德国污水厂四级处理：微污染有机物质控制技术现状和展望

　　在一般情况下，大型市政污水处理厂处理工艺主要由机械处理、生物处理和化学处理三部分组成，而要有效去除污水中的微污染有机物质，必须引进四级处理系统。

　　目前，德国采用的四级处理主要为臭氧氧化、膜、活性炭和生物降解工艺。具体选择何种工艺，需因地制宜。德国Baden-Württemberg州大约有20个市政污水处理厂已经建造配置了四级处理系统，Nordrhein-Westfale州在2020年底所有大型市政污水处理厂都将建造配置四级处理装置。从目前已有的研究和工程经验表明，在进行四级处理时还有可能同时将污水中的微塑料物质(microplastics)分离去除。

　　越来越多的有机微污染物在河流、湖泊，甚至地下水中被检出，其中包括：?农药残留物质、激素和抗菌素物质?微塑料物质，主要是化妆品内的细微颗粒塑料物质。

　　这些物质虽然浓度很低，但毒性很大。长期饮用含有这些物质的自来水，会对身体健康造成危害。

　　污水处理厂的出水中含有许多有机微污染物质和微塑料物质，这是因为现在普通市政污水厂工艺中，都还没有专门处理此类物质的工艺和技术设备。在普通市政污水处理厂通过活性污泥吸附、生物降解或者生物转移作用等虽然也能去除一部分微污染物质，但在处理后的出水中仍然存在微塑料物质、农药残留、激素及其他有机微污染物，这些物质进入受纳水体后仍然可能引发水生态系统的问题，甚至影响到供水系统。

　　在一般情况下，大型市政污水处理厂处理工艺主要由机械处理、生物处理和化学处理三部分组成，必须额外引入四级处理系统才能有效去除污水中的微污染有机物质。从目前已有的研究和工程经验表明，在进行四级处理时还有可能同时将污水中的微塑料物质(microplastics)分离去除。

　　1技术措施

　　在实施四级处理工艺时，可以采用各种不同的处理工艺技术，如臭氧工艺、膜分离工艺、物理吸附工艺和生物降解工艺等。具体选择何种工艺，主要考虑这些微量物质的分子构造和结构、极性/亲水性能、吸附性能和分解性能、抵抗性能等。

　　1.1臭氧处理

　　臭氧处理(见图1)是指采用臭氧对污水中的物质进行氧化处理，属于最为经济有效的四级处理工艺。通过注射或扩散输入O3分子来达到消除污染物质的目的。

　　有效采用臭氧处理工艺的前提条件是进水中其他背景有机污染物质的浓度应尽可能低。这样臭氧可以在不受干扰的情况下直接和微污染有机物质进行反应。

　　一方面臭氧直接有选择性地和水中无机/有机物质进行反应，另一方面间接和H2O反应，生成羟基自由基(OH)，然后和水中各种成分进行反应。这一处理过程不会使被氧化物质形成无机物质，多数情况下只是物质结构发生了改变，形成了新的中间物质，即所谓的代谢物质，这些物质对周围环境的影响尚不清楚。正是出于这一原因，许多地方要求在臭氧之后增加后续处理工艺，对这些代谢物质进行分解处理(例如砂滤、生物氧化塘、循环流动)。

　　对于微塑料物质来说，考虑到停留时间很短，估计臭氧处理效率很低。只有后续安装长有生物膜的砂滤装置，才有可能截留或分解这些微塑料物质。在实际工程中，所采用的臭氧浓度为5~10mg/L，反应时间为15~30min。

图1带有臭氧处理的市政污水处理厂工艺流程