光—Fenton试剂预处理低浓度H酸废水

时间：2008-08-28 09:39:57 点击次数：43

摘　要：为降低饮用水中三卤甲烷等消毒副产物的浓度，采用絮凝沉淀与粉末活性炭(PAC)吸附联用技术进行试验。结果表明，只投加少量的PAC即可在保证混凝效果的情况下有效地去除三卤甲烷前体物(THMFP)，从而在加氯消毒后大大降低三卤甲烷的浓度，提高了供水水质。
　　关键词：絮凝沉淀；加氯消毒；粉末活性炭；三卤甲烷前体物
　　中图分类号：TU991.22
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2002)07-0045-03

　　原水中的有机污染物，在自来水厂的加氯消毒工艺中会与氯反应生成三卤甲烷(THMs)等对人体健康有害的“三致物”。目前由于我国的经济发展现状，水价不可能大幅度提高，因此还不可能用其他消毒法完全取代价格低廉、杀菌效果好的加氯消毒工艺，但可以在加氯之前先去除原水中三卤甲烷前体物THMFP来达到减少三卤甲烷生成量的目的。具体的措施是将絮凝沉淀与粉末活性炭(PAC)吸附工艺相结合，使大量的有机污染物在絮凝沉淀工艺中随沉淀污泥一起去除。这一方法无需改建现有水处理设施，制水成本也增加甚微。现通过在水厂内进行絮凝沉淀吸附试验来研究这一方法对THMFP的去除效果。

1 试验内容和方法

　　试验以天津凌庄水厂的预沉池出水为研究对象，通过烧杯搅拌试验探讨絮凝沉淀与PAC吸附联用对THMFP的去除效果。测定指标主要有两项：一是UV₂₅₄，这一指标主要反映非挥发性有机物、总三卤甲烷前体物以及芳香族有机物等物质的总含量^［1、2］；二是3THMs浓度，以CHCl₃浓度表征，因原水加氯以后生成的卤代烃主要是三氯甲烷^［3、4］。
　　有研究表明^［5］，活性炭对天然水中有机物的吸附性能与其指标(如比表面积、碘值、亚甲基蓝吸附值、四氯化碳吸附值等)的相关性并不好，不能单纯通过这几项指标来评价活性炭对天然水中有机物的吸附性能。因此试验可先对选自全国各地的6种粉末活性炭进行筛选，然后使用性能最好的粉末活性炭进行投加量试验。
　　搅拌试验在六联搅拌机上进行。具体步骤是：用1000mL量筒量取预沉池出水分别注入6个1L的烧杯中，快速搅拌(300r/min)1 min(这期间同时加入混凝剂和活性炭，混凝剂采用三氯化铁)；然后慢速搅拌(40r/min)20.5min，沉淀20min后用滤纸过滤。取滤后水样进行UV₂₅₄测定，其余水样加入氯溶液摇匀后装满气液平衡瓶，塞紧橡胶塞，以备气相色谱测定CHCl₃浓度。其中，加氯量与混凝剂的投量应与水厂当日的投量一致，以增加经试验处理过的水样与水厂滤后水之间的可比性。
　　UV₂₅₄使用751紫外分光光度计测定。THMs浓度采用顶空气相色谱法，气相色谱仪为带电子捕获检测器的HP4890。色谱条件为色谱柱：HP-5(长度：15.0m，内径：0.53mm，膜厚：1.5μm)，柱温：50℃，进样口处温度：200℃；检测器温度：200℃，载气流量：60mL/min，进样量：100μL。

2 试验结果

2.1 　综合评价
　　试验期间水厂有关水质指标总体情况是：预沉池出水直接加氯后形成的THMs浓度最大值为70.7μg/L、最小值为36.0μg/L、平均值为51.1μg/L；水厂滤后水中THMs浓度的最大值为48.7μg/L、最小值为21.4μg/L、平均值为36.3μg/L；预沉池出水中UV₂₅₄的最大值为0.158cm^-1、最小值为0.109cm^-1、平均值为0.137cm^-1。
2.2 活性炭筛选结果
　　THMs的去除率如图1所示，此去除率是指经混凝、沉淀、吸附、过滤并加氯处理后水样中测得的THMs浓度相对于预沉池出水直接加氯对THMs的去除率。

　　图1、2中显示了6种PAC在不同投量下的筛选试验结果(将6种活性炭编为1～6号)，试验结果显示1号PAC略好于其他5种。
2.3 活性炭投加量
　　PAC投加量的试验数据见表1。

**表1 PAC投加量试验数据**
混凝剂投加量(mg/L)	监测项目	预沉池出水	水厂滤后水	PAC投加量(mg/L)
混凝剂投加量(mg/L)	监测项目	预沉池出水	水厂滤后水	0	2.0	4.0	6.0	8.0	10.0
6.0	THMs(μg/L)	50.7	39.3	47.0	29.11	16.2	11.8	13.8	11.4
6.0	UV254(cm^-1)	0.155		0.138	0.082	0.055	0.034	0.029	0.029
8.0	THMs(μg/L)	46.0	33.2	40.4	28.0	16.3	12.8	11.3	10.8
8.0	UV254(cm^-1)	0.137		0.116	0.080	0.050	0.039	0.034	0.030
10.0	THMs(μg/L)	53.7	38.4	47.1	33.6	21.7	15.5	11.1	12.8
10.0	UV254(cm^-1)	0.149		0.135	0.100	0.060	0.046	0.043	0.027
12.0	THMs(μg/L)	44.8	32.2	40.5	31.6	25.0	12.2	10.9	9.7
12.0	UV254(cm^-1)	0.140		0.121	0.105	0.074	0.052	0.042	0.037
14.0	THMs(μg/L)	43.0	31.8	38.4	29.2	22.9	16.1	11.6	12.3
14.0	UV254(cm^-1)	0.141		0.124	0.101	0.070	0.046	0.038	0.037
16.0	THMs(μg/L)	41.5	29.4	35.9	1.3	18.8	13.2	9.9	9.7
16.0	UV254(cm^-1)	0.133		0.115	0.099	0.076	0.050	0.041	0.036

3 分析与讨论

3.1 PAC最佳投量
　　试验表明，PAC投量达到15～20mg/L时，对于浊度、色度、COD_Mn、氨氮的去除率与单一使用混凝工艺差别不大。当PAC投量在3～5mg/L时，对THMFP就已经有相当明显的去除效果，因此将PAC最佳投量定在5mg/L。在PAC吸附时间较短(不足1h)且投量不大(＜10mg/L)的情况下，增加PAC投量对THMFP的去除效果并不明显(至多达到70%～80%)。有研究认为^［2、6］，混凝和投加PAC可有效地去除溶解性有机物，混凝的去除作用主要是电性吸附，这种吸附发生在极短的时间内(约为10^-4～1s)，主要去除大分子质量的有机物。PAC吸附则分为两个阶段，第一阶段小分子质量的有机物迅速被吸附(一般认为在30min内)；第二阶段较大分子质量的有机物缓慢被吸附，时间可延续数小时甚至数天，也就是说PAC吸附有机物与有机物的分子质量大小以及有机物本身的性质有关。而未能被去除的THMFP可能本身难以被混凝剂与PAC吸附，也可能需要很长的吸附时间才能被PAC吸附，因此继续增加PAC的投量作用不大。
3.2 混凝剂投量对吸附的影响
　　使用六联搅拌机在同一混凝剂投量下改变PAC的投量进行了试验，可做得PAC对THMFP的吸附等温线见图3(图例中列出的数值为混凝剂的投量)。由图3可知，混凝剂的投量明显影响 PAC对THMFP的去除效果。在PAC投量较小、THMFP平衡浓度较高的情况下，若混凝剂投量较高，则PAC对THMFP的吸附能力较差；而PAC投量较大、THMFP平衡浓度较低时，不同混凝剂投量下PAC对THMFP的吸附能力相似。这可以解释为PAC投量较低时一部分PAC尚未发生作用就已经被絮体包裹，从而降低了其吸附作用。由于混凝去除有机物的电性吸附时间很短，可在絮体已经基本形成后再投加PAC以去除小分子质量的有机物。有研究认为^［7］，在常规水处理工艺中应以絮凝池中絮体尺度发展到与分散的PAC颗粒尺度相近时作为PAC的最佳投加点。该试验修改了PAC投加点，即把原来的混凝剂与PAC同时投加改为先投加混凝剂快速搅拌1min后慢速搅拌5min时投加PAC，结果表明混凝和活性炭的协同作用会大大提高对THMFP的去除率。

4 结论

　　絮凝沉淀与PAC吸附联用可以有效地去除水中的THMFP，其中混凝对THMFP的去除有一定作用但并不明显，而PAC则可在投量不大的情况下去除大部分THMFP，大大地降低了加氯后形成THMs的浓度，但仍有少部分THMFP难于去除。该工艺对THMFP的去除效果随混凝剂投量的增大而变差，这可通过调节PAC投加点减少混凝剂絮体对PAC的包裹而得以改善。

参考文献：

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　　电　话：(022)23694168
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