張玉先¹，喬勇¹，邱傳坤¹，沈亞輝²，徐忠林²，張立東²
（1．同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200092；2．武進(jìn)市自來水公司，江蘇 常州 213161）

　　摘要：滆湖水源受到污染，自來水出現(xiàn)異味。投加高錳酸鉀、折點(diǎn)加氯未能消除。經(jīng)臭氧氧化、顆粒活性炭吸附處理，可有效去除異味，同時(shí)降低COD、UV254吸光值。經(jīng)臭氧氧化、活性炭吸附處理，每噸水的制水成本增加0.24元。
　　關(guān)鍵詞：微污染水源；水處理技術(shù)；臭氧；GAC
　　中圖分類號(hào)：TU991.27
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
　　文章編號(hào)：1009-2455(2001)05-0010-04

Tests for Treahment of Slightly-Polluted water from Gehu Lake
ZHANG Yu-xian，QIAO Yong，QIU Chuan-kun，SHEN Ya-hui，XU Zhong-lin，ZHANG Li-dong
（1.School of Environ．Sci．a(chǎn)nd Eng.，Tongji Univ．　Shanghai 200092，China；
2.Wujin Water Supply Co.，ChangZhou 213l61，China）

　　Abstract：As the water source in the Gehu Lake was Polluted，abnormal taste and odor were found in the
drinking water．The use of potassium permanganate and break-point chlorination did not eliminate the abnormal odor and taste，while ozone oxidation and GAC adsorption worked effectively with simultaneous reduction of COD and UV254 absorption value．The cost of water production was increased by 0.24 yuan/ton because of the treatment by ozone oxidation and GAC adsorPtion．
　　Key words：slightly-polluted water source；water treatment technolocr；ozone；GAC

前言

　　地面水源環(huán)境質(zhì)量改善緩慢，自來水水質(zhì)不如人意，水中微量有害物質(zhì)對(duì)人體存有潛在威脅。同濟(jì)大學(xué)、武進(jìn)市自來水公司對(duì)滆湖水源水微污染處理進(jìn)行了試驗(yàn)研究，本文將試驗(yàn)研究結(jié)果作一簡(jiǎn)要介紹。

1 武進(jìn)市自來水水質(zhì)特點(diǎn)

1.1 滆湖水源水水質(zhì)
　　武進(jìn)市市政府所在地湖塘鎮(zhèn)自來水原水取自滆湖。湖水受排放污水污染，加上圈養(yǎng)魚蝦河蚌投放飼料，引起藻類滋生，污泥淤積，水質(zhì)變差。以試驗(yàn)時(shí)檢測(cè)的水樣為例，對(duì)照《地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，影響水源水質(zhì)的主要指標(biāo)見表1。
　　另含有其它有機(jī)物如^2-氟β3-二羥基-N甲基苯己胺，^2-甲基-1-硝基-丙烷等數(shù)十種，其分子量多在10000以上和5000以下分子量段。如遇下雨，有些廠家趁勢(shì)排放未完全處理污水，致使原水水質(zhì)變差。

表1 湖水源水幾種影響水源水質(zhì)的指標(biāo) 水源與標(biāo)準(zhǔn) 檢測(cè)項(xiàng)目 臭味強(qiáng)度/
級(jí) 凱氏氮/
(mg·L^-1) 溶解氧/
(mg·L^-1) 耗氧量/
(mg·L^-1) 非離子氧/
(mg·L^-1) 揮發(fā)酚/
(mg·L^-1) 石油類/
(mg·L^-1) 總磷/
(mg·L^-1) 滆湖水源水 2～4 3.29 4.00 50.10 4.00 0.004 0.27 0.46 Ⅱ類水源標(biāo)準(zhǔn) 0 ≤0.5 ≥6.0 ≤15 0.02 0.002 ≤0.05 0.01 Ⅲ類水源標(biāo)準(zhǔn) 0 ≤1.0 ≥5.0 ≤20 0.02 0.002 ≤0.05 0.025

1.2 自來水水質(zhì)
　　武進(jìn)市滆湖水源自來水廠采用隔板絮凝池、平流式沉淀池、快濾池常規(guī)處理工藝，無法大幅度去除溶解的污染雜質(zhì)。在取水泵房加注高錳酸鉀后仍存在如下主要問題：
　　①自來水經(jīng)常出現(xiàn)腥味、臭味；
　　②三氯甲烷有時(shí)超過0.05mg/L的飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)；
　　③色度大于3～5（Pt－CO）mg/L；
　　④耗氧量大于5mg/L。

2 研究技術(shù)路線

2.1 微污染水源水除污染基本方法
　　微污染水源水處理的基本方法有：生物氧化、化學(xué)氧化、混凝、沉淀、過濾和活性炭吸附等不同工藝組合。
　　其中生物氧化主要去除氨氮（NH₃-N）。ClO₂可氧化水中鐵、錳、富里酸、腐殖酸，對(duì)去除水中酚類等污染物引起的臭味有效。臭氧（O₃）能氧化S^2-、NO^2-，脫色，分解大部分非生物降解性洗滌劑，去除多環(huán)烴，同時(shí)增加水中的溶解氧。高鐵酸鉀（K2FeO₄）、高錳酸鉀（KMnO₄）可氧化水中藻類、色度及其它產(chǎn)生氣味的物質(zhì)。顆粒活性炭（GAC）使用較廣，常用于水的脫色、除臭。當(dāng)水中含有氧氣時(shí)，GAC表面大量好氧微生物菌落對(duì)有機(jī)物進(jìn)行生物降解，從而可去除水中NH₃-N及其它可生物降解物質(zhì)，又使活性炭獲得“再生”。通常先化學(xué)氧化，降低有機(jī)物濃度，再經(jīng)活性炭吸附是有益的^[1-2]。
2.2 試驗(yàn)研究技術(shù)路線
　　根據(jù)上述分析及武進(jìn)市自來水水質(zhì)狀況，影響自來水水質(zhì)的主要指標(biāo)是臭味、色度。采用化學(xué)氧化有利于改善水質(zhì)。采用化學(xué)氧化后，再經(jīng)活性炭吸附，有可能去除上述物質(zhì)。考慮到滆湖水源COD遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于BOD及O₃容易氧化亞硝酸鹽的特點(diǎn)，本研究經(jīng)臭氧氧化+砂濾、砂濾+活性炭吸附、砂濾+臭氧氧化+活性炭吸附初步試驗(yàn)后，確定砂濾+臭氧氧化+活性炭吸附研究技術(shù)路線。

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 O₃除污染效果
　　水中污染物對(duì)水質(zhì)的綜合影響指標(biāo)是COD、TOC、UV254吸光值。可間接反映非揮發(fā)性有機(jī)物（NPTOC）、總?cè)燃淄樯煽赡苄裕═THMFP）及芳香族有機(jī)化合物含量。視其降低程度，說明污染物去除多少。經(jīng)投加O₃后，水中臭味基本去除，同時(shí)降低了COD、UV254吸光值、NO₂^--N含量。試驗(yàn)結(jié)果見表2，COD去除效果與O₃接觸時(shí)間關(guān)系見圖1。隨著臭氧投加量及接觸時(shí)間的增加，代表水中有機(jī)污染物的兩項(xiàng)主要指標(biāo)COD和UV254的去除率變化較小。從去除效率和投資費(fèi)用綜合考慮，接觸時(shí)間越長(zhǎng)，所需要的接觸氧化池越大，增加投資越多。取臭氧投加量為2.5mg/L，接觸時(shí)間在12～14min可以達(dá)到預(yù)期效果。經(jīng)臭氧氧化，水中細(xì)菌及大腸桿菌去除100％，NO₂^--N可去除90％以上，UV254去除40％以上，CODMn去除16％左右，嗅味明顯消除。

表2 臭氧氧化除污染實(shí)驗(yàn)結(jié)果 O₃投加量/
（mg·L^-1） 接觸氧化
時(shí)間/min CODMn
去除率/％ UV254
去除率/％ NO₂^--N
去除率/％ 1.7 10 9.0 20.0 30.1 2.5 10 11.5 35.6 35.5 3.0 10 13.2 40.8 38.5 1.7 12 9.7 25.4 54.2 2.5 12 16.2 40.1 65.7 3.0 12 18.5 41.5 67.0 1.7 14 12.2 31.5 89.4 2.5 14 18.6 46.0 90.9 3.0 14 19.6 48.7 91.2

3.2 影響O₃作用的因素
3.2.1 水溫
　　臭氧氧化去除水中微污染物受水的溫度、接觸時(shí)間等因素影響。試驗(yàn)表明：在接觸時(shí)間12min的條件下，溫度30℃時(shí)COD的去除率比20℃時(shí)提高5％以上。
3.2.2 剩余臭氧量
　　在有機(jī)污染物含量較高時(shí)，大量投加臭氧有助于提高氧化速率。實(shí)際上，有機(jī)污染物去除率并不是隨著臭氧投加量的增加而成線性增加。從處理效果及投資的角度考慮，合理確定臭氧投加量就顯得尤為重要。還應(yīng)注意，臭氧投加量的確定用COD去除率來表征并不十分完善，在一定的接觸時(shí)間里，只要水中能夠保持一定余量的臭氧，就說明水中能夠與臭氧反應(yīng)的有機(jī)污染物基本被氧化分解了。水中保持0.03～0.05mg/L的剩余臭氧是合適的。針對(duì)不同水源水質(zhì)，臭氧投加量可通過試驗(yàn)進(jìn)一步確定。
3.2.3 作用時(shí)間
　　臭氧與有機(jī)物的反應(yīng)速度很快，容易氧化的有機(jī)物在開始的幾分鐘內(nèi)即被氧化分解，也有些有機(jī)物不易被氧化，需要在較長(zhǎng)的接觸時(shí)間內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)。氧化的程度隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而提高，同時(shí)與水中有機(jī)物的成分有關(guān)^[3]。所以，對(duì)于不同的水質(zhì)，臭氧與水接觸時(shí)間也應(yīng)由試驗(yàn)來定。
3.3 活性炭效果
　　活性炭（GAC）吸附試驗(yàn)主要考查活性炭與水接觸時(shí)間及進(jìn)水中有機(jī)物濃度變化影響參數(shù)，為期兩個(gè)半月。GAC接觸時(shí)間取10，12，14，16min，試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)值見表3。接觸時(shí)間增加后，代表水中有機(jī)污染物的兩項(xiàng)指標(biāo)UV254和CODMn的去除率變化緩慢。接觸時(shí)間在14min左右可以達(dá)到較好效果。

表3 活性炭（GAC）過濾實(shí)驗(yàn)除污染效果統(tǒng)計(jì)值 GAC接觸 污染物 CODMn/(mg·L^-1) UV254（吸光值） NH₃-N/(mg·L^-1) NO₂^--N/(mg·L^-1) 時(shí)間/min 變化范圍 進(jìn)水 出水 進(jìn)水 出水 進(jìn)水 出水 進(jìn)水 出水 10 最大值 4.46 4.38 0.058 0.050 0.180 0.154 0.024 0.024 10 最小值 2.89 2.68 0.032 0.015 0.076 0.055 0.006 0.003 10 平均值 3.61 3.24 0.044 0.036 0.118 0.101 0.014 0.010 平均去除率/％ 10.20 18.18 14.40 28.60 12 最大值 4.18 3.81 0.059 0.053 0.151 0.145 0.022 0.022 12 最小值 2.55 2.33 0.035 0.020 0.067 0.054 0.003 0.002 12 平均值 3.41 2.96 0.044 0.035 0.108 0.092 0.014 0.010 平均去除率/％ 13.20 20.50 14.82 28.60 14 最大值 4.18 3.77 0.060 0.047 0.170 0.154 0.036 0.021 14 最小值 2.60 2.39 0.033 0.022 0.046 0.041 0.004 0.001 14 平均值 3.45 2.91 0.043 0.031 0.105 0.087 0.015 0.011 平均去除率/％ 15.65 27.91 17.14 26.67 16 最大值 4.25 3.72 0.064 0.048 0.164 0.153 0.035 0.026 16 最小值 2.66 2.52 0.034 0.018 0.067 0.050 0.006 0.004 16 平均值 3.34 2.80 0.046 0.033 0.113 0.092 0.015 0.010 平均去除率/％ 16.16 28.26 18.58 33.30

3.4 臭氧氧化、生物活性炭吸附聯(lián)合處理結(jié)果
　　本試驗(yàn)第三階段，對(duì)砂濾池過濾后水取O₃投加量2.5mg/L，氧化時(shí)間12min，活性炭濾池停留時(shí)間14min，進(jìn)行為期8個(gè)多月的試驗(yàn)。出水符合飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。其中影響自來水水質(zhì)的幾個(gè)主要指標(biāo)項(xiàng)目去除結(jié)果見表4。

表4 部分水質(zhì)指標(biāo)分析結(jié)果 水樣來源 水質(zhì)分析數(shù)據(jù) 臭味強(qiáng)度/
級(jí) 色度(Pt-Co)/
(mg·L^-1) 化學(xué)需氧量/
(mg·L^-1) 氨氮/
(mg·L^-1) 亞硝酸鹽(NO₂^-)/
(mg·L^-1) 砂濾池濾后水 3～4 3～5 5.9～7 0.56～0.6 0.16～0.1 O₃+GAC濾后水 0 1 3.5～5 0.35～0.42 0.001 Ⅰ類水自來水公司水質(zhì)指標(biāo) 0 1 1～5.0 0.50 0.10

　　3.5 影響活性炭吸附的因素
　　溫度的變化對(duì)微生物生命活性的影響較為敏感，容易導(dǎo)致炭床中生物降解效果發(fā)生波動(dòng)。水溫15℃以上，才有一定生化作用。不加O₃時(shí)，活性炭主要發(fā)揮吸附作用，炭層厚度越大或?yàn)V速越小，活性炭和水中污染物的接觸吸附時(shí)間越長(zhǎng)，越有較好的去除效果。原水中有機(jī)物含量越高，去除比例相對(duì)越高。投加O₃后，有時(shí)水的色度增加，除含有鐵、錳原因之外，有可能生成了新的染料分子。

4 制水工藝確定及成本分析

　　4.1 工藝流程
　　根據(jù)研究結(jié)果，改善滆湖水源自來水水質(zhì)工程設(shè)計(jì)采用如下圖2工藝流程：

　　4.2 投資估算
　　根據(jù)該廠現(xiàn)有工藝及需改善的水質(zhì)項(xiàng)目的實(shí)際情況，初步考慮在濾池后加設(shè)臭氧-活性炭過濾工藝。在水廠原有構(gòu)筑物基礎(chǔ)上增加提升泵房、臭氧接觸氧化池和活性炭濾池。按6×10⁴m³/d規(guī)模計(jì)，其投資估算見表5。

表5 O₃+GAC深度處理投資估算 序號(hào) 工程或費(fèi)用名稱 估算價(jià)格/萬元 土建 材料 設(shè)備 合計(jì) 1 臭氧生產(chǎn)系統(tǒng) 200 200 2 臭氧接觸氧化池 200 50 250 3 活性炭濾池 420 210 90 720 4 提升泵房及水池 90 30 50 170 合 計(jì) 710 290 340 1340

　　4.3 制水成本分析
　　增設(shè)O₃+GAC濾池后增加制水成本的分析見表6。

表6 增加制水成本分析 序號(hào) 控制項(xiàng)目 運(yùn)行數(shù)據(jù) 1 總投資估算/萬元 1340.00 2 水泵提升電費(fèi)/(萬元·a^-1) 54.00 3 O₃投加費(fèi)/(萬元·a^-1) 84.00 4 活性炭投加分?jǐn)?(萬元·a^-1) 60.00 5 管理費(fèi)/(萬元·a^-1) 20.00 6 固定資產(chǎn)折舊/(萬元·a^-1) 55.00 7 大修理基金提存/(萬元·a^-1) 32.00 8 日常維護(hù)/(萬元·a^-1) 7.00 9 年運(yùn)行費(fèi)/(萬元·a^-1) 312.00 10 年制水量/(萬m³) 1314 11 增加制水成本/(元·m^-3) 0.24

5 結(jié)語

　　①臭氧氧化-生物活性炭吸附明顯改善了武進(jìn)市涌湖水源自來水水質(zhì)。相對(duì)于水廠砂濾后出水水質(zhì)，CODMn、UV254的平均去除率分別為16％和25％左右，試驗(yàn)出水沒有出現(xiàn)臭味，色度都在1度以下，水中溶解氧增加3～4倍，細(xì)菌和大腸桿菌的去除率達(dá)到100％，藻類得到有效的去除。基本達(dá)到預(yù)期效果，有針對(duì)性的解決了目前存在的問題。
　　②從經(jīng)濟(jì)上分析，每立方米水的成本僅增加0.24元，是可以接受的。因此，臭氧氧化-生物活性炭工藝在當(dāng)前源水情況下，不失為一種見效快、經(jīng)濟(jì)合理的方案。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：張玉先（1945～），男，河南睢縣人，同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院教授，主要從事水處理技術(shù)與工程，電話：(021)86982688（O）；沈亞輝（1965～），男，武進(jìn)市人，工程師，電話：(0519)6561878（O）。