活性炭對原水中有機(jī)污染物去除效果的研究

朱文發(fā),郭 雷

(1.廊坊市人民醫(yī)院 總務(wù)科,河北 廊坊 065000;2.河北省臨西縣水務(wù)局,河北 臨西 054900)

隨著水源污染的加劇和物質(zhì)生活水平的提高,傳統(tǒng)常規(guī)的給水處理工藝在出水水質(zhì)上已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)和生活的需要。在三鹵甲烷等氯消毒副產(chǎn)物被愈加關(guān)注的今天,開發(fā)安全高效的給水深度處理工藝勢在必行?；钚蕴课郊夹g(shù)是完善常規(guī)處理工藝,進(jìn)一步去除原水中有機(jī)污染物的有效方法,世界上有成百座應(yīng)用顆?；钚蕴康乃畯S正在運(yùn)行[1]。本實(shí)驗(yàn)?zāi)康木褪茄芯炕钚蕴课綄υ杏袡C(jī)污染物的去除效果,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明活性炭吸附法可以進(jìn)一步降低水中的濁度、對有機(jī)污染物的去除效果明顯,可有效緩解因預(yù)氯化的常規(guī)工藝處理之后的氯仿含量增加的不利現(xiàn)象,出水水質(zhì)明顯好于現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)。

1 原水水質(zhì)

試驗(yàn)原水采用龍河水。龍河水在夏季呈富營養(yǎng)化狀態(tài),水中藻類旺盛,呈現(xiàn)“高藻類、低堿度、高 pH值、低溶解氧”的特點(diǎn)。試驗(yàn)期間水質(zhì)指標(biāo)如表 1所示。

表1 試驗(yàn)期間原水水質(zhì)

2 試驗(yàn)裝置與方法

2.1 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)針對原水的水質(zhì)特點(diǎn),對原水進(jìn)行常規(guī)處理+活性炭處理。首先對被輕度污染的地表水利用常規(guī)給水處理工藝進(jìn)行處理,然后,將經(jīng)過常規(guī)處理的水打入活性炭濾柱內(nèi)進(jìn)行活性炭吸附,通過對多項(xiàng)參數(shù)的測量,分析研究活性炭對原水中有機(jī)污染物的吸附去除效果。

2.2 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置如圖1所示。活性炭濾柱采用不銹鋼材質(zhì),直徑D=500 mm,柱高 H=3400 mm。在濾柱中承托層厚 500 mm,活性炭碳層厚 1.5 m。承托層以鵝卵石和粗砂組成,級配如表 2所示。活性炭濾料為顆粒狀,選用承德宏偉活性炭廠生產(chǎn)的 GWB-20型凈水活性炭,其性能參數(shù)見表 3。

原水經(jīng)常規(guī)水處理后再由水泵打入活性炭濾柱中,采用向下流方式運(yùn)行。

表2 活性炭柱承托層級配

圖1 試驗(yàn)工藝流程圖

表3 GW B-20型凈水活性炭的主要性能指標(biāo)

2.3 分析項(xiàng)目

實(shí)驗(yàn)過程中,主要的分析項(xiàng)目和測定方法如下。

(1)pH值：用北京屹源 F-20酸度計(jì)測定。

(2)溫度和溶解氧：用 HANN A HI9145溶解氧儀測定。

(3)化學(xué)需氧量(CODMn)：用高錳酸鉀法,據(jù)《水質(zhì)分析方法國家標(biāo)準(zhǔn)》(GB 11892-89)測定。

(4)溶解性化學(xué)需氧量(DCODMn)：用 0.45μ m的濾膜過濾后測定。

(5)UV254：水樣經(jīng) 0.45μ m膜過濾后,用 TU1800紫外-可見分光光度計(jì)測定。

(6)氨氮：用納試劑分光光度法,據(jù)《水質(zhì)分析方法國家標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5750-85)測定。

(7)亞硝酸鹽氮：用重氮化偶合分光光度法,據(jù)《水質(zhì)分析方法國家標(biāo)準(zhǔn)》(GB7493-87)測定。

(8)水中三鹵甲烷含量：用毛細(xì)管頂空進(jìn)樣氣相色譜法測定。

(9)總有機(jī)碳(TOC)：燃燒氧化,用非分散紅外吸收法(HJ/T71-2001)測定。

(10)四氯化碳：用氣相色譜法測定。

(11)三鹵甲烷生成勢(T HMFP)：參照美國標(biāo)準(zhǔn)方法測定。

(12)濁度 (NTU)：用 HANNA LP2000-11濁度儀測定。

(13)余氯：用 3,3′,5′,5′-四甲基聯(lián)苯胺比色法測定。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 活性炭對濁度的去除

濁度的去除主要由常規(guī)處理階段的砂濾柱來處理,活性炭慮柱進(jìn)水濁度一般在 1 NTU左右,活性炭濾柱進(jìn)出水濁度值如表 4所示。從表 4可看出,試驗(yàn)期間活性炭出水濁度已達(dá)到較好出水濁度標(biāo)準(zhǔn)。

表4 活性炭對濁度的去除

3.2 活性炭對 CODMn的去除

活性炭吸附工藝對于 CODMn的去除效果如圖2所示。從圖2可看到,CODMn去除效果明顯,CODMn濃度從進(jìn)水的 1.8～3.54 mg/L降至 1.5～0.53mg/L,出水的平均值只有 1.18 mg/L,平均去除率為 66.6%,最高達(dá)73.7%。其出水水質(zhì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于世界衛(wèi)生組織 2.5 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)。有關(guān)研究表明,當(dāng)水中 CODM n＜2.0 mg/L時,水中微量有機(jī)污染物基本都低于致病、致害閾值,在加氯消毒后也不易產(chǎn)生有機(jī)氯化物,所以本試驗(yàn)中活性炭柱的出水完全能達(dá)到安全飲用水的要求。

圖2 活性炭對 CODMn的去除

3.3 活性炭對氨氮的去除

活性炭對于氨氮的去除效果見圖3。分析結(jié)果顯示,在水溫為 26℃并有充足的溶解氧的條件下,活性炭對氨氮的去除率高達(dá) 97.27%,這表明微生物對氨氮去除的積極作用,并說明了活性炭具有良好的掛膜生長能力。

圖3 活性炭對氨氮的去除作用

3.4 活性炭對亞硝酸鹽氮的去除

活性炭進(jìn)水的亞硝酸鹽的含量非常低,出水的亞硝酸鹽的含量高于其進(jìn)水值,其原因是由于活性炭具有還原作用,導(dǎo)致水中的亞硝酸鹽積累。

3.5 活性炭對 UV254的去除

UV254是指 254 nm波長下水樣的紫外吸光度,是反映水中能吸收紫外光的有機(jī)物的一種綜合指標(biāo)。水中不少的有機(jī)物在 254 nm處都有吸收峰,如芳香族化合物、具有共軛雙鍵的化合物、含氮有機(jī)物等。UV254可以反映出水中有機(jī)物的多少,它的數(shù)據(jù)變化可以反映不同工藝對水中有機(jī)物的去除率[2]。

活性炭對于 UV254的去除效果見表 5。由表 5可知,活性炭對 UV254的去除效果非常好,活性炭柱進(jìn)水的UV254的平均值為 0.0334,出水的 UV254的平均值為 0.0092,平均去除率為 70.5%?；钚蕴勘憩F(xiàn)出良好的去除有機(jī)物的能力。

表5 活性炭對 UV254的去除

3.6 活性炭對 TOC的去除

用 TOC作為總有機(jī)物含量的替代參數(shù),它能夠反映水中有機(jī)物的數(shù)量。

活性炭對 TOC的去除效果見表 6。活性炭對 TOC同樣表現(xiàn)出了良好的去除效果,去除率高達(dá) 52.7%。這充分說明了活性炭具有優(yōu)異的去除有機(jī)物的能力。

表6 活性炭對 TOC的去除效果

3.7 活性炭對三氯甲烷和四氯化碳的去除

飲用水中檢測到的三鹵甲烷類消毒副產(chǎn)物共有 4種,即三氯甲烷(氯仿)、二氯一溴甲烷、一氯二溴甲烷和三溴甲烷(溴仿),其中氯仿約占總?cè)u甲烷含量的 90%以上。本實(shí)驗(yàn)期間正值藻類高發(fā)期,對原水進(jìn)行了預(yù)氯化殺藻,除水中天然有機(jī)物外,藻類及其分解代謝產(chǎn)物、細(xì)胞外生成物都能生成大量的THMs,所以試驗(yàn)以氯仿作為THMs的代表物質(zhì),研究活性炭對消毒副產(chǎn)物的去除效果[3]。

活性炭對三氯甲烷和四氯化碳的去除效果見表 7和表 8。試驗(yàn)結(jié)果表明,活性炭對三氯甲烷有穩(wěn)定的去除率,平均達(dá) 94.5%。運(yùn)行期間,活性炭柱出水的氯仿含量始終低于 1μ g/L,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國家生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)(60μ g/L)。一方面由于原水中含有的三氯甲烷的量相對較低(低于 60μ g/L),另一方面也說明了活性炭具有優(yōu)良的去除氯仿的能力。活性炭柱對三氯甲烷前體物的去除效果明顯,平均達(dá) 72.2%。這也充分表現(xiàn)出活性炭濾柱在控制消毒副產(chǎn)物方面起到的重要作用,也證實(shí)了常規(guī)處理之后設(shè)置活性炭柱的必要性。

此實(shí)驗(yàn)中,由于四氯化碳含量較低,因此對四氯化碳的去除率不明顯。

表7 活性炭對三濾甲烷和四氯化碳的去除效果

表8 活性炭對三氯甲烷前體物的去除效果

4 結(jié)論

1)活性炭濾柱在原水濁度較低的情況下,可以將濁度進(jìn)一步降低,平均出水濁度僅為 0.22 NTU。

2)活性炭對有機(jī)物的去除效果明顯,其出水的 CODM n平均僅為 0.95 mg/L,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國家飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn) 3 mg/L,也低于我國飲用凈水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的飲用水深度凈化后 CODMn小于 2 mg/L的要求?；钚蕴繉?TOC的去除率為 34.9%,活性炭單獨(dú)吸附去除的有機(jī)物量是經(jīng)混凝、沉淀和砂濾 3個單元去除的有機(jī)物總量的 1.2倍,說明活性炭吸附對有機(jī)物的去除在整個工藝中占有重要地位。

3)活性炭對氯仿的去除率為 94.7%,試驗(yàn)表明,將活性炭置于常規(guī)處理工藝之后,可有效緩解因預(yù)氯化的常規(guī)工藝處理之后的氯仿含量增加的不利現(xiàn)象。

[1]王占生,劉文君.微污染水源飲用水處理 [M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2001,167.

[2]孫麗娜.活性炭對水中微量有機(jī)物的凈化效能與處理工藝中試研究[D].天津：天津大學(xué),2003,43-44.

[3]王琳,王寶貞.優(yōu)質(zhì)飲用水凈化技術(shù) [M].北京：科學(xué)出版社,2000,216.