生及中毒、分离回收或固定化等问题，则光催化氧化法在饮用水深度处理方面具有广阔的应用前景。
常规处理工艺的强化处理
现行的常规给水处理工艺，是目前我们国家的绝大部分水厂一直都在沿用的水处理工艺。它的流程分为四个部分:混凝、沉淀或澄清、过滤、消毒。混凝是向原水中投加混凝剂聚氯化铝，使水中难以白然沉淀分离的悬浮物和胶体颗粒相互聚合形成大颗粒絮体；沉淀是将混凝后形成的大颗粒絮体通过重力分离；过滤则是利用颗拉状滤料截留沉淀出水中残留的细小颗粒，如细菌、病毒等物质，进一步去除水中杂质，降低水中浑浊度；消毒则是用消毒剂来杀灭水中致病微生物。
常规水处理工艺通常包括有两层含义:其一是指被处理原水在水温、浊度以及其他污染物含量均在常见的范围内；其二是指所采用的处理工艺仅限于混凝、沉淀或澄清、过滤和消毒。因此，常规水处理工艺系指对一般浊度的原水采用混凝、沉淀或澄清、过滤、消毒的净水过程，以去除浊度、色度和细菌、病毒为主的处理工艺。但它常有一定的局限性，如水中的有机物通常是消毒副产物的前驱体，对水质的安全性有很大影响，但常规水处理难以达到令人满意的效果；再者，随着我国工业的高速发展和城市化的加速，饮用水水源的污染程度加大，用常规水处理方法难以生产出符合饮用水水质标准的水，供水常有异味、异臭、口感不适等现象。因此，同增加预处理或深度处理方法相比，强化常规水处理技术在满足科学合理的基础上，则显得更为经济。强化常规水处理工艺就是在基本维持原有常规处理构筑物不变的情况下，通过强化混凝和强化过滤等措施，在除浊的同时增加对有机物的去除。
(1)强化过滤
目前多数水厂采用廉价的石英砂作为滤料对水进行过滤处理，由于石英砂的净水机理主要是采用机械截留作用，对水中的悬浮物具有比较好的去除效果，而对溶解性污染物，如重金属离子、溶解性有机物等几乎没有去除作用，因此为了改善滤池处理效果，确保供水水质，需要对滤池系统进行强化改进。对于过滤工艺采取的强化措施是多方面的，可以对滤速进行控制，使用新型滤池、采用多层滤料代替单层滤料以及投加助滤剂等。
(2)强化混凝
强化混凝就是通过采取一定措施，确定混凝的最佳条件，发挥混凝的最佳效果，尽可能地降低能被混凝阶段去除的成分，特别是有机成分。主要表现为:无机或者有机絮凝药剂性能的改善；强化颗粒碰撞、吸附和絮凝设备的研制与改进；絮凝工艺流程的强化，如优化混凝搅拌强度、优化反应时间、确定最佳絮凝pH值条件等。
强化常规水处理工艺通常具有投资省，不需改造新的构筑物，不占地及运行费用低等特点，更适合对原有系统的改造。而且采用强化常规水处理技术处理后的出水水质较常规水处理的水质好，尤其是对有机物的去除效果，更是优于常规水处理。强化混凝是强化常规处理的一个重要组成部分，在整个强化常规处理工艺中具有举足轻重的地位。
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