摘要:將自來水廠濾池石英砂濾料更換為活性無煙煤,對(duì)比了石英砂、活性無煙煤濾料過濾對(duì)水中有機(jī)物的去除效果,以及這兩種濾料控制三鹵甲烷生成的效果。結(jié)果表明,將石英砂濾料更換為活性無煙煤濾料,可將CODMn平均去除率由18%提高至46%,UV254平均去除率由6%提高至58%,從而降低THMs前體物含量,使得THMFP的平均去除率由9%提高至42%。
三鹵甲烷(THMs)是飲用水處理過程中氯化消毒產(chǎn)生的一類主要副產(chǎn)物,為可疑性致癌物質(zhì)。THMs一般認(rèn)為是氯與腐殖酸、富里酸等消毒副產(chǎn)物前體物(DBPP)反應(yīng)而生成的,降低水中DBPP的方法有強(qiáng)化混凝法、化學(xué)氧化法、活性炭吸附法等。
活性無煙煤是普通的無煙煤濾料經(jīng)過特殊程序的活化制備的,具有豐富的多孔結(jié)構(gòu),有利于吸附水中有機(jī)物。本文在生產(chǎn)性試驗(yàn)的規(guī)模上對(duì)比研究了石英砂、活性無煙煤濾料過濾對(duì)DBPP的去除效果,從而控制THMs的生成,為水廠的改造提供技術(shù)參考。
1.試驗(yàn)部分
1.1 試驗(yàn)方法
將南方某水廠兩格快濾池石英砂濾料更換為活性無煙煤,處理水量為10000m3/d,濾速均為8m/h。石英砂濾料有效濾徑D10=0.90mm,濾層厚度為1.2m;活性無煙煤濾層粒徑0.8~2.0mm,厚度為1.2m,碘吸附值,在運(yùn)行初期測(cè)定為680mg/g,運(yùn)行一年后測(cè)定為650mg/g。濾池反沖洗周期與強(qiáng)度為:水沖洗周期48h,水沖強(qiáng)度15L/s m2,水沖時(shí)間10min;氣水沖洗周期7d,氣沖強(qiáng)度10L/s m2,氣沖時(shí)間2min。 該生產(chǎn)性試驗(yàn)濾池不間斷連續(xù)運(yùn)行一年時(shí)間,定期監(jiān)測(cè)耗氧量(CODMn)、 UV254等有機(jī)物指標(biāo)、三鹵甲烷生成勢(shì)潛能(THMFP)。
1.2 檢測(cè)指標(biāo)
THMs:Tekmar 3100吹掃-捕集濃縮器富集進(jìn)樣,Agilent 7890A-5975C氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀檢測(cè)三氯甲烷、二氯一溴甲烷、一氯二溴甲烷和三溴甲烷,THMs為這四種消毒副產(chǎn)物濃度之和。
THMFP:間接表征水中THMs前體物的多少。THMFP測(cè)定是在高投氯量和長(zhǎng)時(shí)間反應(yīng)的條件下,水樣能生成THMs的多少。THMFP的測(cè)定參照美國標(biāo)準(zhǔn)方法。
CODMn:酸性高錳酸鉀滴定法。
UV254:水樣經(jīng)0.45um的濾膜過濾以去除顆粒物質(zhì)引起的干擾,然后在紫外分光光度計(jì)上測(cè)定其在254nm波長(zhǎng)單位比色皿光程下的紫外吸光度。
2.結(jié)果與討論
2.1 兩種濾料對(duì)CODMn的去除效果
生產(chǎn)性試驗(yàn)不間斷運(yùn)行期間,定期監(jiān)測(cè)濾池待濾水、石英砂濾池出水、活性無煙煤濾池出水的CODMn指標(biāo),結(jié)果如圖1、表1所示。
表1 石英砂、活性無煙煤濾料對(duì)CODMn的去除效果統(tǒng)計(jì)表(單位:mg/L)
CODMn | 待濾水 | 活性無煙煤濾池出水 | 砂濾池出水 |
最大值 | 2.77 | 1.50 | 2.18 |
最小值 | 1.07 | 0.43 | 0.88 |
均值 | 1.59 | 0.84 | 1.31 |
從圖1、表1可以看出,連續(xù)運(yùn)行期間,活性無煙煤濾池出水的CODMn均小于石英砂濾池出水,活性無煙煤對(duì)CODMn的平均去除率達(dá)46%,而石英砂僅為18%。這說明,活性無煙煤與活性炭一樣,具有較高的吸附活性,能夠顯著去除水中有機(jī)物。
2.2 兩種濾料對(duì)UV254的去除效果
生產(chǎn)性試驗(yàn)不間斷運(yùn)行期間,定期監(jiān)測(cè)濾池待濾水、石英砂濾池出水、活性無煙煤濾池出水的UV254指標(biāo),結(jié)果如圖2、表2所示。
表2 石英砂、活性無煙煤濾料對(duì)UV254的去除效果統(tǒng)計(jì)表(單位:cm-1)
UV254 | 待濾水 | 活性無煙煤濾池出水 | 砂濾池出水 |
最大值 | 0.058 | 0.028 | 0.045 |
最小值 | 0.020 | 0.001 | 0.020 |
均值 | 0.031 | 0.013 | 0.029 |
紫外吸光度與DBPP含量有密切關(guān)系。通常的DBPP都含有苯環(huán)結(jié)構(gòu),會(huì)吸收與其濃度成正比的紫外輻射。UV254是指在254nm波長(zhǎng)下水中的紫外吸光度,作為衡量有機(jī)物含量的一項(xiàng)重要參數(shù),可以用作THMs前體物含量的替代參數(shù)。從圖2、表2可以看出,連續(xù)運(yùn)行期間,活性無煙煤濾池出水的UV254均遠(yuǎn)小于石英砂濾池出水,活性無煙煤對(duì)UV254的平均去除率達(dá)58%,而石英砂對(duì)UV254的去除率僅為6%。
2.3 兩種濾料控制THMs生成的效果
生產(chǎn)性試驗(yàn)不間斷運(yùn)行期間,定期監(jiān)測(cè)濾池待濾水、石英砂濾池出水、活性無煙煤濾池出水的THMFP,結(jié)果如圖3、表3所示。
表3 石英砂、活性無煙煤濾料對(duì)去除THMFP效果統(tǒng)計(jì)表(單位:ug/L)
THMFP | 待濾水 | 活性無煙煤濾池出水 | 砂濾池出水 |
最大值 | 224.88 | 123.28 | 199.82 |
最小值 | 100.59 | 46.92 | 82.71 |
均值 | 149.32 | 87.04 | 136.44 |
從圖3、表3可以看出,連續(xù)運(yùn)行期間,活性無煙煤濾池出水的THMFP均遠(yuǎn)小于石英砂濾池出水,活性無煙煤對(duì)THMFP的平均去除率達(dá)42%,而石英砂僅為9%。這說明,活性無煙煤與活性炭一樣,具有較高的吸附活性,能夠顯著去除水中有機(jī)物。這可能是活性無煙煤濾料具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)和較大的比表面積,THMs前體物通過與濾料表面的的靜電引力、范德華力及氫鍵、配位鍵等得到了吸附去除。而石英砂濾料表面光滑,無孔隙結(jié)構(gòu),去除THMs前體物的效果不明顯。THMFP去除的結(jié)果與CODMn和UV234的去除規(guī)律相一致。
3.結(jié)論
生產(chǎn)性試驗(yàn)連續(xù)運(yùn)行監(jiān)測(cè)的水質(zhì)數(shù)據(jù)表明,將石英砂濾料更換為活性無煙煤濾料,可將COD平均去除率由18%提高至46%,UV254平均去除率由6%提高至58%,從而降低THMs前體物含量,使得THMFP的平均去除率由9%提高至42%。運(yùn)行一年后,活性無煙煤濾料的碘吸附值由680mg/g下降為650mg/g,下降不明顯,對(duì)CODMn和UV254的去除率運(yùn)行初期下降較快,兩個(gè)月后基本趨于穩(wěn)定;钚詿o煙煤濾料價(jià)格約為6000元/噸,與活性炭濾料相比具有成本優(yōu)勢(shì),用于城鎮(zhèn)給水處理行業(yè)暫無相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),若要取得較好的有機(jī)物去除效果,活性無煙煤碘吸附值要不低于600mg/g。