❶ 正在寫一篇關於黃浦江污染及防治的調查報告，需要一些實驗方法及數據。
O32BAC 深度處理黃浦江污染原水中試研究
摘要
對黃浦江原水進行O32BAC 工藝深度處理中試研究表明:O32BAC 能在較長時間內保持對水中有機物的去除,CODMn 的平均去除率為2715 %;TOC 的平均去除率為3417 %;UV254 的平均去除率為57 % 。該工藝還能去除水中的錳、色度等,能將Ames 試驗陽性的水轉化為Ames 試驗陰性。
關鍵詞 污染原水 臭氧 生物活性炭 中試
由於大量工業廢水和生活污水未經妥善處理即能採用黃浦江上游引水,原水就近取自黃浦江下游, 排入水體,造成許多飲用水源的嚴重污染,威脅飲用附近又有大型鋼鐵廠廢水污染影響,原水水質較差。水的衛生安全性。面對嚴峻的水源污染問題,上海廠內配有臭氧發生設備,以應付受污染原水水質處市一方面斥巨資實施建設黃浦江上游引水工程;另理。周家渡水廠的凈水工藝流程見圖1 。一方面也在探索強化污染原水處理的工藝流程。原上海市自來水公司在80 年代初也曾進行O32BAC 工藝的小型試驗[1～2] ,本文是在小試基礎上進行的中試研究,考查O32BAC 工藝深度處理黃浦江下游污染原水的可行性。試驗於1996 年在上海周家渡水廠內完成。
1 試驗條件和裝置111 周家渡水廠概況周家渡水廠位於上海浦東周家渡地區的黃浦江邊,處理水量約2 萬m3/ d 。由於處理水量較少,沒
表2 混凝劑使用效果與效益對比
混凝劑成本
沉澱20min 後
混凝劑的較佳使用量
澄清層濁度/ NTU
/ 元/ m3
2215mg/ L PAC
21103
01018 0
1210mg/ L PFS
10120
01004 2
1mg/L PAC+011mg/L PAM-A
1150
01002 0
1mg/L PFS+011mg/L PAM-A
1120
01001 6
注: PFS 為350 元/ t ,PAC 為800 元/t,PAM-A 為12 000 元/t 。
PAM-A, 或PFS 和PAM -A 相結合的復合法,能在短時間內使西江水濁度從數百N TU 迅速降到2N TU 以下,而費用僅為自來水廠單獨加PAC 成本的10 % 左右(自來水廠單獨加PAC 的量常在12～ 25mg/ L) ,而且採用混凝劑的復合投加法,絮團的沉澱迅速,可減少混凝劑和懸浮膠體在自來水中的殘留量,提高用水的安全性。
3 結論
對西江水的混凝沉澱,用聚鐵與陰離子聚丙烯醯胺的投加方法,其效果優於聚鋁與陰離子聚丙烯醯胺投加方法。但兩種復合投加方法皆比單獨用聚鋁和聚鐵的混凝沉澱速度快數倍以上,處理成本也比原方法低50 %～92 % 。自來水廠通過改進混凝劑投加方法,可減少水中鋁鹽和聚丙烯醯胺單體含量,從而減少對人體健康的危害。
進水,用管道泵直接提升到本試驗的臭氧接觸室。臭氧接觸室為! 400 、高4m 的不銹鋼筒,臭氧接觸時間715min , 臭氧接觸室出水進入活性炭柱。活性炭柱為! 800 、高315m 的不銹鋼筒, 採用太原ZJ -15 型顆粒活性炭,填充高度2m , 空柱濾速8～ 9m/ h , 炭層空床接觸時間(EBCT) 13～15min 。試驗工藝流程見圖2 。
圖2 O32BAC 工藝試驗流程
2 試驗結果
試驗主要分為兩個階段,一是活性炭吸附階段, 然後是O32BAC 工藝階段,試驗期間活性炭池中的活性炭沒有更換過。兩個階段的劃分主要是根據是否投加臭氧和活性炭吸附的穿透來判斷的。活性炭吸附後期,從NH3-N 降解看,炭層中已有微生物活動, 但由於濾後水中溶解氧較低, 據測定僅有2mg/ L 左右,估計微生物的影響不明顯。211 活性炭吸附階段
1996 年3 月21 日,活性炭柱投入吸附運行,沒有投加臭氧。水廠為提高混凝效果,在常規反應池進口處投加了少量氯, 經反應2沉澱2過濾後, 進入O32BAC 工藝的水中已沒有餘氯。該階段主要對活性炭柱進出水色度、CODMn 、UV254 和NH3-N 進行了監測,根據所測數據判斷活性炭柱的穿透點和柱內微生物的生長情況。該階段CODMn 、UV254 和NH3-N 的變化曲線分別見圖3～圖5 。
由圖3 和圖4 可以看出, 活性炭吸附早期對CODMn 、UV254 去除率均較高,隨著吸附位逐漸飽和, 去除率有一個明顯的下降過程,最後穩定在一個較低值范圍內。下降過程的終點在運行35～40d 之內。從氨氮的變化曲線可知,在運行到30d 時,活性炭柱開始去除水中的氨氮,說明炭層內已有微生物
圖5 活性炭吸附階段NH3-N 變化曲線活動,在三、四月份水溫較低時,活性炭柱自然掛膜需要約一個月時間。由以上曲線可以判斷,活性炭柱在連續運行40d 後,吸附達到飽和。212 O32BAC 階段
從6 月3 日開始投加臭氧,進入O32BAC 階段。O3 投加量主要在210～310mg/ L 之間,O3 的實際吸收量為115～210mg/ L 。試驗期間為考查O3 投加量的影響,曾短期將投加量提高到4 、5 、6 、7mg/L , 投加量增加對有機物去除率提高影響甚微。試驗還
發現O3 投加量的升高,導致其吸收率從近80 % 逐漸下降到略高於50 % 。
該階段從6 月初至9 月下旬,歷時三個多月,期間完成了多方面數據的分析。每天進行的分析包括濁度、色度、pH 值、CODMn 、UV254 、TOC 、NH3-N 、NO 2--N 、NO 3--N 和Mn 等水質指標。21211 常規分析統計結果
常規分析統計結果見表1 。
表1 常規水質分析數據統計
指標名稱 水樣名稱 統計天數/ d 最大值 最小值 平均值 對濾後水平均去除率 對臭氧化水平均去除率
濁度/ N TU 濾後水O3 出水炭後水 23 23 23 1160 4172 01906 01244 01477 01090 01669 1129 01456 -9218 % 3118 % 6417 %
色度/ 度 濾後水O3 出水炭後水 31 31 31 16 28 12 11 5 0 1313 1613 7 -2216 % 4714 % 5711 %
CODMn / mg/ L 濾後水O3 出水炭後水 31 31 31 6117 5145 4186 3166 3118 2161 5106 4145 3167 1211 % 2715 % 1715 %
UV254 / 1/ cm 濾後水O3 出水炭後水 25 25 25 01157 01105 01079 01082 01031 01018 01114 01075 01049 3412 % 57 % 3417 %
TOC / mg/ L 濾後水O3 出水炭後水 28 28 28 717 716 617 219 211 113 5153 4195 3161 1015 % 3417 % 2711 %
NH3 -N / mg/ L 濾後水O3 出水炭後水 31 31 31 6143 6154 5115 0189 1106 0107 2152 2184 1130 -1217 % 4814 % 5412 %
Mn / mg/ L 濾後水O3 出水炭後水 28 28 28 0130 0130 0110 0112 0112 0 0122 0122 0105 0 7713 % 7713 %
從表1 的統計結果可以看出,O32BAC 工藝對濾後水的濁度、色度、CODMn 、VU254 、TOC 、NH3-N 和Mn 的平均去除率分別是3118% 、4714% 、2715% 、57 % 、3417% 、4814% 和7713%, 大大地改善了出水的水質。這一結果與在該廠進行的O32BAC 工藝小試結果相符[1] 。O32BAC 階段CODMn 平均去除率相對較低,分析其原因可能是進水氨氮濃度較高,活性炭池硝化反應消耗過多溶解氧,影響活性炭池內生物降解去除有機物的效果。活性炭池上中下位置溶解氧檢測的統計平均值見表2 。
20 給水排水 Vol126 No112 2000
表2 不同炭層高度溶解氧濃度統計平均值的變化
統計次數 上部DO/ mg/ L 中部DO/ mg/ L 下部DO/ mg/ L
22 9109 2126 0129
21212 O32BAC 工藝去除有機物效果2121211 有機綜合指標
在給水處理研究中, 常用高錳酸鹽指數(CODMn) 、紫外消光值(UV254) 和總有機碳( TOC) 來代表水中有機物的綜合指標。研究期間,對這三個指標都進行了監測,結果分別見圖6～圖8 。
從圖6～圖8 可以看出,三個指標中以UV254 去除率最高,最穩定。一般認為UV254 代表含不飽和雙鍵和苯環的有機物,它們對紫外光有較強的吸收。由於臭氧的強氧化作用,可使不飽和雙鍵斷開,苯環開環,使UV254 降低迅速。CODMn 和TOC 的去除受較多因素干擾,除臭氧氧化外,活性炭吸附和微生物降解也很重要,因而去除率稍低且波動較大。2121212 三氯甲烷、四氯化碳、總有機鹵代物及多環芳烴的去除
在活性炭吸附階段和O32BAC 工藝運行成熟後,曾兩次取樣進行有機物去除效果的分析,結果見表3 。
由表3 可知,活性炭吸附對各種有機物均有很好的去除效果。O32BAC 工藝對TOX 、菲、蒽、螢蒽也有較好的去除效果。經O32BAC 處理後, CHCl3 和CCl4 不但沒有降低,反而有稍微升高。原因可能是CHCl3 和CCl4 一旦形成,O32BAC 就不能將其分解,只能靠活性炭吸附去除。當活性炭吸附飽和後, 如果進水的CHCl3 和CCl4 較低,活性炭上的CHCl3 和CCl4 就會解析出來,導致出水的CHCl3 和CCl4 稍有升高。21213 色度和錳的去除
試驗期間對O32BAC 工藝進出水色度和錳也進行了長期監測。由於周家渡水廠位於鋼鐵廠附近, 原水中色度和錳較高,出廠水常出現色度和錳超標。經O32BAC 處理後,色度和錳均大大降低,出水水質有較大提高。色度和錳的變化曲線見圖9 和圖10 。21214 Ames 試驗
於1996 年9 月2 日采樣委託上海醫科大學環圖10 臭氧生物活性炭階段錳的變化曲線境衛生學教研室進行Ames 試驗。所采水樣分別為原水、濾後水、水廠出廠水和活性炭柱出水。出廠水和濾後水的區別在於: 出廠水為濾後水經加氯115mg/L , 在清水庫停留時間30～40min , 取自廠內專用的出廠水樣龍頭。活性炭柱出水為濾後水經O32BAC 工藝處理的出水。Ames 試驗選用了TA100 (鹼基置換突變) 和TA98 (移碼突變) 兩種菌株。結果TA100 菌株各水樣均未表現出Ames 試驗
表3 部分有機物指標
檢測日期 水樣名稱 CHCl3 /μg/ L CCl4 /μg/ L TOX /μg/ L 萘 菲 蒽 螢蒽 芘 艹屈 苯並(b) 螢蒽 苯並(k) 螢蒽 苯並(a) 芘 苯並(ghi) 芘 茚並(1 ,2 ,32 cd) 芘
0320 原水濾後水炭後水 711 717 012 1125 0161 0101 9410 46210 315 18167 36 < 610 1812 1717 < 110 112 113 018 1119 1119 < 110 1413 1012 < 110 < 115 < 115 < 115 < 210 < 210 < 210 < 110 < 110 < 110 < 110 < 110 < 110 < 215 < 215 < 215 912 < 510 < 510
0715 原水濾後水O3 出水炭後水 116 116 116 412 0123 0118 0112 0122 5312 14819 4810 3016 554 < 610 < 610 < 610 100 6312 5912 5111 215 512 218 119 1318 1812 < 110 < 110 < 110 < 110 < 110 < 110 < 115 < 115 < 115 < 115 < 210 < 210 < 210 < 210 < 110 < 110 < 110 < 110 < 110 < 110 < 110 < 110 < 215 < 215 < 215 < 215 < 510 < 510 < 510 < 510
注:表中數據的單位除註明外,其餘均為ng/ L 。
給水排水 Vol126 No112 2000 21
圖11 TA98 菌株( + S9) Ames 試驗結果
圖12 TA98 菌株( -S9) Ames 試驗結果陽性。TA98 菌株的試驗結果見圖11 和圖12 。
從圖11 和圖12 可以看出,周家渡水廠原水有移碼突變性,常規處理後,出廠水突變性增強,且所有水樣的直接致突變作用( -S9) 強於間接致突變作用(+S9) ;濾後水經O32BAC 工藝處理後,由致突變陽性轉為致突變陰性,這顯然對保障人民的身體健康非常有利。本次試驗的Ames 試驗結果和小試結果基本吻合[1] ,說明O32BAC 工藝對改變黃浦江水Ames 試驗性質的結論並非偶然,具有重現性。21215 氨氮的去除
O32BAC 工藝有一定去除氨氮的能力。本試驗氨氮去除效果見圖13 。
試驗中發現由於受溶解氧不足的影響,O32BAC 工藝去除氨氮的能力有限。當進水氨氮濃度較高時,氨氮去除率低,氧化不徹底,出水亞硝酸鹽氮濃度升高,而且影響到有機物的去除效果;當進水氨氮濃度低時,去除率高,氧化徹底。因此建議控制O32 BAC 工藝進水的氨氮濃度在2mg/ L 以下。3 結論
(1) 研究表明,O32BAC 深度處理工藝能夠有效
22 給水排水 Vol126 No112 2000
去除黃浦江污染原水中的有機物。該試驗裝置共運行半年多, 活性炭沒有更換和再生, 一直維持CODMn 去除率20 % ～ 40 %; TOC 去除率20 % ～ 45 %;UV254 去除率40 %～70 % 。對具體有機物的分析說明,該工藝對水中多環芳烴和TOX 能部分去除,但對已形成的CHCl3 和CCl4 卻不能分解去除, 只能靠活性炭吸附去除,當吸附飽和後,該工藝對CHCl3 和CCl4 就沒有去除能力了。
1 (2) O32BAC 工藝對水中的色度和Mn 有很好的去除效果。試驗中色度平均由1313 度降至7 度;在進水Mn 超標的情況下,去除率在70 %～100 % 之間,出水Mn 的合格率達到100 % 。
2 (3) O32BAC 工藝能將Ames 試驗陽性的黃浦江水轉化為Ames 試驗陰性,從而提高飲用水質量和安全性,有利於保護人民的身體健康。
3 (4) O32BAC 工藝有一定的去除氨氮能力,但進水氨氮濃度宜控制在2mg/ L 以下。
4 (5) O32BAC 工藝適合於深度處理黃浦江污染原水。
參考文獻
1 呂錫武. 生物活性炭凈水技術研究:[ 學位論文]. 上海:同濟大學,1987
2 陸在宏. 臭氧2生物活性炭工藝去除水中有機物. 上海環境科學, 1986 ,5 (3) :2～4