活性炭滤池深度处理水中有机物
摘要：生物活性炭滤池能有效去除常规工艺出水中CODMn、UV254、三氯甲烷生成势和一溴二氯甲烷生成势,但在相同水力停留时间下,新鲜活性炭滤池对这些有机物去除效果更显著。生物活性炭滤池出水二溴一氯甲烷生成势升高,而新鲜活性炭滤池对二溴一氯甲烷生成势有时有一定的去除效果。
关键词：生物活性炭滤池 新鲜活性炭滤池 生成势 去除效果
0 引言
以黄河水为源水的自来水厂,通常采用常规工艺进行处理,其水质不甚理想,这是由于黄河水水源的污染日益严重,尤其是痕量有机物污染,通过常规工艺处理虽然可以去除水中许多有毒有害物质,但对水体中有机物的去除效果却不太理想,过滤后的出水仍含有较多的有机污染物。
活性炭深度处理工艺与常规工艺相结合应是一种理想的净水方式。本研究的主要目的是:通过比较新鲜活性炭滤池和生物活性炭滤池,处理经常规工艺处理后出水中的有机物的去除效果,为将来可能兴建的以黄河为水源的安全供水工程或已有自来水厂的改造及后续运行管理提供一定参考。
1 试验工艺
本研究设备为有机玻璃制作的并联的大小不同的2种颗粒活性炭滤池,其中体积较大的活性炭滤池(称为活性炭滤池Ⅰ)内填装有已经连续运行约1.5的旧炭(可以认为挂膜成熟的生物炭),而体积较小的活性炭滤池(称为活性炭滤池Ⅱ)内填装有新炭,2种活性炭滤池的运行参数如表1所示。试验在以黄河水为源水的S自来水厂进行,试验原水为黄河水经常规工艺处理出水。原水pH约为8,水温为20~30℃,整个试验时间为70 d。
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2 试验结果与讨论
2.1 活性炭滤池对CODMn的去除
图1反映了两种活性炭滤池对CODMn的去除效果,可以看出,原水CODMn经常高于3 mg/L,但经过活性炭滤池处理后,其出水都能满足CODMn低于3 mg/L的规定。虽然活性炭滤池Ⅰ内活性炭是已经运行约1.5d的生物炭,但活性炭滤池Ⅰ对CODMn的去除仍然十分有效,这可能是由于除生物氧化作用外,微生物通过胞外酶降解微孔内吸附的有机物达到对活性炭的生物再生作用,使活性炭在达到饱和容量之后可以继续吸附少量有机物[1]。
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还可以看出,在相同水力停留时间下,活性炭滤池Ⅰ对CODMn的去除效果明显低于活性炭滤池Ⅱ对CODMn的去除效果,其中活性炭滤池Ⅰ和活性炭滤池Ⅱ对CODMn的去除率分别为12.2%~27.9%(平均值为20.3%)和17.9%~52.7%(平均值为31.1%)。
此外,在试验期间内活性炭滤池Ⅱ对CODMn的去除规律随时间变化不明显,即滤池内活性炭上生物膜的发育成熟过程对CODMn的影响不明显。
2.2 活性炭滤池对UV254的去除
水和废水中的一些有机物如木质素、腐殖质和各种芳香族有机物都是苯的衍生物,而且是天然水体和污水二级处理出水中的主要有机物,常用UV254作为它们在水中含量的替代参数。图2反映了2种活性炭滤池对UV254的去除效果,可以看出,在相同水力停留时间下,活性炭滤池Ⅰ对UV254的去除效果远远低于活性炭滤池Ⅱ对UV254的去除效果,其中活性炭滤池Ⅰ和活性炭滤池Ⅱ对UV254的去除率分别为3%~38.2%(平均值为21.9%)和38.7%~77.6%(平均值为55.9%)。在波长254 nm下存在吸光度的物质主要为大分子的芳香族化合物,其分子结构复杂,生物降解性很差,因而微生物主要是通过吸附作用去除它们,而生物氧化作用不高[2]。对于活性炭滤池Ⅰ内的活性炭,其吸附容量已经饱和,因而对大分子的芳香族化合物吸附作用较弱;而对于活性炭滤池Ⅱ内的活性炭,在本试验期间内,即使在生物膜的发育成熟过程中,其吸附容量仍没有达到饱和,因而能有效吸附大分子的芳香族化合物。
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2.3 活性炭滤池对消毒副产物前体物的去除
近20年来,人们逐渐发现,氯作为消毒剂在杀死致病菌的同时却生成一些致癌的消毒副产物,其中挥发性的三卤甲烷(THMs)是重要的消毒副产物。消毒副产物生成势间接代表了水中消毒副产物前体物的多少。张金松等研究发现生物活性炭对三卤甲烷生成势的去除效果很有限[3],但Miltner等研究发现生物处理对三卤甲烷生成势有较好的去除[4]。
图3反映了2种活性炭滤池对三氯甲烷生成势的去除效果,可以看出,活性炭滤池Ⅰ对三氯甲烷生成势仍有一定的去除效果,对三氯甲烷生成势的去除率为7.2%~46.8%(平均值为19.8%),而活性炭滤池Ⅱ对三氯甲烷生成势有很高的去除效果,其去除率为31.3%~67.2%(平均值为54.1%),这说明三氯甲烷的前体物主要通过吸附作用去除,而生物氧化作用去除效果相对较弱。
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此外,在试验期间内活性炭滤池Ⅱ对三氯甲烷生成势的去除规律随时间变化也不明显,即滤池内活性炭上生物膜的发育成熟过程对三氯甲烷生成势的影响不明显。
图4反映了2种活性炭滤池对一溴二氯甲烷生成势的去除效果,可以看出,活性炭滤池Ⅰ对一溴二氯甲烷生成势也有一定的去除效果,对一溴二氯甲烷生成势的去除率为2.8% ~ 27.3% (平均值为11.8%),而活性炭滤池Ⅱ对一溴二氯甲烷生成势有较高的去除效果,其去除率为10.8%~83.2%(平均值为38.9%),这也说明一溴二氯甲烷的前体物主要通过吸附作用去除,而生物氧化作用的去除效果相对较弱。此外,在试验期间内活性炭滤池Ⅱ对一溴二氯甲烷生成势的去除规律随时间变化也不明显,即滤池内活性炭上生物膜的发育成熟过程对一溴二氯甲烷生成势的影响不明显。
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图5反映了2种活性炭滤池对二溴一氯甲烷生成势的去除效果,可以看出,活性炭滤池Ⅰ对二溴一氯甲烷生成势不但没有去除效果,反而会引起出水中二溴一氯甲烷生成势的升高;而对于活性炭滤池Ⅱ其对二溴一氯甲烷生成势的去除效果没有明显规律性,有时活性炭滤池Ⅱ对二溴一氯甲烷生成势有一定的去除效果,但有时反而会引起出水中二溴一氯甲烷生成势的升高,其原因尚不清楚。由此也可以看出活性炭滤池对三氯甲烷生成势、一溴二氯甲烷生成势与二溴一氯甲烷生成势的作用机理不同。
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3 结论
常规工艺处理出水经2种活性炭滤池处理后,其出水都能满足CODMn低于3 mg/L的规定。活性炭滤池Ⅰ能有效去除原水中的CODMn、UV254、三氯甲烷生成势和一溴二氯甲烷生成势,但在相同水力停留时间下,活性炭滤池Ⅱ对这些有机物去除效果更显著。活性炭滤池Ⅰ对二溴一氯甲烷生成势不但没有去除效果,反而会引起出水中二溴一氯甲烷生成势的升高而活性炭滤池Ⅱ对二溴一氯甲烷生成势有时有一定的去除效果,但有时反而会引起出水中二溴一氯甲烷生成势的升高。活性炭滤池对三氯甲烷生成势、一溴二氯甲烷生成势与二溴一氯甲烷生成势的作用机理不同。活性炭滤池Ⅱ对CODMn、三氯甲烷生成势、一溴二氯甲烷生成势的去除规律随时间变化不明显。
参考文献
[1] 于鑫.饮用水生物活性滤池工艺与磷的限制作用及其应用.清华大学博士论文,2002.
[2] 方振东.饮用水生物处理工艺中的生物陶粒技术的应用研究.清华大学博士论文,1995.
[3] 张金松,董文艺,张红亮等.臭氧氧化-生物活性炭深度处理工艺安全性研究.给水排水,2003,29(19):1-4.
[4] Miltner R. J. and Shukaiky H.M. et al. Disinfection byproducformation and control by ozonation and biotreatment. J.AWWA,1992,84(11):53-62.
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