預處理指的是在常規(guī)工藝之前，采用適當?shù)姆椒▽υ械奈廴疚镞M行處理，強化常規(guī)工藝對水中污染物的去除，以減輕后續(xù)工藝的運行負荷，提高自來水廠整體工藝對污染物的去除效果。  

本研究通過自來水廠實際的生產(chǎn)性試驗，結合有機物相關指標、三維熒光光譜以及熒光區(qū)域積分方法（FluorescenceRegionalIntegration,FRI）分析不同的預處理方法對有機物的去除效果，為自來水廠的運行與管理提供技術支持。  

01試驗方法  

1.1水處理工藝與不同的預處理方法  

南方某自來水廠設計規(guī)模為110萬m3/d，分為3期工藝，每期工藝流程以及設計參數(shù)基本相同。該水廠采用常規(guī)水處理工藝，如圖1所示。對該水廠3期工藝設置不同的預處理方法：①對一期工藝前投粉末活性炭+高錳酸鉀，投加量為粉末活性炭15mg/L和高錳酸鉀0.2mg/L；②對二期工藝前投高錳酸鉀，投加量為0.2mg/L；③對三期工藝進行預氯化，投加量為0.2mg/L。  

監(jiān)測期間，水樣取自該水廠各個工藝段，監(jiān)測周期為一個月，每周定期取樣一次，對相關水質指標進行檢測跟蹤。  

1.2三維熒光光譜的測定與計算  

先經(jīng)過0.45μm濾膜過濾后，采用三維熒光掃描，采用熒光分光光度計（日立，F(xiàn)7000）測定，掃描參數(shù)設置：激發(fā)波長為200～400nm，步長為5nm；發(fā)射波長為280～550nm，步長為2nm；激發(fā)和發(fā)射的狹縫寬度均為10nm；掃描速度為30000nm/min；電壓為500V；響應時間為0.1s。以純水作為空白，減少拉曼散射的影響；將一級瑞利和二級瑞利散射上方區(qū)域熒光數(shù)據(jù)置零，以減少瑞利散射的影響。三維熒光掃描數(shù)據(jù)采用Sigmaplot12軟件繪制。  

1.3其他指標的檢測  

采用高錳酸鉀法測定CODMn；采用島津TOCVCPH總有機碳分析儀測定TOC；水樣經(jīng)0.45μm濾膜過濾后，采用紫外可見分光光度計測定UV254。  

02結果與討論  

2.1有機物的去除效果  

不同的預處理方法對有機物的去除效果如圖2~圖4所示。  

原水的TOC為1.614mg/L，一、二、三期工藝待濾水TOC分別為1.248mg/L、1.404mg/L和1.458mg/L。圖2數(shù)據(jù)顯示，一期工藝各工藝段出水TOC明顯低于二期和三期工藝。  

原水的CODMn為3.03mg/L，一、二、三期工藝待濾水CODMn分別為1.69mg/L、1.72mg/L和1.83mg/L。從CODMn的數(shù)據(jù)來看，一期和二期工藝待濾水CODMn相差甚少，說明對氧化性物質的去除主要靠高錳酸鉀的強氧化作用；而三期待濾水CODMn高于一、二期，說明在相同投加量的情況下，高錳酸鉀的氧化性強于氯氣。圖3數(shù)據(jù)顯示，各期工藝預處理后對CODMn的去除效果相差不遠，一期略優(yōu)于二期和三期工藝。  

原水的UV254為0.036cm-1，一、二、三期工藝待濾水UV254分別為0.020cm-1,0.023cm-1和0.026cm-1。從UV254的數(shù)據(jù)來看，一期待濾水的UV254低于二期，這說明有部分含有芳香烴、雙鍵或羥基的共軛體系的有機物質經(jīng)高錳酸鉀氧化后，進一步被粉末活性炭吸附去除；而二期待濾水的UV254低于三期，說明在相同投加量的情況下，高錳酸鉀對UV254去除效果優(yōu)于氯氣。圖4顯示，一期工藝各工藝段出水UV254明顯低于二期和三期工藝。  

2.2三維熒光光譜  

三維熒光光譜技術是一種快速有效的水質監(jiān)測手段，當遇到水源水質突發(fā)污染時，它能準確判定水中污染物質的類別以及定量分析。目前，三維熒光光譜技術已經(jīng)廣泛地應用于環(huán)境領域中溶解性有機物的定性與定量分析。圖5為原水和一、二、三期工藝的待濾水三維熒光光譜。從圖5可知，原水水樣三維熒光光譜有3個明顯的熒光峰，分布在Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)和Ⅳ區(qū)，指示原水的主要污染物為含有BOD5的含苯環(huán)類蛋白物質、富里酸類物質以及微生物代謝蛋白物質等。一期工藝經(jīng)過預處理和混凝沉淀后，一期待濾水三維熒光光譜顯示Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)和Ⅳ區(qū)污染物質都得到了一定去除，而二期和三期工藝經(jīng)過預處理和混凝沉淀后，對特征污染物的去除并不明顯。從最大熒光強度也可以說明一期工藝對原水的熒光溶解性有機物有很好的去除，各期工藝的待濾水三維熒光光譜中，出現(xiàn)最大熒光強度位于Ⅱ區(qū)，其中一期工藝待濾水最大熒光強度為374.9AU，明顯低于二期和三期工藝待濾水。  

2.3各工藝段對熒光溶解性有機物質的去除效果  

一、二、三期工藝各熒光區(qū)域標準體積去除率如圖6所示。圖6顯示的是每個處理工藝針對于上一步工藝的去除率數(shù)據(jù)，結果顯示：一期工藝經(jīng)過預處理和混凝沉淀后，其待濾水5個區(qū)域的去除率達40%左右，明顯高于二期和三期的處理效果。而三期經(jīng)過預處理和混凝沉淀后處理效果最差，特別對芳香類蛋白物質和含有BOD5的含苯環(huán)類蛋白物質去除效果不好，這說明預氯化并不能有效地氧化這類有機物質。從圖6也可以看出，各期工藝砂濾池的去除效果也有差異，一期工藝砂濾池對5個區(qū)域的有機物均有去除效果，而二期、三期工藝砂濾對部分區(qū)域的有機物去除效果有出現(xiàn)負值的情況，這可能的原因跟濾池運行時間有關，濾池運行時間越長，其截留的污染物質就越多，在砂濾料表面附著的微生物就越多，這些微生物的代謝可能會產(chǎn)生一系列的溶解性有機物質，導致砂濾池出現(xiàn)負的去除率。結合圖7各期各工藝段出水總積分標準體積數(shù)據(jù)可知，一期工藝經(jīng)過預處理和混凝沉淀后，其待濾水的總積分標準體積明顯小于二期和三期，且一期工藝各工藝段出水的總積分標準體積都比二期和三期要少；總的來說，一期工藝對熒光溶解性有機物質明顯地優(yōu)于二期和三期工藝。  

通過自來水廠實際的生產(chǎn)性試驗，對比3種不同的預處理方法對有機物的去除效果結果來看，采用粉末活性炭+高錳酸鉀聯(lián)用的預處理方式比單獨使用高錳酸鉀和預氯化的預處理方式對有機物的去除效果更佳，粉末活性炭+高錳酸鉀聯(lián)用的預處理方式值得推薦使用。有學者指出，粉末活性炭+高錳酸鉀聯(lián)合使用更為適合我國國情。高錳酸鉀和粉末活性炭聯(lián)合使用具有互補作用，高錳酸鉀具強氧化性有利于改善粉末活性炭的吸附性能，粉末活性炭可以吸附部分高錳酸鉀氧化后形成的有害氧化中間產(chǎn)物，且粉末活性炭能還原水中多余的高錳酸鉀，避免了因高錳酸鉀投加過量引起總錳超標和色度的問題。

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