七種飲用水處理工藝對強化水中有機物去除效果的比較

Comparisonofsevenkindsofdrinkingwatertreatmentprocessestoenhanceorganicmaterialremoval

七種飲用水處理工藝對強化水中有機物去除效果的比較

框架研究背景材料和方法數(shù)據(jù)與討論結論1234一、研究背景1、自20世紀80年代以來在世界各地，有機物質，特別是天然有機物（NOM）已經(jīng)成為水處理工藝的一個重要的焦點。2、在我國北方城市，70%以上的水源為地表水,有機物污染嚴重,藻類大量繁殖,各種浮游生物孳生,高濃度有機物已經(jīng)嚴重影響了水質和公眾健康。普通的預加氯過程會產(chǎn)生較高濃度的消毒副產(chǎn)物；較高濃度的有機物也會導致配水系統(tǒng)中的細菌再生長以及生物穩(wěn)定性的惡化。3、傳統(tǒng)的“混凝-沉淀-過濾-消毒”工藝，只能使CODMn的去除率達到20%–30%。當水源水的CODMn濃度超過4mg/L時，傳統(tǒng)處理方法的終端出水已不能達到新國標。此外，由于糟糕的原水水質質量，陳舊的水廠及運行不好的操作使得有機物的去除效果更低。一、研究背景4、Jacangeloetal.、Owenetal.及USEPA均認為：加強混凝、GAC的吸附和膜過濾(NF)可有效的去除有機物。Chaiketetal.研究了混凝、臭氧化和生物過濾控制DBPs的有效性，并提出生物過濾后的中間臭氧化是去除DBP前體物的最有效過程。(考慮到經(jīng)濟因素，NF將不包括在本項研究中)因此，本項研究將對比7種不同的組合工藝流程對有機物的去除效果?！ざ?、材料和方法1、原水水質：堿度、CODMn濃度較高日期濁度（NTU）溫度(°C)pH堿度(mg/l)NH3-N(mg/l)CODMn(mg/l)TOC(mg/l)UV254(mg/l)藻濃度(×106/l)2004.4.204.616.18.561870.115.656.450.116272004.4.215.116.48.621910.126.00-0.128-2004.6.228.524.68.111900.065.546.110.08252004.6.238.124.58.15-0.075.47-0.085-2004.8.247.128.47.981830.064.755.510.090212004.8.257.528.78.04-0.064.61-0.091-此原水是從200公里外的黃河運輸過來后儲存在一個大型水庫里。

二、材料和方法2、組合工藝流程①混凝-氣浮-過濾-自由性/順序氯化消毒/氯胺消毒②傳統(tǒng)工藝+GAC+自由性氯消毒③傳統(tǒng)工藝+O3-BAC+自由性/順序氯化消毒/氯胺消毒④Pre-O3+傳統(tǒng)工藝+自由性氯消毒⑤Pre-KMnO4+傳統(tǒng)工藝+自由性氯消毒⑥Pre-O3+傳統(tǒng)工藝+

O3-BAC+自由性/順序氯化消毒/氯胺消毒⑦Pre-KMnO4+傳統(tǒng)工藝+

GAC+自由性氯消毒傳統(tǒng)工藝傳統(tǒng)工藝+深度處理預氧化+傳統(tǒng)工藝預氧化+傳統(tǒng)工藝+深度處理二、材料和方法3、水質參數(shù)和分析方法（1）CODMn：在PH<2100°C條件下用高錳酸鉀氧化30分鐘，然后用草酸鈉和高錳酸鉀滴定。（2）

AOC：假單孢熒光菌菌株P-17接種到巴氏滅菌后的水樣中22°C培養(yǎng)2天。對P-17菌落計數(shù)后，對水樣再次巴氏滅菌殺死P-17。用螺旋菌NOX接種水樣在22°C培養(yǎng)3天.該計算值為菌落數(shù)乘以每種菌株的產(chǎn)率。（3）BODC：在20°C培養(yǎng)28天后細菌的DOC損失值。（4）THMs：頂空氣相色譜法。（5）HAAs：氣相色譜法。水樣的預處理是在PH=0.5時用甲基叔丁基醚微萃取以及用酸性甲醇進行甲基化。本研究使用的是電子捕獲檢測器和HP-5毛細管柱ShimadzuGC-17A氣相色譜。三、數(shù)據(jù)與討論1、有機物的去除(1)傳統(tǒng)工藝CODMn（mg/L）原水5.65出水[1]4.95[1]：“出水”均為“混凝-氣浮-過濾”后出水（2）傳統(tǒng)+GACCODMn（mg/L）（3）傳統(tǒng)+O3-BACCODMn（mg/L）原水5.65原水6.00出水[1]4.95出水[1]4.98GAC出水3.95O3-BAC出水2.79傳統(tǒng)的混凝-氣浮-過濾工藝去除效果不好，去除率僅為12%-17%

。傳統(tǒng)工藝+GAC，其出水CODMn濃度為3.95mg/L，仍不能滿足標準。傳統(tǒng)工藝+O3-BAC，其出水CODMn濃度為2.79mg/L，可達到標準。三、數(shù)據(jù)與討論(4)

Pre-O3+傳統(tǒng)CODMn（mg/L）(5)

Pre-KMnO4+傳統(tǒng)CODMn（mg/L）原水5.65原水6.00Pre-O3出水5.68Pre-KMnO4出水5.92出水[1]4.71出水[1]4.46(6)Pre-O3+傳統(tǒng)+O3-BACCODMn（mg/L）(7)Pre-KMnO4+傳統(tǒng)+GACCODMn（mg/L）O3-BAC出水4.04GAC出水2.94[1]：“出水”均為“混凝-氣浮-過濾”后出水

過程4、6，臭氧預氧化并不能直接減少CODMn，后續(xù)的混凝-氣浮工藝也不能加強其去除效果這可能是由于有限的臭氧投加量限制了有機物不能完全被氧化。

過程5、7，高錳酸鉀氧化能力低于臭氧，但卻可有有效的增強后續(xù)工藝的去除率。

臭氧或高錳酸鉀的預氧化不能顯著的去除大量CODMn。且用高錳酸鉀氧化會導致DBPFP濃度增加。然而，用臭氧用高錳酸鉀預氧化有利于后續(xù)的混凝過程。他們的效率受氧化劑用量和水質影響。這兩個預氧化工藝加上傳統(tǒng)工藝可使CODMn的去除率達36%或39%

三、數(shù)據(jù)與討論2、生物穩(wěn)定性的控制

AOC和BDOC是揭示配水系統(tǒng)中有機物濃度是否對細菌再生長有利的常見參數(shù)。LeChevallieretal.報道，在AOC濃度低于50μg/L時，管道中的微生物很難再生長。在管道中有余氯的條件下，終端出水的AOC濃度低于100μg/L，即可視為生物穩(wěn)定。一般來說，傳統(tǒng)法的AOC去除率一般。然而，更新后的水凈化工藝必須解決控制CODMn或控制AOC的沖突。加入氧化劑，如臭氧、高錳酸鹽、氯氣來消毒，能將大分子有機物分解成小分子物質但會導致AOC的增加。因此，去除CODMn的氧化過程會降低生物穩(wěn)定性。GAC的吸收和BAC生物降解可有效地減少基質并且保留生物穩(wěn)定性。因此，整體控制CODMn和AOC最廣為接受的解決方案是化學氧化+GAC或BAC的組合工藝。三、數(shù)據(jù)與討論（2）傳統(tǒng)+GACAOC（μg/L）原水178出水[1]161GAC出水36自由性氯消毒出水92

過程2GAC出水的AOC濃度雖然低于50μg/L。然而，這樣的組合工藝不能滿足CODMn濃度標準，并且限制了GAC的吸附能力。

GAC吸附的平均壽命為一年左右。因此，O3-BAC的深度處理對去除所有有機物十分必要。

[1]：“出水”均為“混凝-氣浮-過濾”后出水三、數(shù)據(jù)與討論（3）傳統(tǒng)+O3-BACAOC（μg/L）（6）Pre-O3+傳統(tǒng)+O3-BACAOC（μg/L）

原水183原水178出水[1]55Pre-O3出水160O3-BAC出水35出水[1]72順序氯化出水48O3-BAC出水62順序氯化出水85

過程3和6所示。臭氧可以分解難降解的有機物來提高其可生物降解性。后續(xù)的BAC可通過生物降解和吸附可提高有機物去除率。

消毒過程也會導致AOC的增加。

游離氯會使AOC增加150%左右，短時游離氯后轉氯胺的順序消毒會使AOC增加37%左右。后者能提供一個更好的生物穩(wěn)定性控制。三、數(shù)據(jù)與討論3、DBPs及其前體物的控制

DBP的控制有兩種。一種是通過水處理過程去除DBP前體物，另一種是消毒過程的緩和。THM和HAA生成勢不具有線性關系，但是兩者對CODMn的減少而減少很相似。影響DBP前體物去除的過程包括預氧化、GAC的吸收、O3-BAC等。KMnO4的預氧化會使DBPFP增加。然而，它能提高后續(xù)氣浮過程的DBP前體物去除率。氣浮或活性炭吸附過程的去除效果取決于他們的操作狀態(tài)。

強化混凝后，HAAFP的平均去除率為37%左右。THMFP的去除率數(shù)據(jù)很多變，可能是因為之前討論的過濾器中有機物的累積。在過濾初期，過濾能使THMFP減少56%也會在后期增加42%。

三、數(shù)據(jù)與討論各項有機綜合指標分析結果表不具線性關系三、數(shù)據(jù)與討論

實際在水力停留時間為120分鐘時清水井的出水會產(chǎn)生大量DBP

（左下圖）。

順序氯化消毒(短時游離氯后轉氯胺)的HAA和THM的產(chǎn)量分別為游離氯消毒的45%–63%和23%–77%。順序氯化消毒生成的DBP略高于氯胺消毒，但是它卻能更有效的滅活病原體（右下圖）。每個工藝用自由氯化消毒的DBP產(chǎn)量(消毒劑：NaClO，劑量：3mg/L以Cl2計，接觸時間：120分鐘)不同消毒工藝的DBP產(chǎn)量（選擇過程1、3、6）1、傳統(tǒng)3、傳統(tǒng)+O3BAC6、Pre-O3+傳統(tǒng)+O3-BAC四、結論1、最佳的水凈化工藝應控制綜合有機指數(shù)還有DBP前體物和生物穩(wěn)定性指數(shù)。2、“傳統(tǒng)工藝+O3-BAC”對于原水CODMn濃度在5–6mg/L條件下是最可行的技術。該組合工藝可有效的使CODMn、TOC、UV254、THMFP、HAAFP、AOC分別減少55%、42%、61%、68%、23%、67%。3、消毒可以氧化有機物，但會產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物并增加AOC濃度。順序氯化工藝對管網(wǎng)水生物穩(wěn)定性的控制效果明顯優(yōu)于游離氯消毒游離氯消毒后AOC濃度增加了約150％，而順序氯化后AOC濃度僅增加37．1％。參考文獻[1]ChaoChen，XiaojianZhang，WenjieHe，WeiLu，HongdaHan.Comparisonofsevenkindsofdrinkingwatertreatmentprocessestoenhanceorganicmaterialremoval[J]:ScienceoftheTotalEnvir