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張雪,張璐,華偉,蔣福春 (蘇州市自來水公司,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)測分析，重點探討了臭氧活性炭工藝對有機(jī)物的去除效果、對消毒副產(chǎn)物的抑制特性和有機(jī)物的去除機(jī)理。結(jié)果表明：臭氧活性炭對有機(jī)物具有較好的去除效果，其中臭氧工藝對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CODMn去除貢獻(xiàn)基本相當(dāng)，臭氧工藝略占優(yōu)勢，TOC主要依靠活性炭工藝降解，UV254主要是通過臭氧工藝進(jìn)行分解。
關(guān)鍵詞：飲用水；臭氧活性炭；微污染水
近年來，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]。為了解決此類問題，保證優(yōu)質(zhì)供水水質(zhì)，國內(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行監(jiān)測指標(biāo)為基礎(chǔ)，深入和詳盡地分析和研究臭氧活性炭對有機(jī)物的實際去除效果和性能，以期為各大水司深度處理工藝的運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)計供水能力為30萬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m3/d。臭氧—活性炭工藝自2008年3月開始正式投運，截止到目前為止運行狀況良好。
1.2研究方法
1.2.1檢測方法
研究過程中，廠內(nèi)定期對活性炭濾池濾前、后主要水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行跟蹤化驗，以評估臭氧活性炭工藝對有機(jī)物的處理效果。CODMn和TOC均采用生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗方法檢測[10]，UV254采用紫外分光光度法測定[11,12]，儀器采用Thermo Evolution 300紫外可見分光光度計。
1.2.2計算方法
為了直觀地評價臭氧活性炭工藝中主臭氧接觸池與活性炭濾池對有機(jī)物處理的貢獻(xiàn)大小，設(shè)定了效率比指標(biāo)，計算方法公式（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，可以認(rèn)為臭氧工藝對有機(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CODMn去除效率在0~22.06%，平均去除效率為8.65%?；钚蕴抗に噷ODMn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%。活性炭工藝去除效率在2.73~18.83%，平均去除效率為11.82%，比臭氧工藝高8.64%。整個臭氧活性炭工藝對TOC的去除主要是由活性炭工藝來完成的。
h
2.3 對UV254的去除效果
UV254是在254 nm的波長下的紫外吸光度[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)實意義重大。
圖4反映了臭氧活性炭工藝對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%。整個臭氧活性炭工藝對UV254的去除主要是由臭氧工藝來完成的。
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，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CODMn去除貢獻(xiàn)基本相當(dāng)，臭氧工藝略占優(yōu)勢。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主要是通過臭氧工藝進(jìn)行分解。
由圖5可見，臭氧活性炭深度處理工藝對有機(jī)物各項指標(biāo)去除效率的降序排列為UV254>CODMn>TOC，這與國內(nèi)外水廠運行結(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。對于經(jīng)過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)于臭氧活性炭對有機(jī)物去除機(jī)理的研究對于整個工藝的設(shè)計和運行具有重要的指導(dǎo)意義，因此有必要對機(jī)理作進(jìn)一步的研究。
表1 有機(jī)物去除效率比
|
時間 |
CODMn |
TOC |
UV254 |
時間 |
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）評價
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)場未測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)的對比，由表1可見，X水廠對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，是整個處理工藝中的主要去除單元，對消毒副產(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CODMn去除貢獻(xiàn)基本相當(dāng)，臭氧工藝略占優(yōu)勢；
（2）臭氧工藝對TOC平均去除效率為3.18%，比活性碳工藝低8.64%，對TOC的去除主要是由活性炭工藝來完成的；
（3）臭氧工藝對UV254平均去除效率為27.15%，比活性碳工藝高12.79%，整個臭氧活性炭工藝對UV254的去除主要是由臭氧工藝來完成的；
（4）臭氧活性炭對UV254/DOC平均去除效率為30.8%，占整體處理效率的50%以上，是整個處理工藝中的主要去除單元，對消毒副產(chǎn)物的抑制效果較好。
參考文獻(xiàn)
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作者簡介：張雪，江蘇揚州人，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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