微污染水處理的試驗與生產(chǎn)

【摘 要】隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展不斷壯大，隨之也引發(fā)了一系列的環(huán)境問題，環(huán)境污染已導(dǎo)致很多城市市民的飲用水遭到或多或少的污染，造成這種局面，供水公司則采取相應(yīng)的策略來應(yīng)對微污染水的處理，以使市民能飲用到安全健康的水源。基于此，本文主要針對微污染水處理的試驗與生產(chǎn)方法進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】微污染水；高錳酸鉀；處理；試驗；生產(chǎn)

飲用水遭到有機物的污染，導(dǎo)致某些指標(biāo)超出飲用水源所規(guī)定的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的水就是微污染水[1]。在一般情況下，水的處理工藝中包含混凝沉淀與加氯消毒，其中有些微量有機污染物在加氯消毒中極易產(chǎn)生大量的消毒副產(chǎn)物，這必然會對人體健康造成一定的威脅。本文主要是針對在前期直接過濾試驗的研究層面上，通過選取臭氧作為氧化劑，利用其強氧化性來處理污染水源方面的相關(guān)問題進(jìn)行研究。

1.試驗方法

1.1試驗水質(zhì)

試驗所選取的水質(zhì)是來自天津某凈水廠事先預(yù)沉的原水。試驗期間的水質(zhì)：濁度控制在3.53～7.55NTU；CODMn為2.67～5.89mg/L；UV254為0.035～0.058cm-1；溫度則維持在0～10℃；pH為7.3～8.1；NH4+-N質(zhì)量濃度保持在0.08～0.13mg/L范圍內(nèi)。

1.2試驗裝置

所使用的試驗設(shè)備：（1）預(yù)氧化池：選用的材料是有機玻璃材質(zhì)，高度在600mm，內(nèi)徑為250mm，水力的預(yù)留時間控制在半小時以內(nèi)；（2）臭氧接觸氧化器：材料為玻璃材質(zhì)，柱體總長度1200mm，內(nèi)徑約為70mm，通過玻璃紗板進(jìn)行曝氣，原水從砂板的上部位流入，臭氧則從砂板的底部進(jìn)入，沿著玻璃砂板形成細(xì)小的氣泡后與原水接觸。柱體的預(yù)留時間大致在半小時，在柱體的一側(cè)要設(shè)置五個出水閥門，在另一相對應(yīng)的面安裝進(jìn)水口、強制循環(huán)出水口與循環(huán)水泵；（3）絮凝池：材料為有機玻璃材質(zhì)，它由每格為 200mm×200mm的四小格組成，四格之間使用有機玻璃將其隔離，使用調(diào)節(jié)隔板可控制容積量與絮凝時間；（4）濾柱：選用的主要是有機玻璃材質(zhì)，設(shè)有兩組濾柱，一組濾柱高2400mm，內(nèi)徑100mm，濾柱兩側(cè)等距離設(shè)置20組水嘴；一組濾柱高2000mm，內(nèi)徑50mm，兩側(cè)對稱設(shè)置9組水嘴。兩組濾柱的濾料都選用的是無煙煤/石英砂，下層石英砂粒徑控制在0.8～1.0mm，厚度 400 mm，上層無煙煤粒徑則為1.0～2.0mm，厚度 500mm；（5）臭氧發(fā)生器：氧氣的來源主要是依靠內(nèi)置高濃度制氧機來提供；（6）管式混合器：長為500mm，內(nèi)徑50mm。

1.3試驗方法

使用的主要方法是玻璃電極法，PH的測定是根據(jù)Orion868-2 型 pH 計進(jìn)行計算，采用美國HACH2100AN濁度儀進(jìn)行測定水質(zhì)的濁度，CODMn的測定方法是酸性高錳酸鉀法；UV254的測定是根據(jù)TU-1800 型紫外可見分光光度計與紫外分光光度法。

1.4分析指標(biāo)及方法

在試驗前期對水質(zhì)先進(jìn)行微絮凝直接過濾，所選擇的混凝劑是 FeCl3，所加量的最適濃度為5mg/L，濾速為10m/h，微絮凝時間保持在5min。在本次實驗中增添了預(yù)氧化工藝，所選取的預(yù)氧化劑是高錳酸鉀與臭氧。試驗原水經(jīng)過預(yù)氧化-微絮凝直接過濾后，繼而測定出水的濁度、UV254、CODMn。預(yù)氧化十分鐘后選則0.5、1、1.5、2mg/L四個濃度的臭氧投加量，測定臭氧濃度的方法選用的是碘量法進(jìn)行測定，當(dāng)投加量確定后，選擇五個預(yù)氧化時間進(jìn)行不同指標(biāo)處理效果的比較。

2.臭氧預(yù)氧化對處理效果影響

2.1臭氧投入量對出水水質(zhì)的作用

（1）臭氧投入量對出水水質(zhì)的作用。臭氧因為具有強的氧化性，因而其對濁度的去除效果比較顯著，大約0.5mg/L的臭氧就可使水的濁度降為0.3NTU，如果繼續(xù)增加臭氧量的話，雖然去濁程度有增加，但是增加的幅度不是很大，最終維持在95%左右。臭氧預(yù)氧化除濁的原理在于：臭氧在水中的反應(yīng)增加了水中含氧官能團，像羧酸等，它能與金屬鹽水解所生成的產(chǎn)物形成聚合體，可起到降低無機顆粒表面NOM的靜電作用，從而引起溶解性有機物的聚合作用而形成極具吸附能力的聚合電解質(zhì)，最終形成沉淀現(xiàn)象；此外臭氧還可以清除包圍在膠體表面的有機物。（2）臭氧投入量對出水UV254的影響。臭氧預(yù)氧化對UV254的去除效果比較明顯，大約0.5mg/L的臭氧投入量就可達(dá)到接近一半的去除率，此外，UV254的去除率會隨著投加量的不斷增加而增加，投加量達(dá)到2mg/L時，UV254的去除率可達(dá)到59%。UV254的高去除率與臭氧在水中的作用原理有著不可分割的聯(lián)系，臭氧在中性或者近中性的水中，有兩種氧化形式，即直接氧化與間接氧化，它們都發(fā)揮著巨大的作用。直接氧化主要對含有不飽和鍵的有機物的作用比較明顯，間接氧化的氧化效能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于直接氧化，它能夠氧化和分解水中具有雙鍵與苯環(huán)結(jié)構(gòu)的有機物，并且不具有一定的選擇性，所有這些特點都是UV254的主要表現(xiàn)特征，所以，臭氧可以高效的降低水中UV254類有機物的含量，起到凈水的作用。（3）臭氧投入量對 CODMn的作用。隨著臭氧投入量的增加，CODMn去除率先呈現(xiàn)增長的趨勢，繼而趨向平穩(wěn)，最后保持平衡狀態(tài)，臭氧投加量在1.5mg/L時，CODMn的去除率達(dá)到了57%，如果繼續(xù)增加臭氧的投入量，則CODMn的增長速率呈現(xiàn)漸緩的狀態(tài)，增長速率變慢，臭氧預(yù)氧化處理對CODMn的去除機理與UV254部分基本一致，但是 CODMn所代表的是水中的總有機物，水中的其他非 UV254表征物主要還是借助臭氧在水中的間接反應(yīng)被清除的。

2.2預(yù)氧化時間對出水水質(zhì)的作用

預(yù)氧化時間加長，出水濁度的去除率也會增長，但是持續(xù)延長預(yù)氧化時間，去除率的增長表現(xiàn)的并不是很明顯，例如預(yù)氧化時間從5min延伸到20min，去除率僅僅從95%提升到98%。根據(jù)UV254和 CODMn隨預(yù)氧化時間的變化情況可以看出，預(yù)氧化時間控制在5到15分鐘之間，臭氧在水中去除UV254表征類物質(zhì)的能力會逐漸增強，當(dāng)超過15min后， UV254的去除率會基本維持在一定的幅度范圍內(nèi)，而對于 CODMn來說，它的去除效果達(dá)到最優(yōu)化的時間是在15min以內(nèi)，當(dāng)預(yù)氧化時間從十分鐘增至十五分鐘時，去除率可上升15%作用，如果接觸時間高于15min時，CODMn的去除率則會穩(wěn)定在 57%左右，隨著接觸時間的增多，漸緩的上升，當(dāng)達(dá)到了25min時，去除率增長的速率越來越慢，直至趨于穩(wěn)定。這主要的原因在于，在短時間內(nèi)臭氧在水中去除有機物的主要方式是直接反應(yīng)，隨著時間的不斷增長，臭氧在水中的間接反應(yīng)也漸漸穩(wěn)定，十五分鐘左右時基本反應(yīng)完全。因此，預(yù)氧化時間控制在15min左右時是1.5mg/L臭氧投加量的最佳時間。

3.結(jié)論

當(dāng)前，直接過濾使用最頻繁的是低溫低濁水處理方式，據(jù)相關(guān)調(diào)查研究表明：該工藝流程對低濁微污染水的處理效果也比較樂觀。在初期試驗中對直接過濾處理低溫低濁微污染水有過相應(yīng)的研究，而且已證實直接過濾對濁度的去除效果較明顯，可達(dá)到九成以上，但它對水中有機污染物的去除效果卻不顯著，尤其是UV254和CODMn，去除率僅為15%和 17%。該項研究在初期直接過濾試驗的基礎(chǔ)上，增添了預(yù)氧化工藝，選擇氧化性強的高錳酸鉀和臭氧作為預(yù)氧化劑，來探討預(yù)氧化工藝強化直接過濾處理低溫低濁微污染水的有效性。

我們通過對預(yù)氧化強化直接過濾處理低溫低濁微污染水的試驗研究，初步明確了臭氧預(yù)氧化工藝的最優(yōu)運行指數(shù)，即就是臭氧投加量在1.5mg/L時最佳，預(yù)氧化時間15min.水中濁度、UV254和CODMn的去除率維持在97%、57%和 57%比較適合，這時可斷定臭氧預(yù)氧化聯(lián)合直接過濾工藝對該類水質(zhì)有影響力。

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