自來水廠有機物去除規(guī)律的研究

劉 寶， 于召強， 孫藝禎， 張格維

(連云港市自來水有限責任公司水質(zhì)檢測中心，江蘇連云港222002)

近年來，環(huán)境水污染日益嚴重，飲用水水源污染也隨之加重，特別是有機物污染，加大了處理難度。研究水處理工藝對有機物的去除規(guī)律，可以為水廠提供依據(jù)，有助于提高對有機物的去除效率，提升出廠水水質(zhì)，保障飲用水安全。

1 材料與方法

1.1 實驗用水

采用2個水廠的原水、出廠水，其中1#水廠采用常規(guī)水處理工藝，2#水廠主要工藝為混凝—沉淀—臭氧氧化—生物活性炭—消毒。

1.2 實驗儀器

Shimadzu Sievers 5310c總有機碳測定儀、PC1158700-00便攜式余氯測定儀。 耗氧量采用高錳酸鉀法測定。

1.3 有機物的分子量分離實驗

采用350 mL超濾杯(Amicon，Millipore8400)與孔徑分別為10，5，3和1 kDa的超濾膜組成的超濾裝置，進行分離實驗。分離過程中采用高壓氮氣加壓，壓力在0.1～0.5 MPa，壓力大小與膜孔徑成反比。最終得到5個不同分子量區(qū)間的有機物，即<1 kDa，1～3 kDa，3～5 kDa，5～10 kDa，>10 kDa，分別測定各區(qū)間TOC的含量。

1.4 三鹵甲烷的生成勢實驗

分析不同分子量區(qū)間段的有機物的三鹵甲烷生成勢量，研究水廠鹵代消毒副產(chǎn)物生成前驅(qū)物的情況。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 不同工藝對耗氧量的去除

夏季污染期，水廠原水的耗氧量有所升高，污染期后原水和出水耗氧量恢復正常。1#水廠對耗氧量的去除率在25%～50%，2#水廠對耗氧量的去除率在50%～75%，如圖1、圖2所示。

圖1 1#水廠污染期前后對耗氧量的去除效果Fig.1 Removal effect of oxygen consumption of 1#waterworks before and after pollution period

圖2 2#水廠污染期前后對耗氧量的去除效果Fig.2 Removal effect of oxygen consumption of 2# waterworks before and after pollution period

圖3 2#水廠各工藝對耗氧量的去除情況Fig.3 Removal of oxygen consumption of each process of 2# waterworks

從圖3可以看出，污染期間混凝、沉淀工藝對耗氧量的去除率下降，而臭氧-活性炭工藝對耗氧量的去除率升高。這是由于2個工藝段對有機物的去除原理不同，去除效果受有機物的影響也存在差別。

2.2 各工藝段對TOC的去除情況

取2#水廠的原水、砂濾后水和炭后水，分別測定各區(qū)間TOC的含量。得到2#水廠各工藝段對不同分子量區(qū)間有機物的去除情況，如表1和圖4所示。

表1 2#水廠各工藝出水有機物含量Tab.1 Organic content in effluent of each process of 2# waterworks mg·L-1

圖4 2#水廠各工藝對有機物的去除效果Fig.4 Removal effect of organic compounds by each process of waterworks

原水和各工藝段出水中，分子量小于1 kDa的有機物占大多數(shù)。其中混凝、沉淀、砂濾能去除70%以上分子量大于10 kDa的有機物，臭氧-活性炭工藝對分子量小于3 kDa的有機物的去除效果明顯。整個工藝對有機物的去除率在40%左右。

2.3 2#水廠砂濾后水鹵代消毒副產(chǎn)物生成勢分析

取100 mL容量瓶，裝入100 mL中性實驗水樣，分別加入有效氯濃度為3，5，7，9和11 mg/L的次氯酸鈉溶液，于25 ℃培養(yǎng)箱中反應4 h。

取5個100 mL玻璃瓶，其中1瓶加入100 mL去氯純水，測定三鹵甲烷。其余4瓶各加入100 mL以上經(jīng)10，5，3和1 kDa濾膜過濾后的水樣及相應的氯投加量，蓋上瓶蓋，在25 ℃培養(yǎng)箱中反應5 d，最后采用抗壞血酸脫氯。選取余氯量在3～5 mg/L的A水樣測定三鹵甲烷，各消毒副產(chǎn)物的生成勢為加氯反應5 d后的濃度與初始濃度的差值，結(jié)果見表2、表3。

可以看出，氯氣消毒后產(chǎn)生三鹵甲烷的有機物，分子量大多小于1 kDa。但三鹵甲烷生產(chǎn)能力最強的有機物，其分子量在1～3 kDa，具體物質(zhì)需要進一步分析。

表2 不同分子量區(qū)間的三鹵甲烷生成勢Tab.2 Potentials of trihalomethane in different molecular weight ranges mg·L-1

表3 不同分子量區(qū)間有機物的三鹵甲烷生成勢Tab.3 THMFP of organic compounds of different molecular weight ranges mg·L-1

2.4 臭氧-活性炭工藝對消毒副產(chǎn)物的去除

從表4可以看出， 水廠炭濾后出水的TOC和消毒副產(chǎn)物的生成量明顯低于砂濾后出水。臭氧-活性炭工藝對水中鹵代消毒副產(chǎn)物的前驅(qū)物去除效果明顯，對TOC、三氯甲烷和三鹵甲烷的去除率分別為21.7%、42.1%和38.2%。

表4 炭濾和砂濾后出水的消毒副產(chǎn)物生成勢Tab.4 DBPs potential of effluent after carbon and sand filtration mg·L-1

3 結(jié)論

① 水廠混凝沉淀、臭氧-活性炭工藝對耗氧量的去除率分別為25%～50%和10%～30%，整個工藝的去除率通常在50%～75%。

② 臭氧-活性炭工藝對水中三鹵甲烷前驅(qū)物的去除效果明顯。原水有機物污染物的增加降低了混凝沉淀工藝對有機物的去除率，但臭氧-活性炭工藝對有機物的去除率上升?；炷恋砣コ怂写蟛糠址肿恿看笥?0 kDa的有機物，臭氧-活性炭工藝對水中小于3 kDa的有機物的去除效果明顯。

③ 氯氣消毒后產(chǎn)生三鹵甲烷的有機物的分子量大多小于1 kDa，但分子量在1～3 kDa之間的有機物生成三鹵甲烷的能力最強。