臭氧-生物活性炭-膜法處理自來水
日期：2013/11/26 / 人氣： / 來源：派尼爾環保
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摘要： 經臭氧—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試驗由陽性轉變為陰性；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 系統具有良好的運行效能。
關鍵詞： 分質供水 深度處理 臭氧化 生物活性炭 膜
中圖分類號：TU991.2
文獻標識碼：C 文章編號：1000-4602(2002)03-0069-04
管道分質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
分質供水流程為：
2 主要設備和參數
① 臭氧發生機型號：SP38-A0，產量為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，兩兩串聯后并聯使用。 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 二氧化氯發生機為Bellozon型CDVA，投量控制在0.20mg/L。 ⑦ 供水管網采用恒壓變頻調速供水方式，為保證水質，從生產到運輸采取全封閉設計，并像熱水供應系統一樣設有循環管網系統，循環水量按管網總水量的50%進行設計，即保證 用戶用水是在12h內生產的。
3 運行結果
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。經近兩年的管網和用戶取樣，發現管網水、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，地下水經過臭氧化后［3］AOC由413μg/L上升為3069μg/L，再 經GAC處理后降為257μg/L，最后用臭氧處理AOC為257μg/L，這說明原水經臭氧、活性炭處理后可生物同化有機碳已基本穩定。故原水經臭氧—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具有很好的衛生學安全性。 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。
由圖2、表1可知，原水的濁度一般為0.3～0.8NTU，經臭氧、活性炭處理后降至0.2～0.3NTU，再經微濾有所降低，最后經聚醚砜超濾膜處理后濁度＜0.1NTU，基本低于檢測限，總去除率達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 各處理單元對高錳酸鹽指數的去除效果見圖3、表2。
由圖3和表2可知，原水的高錳酸鹽指數平均為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%(二者的總去除率為56.1%)，這與吳舜澤等［4、5］和張金松等［6］的研究結果基本一致。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，甚至是H2O和CO2，同時O3在水中成為溶解氧而利于后續生物活性炭處理，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。經過臭氧、活性炭和膜處理，高錳酸鹽指數已降至0.85mg/L，總去除率達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，總去除率為83.0%。
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 能是由管網沖刷帶回的有機物質造成的)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。致突變試驗結果以致突變比值MR值(平皿回落數與自發回變菌落數之比)表示，凡MR值≥2且有劑量反應關系的水樣即為致突變結果陽性，檢測結果見表4。
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，因此判斷試驗結果可能為陽性；經活性炭和超濾處理后結果呈陰性，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，后續單元也沒有再產生亞硝酸鹽氮，可見臭氧對亞硝酸鹽氮具有較好的去除效果。 因大型臭氧發生器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)。
經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。活性炭出水中的氨氮濃度低于檢測限，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，這從另一個側面說明生物活性炭運行狀態良好。
4 結論
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 經過臭氧、活性炭和超濾膜的處理，可將高錳酸鹽指數由原水的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試驗由陽性轉為陰性，具有較好的去除致突變物質的效能。 ③ 大型臭氧發生器、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。
參凈水技術，2000，18(3)：29-31.
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