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張雪,張璐,華偉,蔣福春 (蘇州市自來(lái)水公司,江蘇 蘇州 521002)
摘要：在南方某X水廠的臭氧活性炭深度處理工藝的進(jìn)出水監(jiān)測(cè)分析，重點(diǎn)探討了臭氧活性炭工藝對(duì)有機(jī)物的去除效果、對(duì)消毒副產(chǎn)物的抑制特性和有機(jī)物的去除機(jī)理。結(jié)果表明：臭氧活性炭對(duì)有機(jī)物具有較好的去除效果，其中臭氧工藝對(duì)CODMn、TOC、UV254平均去除效率分別為8.65%、3.18%和27.15%，活性碳工藝對(duì)CODMn、TOC、UV254平均去除效率分別為12%、11.82%和14.36%；臭氧活性炭深度工藝對(duì)UV254/DOC的去除效率較高，平均去除效率為30.8%，占整體處理效率的50%以上，對(duì)消毒副產(chǎn)物的抑制效果較好；CODMn、TOC、UV254效率比平均值分別為0.45、0.21和0.71，臭氧與活性炭工藝對(duì)CODMn去除貢獻(xiàn)基本相當(dāng)，臭氧工藝略占優(yōu)勢(shì)，TOC主要依靠活性炭工藝降解，UV254主要是通過(guò)臭氧工藝進(jìn)行分解。
關(guān)鍵詞：飲用水；臭氧活性炭；微污染水
近年來(lái)，隨著城市化的進(jìn)程與工業(yè)化的發(fā)展，水源地污染尤其是有機(jī)物污染不斷加劇，各類(lèi)水質(zhì)污染事件頻頻涌現(xiàn)。原水中有機(jī)物污染不但易引起三鹵甲烷（THMs）、鹵乙酸（HAAs）等消毒副產(chǎn)物的生成，而且會(huì)導(dǎo)致出廠水中可同化有機(jī)碳（AOC）的增加，引起管網(wǎng)生物穩(wěn)定性難題[1]。為了解決此類(lèi)問(wèn)題，保證優(yōu)質(zhì)供水水質(zhì)，國(guó)內(nèi)眾多水司新增了臭氧活性炭深度處理工藝[2-9]。本文以南方某X水廠臭氧活性炭深度處理工藝的運(yùn)行監(jiān)測(cè)指標(biāo)為基礎(chǔ)，深入和詳盡地分析和研究臭氧活性炭對(duì)有機(jī)物的實(shí)際去除效果和性能，以期為各大水司深度處理工藝的運(yùn)行管理提供理論支持。
1 研究方法
1.1凈水工藝和相關(guān)參數(shù)
X水廠一期設(shè)計(jì)供水能力為30萬(wàn)m3/d，水廠凈水工藝流程如圖1所示。目前供水主要集中在20～22萬(wàn)m3/d。臭氧—活性炭工藝自2008年3月開(kāi)始正式投運(yùn)，截止到目前為止運(yùn)行狀況良好。
1.2研究方法
1.2.1檢測(cè)方法
研究過(guò)程中，廠內(nèi)定期對(duì)活性炭濾池濾前、后主要水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行跟蹤化驗(yàn)，以評(píng)估臭氧活性炭工藝對(duì)有機(jī)物的處理效果。CODMn和TOC均采用生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法檢測(cè)[10]，UV254采用紫外分光光度法測(cè)定[11,12]，儀器采用Thermo Evolution 300紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)。
1.2.2計(jì)算方法
為了直觀地評(píng)價(jià)臭氧活性炭工藝中主臭氧接觸池與活性炭濾池對(duì)有機(jī)物處理的貢獻(xiàn)大小，設(shè)定了效率比指標(biāo)，計(jì)算方法公式（1）。FO—臭氧工藝效率比；PO—臭氧工藝去除效率，%；PT—臭氧活性炭工藝整體去除效率，%。當(dāng)FO>0.5時(shí)，可以認(rèn)為臭氧工藝對(duì)有機(jī)物去除的貢獻(xiàn)大，反之是活性炭工藝的貢獻(xiàn)大。
(1)
2 結(jié)果與討論
2.1 對(duì)CODMn的去除效果
高錳酸鹽指數(shù)CODMn反映的是受有機(jī)污染物和還原性無(wú)機(jī)物質(zhì)污染程度的綜合指標(biāo)[10]，可以有效反映水中有機(jī)物污染程度。圖2反映了臭氧與活性炭工藝對(duì)CODMn的去除效率。由圖2和圖5可知，臭氧活性炭工藝總體去除效率在6.52~36.76%之間，平均去除效率為19.58%，其中臭氧工藝對(duì)CODMn去除效率在0~22.06%，平均去除效率為8.65%?；钚蕴抗に噷?duì)CODMn去除效率在0~24.38%，平均去除效率為12%，比臭氧工藝高3.35%。
2.2 對(duì)TOC的去除效果
TOC是表征水體中有機(jī)物質(zhì)總量的綜合指標(biāo)之一，代表了水體中所含有機(jī)物質(zhì)的總量，直接反映了水體被有機(jī)物質(zhì)污染的程度[10]。由圖3和圖5可知，臭氧活性炭工藝總體去除效率在4.96~25.77%之間，平均去除效率為14.6%，其中臭氧工藝去除效率在0.11~11.15%，平均去除效率為3.18%?；钚蕴抗に嚾コ试?.73~18.83%，平均去除效率為11.82%，比臭氧工藝高8.64%。整個(gè)臭氧活性炭工藝對(duì)TOC的去除主要是由活性炭工藝來(lái)完成的。
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2.3 對(duì)UV254的去除效果
UV254是在254 nm的波長(zhǎng)下的紫外吸光度[11,12]，表征芳香族化合物和具有共軛雙鍵的有機(jī)化合物含量，主要代表憎水性有機(jī)物和大分子有機(jī)物，與消毒副產(chǎn)物的前體物有良好的相關(guān)性，因此UV254含量的降低可以很好地遏制后期消毒副產(chǎn)物的生成，UV254的去除現(xiàn)實(shí)意義重大。
圖4反映了臭氧活性炭工藝對(duì)UV254的去除情況，由圖4和圖5可知，臭氧活性炭工藝總體去除效率在14.71~56.76%之間，平均去除效率為37.6%，其中臭氧工藝去除效率在8.82~54.05%，平均去除效率為27.15%?；钚蕴抗に嚾コ试?~28%，平均去除效率為14.36%，比臭氧工藝低12.79%。整個(gè)臭氧活性炭工藝對(duì)UV254的去除主要是由臭氧工藝來(lái)完成的。
2.4 有機(jī)物去除效率比
表1為有機(jī)物去除效率比值，由表1可見(jiàn)，CODMn效率比在0~1之間，平均值在0.45，可以認(rèn)為臭氧工藝與活性炭工藝對(duì)CODMn去除貢獻(xiàn)基本相當(dāng)，臭氧工藝略占優(yōu)勢(shì)。TOC效率比在0.01~0.46之間，平均值為0.21，可以判定TOC主要是依靠活性炭工藝得以降解。UV254效率比在0.38~1之間，平均值為0.71，基本可以認(rèn)定UV254主要是通過(guò)臭氧工藝進(jìn)行分解。
由圖5可見(jiàn)，臭氧活性炭深度處理工藝對(duì)有機(jī)物各項(xiàng)指標(biāo)去除效率的降序排列為UV254>CODMn>TOC，這與國(guó)內(nèi)外水廠運(yùn)行結(jié)果和眾多研究者的結(jié)論相同[2]。CODMn、UV254所表征有機(jī)物僅是TOC中的一部分，CODMn主要表征其中的還原性有機(jī)物，UV254是代表其中易吸收紫外線(xiàn)的芳香族化合物和具有共軛雙鍵的有機(jī)化合物。在O3條件下CODMn和UV254所表征的有機(jī)物極易發(fā)生氧化分解，尤其是極易被O3氧化的芳香族化合物和具有共軛雙鍵有機(jī)化合物UV254。根據(jù)國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究結(jié)論得知，O3很難將CODMn和UV254所表征的有機(jī)物全部氧化分解成無(wú)機(jī)物，大部分大分子有機(jī)物被分解成小分子有機(jī)物，多數(shù)為結(jié)構(gòu)形式和分子量范圍內(nèi)的變化，而有機(jī)物總量（TOC）并未發(fā)生大變化，總量去除還需借助活性碳工藝。對(duì)于經(jīng)過(guò)O3改良后的有機(jī)物，其分子量小，可生化性高，提高了活性碳的去除性能，因此工藝中O3對(duì)CODMn和UV254分解作用明顯，去除效率較高，而活性碳工藝TOC降解作用大。
關(guān)于臭氧活性炭對(duì)有機(jī)物去除機(jī)理的研究對(duì)于整個(gè)工藝的設(shè)計(jì)和運(yùn)行具有重要的指導(dǎo)意義，因此有必要對(duì)機(jī)理作進(jìn)一步的研究。
表1 有機(jī)物去除效率比
|
時(shí)間 |
CODMn |
TOC |
UV254 |
時(shí)間 |
CODMn |
TOC |
UV254 |
|
2009-5-27 |
0.57 |
0.34 |
0.74 |
2009-12-3 |
0.24 |
0.05 |
0.55 |
|
2009-6-4 |
0.64 |
0.04 |
0.88 |
2009-12-17 |
0.57 |
0.38 |
0.58 |
|
2009-6-11 |
1.00 |
0.23 |
1.00 |
2010-1-7 |
1.00 |
0.46 |
0.56 |
|
2009-6-17 |
0.31 |
0.29 |
0.73 |
2010-3-4 |
0.33 |
0.01 |
0.60 |
|
2009-7-2 |
0.53 |
0.27 |
0.78 |
2010-6-29 |
0.61 |
0.29 |
0.78 |
|
2009-7-6 |
1.00 |
0.21 |
0.91 |
2010-7-6 |
0.14 |
0.21 |
0.79 |
|
2009-7-9 |
0.66 |
0.18 |
0.95 |
2010-7-13 |
0.20 |
0.26 |
0.64 |
|
2009-7-23 |
0.20 |
0.14 |
0.83 |
2010-8-10 |
0.37 |
0.08 |
0.60 |
|
2009-7-30 |
0.30 |
0.03 |
0.81 |
2010-9-14 |
0.60 |
0.39 |
0.67 |
|
2009-8-13 |
0.50 |
0.04 |
0.53 |
2010-11-2 |
0.13 |
0.15 |
0.58 |
|
2009-8-20 |
0.25 |
0.01 |
0.69 |
平均值 |
0.45 |
0.21 |
0.71 |
|
2009-9-3 |
0.34 |
0.43 |
0.80 |
最小值 |
0.00 |
0.01 |
0.38 |
|
2009-9-17 |
0.33 |
0.31 |
0.79 |
||||
|
2009-11-19 |
0.54 |
0.27 |
0.38 |
最大值 |
1.00 |
0.46 |
1.00 |
|
2009-11-26 |
0.00 |
0.28 |
0.60 |
2.5 消毒副產(chǎn)物形成潛力（DBPFP）評(píng)價(jià)
TOC是水體中有機(jī)物質(zhì)總量的綜合指標(biāo)之一，DOC是TOC中溶解性的有機(jī)物總量，關(guān)系到難以通過(guò)常規(guī)工藝去除的那部分有機(jī)物，而UV254則是TOC主要是DOC中芳香族化合物和具有共轆雙鍵的有機(jī)化合物含量，與消毒副產(chǎn)物的前體物有良好的相關(guān)性，因此較多研究人員用UV254/DOC表征消毒副產(chǎn)物形成潛力（DBPFP）[9,14,15]。
表2 UV254/DOC的去除效果
Tab.1 UV254 / DOC removal by the O3-BAC process
|
|
原水 |
出水 |
去除效率（%） |
|||
|
范圍 |
均值 |
范圍 |
均值 |
臭氧活性碳 |
總?cè)コ?/span> |
|
|
X水廠 |
0.010~0.035 |
0.019 |
0.005~0.012 |
0.008 |
30.8 |
57.90 |
|
東江水[9] |
0.009~0.019 |
0.013 |
0.002~0.009 |
0.006 |
- |
53.85 |
注：由于現(xiàn)場(chǎng)未測(cè)DOC，故表中X水廠用UV254/TOC代替。
表2中為X水廠UV254/DOC的去除效果與臭氧一活性炭深度處理東江水的應(yīng)用文獻(xiàn)中數(shù)據(jù)的對(duì)比，由表1可見(jiàn)，X水廠對(duì)UV254/DOC去除效率較高，常規(guī)工藝+深度處理工藝的整體去除效率在53.61~65.65%之間，其中臭氧活性炭深度處理部分最高，平均去除效率為30.8%，占整體處理效率的50%以上，是整個(gè)處理工藝中的主要去除單元，對(duì)消毒副產(chǎn)物的抑制效果較好。同江東水處理效率相比，X水廠的UV254/DOC處理效果更高，這可能是水質(zhì)特性不同的緣故。
3 結(jié)論
（1）臭氧工藝對(duì)CODMn平均去除效率為8.65%，，比活性碳工藝低3.35%，臭氧工藝與活性炭工藝對(duì)CODMn去除貢獻(xiàn)基本相當(dāng)，臭氧工藝略占優(yōu)勢(shì)；
（2）臭氧工藝對(duì)TOC平均去除效率為3.18%，比活性碳工藝低8.64%，對(duì)TOC的去除主要是由活性炭工藝來(lái)完成的；
（3）臭氧工藝對(duì)UV254平均去除效率為27.15%，比活性碳工藝高12.79%，整個(gè)臭氧活性炭工藝對(duì)UV254的去除主要是由臭氧工藝來(lái)完成的；
（4）臭氧活性炭對(duì)UV254/DOC平均去除效率為30.8%，占整體處理效率的50%以上，是整個(gè)處理工藝中的主要去除單元，對(duì)消毒副產(chǎn)物的抑制效果較好。
參考文獻(xiàn)
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作者簡(jiǎn)介：張雪，江蘇揚(yáng)州人，主要從事供水生產(chǎn)方面的研究，發(fā)表文章5篇。
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