活性炭向生物活性炭轉化過程中溴酸鹽的控制

朱 琦，劉冬梅，崔福義，方 蕾，王 睿

(1.哈爾濱工業(yè)大學城市水資源與水環(huán)境國家重點實驗室，哈爾濱 150090，zhuqihit@163.com;2.黑龍江大學化學化工與材料學院，哈爾濱 150080;3.哈爾濱學院生命科學與化學學院，哈爾濱 150086)

活性炭向生物活性炭轉化過程中溴酸鹽的控制

朱 琦1，2，劉冬梅1，崔福義1，方 蕾3，王 睿1

(1.哈爾濱工業(yè)大學城市水資源與水環(huán)境國家重點實驗室，哈爾濱 150090，zhuqihit@163.com;2.黑龍江大學化學化工與材料學院，哈爾濱 150080;3.哈爾濱學院生命科學與化學學院，哈爾濱 150086)

為了比較活性炭與生物活性炭對溴酸鹽的去除效果，采用水廠中試模型試驗考察了活性炭表面的生物量及溴酸鹽去除率的變化.結果表明:新鮮活性炭對溴酸鹽的去除率為57.1%，在活性炭向生物活性炭轉化的過程中，隨著活性炭表面生物量的增加，炭柱對溴酸鹽的去除效果逐漸提高.經過8個月的中試模型連續(xù)運行，溴酸鹽的去除率提高至75.4%，成熟生物活性炭對溴酸鹽的去除效果穩(wěn)定，從而證明生物活性炭比活性炭更有利于溴酸鹽的去除.

活性炭;生物活性炭;溴酸鹽;生物量

在飲用水處理工藝中，臭氧—生物活性炭工藝作為深度處理工藝已經在一些凈水廠應用.若原水中含有一定濃度溴離子，在臭氧氧化過程中很可能生成潛在致癌性副產物溴酸鹽［1－4］.有研究表明，活性炭可以將BrO3－還原為Br－［5］，而生物活性炭對溴酸鹽的控制能力有相互矛盾的觀點，有研究者認為生物活性炭對溴酸鹽去除作用很小［6－7］;也有人認為溴酸鹽可以通過生物活性炭去除［8－10］.為此，本研究以松花江水作為原水，通過中試試驗考察了活性炭轉化為生物活性炭的過程中溴酸鹽控制能力的變化，對于保障我國東北地區(qū)水質安全有一定的借鑒意義.

1 實驗裝置和分析方法

1.1 實驗裝置

試驗在哈爾濱易和凈水廠的凈水間開展，松花江水經過凈水間的混凝、沉淀、過濾工藝后，由水泵提供動力，將濾后水送至高位水箱，通過蠕動泵向高位水箱中投加試驗所需的溴離子.高位水箱向臭氧接觸柱供水，由臭氧發(fā)生器向臭氧反應柱供臭氧.臭氧反應柱內徑280 mm，高度3.5 m，采用鈦板布氣，孔徑20～40 μm，處理水量1.50 m3/h，停留時間15 min.活性炭濾柱采用有機玻璃材質，3個炭柱并聯，內徑280 mm，高度4 m，處理水量1.50 m3/h.炭柱下部有粒徑2～8 mm的石英砂墊層，炭種為寧夏太西活性炭廠生產的ZJ－15型煤質炭，Φ1.5±0.2 mm，長度2～6 mm.在每個炭柱上設置7個取樣點，可以采集不同接觸時間的水樣.試驗流程如圖1所示.

圖1 中試試驗流程圖

1.2 儀器和分析方法

溴酸鹽濃度的檢測采用離子色譜法，DIONEXDX－3000型離子色譜儀(帶有EG40淋洗液自動發(fā)生器)，IonPac AS23陰離子分析柱(2×250 mm)，30 mmol/L KOH 淋洗液，流速0.9 mL/min，進樣體積50 μL.試驗采用OZAT?CFS－3A型臭氧發(fā)生器提供臭氧，原料氣為空氣，額定產氣量10 g O3/h.由BT00—100M型蠕動泵投加試驗所需的溴離子，采用磷脂法測定活性炭表面的生物量.試驗期間的濾后水水質情況見表1.

表1 中試試驗期間的濾后水水質

2 實驗結果

2.1 新炭對溴酸鹽的控制效果

為了考察活性炭向生物活性炭轉化過程中對較高濃度溴酸鹽的控制效果，試驗選擇溴離子質量濃度為400 μg/L，投加4 mg/L臭氧，接觸反應15 min，生成的 BrO3－質量濃度為 30 ～35 μg/L.由圖2可知，3個活性炭柱對溴酸鹽的控制效果一致，溴酸鹽的去除量隨著接觸時間的增加而增加，出水溴酸鹽的平均去除率為57.1%，活性炭對溴酸鹽的去除效果比較穩(wěn)定.

圖2 活性炭接觸時間與溴酸鹽去除量的關系

2.2 生物活性炭形成過程中對溴酸鹽的控制效果

由圖3可見，臭氧氧化后生成的BrO3－質量濃度均在30 μg/L以上，前2個月活性炭柱出水的BrO3－質量濃度 ＞10 μg/L，然后逐漸降低至10 μg/L以下，達到了我國生活飲用水衛(wèi)生標準［11］.連續(xù)運行的炭柱對溴酸鹽的去除作用比較明顯，隨著中試模型連續(xù)運行時間的增加，溴酸鹽的去除效果呈逐漸提高的趨勢.從圖4可以看出，在8個月內，活性炭表面的生物量逐漸增多，并且在7個月后生物量增速趨緩，表明生物活性炭逐漸形成.炭柱對溴酸鹽的去除率隨著生物量的增多而逐漸增大，從初始的57.1%提高至第8個月的75.4%，這是由于在活性炭表面逐漸增多的微生物起到了一定的作用.

圖3 活性炭向生物活性炭轉化過程中BrO3－的去除情況

圖4 活性炭表面生物量及溴酸鹽去除率的變化

2.3 成熟生物性炭對溴酸鹽的控制效果

生物活性炭技術是去除水中污染物最有效的技術之一［12］，在中試模型連續(xù)運行8個月以后，繼續(xù)檢測活性炭表面生物量及出水溴酸鹽的變化，其效果見圖5.可知，在隨后的4個月內，活性炭表面生物量變化不大，表明生物膜在活性炭表面已經成熟.生物活性炭對溴酸鹽的去除效果比較穩(wěn)定，對于初始質量濃度為30 μg/L左右的溴酸鹽的去除率分別是75.2%、74.9%、75.9%、75.3%，這表明生物活性炭技術可作為控制溴酸鹽的有效技術應用于水處理中.

圖5 成熟生物活性炭表面生物量及溴酸鹽去除率的變化

3 結論

1)新鮮活性炭對溴酸鹽有一定的控制效果，在活性炭向生物活性炭轉化的過程中，活性炭表面生物量的增加使得炭柱對溴酸鹽的去除能力逐漸增強，成熟生物性炭對溴酸鹽的去除效果好而且比較穩(wěn)定.

2)對于含溴水源水，生物活性炭技術可以作為控制溴酸鹽的有效技術應用于臭氧氧化技術之后.

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Bromate control during transformation process from granular activated carbon to biological activated carbon

ZHU Qi1，2，LIU Dong－mei1，CUI Fu－yi1，FANG Lei3，WANG Rui1

(1.State Key Laboratory of Urban Water Resource and Environment，Harbin Institute of Technology，Harbin 150090，China，zhuqihit@163.com;2.School of Chemistry and Material Sciences，Heilongjiang University，Harbin 150080，China;3.College of Life and Chemistry，Harbin University，Harbin 150086，China)

In order to compare the bromate removal effect of activated carbon with that of biological activated carbon，by making pilot－scale test，the changes of biomass on activated carbon surface and bromate removal rate were investigated.The results indicated that the bromate removal rate of new activated carbon was 57.1%，and as the biomass increased，the removal effect of bromate was improved gradually during transformation process from granular activated carbon to biological activated carbon.After 8 months，the bromate removal rate achieved 75.4%and the concentration of bromate could be controlled by biological activated carbon steadily，which proved that biological activated carbon was more suitable for bromate removal than granular activated carbon.

granular activated carbon;biological activated carbon;bromate;biomass

TU991.2

A

0367－6234(2010)06－0904－03

2010－03－10.

國家自然科學基金資助項目(50808052);

國家自然科學基金創(chuàng)新研究群體項目(50821002).

朱 琦(1980—)，男，講師，博士研究生;

崔福義(1958—)，男，教授，博士生導師.

(編輯 趙麗瑩)