生物活性炭與改性凹凸棒石對(duì)供水水質(zhì)處理效果對(duì)比研究

文/凌 強(qiáng) 池俊杰(.合肥供水集團(tuán)有限公司；.合肥通用機(jī)械研究院有限公司）

解決飲用水源受污染的方法之一是強(qiáng)化深度水處理工藝。生物活性炭具有較大的比表面積和明顯的內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)，能夠有效地吸附微生物進(jìn)行污水治理，是市場(chǎng)上最常用的深度處理單元填料。生物活性炭的吸附能力與其碘吸附值和亞甲基藍(lán)吸附值正相關(guān)，生物活性炭的價(jià)格也隨其吸附能力的增強(qiáng)而增加[1]。從降低水處理材料的成本考慮，近年來(lái)，非金屬的黏土礦物，尤其是凹凸棒石黏土礦物因?yàn)槠浒踩?、吸附能力?qiáng)、價(jià)格低廉且對(duì)微生物無(wú)毒害作用的特點(diǎn)而受到廣泛重視[2]。本實(shí)驗(yàn)選取優(yōu)選活性炭和經(jīng)過(guò)450 ℃熱改性的凹凸棒石黏土作為研究對(duì)象，對(duì)比進(jìn)出水的水質(zhì)處理效果，希望在保證滿足出水標(biāo)準(zhǔn)的情況下節(jié)約材料成本，為水廠在選擇深度處理單元的材料上提供支持。

一、實(shí)驗(yàn)條件和方法

選用產(chǎn)自安徽省明光地區(qū)的凹凸棒石黏土礦物，主要為針狀、纖維狀和棒狀的晶體結(jié)構(gòu)。凹凸棒石的主要氧化物成分包括二氧化硅（55.10%～60.90%）、三氧化二鋁（9.60%～10.01%）、三氧化二鐵（5.70%～6.70%）等，其As、Pb 和Hg 等質(zhì)量分?jǐn)?shù)均符合衛(wèi)生指標(biāo)。凹凸棒石經(jīng)過(guò)450 ℃的熱改性后其比表面積達(dá)到420 m2/g。

生物活性炭采購(gòu)自南京某化工廠，其碘吸附值測(cè)定為534 mg/g，亞甲基藍(lán)吸附值為95 mg/g。

實(shí)驗(yàn)用水選自南方某供水廠的原水水源地，其中改性凹凸棒石和活性炭的添加量均為50 mg/L。實(shí)驗(yàn)持續(xù)進(jìn)水，周期45 天。通過(guò)測(cè)定進(jìn)出水水質(zhì)濁度、pH值、化學(xué)需氧量（COD）和消毒副產(chǎn)物濃度等指標(biāo)變化情況，研究對(duì)比不同材料的處理效果。

二、結(jié)果與討論

1.生物活性炭的指標(biāo)變化

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中每15 天對(duì)生物活性炭池的碘吸附值和亞甲基藍(lán)吸附值進(jìn)行一次檢測(cè)，碘吸附值分別為506 mg/g、493 mg/g、476 mg/g，亞甲基藍(lán)吸附值分別為85 mg/g、71 mg/g、66 mg/g。結(jié)果表明，生物活性炭池的碘吸附值和亞甲基藍(lán)吸附值變化均較為明顯，衰減速度較快。

2.濁度變化情況

圖1 為活性炭池和凹凸棒石池的進(jìn)出水濁度變化情況。由圖1 可見(jiàn)，進(jìn)水的濁度為12～15 NTU；生物活性炭池出水濁度為0.8～1.2 NTU，平均值為0.91 NTU；凹凸棒石出水濁度為0.9～1.3 NTU，平均值為1.02 NTU。生物活性炭池和凹凸棒石池出水濁度相當(dāng)，平均去除率均在80%，主要原因是二者均具有較好的孔隙結(jié)構(gòu)和吸附能力，因此出水也會(huì)保持在較理想的狀態(tài)。

圖1 進(jìn)出水濁度變化情況

3.pH 值變化情況

生物活性炭池和凹凸棒石池的進(jìn)出水pH 值如圖2 所示。由圖2 可見(jiàn)，進(jìn)水pH 值為6.8～7.2，生物活性炭池的出水pH 值為6.7～7.1，凹凸棒石池的出水pH值為6.5～6.8。結(jié)果表明，凹凸棒石池的pH 值波動(dòng)幅度較小且數(shù)值較低，而生物活性炭池的pH 值相對(duì)于凹凸棒石池的變化波動(dòng)較大。原因可能是凹凸棒石池中含有的微量元素等更適宜微生物生長(zhǎng)，其附著的微生物含量相對(duì)較多[3]，各種性能比較穩(wěn)定，且微生物新陳代謝產(chǎn)生較多的二氧化碳溶于水也會(huì)導(dǎo)致pH 值偏低。而生物活性炭池的吸附值衰減較快，性能變化較大，導(dǎo)致pH 值波動(dòng)較大。

圖2 進(jìn)出水pH 值變化情況

4.有機(jī)物變化情況

生物活性炭池和凹凸棒石池的進(jìn)出水COD 變化情況如圖3 所示。進(jìn)水COD 為2～2.5 mg/L，生物活性炭池出水COD 為0.70 ～1.29 mg/L，平均值為0.81 mg/L，去除率為48.4%～84%,平均去除率為63.75%；凹凸棒石池出水COD 為0.52～1.14 mg/L，平均值為0.67 mg/L，去除率為56.7% ～87.06%, 平均去除率為72.43%。水中有機(jī)物是利用附著在填料表面的微生物進(jìn)行生物降解的，因此凹凸棒石池的吸附效果明顯優(yōu)于生物活性炭池[4]，相對(duì)來(lái)說(shuō)對(duì)有機(jī)物的去除效率更顯著。

圖3 進(jìn)出水COD 變化情況

5.消毒副產(chǎn)物前體物變化情況

將3.0 mg/L 次氯酸鈉加入進(jìn)水中，密封后置于暗處反應(yīng)2 h 后以模擬加氯實(shí)驗(yàn)，并分別測(cè)定消毒副產(chǎn)物三氯甲烷和三氯乙醛的生成量，結(jié)果見(jiàn)表1。從表1的數(shù)據(jù)可見(jiàn)，生物活性炭池和凹凸棒石池的進(jìn)水三氯甲烷生成量平均值分別為3.87μg/L 和3.76μg/L，出水三氯甲烷生成量平均值分別為1.98μg/L和0.93μg/L，去除率為48.83%和75.26%；生物活性炭池和凹凸棒石池的進(jìn)水三氯乙醛生成量平均值分別為6.74μg/L和6.55μg/L，出水三氯乙醛生成量平均值分別為2.77μg/L 和0.96μg/L，去除率為58.9%和85.34%。說(shuō)明生物活性炭和凹凸棒石對(duì)消毒副產(chǎn)物的前體物這類的小分子有機(jī)物的去除均有較好的效果[5]。改性凹凸棒石的吸附能力更強(qiáng)，因此對(duì)去除消毒副產(chǎn)物的效果也相對(duì)更好，對(duì)兩種消毒副產(chǎn)物的去除率均在75%以上。

表1 兩種過(guò)濾池對(duì)消毒副產(chǎn)物前體物的去除效果

三、結(jié)論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改性凹凸棒石和生物活性炭對(duì)出水濁度的治理效果相當(dāng)，改性凹凸棒石相比于生物活性炭對(duì)COD 和消毒副產(chǎn)物前體物等有機(jī)物的去除效果更顯著，可見(jiàn)凹凸棒石作為黏土礦物更適于微生物附著生長(zhǎng)。而生物活性炭雖然也有較好的處理效果，但衰減速度快，市場(chǎng)價(jià)格也較高。綜上所述，建議水廠多采用改性凹凸棒石黏土礦物作為原水處理材料。