活性炭濾池深度處理水中有機(jī)物
摘要：生物活性炭濾池能有效去除常規(guī)工藝出水中CODMn、UV254、三氯甲烷生成勢(shì)和一溴二氯甲烷生成勢(shì),但在相同水力停留時(shí)間下,新鮮活性炭濾池對(duì)這些有機(jī)物去除效果更顯著。生物活性炭濾池出水二溴一氯甲烷生成勢(shì)升高,而新鮮活性炭濾池對(duì)二溴一氯甲烷生成勢(shì)有時(shí)有一定的去除效果。
關(guān)鍵詞：生物活性炭濾池 新鮮活性炭濾池 生成勢(shì) 去除效果
0 引言
以黃河水為源水的自來(lái)水廠,通常采用常規(guī)工藝進(jìn)行處理,其水質(zhì)不甚理想,這是由于黃河水水源的污染日益嚴(yán)重,尤其是痕量有機(jī)物污染,通過(guò)常規(guī)工藝處理雖然可以去除水中許多有毒有害物質(zhì),但對(duì)水體中有機(jī)物的去除效果卻不太理想,過(guò)濾后的出水仍含有較多的有機(jī)污染物。
活性炭深度處理工藝與常規(guī)工藝相結(jié)合應(yīng)是一種理想的凈水方式。本研究的主要目的是:通過(guò)比較新鮮活性炭濾池和生物活性炭濾池,處理經(jīng)常規(guī)工藝處理后出水中的有機(jī)物的去除效果,為將來(lái)可能興建的以黃河為水源的安全供水工程或已有自來(lái)水廠的改造及后續(xù)運(yùn)行管理提供一定參考。
1 試驗(yàn)工藝
本研究設(shè)備為有機(jī)玻璃制作的并聯(lián)的大小不同的2種顆粒活性炭濾池,其中體積較大的活性炭濾池(稱(chēng)為活性炭濾池Ⅰ)內(nèi)填裝有已經(jīng)連續(xù)運(yùn)行約1.5的舊炭(可以認(rèn)為掛膜成熟的生物炭),而體積較小的活性炭濾池(稱(chēng)為活性炭濾池Ⅱ)內(nèi)填裝有新炭,2種活性炭濾池的運(yùn)行參數(shù)如表1所示。試驗(yàn)在以黃河水為源水的S自來(lái)水廠進(jìn)行,試驗(yàn)原水為黃河水經(jīng)常規(guī)工藝處理出水。原水pH約為8,水溫為20~30℃,整個(gè)試驗(yàn)時(shí)間為70 d。
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2 試驗(yàn)結(jié)果與討論
2.1 活性炭濾池對(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,原水CODMn經(jīng)常高于3 mg/L,但經(jīng)過(guò)活性炭濾池處理后,其出水都能滿足CODMn低于3 mg/L的規(guī)定。雖然活性炭濾池Ⅰ內(nèi)活性炭是已經(jīng)運(yùn)行約1.5d的生物炭,但活性炭濾池Ⅰ對(duì)CODMn的去除仍然十分有效,這可能是由于除生物氧化作用外,微生物通過(guò)胞外酶降解微孔內(nèi)吸附的有機(jī)物達(dá)到對(duì)活性炭的生物再生作用,使活性炭在達(dá)到飽和容量之后可以繼續(xù)吸附少量有機(jī)物[1]。
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還可以看出,在相同水力停留時(shí)間下,活性炭濾池Ⅰ對(duì)CODMn的去除效果明顯低于活性炭濾池Ⅱ?qū)ODMn的去除效果,其中活性炭濾池Ⅰ和活性炭濾池Ⅱ?qū)ODMn的去除率分別為12.2%~27.9%(平均值為20.3%)和17.9%~52.7%(平均值為31.1%)。
此外,在試驗(yàn)期間內(nèi)活性炭濾池Ⅱ?qū)ODMn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(guò)程對(duì)CODMn的影響不明顯。
2.2 活性炭濾池對(duì)UV254的去除
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)物都是苯的衍生物,而且是天然水體和污水二級(jí)處理出水中的主要有機(jī)物,常用UV254作為它們?cè)谒泻康奶娲鷧?shù)。圖2反映了2種活性炭濾池對(duì)UV254的去除效果,可以看出,在相同水力停留時(shí)間下,活性炭濾池Ⅰ對(duì)UV254的去除效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于活性炭濾池Ⅱ?qū)V254的去除效果,其中活性炭濾池Ⅰ和活性炭濾池Ⅱ?qū)V254的去除率分別為3%~38.2%(平均值為21.9%)和38.7%~77.6%(平均值為55.9%)。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(guò)吸附作用去除它們,而生物氧化作用不高[2]。對(duì)于活性炭濾池Ⅰ內(nèi)的活性炭,其吸附容量已經(jīng)飽和,因而對(duì)大分子的芳香族化合物吸附作用較弱;而對(duì)于活性炭濾池Ⅱ內(nèi)的活性炭,在本試驗(yàn)期間內(nèi),即使在生物膜的發(fā)育成熟過(guò)程中,其吸附容量仍沒(méi)有達(dá)到飽和,因而能有效吸附大分子的芳香族化合物。
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2.3 活性炭濾池對(duì)消毒副產(chǎn)物前體物的去除
近20年來(lái),人們逐漸發(fā)現(xiàn),氯作為消毒劑在殺死致病菌的同時(shí)卻生成一些致癌的消毒副產(chǎn)物,其中揮發(fā)性的三鹵甲烷(THMs)是重要的消毒副產(chǎn)物。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。張金松等研究發(fā)現(xiàn)生物活性炭對(duì)三鹵甲烷生成勢(shì)的去除效果很有限[3],但Miltner等研究發(fā)現(xiàn)生物處理對(duì)三鹵甲烷生成勢(shì)有較好的去除[4]。
圖3反映了2種活性炭濾池對(duì)三氯甲烷生成勢(shì)的去除效果,可以看出,活性炭濾池Ⅰ對(duì)三氯甲烷生成勢(shì)仍有一定的去除效果,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%),而活性炭濾池Ⅱ?qū)θ燃淄樯蓜?shì)有很高的去除效果,其去除率為31.3%~67.2%(平均值為54.1%),這說(shuō)明三氯甲烷的前體物主要通過(guò)吸附作用去除,而生物氧化作用去除效果相對(duì)較弱。
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此外,在試驗(yàn)期間內(nèi)活性炭濾池Ⅱ?qū)θ燃淄樯蓜?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(guò)程對(duì)三氯甲烷生成勢(shì)的影響不明顯。
圖4反映了2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Ⅰ對(duì)一溴二氯甲烷生成勢(shì)也有一定的去除效果,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%),而活性炭濾池Ⅱ?qū)σ讳宥燃淄樯蓜?shì)有較高的去除效果,其去除率為10.8%~83.2%(平均值為38.9%),這也說(shuō)明一溴二氯甲烷的前體物主要通過(guò)吸附作用去除,而生物氧化作用的去除效果相對(duì)較弱。此外,在試驗(yàn)期間內(nèi)活性炭濾池Ⅱ?qū)σ讳宥燃淄樯蓜?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(guò)程對(duì)一溴二氯甲烷生成勢(shì)的影響不明顯。
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圖5反映了2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(méi)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其對(duì)二溴一氯甲烷生成勢(shì)的去除效果沒(méi)有明顯規(guī)律性,有時(shí)活性炭濾池Ⅱ?qū)Χ逡宦燃淄樯蓜?shì)有一定的去除效果,但有時(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。由此也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)與二溴一氯甲烷生成勢(shì)的作用機(jī)理不同。
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3 結(jié)論
常規(guī)工藝處理出水經(jīng)2種活性炭濾池處理后,其出水都能滿足CODMn低于3 mg/L的規(guī)定。活性炭濾池Ⅰ能有效去除原水中的CODMn、UV254、三氯甲烷生成勢(shì)和一溴二氯甲烷生成勢(shì),但在相同水力停留時(shí)間下,活性炭濾池Ⅱ?qū)@些有機(jī)物去除效果更顯著。活性炭濾池Ⅰ對(duì)二溴一氯甲烷生成勢(shì)不但沒(méi)有去除效果,反而會(huì)引起出水中二溴一氯甲烷生成勢(shì)的升高而活性炭濾池Ⅱ?qū)Χ逡宦燃淄樯蓜?shì)有時(shí)有一定的去除效果,但有時(shí)反而會(huì)引起出水中二溴一氯甲烷生成勢(shì)的升高。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。活性炭濾池Ⅱ?qū)ODMn、三氯甲烷生成勢(shì)、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。
參考文獻(xiàn)
[1] 于鑫.飲用水生物活性濾池工藝與磷的限制作用及其應(yīng)用.清華大學(xué)博士論文,2002.
[2] 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.清華大學(xué)博士論文,1995.
[3] 張金松,董文藝,張紅亮等.臭氧氧化-生物活性炭深度處理工藝安全性研究.給水排水,2003,29(19):1-4.
[4] Miltner R. J. and Shukaiky H.M. et al. Disinfection byproducformation and control by ozonation and biotreatment. J.AWWA,1992,84(11):53-62.
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