活性炭对原水中有机污染物去除效果的研究

朱文发,郭 雷

(1.廊坊市人民医院 总务科,河北 廊坊 065000;2.河北省临西县水务局,河北 临西 054900)

随着水源污染的加剧和物质生活水平的提高,传统常规的给水处理工艺在出水水质上已经不能满足生产和生活的需要。在三卤甲烷等氯消毒副产物被愈加关注的今天,开发安全高效的给水深度处理工艺势在必行。活性炭吸附技术是完善常规处理工艺,进一步去除原水中有机污染物的有效方法,世界上有成百座应用颗粒活性炭的水厂正在运行[1]。本实验目的就是研究活性炭吸附对原水中有机污染物的去除效果,实验结果表明活性炭吸附法可以进一步降低水中的浊度、对有机污染物的去除效果明显,可有效缓解因预氯化的常规工艺处理之后的氯仿含量增加的不利现象,出水水质明显好于现行国家标准。

1 原水水质

试验原水采用龙河水。龙河水在夏季呈富营养化状态,水中藻类旺盛,呈现“高藻类、低碱度、高 pH值、低溶解氧”的特点。试验期间水质指标如表 1所示。

表1 试验期间原水水质

2 试验装置与方法

2.1 试验方法

本试验针对原水的水质特点,对原水进行常规处理+活性炭处理。首先对被轻度污染的地表水利用常规给水处理工艺进行处理,然后,将经过常规处理的水打入活性炭滤柱内进行活性炭吸附,通过对多项参数的测量,分析研究活性炭对原水中有机污染物的吸附去除效果。

2.2 试验装置

试验装置如图1所示。活性炭滤柱采用不锈钢材质,直径D=500 mm,柱高 H=3400 mm。在滤柱中承托层厚 500 mm,活性炭碳层厚 1.5 m。承托层以鹅卵石和粗砂组成,级配如表 2所示。活性炭滤料为颗粒状,选用承德宏伟活性炭厂生产的 GWB-20型净水活性炭,其性能参数见表 3。

原水经常规水处理后再由水泵打入活性炭滤柱中,采用向下流方式运行。

表2 活性炭柱承托层级配

图1 试验工艺流程图

表3 GW B-20型净水活性炭的主要性能指标

2.3 分析项目

实验过程中,主要的分析项目和测定方法如下。

(1)pH值：用北京屹源 F-20酸度计测定。

(2)温度和溶解氧：用 HANN A HI9145溶解氧仪测定。

(3)化学需氧量(CODMn)：用高锰酸钾法,据《水质分析方法国家标准》(GB 11892-89)测定。

(4)溶解性化学需氧量(DCODMn)：用 0.45μ m的滤膜过滤后测定。

(5)UV254：水样经 0.45μ m膜过滤后,用 TU1800紫外-可见分光光度计测定。

(6)氨氮：用纳试剂分光光度法,据《水质分析方法国家标准》(GB 5750-85)测定。

(7)亚硝酸盐氮：用重氮化偶合分光光度法,据《水质分析方法国家标准》(GB7493-87)测定。

(8)水中三卤甲烷含量：用毛细管顶空进样气相色谱法测定。

(9)总有机碳(TOC)：燃烧氧化,用非分散红外吸收法(HJ/T71-2001)测定。

(10)四氯化碳：用气相色谱法测定。

(11)三卤甲烷生成势(T HMFP)：参照美国标准方法测定。

(12)浊度 (NTU)：用 HANNA LP2000-11浊度仪测定。

(13)余氯：用 3,3′,5′,5′-四甲基联苯胺比色法测定。

3 试验结果与讨论

3.1 活性炭对浊度的去除

浊度的去除主要由常规处理阶段的砂滤柱来处理,活性炭虑柱进水浊度一般在 1 NTU左右,活性炭滤柱进出水浊度值如表 4所示。从表 4可看出,试验期间活性炭出水浊度已达到较好出水浊度标准。

表4 活性炭对浊度的去除

3.2 活性炭对 CODMn的去除

活性炭吸附工艺对于 CODMn的去除效果如图2所示。从图2可看到,CODMn去除效果明显,CODMn浓度从进水的 1.8～3.54 mg/L降至 1.5～0.53mg/L,出水的平均值只有 1.18 mg/L,平均去除率为 66.6%,最高达73.7%。其出水水质远远优于世界卫生组织 2.5 mg/L的标准。有关研究表明,当水中 CODM n＜2.0 mg/L时,水中微量有机污染物基本都低于致病、致害阈值,在加氯消毒后也不易产生有机氯化物,所以本试验中活性炭柱的出水完全能达到安全饮用水的要求。

图2 活性炭对 CODMn的去除

3.3 活性炭对氨氮的去除

活性炭对于氨氮的去除效果见图3。分析结果显示,在水温为 26℃并有充足的溶解氧的条件下,活性炭对氨氮的去除率高达 97.27%,这表明微生物对氨氮去除的积极作用,并说明了活性炭具有良好的挂膜生长能力。

图3 活性炭对氨氮的去除作用

3.4 活性炭对亚硝酸盐氮的去除

活性炭进水的亚硝酸盐的含量非常低,出水的亚硝酸盐的含量高于其进水值,其原因是由于活性炭具有还原作用,导致水中的亚硝酸盐积累。

3.5 活性炭对 UV254的去除

UV254是指 254 nm波长下水样的紫外吸光度,是反映水中能吸收紫外光的有机物的一种综合指标。水中不少的有机物在 254 nm处都有吸收峰,如芳香族化合物、具有共轭双键的化合物、含氮有机物等。UV254可以反映出水中有机物的多少,它的数据变化可以反映不同工艺对水中有机物的去除率[2]。

活性炭对于 UV254的去除效果见表 5。由表 5可知,活性炭对 UV254的去除效果非常好,活性炭柱进水的UV254的平均值为 0.0334,出水的 UV254的平均值为 0.0092,平均去除率为 70.5%。活性炭表现出良好的去除有机物的能力。

表5 活性炭对 UV254的去除

3.6 活性炭对 TOC的去除

用 TOC作为总有机物含量的替代参数,它能够反映水中有机物的数量。

活性炭对 TOC的去除效果见表 6。活性炭对 TOC同样表现出了良好的去除效果,去除率高达 52.7%。这充分说明了活性炭具有优异的去除有机物的能力。

表6 活性炭对 TOC的去除效果

3.7 活性炭对三氯甲烷和四氯化碳的去除

饮用水中检测到的三卤甲烷类消毒副产物共有 4种,即三氯甲烷(氯仿)、二氯一溴甲烷、一氯二溴甲烷和三溴甲烷(溴仿),其中氯仿约占总三卤甲烷含量的 90%以上。本实验期间正值藻类高发期,对原水进行了预氯化杀藻,除水中天然有机物外,藻类及其分解代谢产物、细胞外生成物都能生成大量的THMs,所以试验以氯仿作为THMs的代表物质,研究活性炭对消毒副产物的去除效果[3]。

活性炭对三氯甲烷和四氯化碳的去除效果见表 7和表 8。试验结果表明,活性炭对三氯甲烷有稳定的去除率,平均达 94.5%。运行期间,活性炭柱出水的氯仿含量始终低于 1μ g/L,远远低于国家生活饮用水标准(60μ g/L)。一方面由于原水中含有的三氯甲烷的量相对较低(低于 60μ g/L),另一方面也说明了活性炭具有优良的去除氯仿的能力。活性炭柱对三氯甲烷前体物的去除效果明显,平均达 72.2%。这也充分表现出活性炭滤柱在控制消毒副产物方面起到的重要作用,也证实了常规处理之后设置活性炭柱的必要性。

此实验中,由于四氯化碳含量较低,因此对四氯化碳的去除率不明显。

表7 活性炭对三滤甲烷和四氯化碳的去除效果

表8 活性炭对三氯甲烷前体物的去除效果

4 结论

1)活性炭滤柱在原水浊度较低的情况下,可以将浊度进一步降低,平均出水浊度仅为 0.22 NTU。

2)活性炭对有机物的去除效果明显,其出水的 CODM n平均仅为 0.95 mg/L,远远低于国家饮用水卫生标准 3 mg/L,也低于我国饮用净水水质标准规定的饮用水深度净化后 CODMn小于 2 mg/L的要求。活性炭对 TOC的去除率为 34.9%,活性炭单独吸附去除的有机物量是经混凝、沉淀和砂滤 3个单元去除的有机物总量的 1.2倍,说明活性炭吸附对有机物的去除在整个工艺中占有重要地位。

3)活性炭对氯仿的去除率为 94.7%,试验表明,将活性炭置于常规处理工艺之后,可有效缓解因预氯化的常规工艺处理之后的氯仿含量增加的不利现象。

[1]王占生,刘文君.微污染水源饮用水处理 [M].北京：中国建筑工业出版社,2001,167.

[2]孙丽娜.活性炭对水中微量有机物的净化效能与处理工艺中试研究[D].天津：天津大学,2003,43-44.

[3]王琳,王宝贞.优质饮用水净化技术 [M].北京：科学出版社,2000,216.