自來(lái)水廠有機(jī)物去除規(guī)律的研究

劉 寶， 于召?gòu)?qiáng)， 孫藝禎， 張格維

(連云港市自來(lái)水有限責(zé)任公司水質(zhì)檢測(cè)中心，江蘇連云港222002)

近年來(lái)，環(huán)境水污染日益嚴(yán)重，飲用水水源污染也隨之加重，特別是有機(jī)物污染，加大了處理難度。研究水處理工藝對(duì)有機(jī)物的去除規(guī)律，可以為水廠提供依據(jù)，有助于提高對(duì)有機(jī)物的去除效率，提升出廠水水質(zhì)，保障飲用水安全。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)用水

采用2個(gè)水廠的原水、出廠水，其中1#水廠采用常規(guī)水處理工藝，2#水廠主要工藝為混凝—沉淀—臭氧氧化—生物活性炭—消毒。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

Shimadzu Sievers 5310c總有機(jī)碳測(cè)定儀、PC1158700-00便攜式余氯測(cè)定儀。 耗氧量采用高錳酸鉀法測(cè)定。

1.3 有機(jī)物的分子量分離實(shí)驗(yàn)

采用350 mL超濾杯(Amicon，Millipore8400)與孔徑分別為10，5，3和1 kDa的超濾膜組成的超濾裝置，進(jìn)行分離實(shí)驗(yàn)。分離過(guò)程中采用高壓氮?dú)饧訅?，壓力?.1～0.5 MPa，壓力大小與膜孔徑成反比。最終得到5個(gè)不同分子量區(qū)間的有機(jī)物，即<1 kDa，1～3 kDa，3～5 kDa，5～10 kDa，>10 kDa，分別測(cè)定各區(qū)間TOC的含量。

1.4 三鹵甲烷的生成勢(shì)實(shí)驗(yàn)

分析不同分子量區(qū)間段的有機(jī)物的三鹵甲烷生成勢(shì)量，研究水廠鹵代消毒副產(chǎn)物生成前驅(qū)物的情況。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 不同工藝對(duì)耗氧量的去除

夏季污染期，水廠原水的耗氧量有所升高，污染期后原水和出水耗氧量恢復(fù)正常。1#水廠對(duì)耗氧量的去除率在25%～50%，2#水廠對(duì)耗氧量的去除率在50%～75%，如圖1、圖2所示。

圖1 1#水廠污染期前后對(duì)耗氧量的去除效果Fig.1 Removal effect of oxygen consumption of 1#waterworks before and after pollution period

圖2 2#水廠污染期前后對(duì)耗氧量的去除效果Fig.2 Removal effect of oxygen consumption of 2# waterworks before and after pollution period

圖3 2#水廠各工藝對(duì)耗氧量的去除情況Fig.3 Removal of oxygen consumption of each process of 2# waterworks

從圖3可以看出，污染期間混凝、沉淀工藝對(duì)耗氧量的去除率下降，而臭氧-活性炭工藝對(duì)耗氧量的去除率升高。這是由于2個(gè)工藝段對(duì)有機(jī)物的去除原理不同，去除效果受有機(jī)物的影響也存在差別。

2.2 各工藝段對(duì)TOC的去除情況

取2#水廠的原水、砂濾后水和炭后水，分別測(cè)定各區(qū)間TOC的含量。得到2#水廠各工藝段對(duì)不同分子量區(qū)間有機(jī)物的去除情況，如表1和圖4所示。

表1 2#水廠各工藝出水有機(jī)物含量Tab.1 Organic content in effluent of each process of 2# waterworks mg·L-1

圖4 2#水廠各工藝對(duì)有機(jī)物的去除效果Fig.4 Removal effect of organic compounds by each process of waterworks

原水和各工藝段出水中，分子量小于1 kDa的有機(jī)物占大多數(shù)。其中混凝、沉淀、砂濾能去除70%以上分子量大于10 kDa的有機(jī)物，臭氧-活性炭工藝對(duì)分子量小于3 kDa的有機(jī)物的去除效果明顯。整個(gè)工藝對(duì)有機(jī)物的去除率在40%左右。

2.3 2#水廠砂濾后水鹵代消毒副產(chǎn)物生成勢(shì)分析

取100 mL容量瓶，裝入100 mL中性實(shí)驗(yàn)水樣，分別加入有效氯濃度為3，5，7，9和11 mg/L的次氯酸鈉溶液，于25 ℃培養(yǎng)箱中反應(yīng)4 h。

取5個(gè)100 mL玻璃瓶，其中1瓶加入100 mL去氯純水，測(cè)定三鹵甲烷。其余4瓶各加入100 mL以上經(jīng)10，5，3和1 kDa濾膜過(guò)濾后的水樣及相應(yīng)的氯投加量，蓋上瓶蓋，在25 ℃培養(yǎng)箱中反應(yīng)5 d，最后采用抗壞血酸脫氯。選取余氯量在3～5 mg/L的A水樣測(cè)定三鹵甲烷，各消毒副產(chǎn)物的生成勢(shì)為加氯反應(yīng)5 d后的濃度與初始濃度的差值，結(jié)果見(jiàn)表2、表3。

可以看出，氯氣消毒后產(chǎn)生三鹵甲烷的有機(jī)物，分子量大多小于1 kDa。但三鹵甲烷生產(chǎn)能力最強(qiáng)的有機(jī)物，其分子量在1～3 kDa，具體物質(zhì)需要進(jìn)一步分析。

表2 不同分子量區(qū)間的三鹵甲烷生成勢(shì)Tab.2 Potentials of trihalomethane in different molecular weight ranges mg·L-1

表3 不同分子量區(qū)間有機(jī)物的三鹵甲烷生成勢(shì)Tab.3 THMFP of organic compounds of different molecular weight ranges mg·L-1

2.4 臭氧-活性炭工藝對(duì)消毒副產(chǎn)物的去除

從表4可以看出， 水廠炭濾后出水的TOC和消毒副產(chǎn)物的生成量明顯低于砂濾后出水。臭氧-活性炭工藝對(duì)水中鹵代消毒副產(chǎn)物的前驅(qū)物去除效果明顯，對(duì)TOC、三氯甲烷和三鹵甲烷的去除率分別為21.7%、42.1%和38.2%。

表4 炭濾和砂濾后出水的消毒副產(chǎn)物生成勢(shì)Tab.4 DBPs potential of effluent after carbon and sand filtration mg·L-1

3 結(jié)論

① 水廠混凝沉淀、臭氧-活性炭工藝對(duì)耗氧量的去除率分別為25%～50%和10%～30%，整個(gè)工藝的去除率通常在50%～75%。

② 臭氧-活性炭工藝對(duì)水中三鹵甲烷前驅(qū)物的去除效果明顯。原水有機(jī)物污染物的增加降低了混凝沉淀工藝對(duì)有機(jī)物的去除率，但臭氧-活性炭工藝對(duì)有機(jī)物的去除率上升。混凝沉淀去除了水中大部分分子量大于10 kDa的有機(jī)物，臭氧-活性炭工藝對(duì)水中小于3 kDa的有機(jī)物的去除效果明顯。

③ 氯氣消毒后產(chǎn)生三鹵甲烷的有機(jī)物的分子量大多小于1 kDa，但分子量在1～3 kDa之間的有機(jī)物生成三鹵甲烷的能力最強(qiáng)。