論文作者：李紹峰1 黃君禮1 倫中財1 李海波2 張秀忠2 楊觀樂2

摘要：經(jīng)臭氧—生物活性炭與膜組合工藝處理，將自來水濁度從0.3～0.8NTU降至0.1NTU以下;高錳酸鹽指數(shù)由1.5～4mg/L降至0.5～1.5mg/L，去除率達68.0%;UV254由0.07～0.12cm-1降為0.009～0.020cm-1，去除率為83%;TOC由2400～2900μg/L降為700～1600μg/L;Ames試驗由陽性轉(zhuǎn)變?yōu)殛幮?將0.1～0.45mg/L的亞硝酸鹽氮和0.03～0.35mg/L的氨氮降至檢測限以下，同時出水硝酸鹽氮濃度≤10mg/L，說明該 系統(tǒng)具有良好的運行效能。

關鍵詞：分質(zhì)供水 深度處理 臭氧化 生物活性炭 膜

管道分質(zhì)供水一般采用以臭氧—生物活性炭和超濾膜為核心處理單元的飲用水深度處理技術[1、2]。

1 工藝流程

分質(zhì)供水流程為：

2 主要設備和參數(shù)

① 臭氧發(fā)生機型號：SP38-A0，產(chǎn)量為35g/L。

② 臭氧接觸反應塔設計處理水量為10m3/h，罐體直徑為500mm、高為5000mm，接觸時間為6min。

③ 活性炭罐的設計處理水量為10m3/h，罐體直徑為1500mm、高為3000mm，石英砂、炭層高度分別為300mm、1300mm，炭種為顆粒椰殼活性炭，接觸時間為25min，濾速為3m/h，兩兩串聯(lián)后并聯(lián)使用。

④ 微濾膜采用中空纖維膜，型號為HX0340-1.5T-304A，孔徑為5μm，主要作用是濾除從活性炭罐中沖出的炭粒和大顆粒物，以免堵塞超濾膜。

⑤ 超濾膜采用聚醚砜卷式膜，型號為PES8321，截留分子質(zhì)量為20000u，孔徑為0.01μm，膜面積為30.7m2，工作壓力為455 kPa，水回收率為75%，處理水量為64.3m3/d。

⑥ 二氧化氯發(fā)生機為Bellozon型CDVA，投量控制在0.20mg/L。

⑦ 供水管網(wǎng)采用恒壓變頻調(diào)速供水方式，為保證水質(zhì)，從生產(chǎn)到運輸采取全封閉設計，并像熱水供應系統(tǒng)一樣設有循環(huán)管網(wǎng)系統(tǒng)，循環(huán)水量按管網(wǎng)總水量的50%進行設計，即保證 用戶用水是在12h內(nèi)生產(chǎn)的。

3 運行結(jié)果

3.1 余氯的去除

原水(即自來水)的總余氯為0.02～0.15mg/L，經(jīng)炭濾后降為0.01mg/L，說明活性炭脫除余氯的效果很好;出廠水中余氯為0.05～0.25mg/L，主要來自在超濾出水中投加的二氧化氯;回流水的總余氯值變化幅度與原水余氯的變化基本相同。經(jīng)近兩年的管網(wǎng)和用戶取樣，發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)水、用戶龍頭水和回流水中的細菌和大腸菌均不超標。有 研究 表明，地下水經(jīng)過臭氧化后[3]AOC由413μg/L上升為3069μg/L，再 經(jīng)GAC處理后降為257μg/L，最后用臭氧處理AOC為257μg/L，這說明原水經(jīng)臭氧、活性炭處理后可生物同化有機碳已基本穩(wěn)定。故原水經(jīng)臭氧—生物活性炭—超濾膜處理后再采用二氧化氯消毒可保證管網(wǎng)具有很好的衛(wèi)生學安全性。

各處理單元對余氯的去除效果見圖1。

3.2 濁度的去除

各處理單元對濁度的去除效果見圖2和表1。

表1 各處理單元對濁度的去除率項目原水臭氧、活性炭微濾超濾出廠水回流水

濁度(NTU)0.500.230.200.090.10.16

去除率(%)54.06.022.0

由圖2、表1可知，原水的濁度一般為0.3～0.8NTU，經(jīng)臭氧、活性炭處理后降至0.2～0.3NTU，再經(jīng)微濾有所降低，最后經(jīng)聚醚砜超濾膜處理后濁度<0.1NTU，基本低于檢測限，總?cè)コ蔬_72%。投加二氧化氯后濁度略有回升，回流水濁度有所升高(但一般不超過0.3NTU)，可能是由于水流對管網(wǎng)的沖刷將管垢和生物膜帶回的緣故。

3.3 有機物的去除

① 高錳酸鹽指數(shù)

各處理單元對高錳酸鹽指數(shù)的去除效果見圖3、表2。

表2 各處理單元對高錳酸鹽指數(shù)的去除率項目原水臭氧化出水炭濾出水超濾出水

高錳酸鹽指數(shù)(mg/L)2.672.411.170.85

去除率(%)9.746.411.9

由圖3和表2可知，原水的高錳酸鹽指數(shù)平均為2.67mg/L(高于飲用凈水2mg/L的標準)，臭氧化對其去除率平均只有9.7%，而生物活性炭對其去除率高達46.4%(二者的總?cè)コ蕿?6.1%)，這與吳舜澤等[4、5]和張金松等[6]的研究結(jié)果基本一致。在本研究 中活性炭運行已近兩年，仍然保持對高錳酸鹽指數(shù)的良好去除效果，這主要是由于臭氧的強氧化性將大分子難降解有機物氧化分解為易于被活性炭吸附和微生物利用的小分子物質(zhì)，甚至是H2O和CO2，同時O3在水中成為溶解氧而利于后續(xù)生物活性炭處理，延長了活性炭 的使用壽命并提高了其對有機物的去除效果。超濾對高錳酸鹽指數(shù)的去除率為11.9%，其主要作用是降低濁度并去除細菌、病毒和部分有機物。經(jīng)過臭氧、活性炭和膜處理，高錳酸鹽指數(shù)已降至0.85mg/L，總?cè)コ蔬_68.0%。

② UV254

各處理單元對UV254的去除效果由圖4、表3可以看出，臭氧—活性炭工藝對UV254的去除率達到75.6%，而超濾膜對其去除率較低(僅為7.4%)，成品水的UV254為0.014cm-1，總?cè)コ蕿?3.0%。

表3 各處理單元對UV254的去除率項目原水臭氧化出水炭濾出水超濾出水

UV254(cm-1)0.0820.0510.020.014

去除率(%) 37.837.87.4

③ TOC

各處理單元對TOC的去除效果見圖5。

由圖5可見，原水的平均TOC值為2630.46μg/L，臭氧化對TOC的去除率僅為8.73% (這可能是由于原水中能夠被臭氧徹底氧化為H2O和CO2的有機物較少);經(jīng)活性炭處理后TOC降為1490.08μg/L，去除率達34.48%;超濾膜對TOC的平均去除率為13.12%，說明活性炭出水中仍可能存在分子質(zhì)量>20000u的有機物分子，超濾出水的TOC值平均為1145.08μg/L，回流水TOC為1346.02μg/L，其值略有升高(可 能是由管網(wǎng)沖刷帶回的有機物質(zhì)造成的)但仍遠遠低于飲用純水的4mg/L的標準，這說明供 水水質(zhì)是能夠得到保證的。

④ Ames試驗

Ames試驗是快速篩檢致突變物質(zhì)的生物學 方法 之一。試驗中分別取原水、臭氧化出水、活性炭出水和超濾出水水樣各60L，經(jīng)XAD-2大孔樹脂富集后測定水樣的致突變性 。采用TA98和TA100，在加與不加S9活化系統(tǒng)的條件下以平皿滲入法進行試驗。樣品以DMSO(二甲亞砜)作為溶劑進行稀釋，同時做陰性對照DMSO和陽性對照SA(NaN3)、2-A F(2-氨基芴)、2，7-AF,每個樣品配成3個劑量組。致突變試驗結(jié)果以致突變比值MR值(平皿回落數(shù)與自發(fā)回變菌落數(shù)之比)表示，凡MR值≥2且有劑量反應關系的水樣即為致突變結(jié)果陽性，檢測結(jié)果見表4。

表4 各處理單元出水Ames試驗結(jié)果項目劑量(L/P)MR值

TA98-S9TA98+S9TA100-S9TA100+S9

原水0.51.731.731.081.06

1.03.913.771.391.24

2.06.466.081.541.36

臭氧化出水0.51.021.201.040.98

1.01.621.601.091.02

2.01.862.201.231.12

活性炭出水0.51.301.111.040.96

1.01.301.131.170.98

2.01.321.421.371.02

超濾出水0.51.301.201.000.97

1.01.341.421.011.05

2.01.731.751.111.22

由表4可見，所有水樣對TA100菌株均沒有致突變性;自來水對TA98菌株有較強的致突變性;經(jīng)臭氧化處理后，MR值>2，由于無明顯的劑量反應關系，因此判斷試驗結(jié)果可能為陽性;經(jīng)活性炭和超濾處理后結(jié)果呈陰性，說明所采用的深度處理工藝具有較高的毒 理學 安全性。

3.4 氮的去除
　　各處理單元對亞硝酸鹽氮的去除效果見圖6。原水的亞硝酸鹽氮濃度平均為0.299mg/L，臭氧化出水的亞硝酸鹽氮濃度已低于檢測限，又由于生物活性炭供氧充足，反硝化過程受到抑制，后續(xù)單元也沒有再產(chǎn)生亞硝酸鹽氮，可見臭氧對亞硝酸鹽氮具有較好的去除效果。

因臭氧的強氧化作用將亞硝酸鹽氧化成為硝酸鹽，故出水的硝酸鹽氮濃度升高(見表5)。

表5 各處理單元的硝酸鹽氮變化　　 mg/L項 目原水臭氧出水活性炭出水

硝酸鹽氮4.6005.0705.369

經(jīng)臭氧化后氨氮濃度由0.088mg/L升高至0.100mg/L(見圖7)，其原因還有待于進一步 研究 ?；钚蕴砍鏊械陌钡獫舛鹊陀跈z測限，而硝酸鹽氮濃度則由4.600mg/L上升為5.369mg/L ，在檢測期間出廠水硝酸鹽氮濃度一直低于10mg/L的美國EPA標準，這從另一個側(cè)面說明生物活性炭運行狀態(tài)良好。

4 　結(jié)論

① 活性炭具有良好的脫除余氯的能力，可將余氯由0.15mg/L降至0.01mg/L;在有機物大部被去除的情況下，出廠水投加0.18 mg/L以下的ClO2，通過控制一定的回流比，可以保證較高的衛(wèi)生學安全性且口感良好。通過各單元的處理可以將濁度降至0.01NTU以下。

② 經(jīng)過臭氧、活性炭和超濾膜的處理，可將高錳酸鹽指數(shù)由原水的2.67mg/L降至0.85mg /L，去除率達到68.0%;UV254由原水的0.082cm-1降至0.014cm-1，去除率達83.0%;TOC由2630.46μg/L降至1145.08μg/L，去除率為56.33%;Ames試驗由陽性轉(zhuǎn)為陰性，具有較好的去除致突變物質(zhì)的效能。

③ 臭氧、活性炭可以將原水中0.299mg/L的亞硝酸鹽氮和0.088mg/L的氨氮降至檢測限以下，同時出水硝酸鹽氮濃度≤10mg/L，說明生物活性炭具有良好的運行效能。

參考 文獻 ：

[1]王琳，王寶貞，聶梅生,等.膜與臭氧化生物活性炭組合工藝的運行效能[J]. 中國 環(huán)境 科學 ，1999，19(6)：566-568.

[2]Melley J P Jr,Eighmy T T,Collins M R,et al. The performance and microbiology of ozone-enhance biological filtration [J].J AWWA,1993,85:47-57.

[3]張淑琪，劉彥竹，胡江泳，等.臭氧氧化自來水生物穩(wěn)定性研究[J].環(huán)境科學，1998，19(5)：34-36.

[4]吳舜澤.飲用水深度處理工藝技術研究[D].哈爾濱：哈爾濱建筑大學，1999.

[5]楊玉楠.飲用水深度處理技術去除微污染有機物的研究[D].哈爾濱：哈爾濱建筑大學，2000.

[6]張金松，朱佳.臭氧化—生物活性炭工藝參數(shù)的研究[J].凈水技術，2000，18(3)：29-31.

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