前后置生物活性炭工藝對(duì)有機(jī)物的去除效果比較

何小清

（上海市自來(lái)水市南有限公司，上海 200245）

黃浦江水源水受到了較嚴(yán)重的有機(jī)物污染［1］，包括溶解性有機(jī)物增多、氨氮濃度高、水體異味、藻類繁殖過(guò)度等問(wèn)題。在自來(lái)水處理過(guò)程中，有機(jī)污染物是最主要處理對(duì)象之一。隨著溫度和季節(jié)環(huán)境及微生物生活特征等條件的改變，原水水質(zhì)和各處理單元處理效果都會(huì)有一定的變化，這些變化可能對(duì)工藝選擇或參數(shù)設(shè)置產(chǎn)生影響，對(duì)提高自來(lái)水處理效果和效率都有著重要的意義。

前置炭濾池相對(duì)于后置炭濾池而言，一方面可以有效避免炭濾池初濾水的排放，節(jié)約水資源；另一方面可以利用后置的V型濾池加強(qiáng)對(duì)生物活性炭工藝段微生物泄漏可能性的預(yù)防。但是缺點(diǎn)也比較明顯，就是前置炭濾池起到部分砂濾池的功能，但更加容易堵塞，會(huì)增加沖洗頻率。一方面會(huì)加速活性炭的損耗；另一方面不利于生物膜的生長(zhǎng)，有機(jī)物的去除效果可能會(huì)差一點(diǎn)。而后置炭濾池由于其相對(duì)較長(zhǎng)的沖洗周期和前面的V型濾池起到了部分生物濾池的功能，這樣可能會(huì)使有機(jī)物的去除效果好一點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)水廠現(xiàn)有的兩種不同工藝，通過(guò)研究各工藝單元出水中的有機(jī)物變化情況，可以對(duì)兩種工藝的有機(jī)物處理效果進(jìn)行對(duì)比，得出兩種工藝在處理效果上的區(qū)別。

1 研究?jī)?nèi)容和方法

1.1 水廠現(xiàn)有工藝

本次研究針對(duì)兩種不同的飲用水組合處理工藝，是水廠三期的前置生物活性炭工藝和水廠四期的后置生物活性炭工藝，它們共用一個(gè)原水。其中三期為40萬(wàn)t/d，四期為30萬(wàn)t/d，運(yùn)行條件和各輔料加注濃度基本相同。臭氧－生物活性炭聯(lián)用工藝中生物活性炭濾池與V型砂濾池的位置關(guān)系決定了前置生物活性炭與后置生物活性炭工藝的差別。

三期為前置生物活性炭工藝，如圖1所示。

四期為后置生物活性炭工藝，如圖2所示。

圖1 前置生物活性炭工藝圖Fig.1 Fow Chart of Pre－BAC Process

圖2 后置生物活性炭工藝圖Fig.2 Flow Chart of Post－BAC Process

1.2 取樣點(diǎn)與取樣量

取樣共三次，每次共有13個(gè)水樣取樣點(diǎn)，分別為原水取水口、預(yù)臭氧出水(三期、四期)、沉淀池出水(三期、四期)、砂濾池出水(三期、四期)、后臭氧出水(三期、四期)、炭濾池出水(三期、四期)、出廠水(三期、四期)。水樣均使用2.5 L聚乙烯塑料桶取回。

三次取樣分別于2012年12月5日(冬季)，2013年3月22日(春季)，2013年5月10日(夏季)進(jìn)行。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目和方法

1.3.1 總有機(jī)碳(TOC)的測(cè)定方法

TOC反映了水中存在的溶解性和懸浮性有機(jī)碳的碳含量，是水樣中有機(jī)物總量的綜合指標(biāo)，常被用來(lái)評(píng)價(jià)水體中有機(jī)物污染的程度。

TOC的測(cè)定參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法》(GB 5750.7—2006)中的儀器分析法。使用島津產(chǎn)(TOC－L CPN CN200)TOC測(cè)定儀，檢測(cè)器為非色散紅外檢測(cè)器。

1.3.2 UV254的測(cè)定方法

UV254是20世紀(jì)70年代提出的評(píng)價(jià)水中有機(jī)污染物的指標(biāo)，其原理是水中較多有機(jī)物在200～400 nm區(qū)有吸收光譜，測(cè)定水樣的紫外吸光度可以表示水樣中的有機(jī)物含量，目前使用較多的是測(cè)定水樣在254 nm處的吸光度，即UV254。

有研究［2］表明UV254與CODMn有較好的相關(guān)性，可將UV254作為有機(jī)物替代參數(shù)使用。本研究中測(cè)定UV254使用的是上海棱光的S52型紫外分光光度計(jì)，測(cè)定過(guò)濾后的水樣在254 nm處的吸光度，即作為UV254數(shù)值。

2 TOC的去除效果

圖3 不同季節(jié)前置BAC和后置BAC各工藝段出水TOC濃度變化情況Fig.3 Changes of TOC in Different Seasons of Pre－BAC and Post－BAC Processes

不同季節(jié)前置BAC和后置BAC各工藝段出水TOC變化情況如圖3所示。春、夏季進(jìn)廠原水中TOC濃度高于冬季，這與方華等［3］的研究結(jié)果(冬季為5.64mg/L，春季為6.96mg/L，夏季為7.29mg/L)基本相同。不管是前置還是后置炭濾池，各工藝段出水TOC濃度隨處理過(guò)程基本呈逐步下降，總?cè)コ手鸩缴仙?/p>

分別考察各工藝段的去除率如圖4、圖5所示。冬季時(shí)兩種工藝對(duì)TOC的總?cè)コ适纸咏瑸?0%左右。春季和夏季時(shí)后置BAC工藝的總?cè)コ噬愿哂谇爸肂AC工藝，后置BAC工藝平均可以達(dá)到79%，前置BAC工藝平均為74%。夏季時(shí)兩種工藝對(duì)TOC的總?cè)コ适纸咏竞痛杭緯r(shí)后置BAC工藝的總?cè)コ噬愿哂谇爸肂AC工藝。

圖4 前置BAC工藝TOC去除率變化情況Fig.4 Changes of TOC Removal of Pre－BAC

圖5 后置BAC工藝TOC去除率變化情況Fig.5 Changes of TOC Removal of Post－BAC

由圖4、圖5可知沉淀工藝段和BAC工藝段對(duì)TOC的去除率貢獻(xiàn)明顯。而后臭氧工藝對(duì)TOC的去除能力較差或基本沒(méi)有。后臭氧工藝段TOC濃度的變化則顯示，在兩種工藝中后臭氧步驟本身并沒(méi)有很好的有機(jī)物去除效果，但提高了有機(jī)污染物的可生化性和可吸附性，從而提高了BAC工段的處理效果。BAC工段后其他工序的出水TOC相比BAC工段出水，在不同季節(jié)會(huì)有升高、持平或降低，可能是由于BAC工藝段出水TOC含量已經(jīng)很低，因此去除效果并不明顯，且因?yàn)門OC濃度已經(jīng)很低，也存在數(shù)值發(fā)生微小波動(dòng)的可能。韓力超等［4－8］針對(duì)高密度沉淀池—臭氧接觸池—上向流生物活性炭濾池—V型砂濾池組合工藝進(jìn)行了連續(xù)性的監(jiān)測(cè)研究，其中碳濾池出水和砂濾池出水TOC數(shù)值均相差不大，在連續(xù)性監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中也存在少量砂濾池出水略高于碳濾池的現(xiàn)象。具體原因和規(guī)律還需進(jìn)一步研究調(diào)查。

3 UV254的去除效果

前置和后置BAC工藝各季節(jié)各工藝段出水UV254變化情況如圖6所示。冬季進(jìn)廠原水中UV254數(shù)值較春、夏季更低，為春、夏季水平的50% ～55%。在前置和后置BAC工藝路線中，各工段的UV254數(shù)值基本都呈逐步下降趨勢(shì)，總?cè)コ蕜t逐步上升。

圖6 不同季節(jié)前置BAC和后置BAC各工藝段出水UV254濃度變化情況Fig.6 Changes of UV254in Different Seasons of Pre－BAC and Post－BAC Processes

去除率變化情況如圖7、圖8所示。前置BAC工藝中，冬季UV254總?cè)コ首罡呖蛇_(dá)到85.06%，春季可達(dá)到60.61%，夏季可達(dá)到52.23%。后置BAC工藝中UV254總?cè)コ室彩嵌咀罡撸蛇_(dá)到89.67%，春季可達(dá)到 69.09%，夏季可達(dá)到50.32%。

圖7 前置BAC工藝UV254去除率變化情況Fig.7 Changes of UV254Removal of Pre－BAC

圖8 后置BAC工藝UV254去除率變化情況Fig.8 Changes of UV254Removal of Post－BAC

分別考察各工段的去除率，對(duì)UV254去除率貢獻(xiàn)較高的工段為沉淀和BAC工段，而后臭氧工段對(duì)UV254處理效果不佳，這與TOC指標(biāo)中呈現(xiàn)的規(guī)律相同。從UV254的測(cè)定原理考慮，當(dāng)有機(jī)物被徹底氧化(成為二氧化碳和水)除去或被氧化成飽和態(tài)之后即不再有紫外吸收，而本工藝中兩次臭氧投加步驟均沒(méi)有很理想的UV254去除效果，臭氧活性炭工藝中臭氧投加的目的并不是為了去除有機(jī)物，預(yù)臭氧主要是為了增強(qiáng)混凝效果，而后臭氧則提高了有機(jī)污染物的可生化性和可吸附性，從而都提高了后續(xù)的沉淀和BAC工段的處理效果。BAC工段后的其他工序的出水UV254相比BAC工段出水，在不同季節(jié)會(huì)有升高、持平或降低，可能其情況和TOC類似。

4 綜合去除效果的比較

平均各季節(jié)數(shù)據(jù)，前置BAC出水TOC平均為1.53mg/L，較原水下降0.74mg/L。后置BAC出水TOC平均為1.62mg/L，較原水下降0.66mg/L。前置BAC出水UV254各季節(jié)平均下降0.085，后置BAC出水UV254各季節(jié)平均下降0.090。將不同季節(jié)的TOC和UV254去除率數(shù)據(jù)計(jì)算平均值，按前置與后置均視為6個(gè)處理工序進(jìn)行比較分析可知，在多數(shù)工段由TOC表征的有機(jī)物綜合去除情況與由UV254表征的有機(jī)物綜合去除情況是基本重合的。對(duì)比前置工藝和后置工藝，由于工段順序不同，按工段排序時(shí)其去除過(guò)程規(guī)律有所不同，但在相同工藝段(工序1和工序2均為預(yù)臭氧和沉淀)的去除率十分接近，在沉淀工段出水(工序2)時(shí)兩工藝UV254和TOC去除率均達(dá)到50%左右。其后兩工藝同樣表現(xiàn)出在BAC工段后有機(jī)物綜合指標(biāo)去除率顯著的特征。兩工藝最終的總?cè)コ时容^接近。

圖9 有機(jī)物綜合指標(biāo)各季節(jié)平均變化情況Fig.9 Average Changes of Organic Matters in Different Seasons

5 結(jié)論

(1)有機(jī)物污染物在兩套工藝中隨處理流程的變化特性基本相同。以TOC和UV254表示的有機(jī)物總量在兩套工藝中均為隨處理過(guò)程下降的變化趨勢(shì)，即有機(jī)物總量隨處理過(guò)程逐漸減少。

(2)兩種工藝均體現(xiàn)出TOC冬季總?cè)コ实陀诖骸⑾募镜奶卣鳌６鴮?duì)TOC的去除效果相差不大，后置BAC工藝稍強(qiáng)于前置BAC工藝。

(3)兩種工藝對(duì)UV254的去除效果也相差不大，后置BAC工藝稍強(qiáng)于前置BAC工藝，且均體現(xiàn)出夏季總?cè)コ实陀诙⒋杭镜奶卣鳌ＥcTOC不同的是兩指標(biāo)所代表的有機(jī)物是有所區(qū)別的，TOC是有機(jī)物總量的指標(biāo)，而UV254反映的是腐殖質(zhì)類大分子有機(jī)物以及含 ==C C雙鍵和==C O雙鍵的芳香族化合物。從數(shù)據(jù)看，冬季UV254所特指有機(jī)物的去除率更高，可能與各季節(jié)炭濾池生物的種類不同有關(guān)，具體原因還需進(jìn)一步調(diào)查研究。

(4)前置BAC和后置BAC工藝的出水TOC平均去除率分別為66.1%和69.3%，UV254去除率分別為66.0%和69.7%，可見(jiàn)后置BAC工藝去除效果略優(yōu)于前置BAC工藝，后置生物活性炭工藝對(duì)有機(jī)物處理效果上略有優(yōu)勢(shì)，但兩套工藝的差距并不明顯。

［1］戴軍升，劉鳴，錢瑾.黃浦江水中揮發(fā)性有機(jī)化合物污染現(xiàn)狀［J］.環(huán)境與職業(yè)醫(yī)學(xué)，2005，22(6):502－505.

［2］金偉，范瑾初.紫外吸光值(UV254)作為有機(jī)物替代參數(shù)的探討［J］.工業(yè)水處理，1997，17(6):32－34，45.

［3］方華，呂錫武，朱曉超，等.黃浦江原水中有機(jī)物組成與特性［J］.東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2007，37(12):495－499.

［4］韓力超.臭氧—活性炭—后置砂濾工藝處理引黃水庫(kù)水生產(chǎn)性運(yùn)行研究［D］.濟(jì)南:山東建筑大學(xué)，2013.

［5］郭鋒，王瀟，肖強(qiáng)，等.臭氧－生物活性炭技術(shù)在水處理中的應(yīng)用與研究［J］.工業(yè)水處理，2011，31(3):19－23.

［6］黎雷，高乃云，張可佳，等.飲用水臭氧生物活性炭?jī)艋Чc傳統(tǒng)工藝比較［J］.同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2010，38(9):1309－1318.

［7］許保玖.給水處理理論［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2000.

［8］王占生，劉文君，微污染水源飲用水處理［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999.