兩種活性炭濾池深度處理飲用水的研究

劉帥霞，王士辰

(1.河南工程學院 環(huán)境工程系，河南 鄭州 451191；2.河南工程學院 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)進行處理，該工藝對水中的有機物尤其是溶解性有機物不能有效去除.水中有機物的存在，使得在加氯消毒的過程中產生一些致癌的消毒副產物，如三氯甲烷、鹵乙酸、四氯化碳等，其中三鹵甲烷被認為是最后氯化形成的主要消毒副產物，這些副產物具有致癌、致畸、致突變的特性[1].因此，對飲用水進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黃河水經常規(guī)處理出水中的有機物和消毒副產物的去除效果進行比對，為將來可能興建的活性炭深度處理工程和后續(xù)的運行管理提供參考.

1 試驗裝置和分析方法

1.1 試驗裝置

試驗裝置采用有機玻璃制作的并聯(lián)的大小不同的兩種顆?；钚蕴繛V池，其中活性炭濾池I內填裝有已經連續(xù)運行約1.5年的舊炭(掛膜成熟的生物炭)；活性炭濾池II內填裝新鮮活性炭，兩種炭濾池的運行參數(shù)見表1(EBCT為空床接觸時間).試驗原水為黃河水經常規(guī)處理出水，原水pH值為7.8～8.5，水溫為20～30 ℃，整個試驗時間為70天.

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

1.2 分析方法

試驗過程中,測定的主要常規(guī)水質項目有CODMn,采用標準分析方法[2].UV254和三鹵甲烷生成勢等非常規(guī)分析項目的測定依據文獻[3]所述方法.

2 試驗結果與討論

2.1 兩種活性炭對有機物的去除

2.1.1 兩種活性炭對CODMn的去除

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

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

2.1.2 活性炭濾池對UV254的去除

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

圖1 兩種活性炭濾池對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物如木質素、腐殖質和各種芳香族有機物含量的替代參數(shù).在波長254 nm下存在吸光度的物質主要為大分子的芳香族化合物，其分子結構復雜，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].

對于炭濾池I內的活性炭來說，其吸附容量已經飽和，因而對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，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，對大分子芳香族化合物仍有較好的去除作用.

對于活性炭濾池II內的新鮮活性炭來說，在試驗初期，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 兩種活性炭濾池對消毒副產物前體物的去除

2.2.1 兩種活性炭濾池對三氯甲烷生成勢的去除

消毒副產物生成勢間接代表了水中消毒副產物前體物的多少[4]，圖3反映了兩種活性炭濾池對三氯甲烷生成勢的去除效果.活性炭濾池I對三氯甲烷生成勢的去除率為7.2%～46.8% (平均值為19.8%)，活性炭濾池II對三氯甲烷生成勢的去除率為31.3%～67.2%(平均值為54.1%).并且，在試驗期間,活性炭濾池II對三氯甲烷生成勢的去除規(guī)律隨時間變化也不明顯，即濾池內活性炭上生物膜的發(fā)育成熟過程對三氯甲烷生成勢的影響不明顯，這可能是由于三氯甲烷生成勢是一個綜合性指標，它反映的三氯甲烷前體物成分十分復雜，而原水的水質變化較大，使活性炭的物化吸附作用及試驗后期可能的生物氧化、過濾作用對三氯甲烷前體物的去除作用波動較大.

2.2.2 兩種活性炭濾池對一溴二氯甲烷生成勢的去除

圖4反映了兩種活性炭濾池對一溴二氯甲烷生成勢的去除效果.可以看出，活性炭濾池II對一溴二氯甲烷生成勢的去除率為10.8%～83.2% (平均值為38.9%)，活性炭濾池I對一溴二氯甲烷生成勢的去除率為2.8%～27.3% (平均值為11.8%).在試驗期內，活性炭濾池II對一溴二氯甲烷生成勢的去除規(guī)律隨時間變化也不明顯，即濾池內活性炭上生物膜的發(fā)育成熟過程對一溴二氯甲烷生成勢的影響不明顯.

圖3 兩種活性炭濾池對三氯甲烷生成勢的去除效果Fig.3 Effect in removing the generation potential of chloroform of the activated carbon filters

圖4 兩種活性炭濾池對一溴二氯甲烷生成勢的去除效果Fig.4 Effect in removing the generation potential of bromodichloromethane of the activated carbon filters

圖5 兩種活性炭濾池對二溴一氯甲烷生成勢的去除效果Fig.5 Effect in removing the generation potential of chlorodibromomethane of the activated carbon filters

2.2.3 兩種活性炭濾池對二溴一氯甲烷生成勢的去除

圖5反映了兩種活性炭濾池對二溴一氯甲烷生成勢的去除效果.可以看出，活性炭濾池I對二溴一氯甲烷生成勢不但沒有去除效果，反而會引起出水中二溴一氯甲烷生成勢的升高.而對于活性炭濾池II來說，對二溴一氯甲烷生成勢的去除效果沒有明顯的規(guī)律性，有時對二溴一氯甲烷生成勢有一定的去除效果，有時反而會引起出水中二溴一氯甲烷生成勢的升高，其原因尚不清楚.由此可以看出，活性炭濾池對三氯甲烷生成勢、一溴二氯甲烷生成勢和二溴一氯甲烷生成勢的作用機理不同.

3 結 論

通過生物活性炭和新鮮活性炭對黃河水經常規(guī)處理出水中有機物和消毒副產物的去除效果的研究，得出如下結論：

(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、三氯甲烷生成勢和一溴二氯甲烷生成勢，但新鮮的活性炭濾池對這些有機物的去除效果更顯著.

(2)生物活性炭濾池對二溴一氯甲烷生成勢不但沒有去除效果，反而會引起出水中二溴一氯甲烷生成勢的升高；新鮮活性炭濾池對二溴一氯甲烷生成勢的去除效果沒有明顯規(guī)律性，有時對二溴一氯甲烷生成勢有一定的去除效果，有時反而會引起出水中二溴一氯甲烷生成勢的升高.

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

(4)活性炭濾池對三氯甲烷生成勢、一溴二氯甲烷生成勢與二溴一氯甲烷生成勢的作用機理不同.

參考文獻:

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

[2] 國家環(huán)保局.水和廢水的標準分析方法[M].3版.北京：中國環(huán)境科學出版社，1989.

[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，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的應用研究[D].北京：清華大學，1995.