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活性炭滤池深度处理水中有机物 ＊ 施东文 陈健波 奚旦立 东华大学环境科学与工程学院, 上海 200051 汪 蕊 郑州市自来水总公司, 河南 450013 谢曙光 北京大学环境学院环境科学系, 北京 100871 王占生 清华大学环境科学与工程系, 北京 100084 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 ＊国家自然科学基金资助项目 50408006 ; 建设部研究开发项目 04 - 02 -166 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 a 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 。 表 1 活性炭滤池的运行参数 项目 尺寸DH mmmm 填料高度 m 停留时间 min 滤速 mh- 1 活性炭 类型 活性炭滤池Ⅰ 3503 0001 2006. 910 . 4旧炭 活性炭滤池Ⅱ 1002 0001 0006. 98 . 7新炭 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. 5 a 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] 。 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 85 环 境 工 程 2006年 12 月第 24卷第 6 期 图1 2 种活性炭滤池对 CODMn的去除比较 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。 图 2 2种活性炭滤池对 UV254的去除比较 2. 3 活性炭滤池对消毒副产物前体物的去除 近20 a 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。 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 3 2 种活性炭滤池对三氯甲烷生成势去除比较 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 。 图 4 2种活性炭滤池对一溴二氯甲烷生成势的去除比较 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 86 环 境 工 程 2006年 12 月第 24卷第 6 期 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 。 图 5 2种活性炭滤池对二溴一氯甲烷生成势的去除比较 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. 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AWWA, 1992, 84 11 53 -62. 作者通讯处 施东文 200051 上海市延安西路 1882 号 东华大学 324 信箱 2005- 12-27 收稿 上接第 76页 表 3 测定条件表 元素 测定波长 nm 乙炔气流量 Lh- 1 灯电流 mA 狭缝 nm 标准溶液 Pb283. 3107. 51. 3Pb NO3 2 HNO3 Cd228. 87. 57. 51. 3 Cd NO3 2 HNO3 Cu324. 7106. 01. 3 Cu NO3 2 HNO3 Zn213. 87. 5101. 3Zn NO32 HNO3 表 4 标准液干扰消除液干扰物质对重金属 吸光度的测定 溶液组成CuPbZnCd 标液干扰消除液 0 . 04 mL mL0000 标液干扰消除液HCl 0. 24 mol L-0. 4708 . 0-4. 1 标液干扰消除液H2SO40 . 24 mol L- 2 . 34. 98 . 0-25. 5 标液干扰消除液Al NO3 3316 μ g mL - 2 . 30-0. 6-8. 0 标液干扰消除液Na2SiO371. 0 μ g mL 0 . 47-5. 43 . 4-4. 1 标液干扰消除液KH2PO440. 0 μ g mL-0. 930-0. 6-5. 7 标液干扰消除液K2SO472 . 6 μ g mL- 1 . 9-1. 61 . 71. 0 标液干扰消除液NaCl 100 μ g mL- 2 . 3-1. 60 . 6-8. 6 对灵敏度的影响 8. 00-5. 47. 5 从表 4 看出, 在加入干扰消除液后, 在试液中含 有 HCl 、H2SO4、Al NO33、Na2SiO3、KH2PO4、K2SO4、 NaCl 时,除 H2SO4对 Cd 的测定有一定影响外 , 上述 干扰物质对 Cu、Pb 、 Zn、Cd 的测定基本不产生干扰。 且加入干扰消除液对元素测定的灵敏度无显著影响, 除测定 Cd 时灵敏度略有降低外, 在测定 Cu、 Pb 时灵 敏度均稍有增加 。 3 结语 通过上述实验, 得出了实验的最佳条件, 即 光谱 带宽度选择 0. 2 nm 或 0. 4 nm 较好, 火焰高度为 7. 5 mm时为最佳观测高度, 洗脱时间为20～ 30 s 较为 适宜。采用含 Sr NO32、 La2O3、 HNO3的混合试剂作 为消除干扰剂对消除 Cu、Pb、 Zn、 Cd 测定中的干扰比 较有效。 作者通讯处 孙翠玲 256618 山东省滨州市环境保护监测站 2006- 03-06 收稿 87 环 境 工 程 2006年 12 月第 24卷第 6 期 CLEAN PRODUCTION OF PTA EQUIPMENTLi Xiaohong Ding Yi Zhang Yanqiu 83 Abstract Through implementation of clean production including three wastes treatment, resource s integrative utilization and re of production process of terephthalic acid PTA equipment, it makes environmental targets come into reality ;and preferable environmental, economical and social benefits are also obtained. Keywords PTA equipment, three wasters treatment, resource integrative utilization, re of production process the CIIE process with aeration is better than that without aeration. Keywords dyeing wastewater, catalystic iron inner electrolysis, aeration no aeration and test NOVEL CONCENTRATED COMBUSTION AND ITSAPPLICATIONINTREATMENT OF ALCOHOL WASTEWATERLi Shengchao Liu Minghua Pan Zhengxian 90 Abstract By analyzing the characteristics of alcohol wastewater and the common problems existing in concentrated combustion s, a novel concentrated combustion, in which flash vaporation and concentration with high flow-rate, large -volume, high vacuum and alternative spurting and combustion of concentratedwastewater, was used to treat alcohol wastewater. Meanwhile, a U -tube fly ash settlerwas designed to avoid ash blockage. The project practice showed that CODCrremoval rate of alcohol wastewater can reach 99 . 96, and zero-emission of organic wastewater can also be realized. Keywords alcohol wastewater, concentrated and combustion IN -SITU RESTORATION TECHNOLOGY OF GROUNDWATER POLLUTION Li Jinying Tong Yuanqing Cai Wutian et al 92 Abstract The in -situ restoration technology of groundwater pollution is economical and convenient. Researches have shown that the technology can effectively eliminate the heavy metals and organic contaminants in groundwater. It is summarized the development of research and practical application in eliminating contaminants, and analyzed concisely the shortcomings of the technnology and its vast range of prospects. Keywords groundwater, empoison, in -situ restoration and PRB INITIAL APPROACH TO WATER -SAVING IRRIGATION TECHNOLOGY OF GREEN ROOFS IN BEIJINGWang Huizhen Wang Rongbin Mu Huaying 95 Abstract Green roofs are an important part of an urban afforestation. The water -saving irrigation of green roofs is very important to water deficient cities, such as Beijing etc. The water consumption of green roofs in a city can be decreased by water -saving irrigation technology, optimal allocation of irrigationwater resources, as well as determining the rated water according to the water content of a soil. Keywords green roof, irrigation andwater -saving Sponsor Central Research Institute of Building and Construction of MCC Group Publisher Industrial Construction Magazine Agency Editor The Editorial Department of Environmental Engineering 33, Xitucheng Road, Haidian District , Beijing 100088, China Telephone 01082227637、82227638 Fax 01082227637 Chief EditorWeng Zhongying Domestic All Local Posts DistributorChina International Book Trading Corporation P . O. Box 399, Beijing China Journalistic Code ISSN1000-8942 CN11-2097 X E -mail Addresshjgcpublic. yj . cn. net hjgc mail . yj. cn. net WWW Addresshttp www. hjgc. com. cn http www. hjgc. net. cn 6 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 24, No. 6, Dec . , 2006