劉帥霞，王士辰

(1.河南工程學(xué)院 環(huán)境工程系，河南 鄭州 451191；2.河南工程學(xué)院 電氣信息工程系，河南 鄭州 451191)

以地表水為飲用水源的自來水廠，通常采用常規(guī)工藝(混凝→沉淀→過濾→加氯消毒→城市管網(wǎng))進(jìn)行處理，該工藝對(duì)水中的有機(jī)物尤其是溶解性有機(jī)物不能有效去除.水中有機(jī)物的存在，使得在加氯消毒的過程中產(chǎn)生一些致癌的消毒副產(chǎn)物，如三氯甲烷、鹵乙酸、四氯化碳等，其中三鹵甲烷被認(rèn)為是最后氯化形成的主要消毒副產(chǎn)物，這些副產(chǎn)物具有致癌、致畸、致突變的特性[1].因此，對(duì)飲用水進(jìn)行深度處理很有必要.本研究利用新鮮活性炭和生物活性炭對(duì)黃河水經(jīng)常規(guī)處理出水中的有機(jī)物和消毒副產(chǎn)物的去除效果進(jìn)行比對(duì)，為將來可能興建的活性炭深度處理工程和后續(xù)的運(yùn)行管理提供參考.

1 試驗(yàn)裝置和分析方法

1.1 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置采用有機(jī)玻璃制作的并聯(lián)的大小不同的兩種顆粒活性炭濾池，其中活性炭濾池I內(nèi)填裝有已經(jīng)連續(xù)運(yùn)行約1.5年的舊炭(掛膜成熟的生物炭)；活性炭濾池II內(nèi)填裝新鮮活性炭，兩種炭濾池的運(yùn)行參數(shù)見表1(EBCT為空床接觸時(shí)間).試驗(yàn)原水為黃河水經(jīng)常規(guī)處理出水，原水pH值為7.8～8.5，水溫為20～30 ℃，整個(gè)試驗(yàn)時(shí)間為70天.

表1 活性炭濾池的運(yùn)行參數(shù)Tab.1 Operation parameters of activated carbon filters

1.2 分析方法

試驗(yàn)過程中,測(cè)定的主要常規(guī)水質(zhì)項(xiàng)目有CODMn,采用標(biāo)準(zhǔn)分析方法[2].UV254和三鹵甲烷生成勢(shì)等非常規(guī)分析項(xiàng)目的測(cè)定依據(jù)文獻(xiàn)[3]所述方法.

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 兩種活性炭對(duì)有機(jī)物的去除

2.1.1 兩種活性炭對(duì)CODMn的去除

圖1反映了兩種活性炭濾池對(duì)CODMn的去除效果.可以看出，在相同的水力停留時(shí)間下，活性炭濾池I對(duì)CODMn的去除率為12.2%～27.9% (平均值為20.3%)，活性炭濾池II對(duì)CODMn的去除率為17.9%～52.7% (平均值為31.1%).活性炭濾池II對(duì)CODMn的去除效果明顯好于活性炭濾池I.雖然原水的CODMn經(jīng)常高于3 mg/L，但經(jīng)過活性炭濾池處理后，兩種炭濾池出水的CODMn均低于3 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)要求.

通過試驗(yàn)還可以看出，活性炭濾池II對(duì)CODMn的去除規(guī)律隨時(shí)間變化不明顯，即濾池內(nèi)活性炭上生物膜的發(fā)育成熟過程對(duì)CODMn的影響不明顯.造成這種結(jié)果的原因可能是由于CODMn是有機(jī)物的綜合性指標(biāo)，它反映的有機(jī)物成分十分復(fù)雜，而原水水質(zhì)的變化較大，且較短EBCT條件下使活性炭的吸附作用及試驗(yàn)后期可能的生物氧化和過濾作用對(duì)CODMn的去除作用不完全，因而濾池出水的水質(zhì)波動(dòng)很大.

2.1.2 活性炭濾池對(duì)UV254的去除

圖2反映了兩種活性炭濾池對(duì)UV254的去除效果.可以看出，在相同的水力停留時(shí)間下，活性炭濾池I對(duì)UV254的去除率為3%～38.2% (平均值為21.9%)，活性炭濾池II對(duì)UV254的去除率為38.7%～77.6% (平均值為55.9%)，所以活性炭濾池II對(duì)UV254的去除效果好.

圖1 兩種活性炭濾池對(duì)CODMn的去除效果Fig.1 Effect in removing CODMn of the activated carbon filters

圖2 兩種活性炭濾池對(duì)UV254的去除效果Fig.2 Effect in removing UV254 of the activated carbon filters

UV254是水和廢水中的一些有機(jī)物如木質(zhì)素、腐殖質(zhì)和各種芳香族有機(jī)物含量的替代參數(shù).在波長(zhǎng)254 nm下存在吸光度的物質(zhì)主要為大分子的芳香族化合物，其分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生物降解性很差，因而微生物主要是通過吸附作用去除它們，而生物氧化作用不高[4].

對(duì)于炭濾池I內(nèi)的活性炭來說，其吸附容量已經(jīng)飽和，因而對(duì)UV254物化吸附作用較弱.但活性炭比表面積大，表面粗糙，生物很容易附著生長(zhǎng)，濾池單位容積有較高的生物量.此外，活性炭上生物膜的生物絮凝作用與活性炭層的截留作用也能去除水中懸浮和膠狀大分子有機(jī)物，因而生物活性炭濾池仍能發(fā)揮較好的生物吸附和過濾作用，對(duì)大分子芳香族化合物仍有較好的去除作用.

對(duì)于活性炭濾池II內(nèi)的新鮮活性炭來說，在試驗(yàn)初期，大分子的芳香族化合物主要通過新鮮活性炭的物化吸附作用去除，在生物膜的發(fā)育成熟過程中吸附容量沒有達(dá)到飽和，仍能有效地發(fā)揮物化吸附作用.此外，形成的生物膜還能發(fā)揮一定的生物吸附和過濾作用.

2.2 兩種活性炭濾池對(duì)消毒副產(chǎn)物前體物的去除

2.2.1 兩種活性炭濾池對(duì)三氯甲烷生成勢(shì)的去除

消毒副產(chǎn)物生成勢(shì)間接代表了水中消毒副產(chǎn)物前體物的多少[4]，圖3反映了兩種活性炭濾池對(duì)三氯甲烷生成勢(shì)的去除效果.活性炭濾池I對(duì)三氯甲烷生成勢(shì)的去除率為7.2%～46.8% (平均值為19.8%)，活性炭濾池II對(duì)三氯甲烷生成勢(shì)的去除率為31.3%～67.2%(平均值為54.1%).并且，在試驗(yàn)期間,活性炭濾池II對(duì)三氯甲烷生成勢(shì)的去除規(guī)律隨時(shí)間變化也不明顯，即濾池內(nèi)活性炭上生物膜的發(fā)育成熟過程對(duì)三氯甲烷生成勢(shì)的影響不明顯，這可能是由于三氯甲烷生成勢(shì)是一個(gè)綜合性指標(biāo)，它反映的三氯甲烷前體物成分十分復(fù)雜，而原水的水質(zhì)變化較大，使活性炭的物化吸附作用及試驗(yàn)后期可能的生物氧化、過濾作用對(duì)三氯甲烷前體物的去除作用波動(dòng)較大.

2.2.2 兩種活性炭濾池對(duì)一溴二氯甲烷生成勢(shì)的去除

圖4反映了兩種活性炭濾池對(duì)一溴二氯甲烷生成勢(shì)的去除效果.可以看出，活性炭濾池II對(duì)一溴二氯甲烷生成勢(shì)的去除率為10.8%～83.2% (平均值為38.9%)，活性炭濾池I對(duì)一溴二氯甲烷生成勢(shì)的去除率為2.8%～27.3% (平均值為11.8%).在試驗(yàn)期內(nèi)，活性炭濾池II對(duì)一溴二氯甲烷生成勢(shì)的去除規(guī)律隨時(shí)間變化也不明顯，即濾池內(nèi)活性炭上生物膜的發(fā)育成熟過程對(duì)一溴二氯甲烷生成勢(shì)的影響不明顯.

圖3 兩種活性炭濾池對(duì)三氯甲烷生成勢(shì)的去除效果Fig.3 Effect in removing the generation potential of chloroform of the activated carbon filters

圖4 兩種活性炭濾池對(duì)一溴二氯甲烷生成勢(shì)的去除效果Fig.4 Effect in removing the generation potential of bromodichloromethane of the activated carbon filters

圖5 兩種活性炭濾池對(duì)二溴一氯甲烷生成勢(shì)的去除效果Fig.5 Effect in removing the generation potential of chlorodibromomethane of the activated carbon filters

2.2.3 兩種活性炭濾池對(duì)二溴一氯甲烷生成勢(shì)的去除

圖5反映了兩種活性炭濾池對(duì)二溴一氯甲烷生成勢(shì)的去除效果.可以看出，活性炭濾池I對(duì)二溴一氯甲烷生成勢(shì)不但沒有去除效果，反而會(huì)引起出水中二溴一氯甲烷生成勢(shì)的升高.而對(duì)于活性炭濾池II來說，對(duì)二溴一氯甲烷生成勢(shì)的去除效果沒有明顯的規(guī)律性，有時(shí)對(duì)二溴一氯甲烷生成勢(shì)有一定的去除效果，有時(shí)反而會(huì)引起出水中二溴一氯甲烷生成勢(shì)的升高，其原因尚不清楚.由此可以看出，活性炭濾池對(duì)三氯甲烷生成勢(shì)、一溴二氯甲烷生成勢(shì)和二溴一氯甲烷生成勢(shì)的作用機(jī)理不同.

3 結(jié) 論

通過生物活性炭和新鮮活性炭對(duì)黃河水經(jīng)常規(guī)處理出水中有機(jī)物和消毒副產(chǎn)物的去除效果的研究，得出如下結(jié)論：

(1)在相同EBCT條件下，兩種活性炭濾池都能有效去除水中的CODMn、UV254、三氯甲烷生成勢(shì)和一溴二氯甲烷生成勢(shì)，但新鮮的活性炭濾池對(duì)這些有機(jī)物的去除效果更顯著.

(2)生物活性炭濾池對(duì)二溴一氯甲烷生成勢(shì)不但沒有去除效果，反而會(huì)引起出水中二溴一氯甲烷生成勢(shì)的升高；新鮮活性炭濾池對(duì)二溴一氯甲烷生成勢(shì)的去除效果沒有明顯規(guī)律性，有時(shí)對(duì)二溴一氯甲烷生成勢(shì)有一定的去除效果，有時(shí)反而會(huì)引起出水中二溴一氯甲烷生成勢(shì)的升高.

(3)新鮮活性炭濾池對(duì)CODMn、三氯甲烷生成勢(shì)和一溴二氯甲烷生成勢(shì)的去除規(guī)律隨時(shí)間變化不明顯，即活性炭上生物膜的發(fā)育成熟過程對(duì)CODMn、三氯甲烷生成勢(shì)和一溴二氯甲烷生成勢(shì)的影響不明顯.

(4)活性炭濾池對(duì)三氯甲烷生成勢(shì)、一溴二氯甲烷生成勢(shì)與二溴一氯甲烷生成勢(shì)的作用機(jī)理不同.

參考文獻(xiàn):

[1] 張曉健，李爽.消毒副產(chǎn)物總致癌風(fēng)險(xiǎn)的首要指標(biāo)參數(shù)——鹵乙酸[J].給水排水，2000，26 (18)：96-100.

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[3] 吳紅偉，劉文君，王占生.臭氧組合工藝去除水源水中的效果[J].環(huán)境科學(xué)，2000，21(7)：29-33.

[4] 方振東.飲用水生物處理工藝中的生物陶粒技術(shù)的應(yīng)用研究[D].北京：清華大學(xué)，1995.