pam01090

O32BAC 深度处理黄浦江污染原水中试研究

摘要

对黄浦江原水进行O32BAC 工艺深度处理中试研究表明:O32BAC 能在较长时间内保持对水中有机物的去除,CODMn 的平均去除率为2715 %;TOC 的平均去除率为3417 %;UV254 的平均去除率为57 % 。该工艺还能去除水中的锰、色度等,能将Ames 试验阳性的水转化为Ames 试验阴性。

关键词 污染原水 臭氧 生物活性炭 中试

由于大量工业废水和生活污水未经妥善处理即能采用黄浦江上游引水,原水就近取自黄浦江下游, 排入水体,造成许多饮用水源的严重污染,威胁饮用附近又有大型钢铁厂废水污染影响,原水水质较差。水的卫生安全性。面对严峻的水源污染问题,上海厂内配有臭氧发生设备,以应付受污染原水水质处市一方面斥巨资实施建设黄浦江上游引水工程;另理。周家渡水厂的净水工艺流程见图1 。一方面也在探索强化污染原水处理的工艺流程。原上海市自来水公司在80 年代初也曾进行O32BAC 工艺的小型试验[1～2] ,本文是在小试基础上进行的中试研究,考查O32BAC 工艺深度处理黄浦江下游污染原水的可行性。试验于1996 年在上海周家渡水厂内完成。

1 试验条件和装置111 周家渡水厂概况周家渡水厂位于上海浦东周家渡地区的黄浦江边,处理水量约2 万m3/ d 。由于处理水量较少,没

表2 混凝剂使用效果与效益对比

混凝剂成本

沉淀20min 后

混凝剂的较佳使用量

澄清层浊度/ 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 为350 元/ t ,PAC 为800 元/t,PAM-A 为12 000 元/t 。

PAM-A, 或PFS 和PAM -A 相结合的复合法,能在短时间内使西江水浊度从数百N TU 迅速降到2N TU 以下,而费用仅为自来水厂单独加PAC 成本的10 % 左右(自来水厂单独加PAC 的量常在12～ 25mg/ L) ,而且采用混凝剂的复合投加法,絮团的沉淀迅速,可减少混凝剂和悬浮胶体在自来水中的残留量,提高用水的安全性。

3 结论

对西江水的混凝沉淀,用聚铁与阴离子聚丙烯酰胺的投加方法,其效果优于聚铝与阴离子聚丙烯酰胺投加方法。但两种复合投加方法皆比单独用聚铝和聚铁的混凝沉淀速度快数倍以上,处理成本也比原方法低50 %～92 % 。自来水厂通过改进混凝剂投加方法,可减少水中铝盐和聚丙烯酰胺单体含量,从而减少对人体健康的危害。

进水,用管道泵直接提升到本试验的臭氧接触室。臭氧接触室为! 400 、高4m 的不锈钢筒,臭氧接触时间715min , 臭氧接触室出水进入活性炭柱。活性炭柱为! 800 、高315m 的不锈钢筒, 采用太原ZJ -15 型颗粒活性炭,填充高度2m , 空柱滤速8～ 9m/ h , 炭层空床接触时间(EBCT) 13～15min 。试验工艺流程见图2 。

图2 O32BAC 工艺试验流程

2 试验结果

试验主要分为两个阶段,一是活性炭吸附阶段, 然后是O32BAC 工艺阶段,试验期间活性炭池中的活性炭没有更换过。两个阶段的划分主要是根据是否投加臭氧和活性炭吸附的穿透来判断的。活性炭吸附后期,从NH3-N 降解看,炭层中已有微生物活动, 但由于滤后水中溶解氧较低, 据测定仅有2mg/ L 左右,估计微生物的影响不明显。211 活性炭吸附阶段

1996 年3 月21 日,活性炭柱投入吸附运行,没有投加臭氧。水厂为提高混凝效果,在常规反应池进口处投加了少量氯, 经反应2沉淀2过滤后, 进入O32BAC 工艺的水中已没有余氯。该阶段主要对活性炭柱进出水色度、CODMn 、UV254 和NH3-N 进行了监测,根据所测数据判断活性炭柱的穿透点和柱内微生物的生长情况。该阶段CODMn 、UV254 和NH3-N 的变化曲线分别见图3～图5 。

由图3 和图4 可以看出, 活性炭吸附早期对CODMn 、UV254 去除率均较高,随着吸附位逐渐饱和, 去除率有一个明显的下降过程,最后稳定在一个较低值范围内。下降过程的终点在运行35～40d 之内。从氨氮的变化曲线可知,在运行到30d 时,活性炭柱开始去除水中的氨氮,说明炭层内已有微生物

图5 活性炭吸附阶段NH3-N 变化曲线活动,在三、四月份水温较低时,活性炭柱自然挂膜需要约一个月时间。由以上曲线可以判断,活性炭柱在连续运行40d 后,吸附达到饱和。212 O32BAC 阶段

从6 月3 日开始投加臭氧,进入O32BAC 阶段。O3 投加量主要在210～310mg/ L 之间,O3 的实际吸收量为115～210mg/ L 。试验期间为考查O3 投加量的影响,曾短期将投加量提高到4 、5 、6 、7mg/L , 投加量增加对有机物去除率提高影响甚微。试验还

发现O3 投加量的升高,导致其吸收率从近80 % 逐渐下降到略高于50 % 。

该阶段从6 月初至9 月下旬,历时三个多月,期间完成了多方面数据的分析。每天进行的分析包括浊度、色度、pH 值、CODMn 、UV254 、TOC 、NH3-N 、NO 2--N 、NO 3--N 和Mn 等水质指标。21211 常规分析统计结果

常规分析统计结果见表1 。

表1 常规水质分析数据统计

指标名称 水样名称 统计天数/ d 最大值 最小值 平均值 对滤后水平均去除率 对臭氧化水平均去除率

浊度/ N TU 滤后水O3 出水炭后水 23 23 23 1160 4172 01906 01244 01477 01090 01669 1129 01456 -9218 % 3118 % 6417 %

色度/ 度 滤后水O3 出水炭后水 31 31 31 16 28 12 11 5 0 1313 1613 7 -2216 % 4714 % 5711 %

CODMn / mg/ L 滤后水O3 出水炭后水 31 31 31 6117 5145 4186 3166 3118 2161 5106 4145 3167 1211 % 2715 % 1715 %

UV254 / 1/ cm 滤后水O3 出水炭后水 25 25 25 01157 01105 01079 01082 01031 01018 01114 01075 01049 3412 % 57 % 3417 %

TOC / mg/ L 滤后水O3 出水炭后水 28 28 28 717 716 617 219 211 113 5153 4195 3161 1015 % 3417 % 2711 %

NH3 -N / mg/ L 滤后水O3 出水炭后水 31 31 31 6143 6154 5115 0189 1106 0107 2152 2184 1130 -1217 % 4814 % 5412 %

Mn / mg/ L 滤后水O3 出水炭后水 28 28 28 0130 0130 0110 0112 0112 0 0122 0122 0105 0 7713 % 7713 %

从表1 的统计结果可以看出,O32BAC 工艺对滤后水的浊度、色度、CODMn 、VU254 、TOC 、NH3-N 和Mn 的平均去除率分别是3118% 、4714% 、2715% 、57 % 、3417% 、4814% 和7713%, 大大地改善了出水的水质。这一结果与在该厂进行的O32BAC 工艺小试结果相符[1] 。O32BAC 阶段CODMn 平均去除率相对较低,分析其原因可能是进水氨氮浓度较高,活性炭池硝化反应消耗过多溶解氧,影响活性炭池内生物降解去除有机物的效果。活性炭池上中下位置溶解氧检测的统计平均值见表2 。

20 给水排水 Vol126 No112 2000

表2 不同炭层高度溶解氧浓度统计平均值的变化

统计次数 上部DO/ mg/ L 中部DO/ mg/ L 下部DO/ mg/ L

22 9109 2126 0129

21212 O32BAC 工艺去除有机物效果2121211 有机综合指标

在给水处理研究中, 常用高锰酸盐指数(CODMn) 、紫外消光值(UV254) 和总有机碳( TOC) 来代表水中有机物的综合指标。研究期间,对这三个指标都进行了监测,结果分别见图6～图8 。

从图6～图8 可以看出,三个指标中以UV254 去除率最高,最稳定。一般认为UV254 代表含不饱和双键和苯环的有机物,它们对紫外光有较强的吸收。由于臭氧的强氧化作用,可使不饱和双键断开,苯环开环,使UV254 降低迅速。CODMn 和TOC 的去除受较多因素干扰,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动较大。2121212 三氯甲烷、四氯化碳、总有机卤代物及多环芳烃的去除

在活性炭吸附阶段和O32BAC 工艺运行成熟后,曾两次取样进行有机物去除效果的分析,结果见表3 。

由表3 可知,活性炭吸附对各种有机物均有很好的去除效果。O32BAC 工艺对TOX 、菲、蒽、萤蒽也有较好的去除效果。经O32BAC 处理后, CHCl3 和CCl4 不但没有降低,反而有稍微升高。原因可能是CHCl3 和CCl4 一旦形成,O32BAC 就不能将其分解,只能靠活性炭吸附去除。当活性炭吸附饱和后, 如果进水的CHCl3 和CCl4 较低,活性炭上的CHCl3 和CCl4 就会解析出来,导致出水的CHCl3 和CCl4 稍有升高。21213 色度和锰的去除

试验期间对O32BAC 工艺进出水色度和锰也进行了长期监测。由于周家渡水厂位于钢铁厂附近, 原水中色度和锰较高,出厂水常出现色度和锰超标。经O32BAC 处理后,色度和锰均大大降低,出水水质有较大提高。色度和锰的变化曲线见图9 和图10 。21214 Ames 试验

于1996 年9 月2 日采样委托上海医科大学环图10 臭氧生物活性炭阶段锰的变化曲线境卫生学教研室进行Ames 试验。所采水样分别为原水、滤后水、水厂出厂水和活性炭柱出水。出厂水和滤后水的区别在于: 出厂水为滤后水经加氯115mg/L , 在清水库停留时间30～40min , 取自厂内专用的出厂水样龙头。活性炭柱出水为滤后水经O32BAC 工艺处理的出水。Ames 试验选用了TA100 (碱基置换突变) 和TA98 (移码突变) 两种菌株。结果TA100 菌株各水样均未表现出Ames 试验

表3 部分有机物指标

检测日期 水样名称 CHCl3 /μg/ L CCl4 /μg/ L TOX /μg/ L 萘 菲 蒽 萤蒽 芘 艹屈 苯并(b) 萤蒽 苯并(k) 萤蒽 苯并(a) 芘 苯并(ghi) 芘 茚并(1 ,2 ,32 cd) 芘

0320 原水滤后水炭后水 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 原水滤后水O3 出水炭后水 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:表中数据的单位除注明外,其余均为ng/ L 。

给水排水 Vol126 No112 2000 21

图11 TA98 菌株( + S9) Ames 试验结果

图12 TA98 菌株( -S9) Ames 试验结果阳性。TA98 菌株的试验结果见图11 和图12 。

从图11 和图12 可以看出,周家渡水厂原水有移码突变性,常规处理后,出厂水突变性增强,且所有水样的直接致突变作用( -S9) 强于间接致突变作用(+S9) ;滤后水经O32BAC 工艺处理后,由致突变阳性转为致突变阴性,这显然对保障人民的身体健康非常有利。本次试验的Ames 试验结果和小试结果基本吻合[1] ,说明O32BAC 工艺对改变黄浦江水Ames 试验性质的结论并非偶然,具有重现性。21215 氨氮的去除

O32BAC 工艺有一定去除氨氮的能力。本试验氨氮去除效果见图13 。

试验中发现由于受溶解氧不足的影响,O32BAC 工艺去除氨氮的能力有限。当进水氨氮浓度较高时,氨氮去除率低,氧化不彻底,出水亚硝酸盐氮浓度升高,而且影响到有机物的去除效果;当进水氨氮浓度低时,去除率高,氧化彻底。因此建议控制O32 BAC 工艺进水的氨氮浓度在2mg/ L 以下。3 结论

(1) 研究表明,O32BAC 深度处理工艺能够有效

22 给水排水 Vol126 No112 2000

去除黄浦江污染原水中的有机物。该试验装置共运行半年多, 活性炭没有更换和再生, 一直维持CODMn 去除率20 % ～ 40 %; TOC 去除率20 % ～ 45 %;UV254 去除率40 %～70 % 。对具体有机物的分析说明,该工艺对水中多环芳烃和TOX 能部分去除,但对已形成的CHCl3 和CCl4 却不能分解去除, 只能靠活性炭吸附去除,当吸附饱和后,该工艺对CHCl3 和CCl4 就没有去除能力了。

1 (2) O32BAC 工艺对水中的色度和Mn 有很好的去除效果。试验中色度平均由1313 度降至7 度;在进水Mn 超标的情况下,去除率在70 %～100 % 之间,出水Mn 的合格率达到100 % 。

2 (3) O32BAC 工艺能将Ames 试验阳性的黄浦江水转化为Ames 试验阴性,从而提高饮用水质量和安全性,有利于保护人民的身体健康。

3 (4) O32BAC 工艺有一定的去除氨氮能力,但进水氨氮浓度宜控制在2mg/ L 以下。

4 (5) O32BAC 工艺适合于深度处理黄浦江污染原水。

参考文献

1 吕锡武. 生物活性炭净水技术研究:[ 学位论文]. 上海:同济大学,1987

2 陆在宏. 臭氧2生物活性炭工艺去除水中有机物. 上海环境科学, 1986 ,5 (3) :2～4