用分子量法对青甸湖水源水中有机物分布及去除的研究
摘要：本文通过对青甸湖水源水及生物陶粒小试工艺各单元出水中不同分子量的可溶解性有机物的分布(含量)进行测定，从而 分析 了水源水有机物的含量，各单元工艺对有机物的去除情况及各单元工艺的互补性。
关键词：分子量法 有机物分布及去除 青甸湖
一、概况
青甸湖位于绍兴市区以西，录属鉴湖水系，水量丰富，是绍兴市自来水总公司西郭水厂的取水源。近年来由于多种原因，湖水水质逐年恶化，有机物及藻类含量较高，呈富营养化状态。
由于有机污染引起的滤池堵塞，净水成本增加，消毒副产物增多以及管网水中细菌再繁殖等 问题 ，对传统的净水工艺提出挑战，为此绍兴水司与清华大学环境工程系合作，建立生物处理小试工艺，对青甸湖水源水中有机物的去除进行 研究 。据资料反馈，针对水中有机物， 目前 可采用测定分子量大小及分布、Ames试验致突变物、可同化有机物(AOC)等手段对其进行研究。而有机物的形态及大小是 影响 有机物在水中的物理、化学及生物化学行为的重要因素，了解水中有机物的分子量分布及特性是净水工艺研究的有力依据。因而，本文通过测定不同分子量的有机物的分布情况，对小试工艺各单元对不同分子量有机物的去除情况进行了研究。
二、小试工艺及分子量测定 方法
(一)小试工艺
1、工艺流程：根据青甸湖水源水有机物含量高，呈富营养化状态的水质特点，在绍兴市自来水总公司青甸湖取水口建立了一套小试装置，其流程如图2-1所示：
2、工艺设备：
(1)水泵DBZ-250-28-40型
(2)空压机：V-0.67/7型
(3)高位水箱：0.5×0.5×0.5M3
(4)混合池反应：¢140mm,高0.23m
(5)斜板沉淀池：1.3×0.3×0.7M3,斜板0.3×0.3M2,斜板间距0.1m
(6)调节水箱：0.5×0.5×0.5M3
(7)生物陶粒柱：¢230mm,高4m，陶粒层厚2m
(8)砂滤柱：¢100mm，高4m,0.8～1.0mm均质滤砂，滤层厚1.2m
(9)活性炭吸附柱：¢100mm，活性炭层高1.2m,ZJ-15型炭
3、运行参数
(1)陶粒柱：滤速4m/h;反冲周期7天;反冲强度气为151/m2.s、水为10～151/m2.s。
(2)活性炭：接触时间10min;滤速10m/h。
(二)测定方法
有机物分子量分布的测定采用膜过滤法。采用一系列超滤膜，通过级级过滤，得到不同分子量下的溶液，进一步测定溶液的有机物特性，从而获得待测水样不同分子量下有机物的特性。(具体由清华大学环境工程实验室测定)
三、实验结果及 分析
(一)实验结果：
1、原水及各单元出水中小于某一分子量的有机物的分布(含量)见表3-1及图3-2。
| 分子量（D） | 原水DOC | 混凝沉淀出水DOC | 生物陶粒出水DOC | 活性炭出水DOC | ||||
| 绝对值（mg/l | 占总量的百分比（%） | 绝对值（mg/l) | 占总量的百分比（%） | 绝对值（mg/l) | 占总量的百分比（%） | 绝对值（mg/l) | 占总量的百分比（%） | |
| 〈500 | 1.670 | 33.6 | 1.610 | 34.0 | 0.665 | 19.8 | 0.557 | 28.1 |
| 〈1K | 2.540 | 51.1 | 3.190 | 67.3 | 1.773 | 52.8 | 0.724 | 36.6 |
| 〈3K | 3.990 | 80.3 | 4.400 | 92.8 | 2.780 | 82.8 | 1.040 | 52.5 |
| 〈10K | 4.680 | 94.2 | 4.700 | 99.2 | 2.901 | 86.4 | 1.750 | 88.4 |
| 〈100K | 4.970 | 100.0 | 4.740 | 100.0 | 3.358 | 100.0 | 1.980 | 100.0 |
2、原水及各单元工艺出水中不同分子量区间有机物分布(含量)见表3-3及图3-4。
| 分子量区间 | 原水DOC | 混凝沉淀出水DOC | 生物陶粒出水DOC | 活性炭出水DOC | ||||
| 绝对值（mg/l | 占总量的百分比（%） | 绝对值（mg/l) | 占总量的百分比（%） | 绝对值（mg/l) | 占总量的百分比（%） | 绝对值（mg/l) | 占总量的百分比（%） | |
| 0-500D | 1.670 | 33.6 | 1.610 | 34.0 | 0.665 | 19.8 | 0.557 | 28.1 |
| 500D-1K | 0.870 | 17.5 | 1.580 | 33.3 | 1.108 | 33.0 | 0.147 | 7.4 |
| 1K-3K | 1.450 | 29.2 | 1.210 | 25.5 | 1.007 | 30.0 | 0.316 | 16.0 |
| 3K-10K | 0.690 | 13.9 | 0.300 | 6.3 | 0.121 | 3.6 | 0.710 | 35.9 |
| 10K-100K | 0.290 | 5.8 | 0.040 | 0.8 | 0.457 | 13.6 | 0.230 | 11.6 |
3、各单元工艺对不同分子量有机物的去除能力见表3-5。
| 分子量区间 | 原水DOC | 混凝沉淀出水DOC | 生物陶粒出水DOC | 活性炭出水DOC | 工艺总去除率 | |||
| 数值（mg/1） | 数值（mg/1） | 去除率（%） | 数值（mg/1） | 去除率（%） | 数值（mg/1） | 去除率（%） | （%） | |
| 0-500D | 1.670 | 1.610 | 3.6 | 0.665 | 58.7 | 0.557 | 16.2 | 66.6 |
| 500D-1K | 0.870 | 1.580 | ~ | 1.108 | 29.9 | 0.147 | 86.7 | 83.1 |
| 1K-3K | 1.450 | 1.210 | 16.6 | 1.007 | 16.8 | 0.316 | 68.6 | 78.2 |
| 3K-10K | 0.690 | 0.300 | 56.5 | 0.121 | 59.7 | 0.710 | ~ | ~ |
| 10K-100K | 0.290 | 0.040 | 86.2 | 0.457 | ~ | 0.230 | 49.7 | 20.7 |
四、试验结果分析
1、出表3-1、3-3及图3-2、3-4可看出青甸湖水源水有机物含量很高(<100KD的有机物DOC值近5mg/1>)，有机物污染严重，其有机物主要是分子量小于3000道尔顿的有机物，而其中500D以下和1KD~3KD之间的有机物含量较高。
2、出表3-3、3-5及图3-4可以清楚地看出各分子量区间有机物在各单元中的去除情况：
(1)、分子量为0~500D的有机物主要在生物处理单元去除。生物处理对这部分有机物的去除率为58.7%;从小试工艺对这部分有机物的总去除率为66.6%及这部分有机物在总溶解性有机物中所占比例来看，同样说明生物处理对其去除能力最强。
(2)、分子量为500D~1KD的有机物主要经活性炭(GAC)吸附去除，GAC对其的去除达86.7%。生物生理对其也有一定的去除(近30%)。小试工艺对其总的去除率为83.1%。
(3)、分子量为1KD~3KD的有机物主要经过GAC吸附去除，GAC对其的去除近70%。混凝沉淀对其有较低的去除(近17%)。小试工艺对其总的去除率为78.2%。
(4)、分子量为3KD~10KD的有机物主要经混凝沉淀及生物处理去除，混凝沉淀及生物处理对其去除率分别为56.5%、60%。小试工艺使此部分有机物有少量增加。
(5)、分子量为10KD~100KD的有机物主要经混凝土沉淀去除，混凝沉淀对其去除率为86.2%。而生物处理使此部分有机物增，经GAC后又有部分去除，小试工艺对其总的去除仅为20.7%。可见，对于此部分有机物的去除，生物处理应置于混凝沉淀之前，以提高整个工艺的去除效率。
3、各单元工艺对不同分子量有机物的去除具有互补性。出表3-5可以看出：混凝沉淀主要去除分了量>10KD的有机物;生物处理的有效作用区间是分子量为<500D及在3KD~10KD之间的有机物，前者靠微生物的同化作用，后者靠生物的膜的吸附作用去除;GAC对分子量在500K~3KD的有机物吸附非常有效。可见，各单元工艺对溶解性有机物的去除具有明显的互补性，没哪一种单元工艺对有机物具有广谱的去除能力，因而当水源水中有机物分布较均匀时，需要将各单元工艺组合起来，才能有效去除各种分子量的有机物，提高整个工艺对有机物的整体去除效率。
五、结论
在对水源水及小试工艺各单元出水有机物分布(含量)分析的基础上，可得出如下结论：
1、青甸湖水源水有机物含量很高，有机物污染严重，其有机物主要是分子量小于3000道尔顿的有机物，而其中500D以下和1KD~3KD之间的有机物含量较高。
2、分子量为0~500D的有机物主要在生物陶料单元去除;分子量为500D~3KD的有机物主要经活性炭(GAC)吸附去除;分子量为3KD~10KD的有机物主要经混凝沉淀及生物陶料单元去除;分子量为10KD~100KD的有机物主要经混凝沉淀去除。
3、各单元工艺对溶解性有机物的去除具有明显的互补性，没哪一种单元工艺对有机物具有广谱的去除能力，当水源水中有机物分布较均匀时，需要将各单元工艺组合起来，才能有效去除各种分子量的有机物，从而提高整个工艺对有机物的整体去除率。
主要 参考 文献 ：
1、《绍兴市青甸湖饮用水处理工艺及水质分析》曹丽丽 清华人学环境工程系
2、《水质分析大全》 张宏陶主编 科学 技术出版社重庆分社
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