摘要：简要阐述了饮用水的水质问题，论述了生物陶粒的特点及生物陶粒过滤技术在饮用水预处理、强化常规处理和深度处理中的研究进展，并展望了生物陶粒过滤技术在微污染饮用水处理方面的应用前景。
生物陶粒过滤技术是以陶粒为载体的生物处理技术，陶粒的表面粗糙具有一定的内部孔隙、比表面积大、适合微生物的附着、固定和生长，且陶粒的密度适中、强度高，耐摩擦、无毒性、价格适中，是非常理想的生物载体。近年来，随着水源水质受污染，生物陶粒处理技术在饮用水处理中的研究不断深入。
1 饮用水的水质问题
饮用水的水质问题已经受到人们的普遍关注，这主要是由于水中存在的以及在水处理过程中衍变、产生的有机 污染物将对人体的健康构成一定的威胁。虽然常规的混凝、沉淀、过滤等处理工艺对水中的有机污染物具有一定的去除作用，但常规水处理工艺对有机物的去除率一般在20%~30%，且由于溶解性有机物存在不利于破坏胶体的稳定性而使常规工艺的去除效果也明显下降。
常规工艺对水中微量有机污染物没有明显的去除效果，水中有机物数量，尤其是毒性污染物的数量，在处理前后变化不大，预氯化产生的卤代物在混凝、沉淀及过滤处理中不能得到有效去除，常规工艺能部分去除水中致突变物质，但对水中氯化致突变前体物不仅不能去除，反而因混凝剂的作用在处理过程中产生了部分移码突变物质前体物和碱基置换前体物，使出水氯化后的致突变活性有所增加。
针对饮用水的水质问题国内外进行了大量的研究和实践，发展了一些微污染水的净化处理技术，主要可分为预处理技术、深度处理技术、常规工艺强化技术和新型工艺组合技术等几大类。
生物陶粒过滤技术作为单元技术在原水预处理、常规处理工艺改造和深度处理的组合工艺中有着广阔的发展前景，已成为适合我国国情的微污染水源水处理技术的一个发展方向。
2 生物陶粒过滤技术的发展现状
近年来，以生物陶粒作为载体的过滤技术对水中有机物、藻类、氨氮、铁、锰、酚、色度、浊度、嗅味等都有较好的去除效果。生物陶粒预处理与其他物理化学预处理相比有较好的处理效果。同样作为生物载体陶粒与活性炭相比具有强度大、耐冲击可反复使用价格低廉等优势。经过生物固定技术处理的生物陶粒过滤技术是一种很有前途的水处理新技术。
2.1 生物陶粒的特点
饮用水处理中的陶粒填料多为页岩陶粒页岩陶粒，页岩陶粒以页岩矿石为原料，经破碎后在1200℃左右的高温下熔烧，膨胀成5~40mm的球状陶粒，再经破碎后筛选而成。页岩陶粒外壳星暗灰色，表皮坚硬，内部为铅灰色，多孔质轻。陶粒表面较粗糙，不规则，有很多孔径较大的孔洞，相互之间不连通。
由于陶粒表面粗糙不规则，比表面积较大，故而陶粒表面有利于微生物附着生长，陶粒表面主要是一些开孔大于0.5μm以上的孔洞，而细菌直径为0.5~1.0μm，因此有利于微生物附着生长。微生物生长繁殖过程中对有机物进行降解降低水中的高5锰酸盐指数、氨氮。同时由于工艺的不同，陶粒表面多为大孔，所以可使更多的微生物进入陶粒内部从而被截留、吸附的有机物可以有更长的时间被微生物降解。
国内的研究用页岩陶粒粒径多为2~5mm，且化学组成不含对生物有害重金属及其他有害物质。生物陶粒具有较大的表面积，颗粒粗糙易挂膜，氧的传质效果好、生物膜易更新等优点。
2.2 生物陶粒预处理
生物预处理是对传统给水处理工艺的突破与革新，一般采用生物膜法，主要包括生物接触氧化、生物滤池、生物转盘、生物流化床等。附着生长在填料表面的生物膜吸收水中的有机物、氮磷等营养物质进行新陈代谢达到净化水质的目的。自20世纪80年代初期，饮用水处理领域开始引入生物处理方法。曝气生物滤池是20世纪80年代末在欧美发展起来的一种新型水处理技术。清华大学的王占生教授在国内率先将曝气生物滤池应用于受污染水源水的预处理代表了饮用水技术发展的一个重要方向。
作为预处理单元，前面没有混凝处理，生物陶粒的过滤机理与普通快滤池有所不同，过滤作用主要基于机械截留作用、微生物新陈代谢产生的粘性物质起吸附架桥作用和降低水中胶体颗粒的Zeta电位作用，使部分胶粒脱稳形成较大颗粒而被去除。
薛记中等人的研究结果表明，生物陶粒滤池对氨氮、CODMn的去除行之有效，其中氨氮的去除率在80%以上，浊度、色度、铁和锰等污染物也均有较好的去除效果。王占生等人研究结果表明生物陶粒滤池能有效地净化受污染水源水水质对CODMm氨氮、浊度的平均去除率分别为19.3%~35.0%。89.0%~96.5%、57.5%~69.0%；低温条件下生物陶粒处理效果表明对CODMm氨氮的平均去除率分别为6.0%~20.0%、65.0%~90.0%。
在山西大同册田水库、滏阳河、官厅水库、绍兴青甸湖等地对受污染的水源水的生物预处理试验研究结果表明、采用生物陶粒预处理可有效去除浊度、细菌、大量溶解性有机物氨氨、色度等污染物质大大改善后续处理工艺对污染物的去除效果。
2.3 生物陶粒强化常规处理
为提高水质，我国大多数水厂需要改进现有的处理工艺或增设新的深度处理工艺，而改进现有的水处理工艺是对大多数水厂来说可行的做法。将常规过滤改造成生物过滤是对过滤技术的一种强化，无需增加建设用地且投资较少是较有竞争力的技术措施。
在北京城子水厂进行的生物陶粒强化过滤试验研究结果表明，将生物陶粒滤池放在混凝沉淀之后，浊度由8.2NTU降到0.8NTU，CODMn由5.18mg/L降低到2.60mg/L出水效果明显改善。
2.4 生物陶粒深度处理
国内对饮用水的深度处理多采用生物活性炭处理技术，颗粒状活性炭尽管吸附性能较佳但其价格较贵,使用寿命短。以天然页岩矿石为原料的页岩陶粒因具有比表面积的大、空隙率高、微生物生长好、价格低廉的特点而日受青睐。
在天津市自来水集团有限公司进行的生物陶粒滤池处理水厂滤后水试验研究结果表明，生物陶粒滤池对滤后 水中CODMn的平均去除率为31.0%，氨氮的平均去除率为67.5% ，对浊度也有很好的处理效果，出水浊度均在0.30-0.40NTU范围内。
3 生物陶粒过滤技术的应用前景
生物陶粒过滤技术以其独特的优点引起了人们的普遍关注经过多年的研究，已取得多项成果但仍有很多方面有待进一步研究。例如生物陶粒滤池的生物膜量、生物代谢与不同的可生物降解有机物降解之间的关系、过滤中截留的絮体和颗粒对生物膜活性和代谢作用的影响、生物陶粒滤池较佳运行参数等等。从工程应用的角度对这些问题继续探讨和研究有助于推动生物陶粒过滤技术在微污染饮用水处理中的实际应用。
4 结语
我国对饮用水生物陶粒过滤技术的研究起步较晚，其研究水平与国外相比有一定差距。为了能更好地发挥其在饮用水处理中的优势应针对原水水质特点的不同根据《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)的要求在应用技术方面加强研究。相信随着研究的深入和发展生物陶粒过滤技术必将成为一项实用的饮用水处理技术，并获得广泛的应用。
