70%多孔彈性濾料—活性炭聯(lián)合工藝應(yīng)用于飲用水深度處理效果的研究

摘要：著重研究70%多孔彈性濾料-活性炭聯(lián)合工藝在不同進(jìn)水溫度及不同進(jìn)水濃度時(shí)對(duì)飲用水中污染物的去除效果分析。試驗(yàn)結(jié)果表明，該工藝對(duì)濁度、鐵、UV254、高錳酸鹽指數(shù)、DOC、BDOC的平均去除率分別在91%、94%、32%、36%、43%、88%左右，可基本滿足膜技術(shù)處理系統(tǒng)對(duì)進(jìn)水水質(zhì)的要求，可以應(yīng)用于飲用水深度處理前的預(yù)處理，能較好地減輕后續(xù)膜技術(shù)處理的負(fù)荷。

關(guān)鍵詞：70%多孔彈性濾料；活性炭；深度處理效果

中圖分類號(hào)：X131.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2018）03-0114-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.03.066

Abstract：The removal efficiency of contaminants in drinking water with 70% porous elastic filter-activated carbon combined process at different inlet temperatures and different influent concentrations was studied emphatically. The results showed that the average removal rates of turbidity， iron， UV254， permanganate index， DOC and BDOC were 91%， 94%， 32%， 36%， 43% and 88% Meet membrane technology processing system of influent water quality requirements， can be applied to pretreatment of drinking water before the depth of treatment， can reduce the follow-up membrane technology to deal with the load.

Key words： 70% porous elastic filter； Activated carbon； Depth treatment effect

隨著人們生活水平的日益提高，對(duì)飲用水的要求也越來(lái)越高，飲用水水質(zhì)問(wèn)題直接影響著人們生活和身心健康。因此，采用以膜技術(shù)為核心的深度處理后，能有效提高飲用水中雜質(zhì)的去除率，基本滿足人們對(duì)飲用水水質(zhì)的需求。為了減輕飲用水深度處理時(shí)的膜技術(shù)處理[1]負(fù)荷，延長(zhǎng)膜的使用壽命，在膜分離裝置前設(shè)置預(yù)處理工藝，盡可能的降低水中的有機(jī)物和雜質(zhì)。因多孔彈性濾料具有耐腐蝕、拉伸性強(qiáng)、清洗方便、無(wú)不良?xì)馕丁r(jià)格便宜等性能，故本實(shí)驗(yàn)著重研究進(jìn)水→70%多孔彈性濾料→活性炭→出水的聯(lián)合工藝對(duì)水中污染物的去除效果，最大程度的簡(jiǎn)化和降低預(yù)處理的成本，減輕深度處理時(shí)的膜技術(shù)負(fù)荷。

1 70%多孔彈性濾料-活性炭聯(lián)合工藝

1.1 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置主要由圖1所示的3套尺寸相同的高位水箱和過(guò)濾柱組成。每次試驗(yàn)時(shí)，3套裝置采用同一批原水經(jīng)恒溫水浴分別控制在不同溫度范圍內(nèi)。過(guò)濾柱由內(nèi)徑5cm的聚乙烯制成，濾料填充高度24cm。依次分別填充70%多孔彈性濾料[2]和活性炭。多孔彈性濾料由剪刀剪成7mm的正方形，密度0.022g/m3，孔隙率98%，比表面積1.0×105 cm2/g，孔徑40μm；活性炭采用椰殼顆粒活性炭，粒徑分布為0.63～2.5mm，碘值≥1000mg/g。

1.2 試驗(yàn)分析方法

濁度：HACH2100濁度儀；鐵：二氮雜菲分光光度法；UV254：紫外分光光度法；高錳酸鹽指數(shù)：酸性高錳酸鉀滴定法；DOC：高溫催化燃燒法；BDOC：靜態(tài)懸浮培養(yǎng)法。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 不同進(jìn)水溫度不同進(jìn)水濃度對(duì)濁度的去除效果

水的濁度是表示水的清澈或渾濁程度，不僅與水中懸浮物質(zhì)及膠體物質(zhì)的含量有關(guān)，而且與它們的大小、形狀及折射系數(shù)等有關(guān)，是反應(yīng)水質(zhì)優(yōu)劣的一個(gè)重要指標(biāo)，它既反映水的感觀（表觀）質(zhì)量，也反映水的內(nèi)在質(zhì)量[3]。

試驗(yàn)期間進(jìn)水的濁度不穩(wěn)定，在1-8.6NTU之間，當(dāng)進(jìn)水平均溫度分別為20℃、10℃、5℃時(shí)，70%多孔彈性濾料-活性炭聯(lián)合工藝對(duì)濁度的去除率均值分別為91.1%、91.6%、90.5%，均能很好地將濁度降低至0.1-0.4NTU，說(shuō)明聯(lián)合工藝對(duì)致濁懸浮顆粒及膠體物質(zhì)的截留效果非常好，且基本不受進(jìn)水溫度進(jìn)水濁度的影響。

2.2 不同進(jìn)水溫度不同進(jìn)水濃度對(duì)鐵的去除效果

由于供水管道的老化及銹蝕，管道末端自來(lái)水中的鐵的含量增大，不僅色度增加，還會(huì)有明顯的鐵銹味。據(jù)郭曉燕[4]對(duì)膜污染物的分析表明鐵及其氧化物會(huì)導(dǎo)致膜的脫鹽率和產(chǎn)水量明顯下降，從而對(duì)膜造成不可逆的污染，因此生活飲用水中的鐵及其化合物應(yīng)在預(yù)處理中予以除去。

試驗(yàn)期間進(jìn)水中鐵的濃度為0.12 -0.64 mg/L，進(jìn)水鐵濃度變化較大，當(dāng)進(jìn)水平均溫度分別為20℃、10℃、5℃時(shí)，70%多孔彈性濾料-活性炭聯(lián)合工藝對(duì)鐵的去除率均值分別為93.7%、94.7%、94.6%，經(jīng)聯(lián)合工藝的出水中鐵濃度都接近于0，對(duì)鐵的去除效果顯著，且處理效果基本不受溫度及濃度的影響。

2.3 不同進(jìn)水溫度不同進(jìn)水濃度對(duì)UV254的去除效果

UV254值是指水中一些有機(jī)物在波長(zhǎng)254nm處的紫外吸光度，是反映水中有機(jī)物濃度的綜合指標(biāo)，它與難揮發(fā)性總有機(jī)碳、溶解性有機(jī)碳、天然有機(jī)物等均有著良好的相關(guān)性。所以UV254可以作為水處理中多種有機(jī)物控制指標(biāo)的有效、便捷、可行的替代參數(shù)。

試驗(yàn)期間進(jìn)水中的UV254在0.022-0.039 cm-1之間變化，當(dāng)進(jìn)水平均溫度分別為20℃、10℃、5℃時(shí)，70%多孔彈性濾料-活性炭聯(lián)合工藝對(duì)UV254的去除率均值為31.9%、32.4%、32.1%，工藝對(duì)UV254的去除率較穩(wěn)定，不受進(jìn)水溫度的影響；出水中UV254濃度與進(jìn)水中UV254濃度成正比，去除效果受進(jìn)水濃度的影響較大。

2.4 不同進(jìn)水溫度不同進(jìn)水濃度對(duì)高錳酸鹽指數(shù)的去除效果

高錳酸鹽指數(shù)是指在一定條件下，以高錳酸鉀為氧化劑，處理水樣時(shí)所消耗的氧化劑的物質(zhì)總量。由于地下水中無(wú)機(jī)還原物質(zhì)含量較少，而有機(jī)物含量相對(duì)較多，因此高錳酸鹽指數(shù)也在一定程度上反映了有機(jī)物的濃度。

試驗(yàn)期間進(jìn)水中高錳酸鹽指數(shù)介于1.09 -2.00 mg/L，當(dāng)進(jìn)水平均溫度分別為20℃、10℃、5℃時(shí)，70%多孔彈性濾料-活性炭聯(lián)合工藝對(duì)高錳酸鹽指數(shù)的去除率均值為44.4%、34.8%、28.8%，對(duì)高錳酸鹽指數(shù)的去除有一定作用，去除率與進(jìn)水溫度成正比，隨著進(jìn)水溫度的升高，工藝對(duì)高錳酸鹽指數(shù)的去除率逐步提高至44.4%；去除效果受進(jìn)水中高錳酸鹽指數(shù)影響較大，與進(jìn)水濃度成正比。

2.5 不同進(jìn)水溫度不同進(jìn)水濃度對(duì)DOC的去除效果

DOC是TOC中的一部分，是指通過(guò)0.45μm濾膜且在以后用于其測(cè)定的分析過(guò)程中不因蒸發(fā)而丟失的溶解態(tài)有機(jī)物質(zhì)，是表征水體中有機(jī)物含量和生物活動(dòng)水平的重要參數(shù)。有研究結(jié)果表明溶解性有機(jī)物的膜孔吸附是產(chǎn)生不可恢復(fù)膜污染的重要因素[5]，因此，在預(yù)處理過(guò)程中降低溶解性有機(jī)物的含量對(duì)減輕后續(xù)膜處理負(fù)荷極為重要。

試驗(yàn)期間進(jìn)水中DOC含量在1.72-2.23 mg/L之間變化，當(dāng)進(jìn)水平均溫度分別為20℃、10℃、5℃時(shí)，70%多孔彈性濾料-活性炭聯(lián)合工藝對(duì)DOC的去除率均值分別為45.4%、48.3%、36.5%。試驗(yàn)結(jié)果表明，工藝對(duì)DOC的去除率隨著溫度的升高逐步提升至45.4%-48.3%左右；出水DOC濃度與進(jìn)水DOC濃度基本成正比關(guān)系，去除效果受進(jìn)水DOC濃度影響較大。

2.6 不同進(jìn)水溫度不同進(jìn)水濃度對(duì)BDOC的去除效果

BDOC又名生物可降解溶解性有機(jī)碳，是指DOC中可被細(xì)菌利用的部分，是細(xì)菌生長(zhǎng)的物質(zhì)和能量的主要來(lái)源。因此，BDOC可以作為一種評(píng)估細(xì)菌再生可能性的參數(shù)，是評(píng)價(jià)飲用水生物穩(wěn)定性的重要指標(biāo)之一。

試驗(yàn)期間進(jìn)水中BDOC含量在0.56-1.67 mg/L之間變化，當(dāng)進(jìn)水平均溫度分別為20℃、10℃、5℃時(shí)，70%多孔彈性濾料-活性炭聯(lián)合工藝對(duì)BDOC的去除率均值分別為83.2%、88.4%、91.1%，去除效果與進(jìn)水濃度無(wú)顯著影響，去除率受進(jìn)水溫度略有波動(dòng)，隨著進(jìn)水溫度的降低，其對(duì)BDOC的去除率趨于穩(wěn)定，維持在91%左右。有研究表明，當(dāng)BDOC<0.2 mg/L時(shí)，細(xì)菌停止生長(zhǎng)繁殖，該水可以評(píng)價(jià)為生物穩(wěn)定性水[6]。工藝在20℃、10℃、5℃時(shí)BDOC出水平均濃度分別為0.164 mg/L、0.125 mg/L、0.100 mg/L，該工藝的出水滿足生物穩(wěn)定水的標(biāo)準(zhǔn)。

73 結(jié)論

（1）70%多孔彈性濾料-活性炭聯(lián)合工藝對(duì)濁度、鐵均有非常好的去除效果，基本不受進(jìn)水溫度及進(jìn)水濃度的影響，去除率均能穩(wěn)定在91%以上；（2）工藝對(duì)UV254的去除率與進(jìn)水溫度無(wú)明顯關(guān)系，穩(wěn)定在30%左右；工藝的出水中UV254濃度與進(jìn)水中UV254濃度呈正比例關(guān)系，去除效果受進(jìn)水濃度的影響較大；（3）工藝對(duì)高錳酸鹽指數(shù)、DOC的去除效果也較明顯，與進(jìn)水濃度及進(jìn)水溫度成正比，隨著進(jìn)水溫度的升高，高錳酸鹽指數(shù)的去除率從28.8%逐步提高至44.4%，DOC的去除率從36.5%逐步提高至45.4%-48.3%左右；（4）工藝對(duì)BDOC的去除效果顯著，去除率受進(jìn)水溫度略有影響，隨著進(jìn)水溫度的降低去除率呈上升趨勢(shì)，并維持在91%以上。試驗(yàn)結(jié)果表明，70%多孔彈性濾料-活性炭聯(lián)合工藝對(duì)水中污染物去除效果明顯，利用微生物的生物降解作用凈化水體，降低水中的有機(jī)物和雜質(zhì)，整個(gè)工藝出水水質(zhì)較好，能達(dá)到預(yù)處理的要求，同時(shí)可以最大程度的簡(jiǎn)化預(yù)處理的工藝和降低預(yù)處理的成本，能較好地緩解后續(xù)膜處理的負(fù)荷。

參考文獻(xiàn)

[1]董秉直，曹達(dá)文，范瑾初.膜技術(shù)應(yīng)用于凈水處理的研究和現(xiàn)狀[J].給水排水，1999，25（1）：28-31.

[2]丁國(guó)際，楊開(kāi)亮，沈成媛，等.多孔彈性濾料對(duì)飲用水中有機(jī)物的去除[J].水處理技術(shù)，2009， 35（1）：91-93.

[3]岳舜琳.水的濁度問(wèn)題[J].中國(guó)給水排水，1995，11（4）：33.

[4]郭曉燕，侯毅 用于自來(lái)水深度處理的MF膜污染的清洗方法研究[J].中國(guó)給水排水，2006，22（5）：69-72.

[5]苗瑞.溶解性有機(jī)物對(duì)超濾膜污染的微觀作用力測(cè)試與機(jī)制解析[D].西安：西安建筑科技大學(xué)， 2015.

[6]李欣，袁一星，馬建薇，等.BDOC值對(duì)管網(wǎng)水生物穩(wěn)定性的影響[J].中國(guó)給水排水，2004， 20（8）：10-12.

收稿日期：2918-01-27

作者簡(jiǎn)介：龔敏（1986-），女，本科，工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境監(jiān)測(cè)。