粉末活性炭与碱式氯化铝混凝处理微污染水源水

离子交换与吸附, 2006, 22(1): 89 94 ION EXCHANGE AND ADSORPTION 文章编号：1001-5493(2006)01-0089-06 粉末活性炭与碱式氯化铝混凝处理微污染水源水的研究* 刘 恒 叶 劲 肖克艰 成都市自来水总公司，成都 610045 摘要：用粉末活性炭吸附与碱式氯化铝混凝相结合的工艺处理微污染生活水源水，研究活性炭 种类、加入量和加入先后等因素对原水嗅味、色度和有机物等去除效率的影响。结果显示，投 加 40mg/L 200mesh 活性炭以后再进行混凝，对各种污染物的去除效果较好，对原水异嗅味、 色度、浊度、矿物油和苯酚的去除率分别达到 71%90%，对 CODMn、TOC 和氨氮的去除率分 别在 47%53%、26%27%和 10%18%范围。 关键词：微污染水源水；处理；粉末活性炭；吸附；混凝 中图分类号：TQ085.4 文献标识码：A 1 前 言 成都市生活饮用水源随着经济的发展及其城市化进程的加快，水源水质呈现逐渐变差 的趋势。研究应对突发污染事件、有效处理微污染水源水成为供水行业面临的一项紧迫课 题。成都地区生活饮用水源水中的主要微污染物包括异嗅、氨氮、有机物和矿物油类等。 饮用水中的异嗅物质既危害人体健康，同时严重影响饮用水的感观性能，采用现行自来水 生产的常规处理工艺往往难于除去1,2。 虽然国外已有深度处理饮用水源水的研究报道35， 但是基于成本等方面的原因，短时间内在国内尚难广泛推广。 本工作拟采用粉末活性炭吸附与水厂现有混凝工艺相结合的流程处理微污染水源水， 为研究开发简便、高效和相对低成本的微污染水源水的净化预处理方法，为确保并提高城 乡居民生活饮用水的水质探索一条可供选择的途径。 2 试验部分 2.1 仪器与试剂 仪器：磁力搅拌器，型号 591，上海南汇电讯器材厂。 试剂：粉末木质和煤质活性炭，规格：碘值950mg/g，亚甲基蓝值 180mg/g，粒度 * 收稿日期：2005 年 2 月 11 日 作者简介：刘 恒(1967), 女, 四川省人, 工程师. 电话 电邮 Ion Exchange and Adsorption 2006 年 2 月 90 150mesh 和 200mesh，河南巩义市丁车水处理滤料厂。碱式氯化铝，工业级，成都市自来 水公司碱式氯化铝厂生产。 试验所用其余化学试剂均为 AR 或 CP 级，试验原水分别取自成都市摸底河送仙桥艺 术城取水口、水二厂和五厂沙河取水口，两种原水按照 1:1 比例配制。 2.2 处理过程 在 1000ml 锥形瓶中加入 600ml 试验原水，加入准确称量的粉末活性炭 6mg96mg， 开启搅拌电源，控制 200r/min 搅拌 2min，40r/min 搅拌 15min，加入准确称量的碱式氯化 铝，再控制 200r/min 搅拌 2min，40r/min 搅拌 15min，静置澄清 60min 后分析上清液。作 为对比，在完全相同的条件下，测定先加入絮凝剂以后再添加粉末活性炭的处理效率。 2.3 分析方法 2.3.1 氨氮的分析 按照国标 GB5750-85， 生活饮用水标准检验法 。 2.3.2 化学需氧量 CODMn的分析 按照国标 GB5750-85， 生活饮用水标准检验法 。 2.3.3 总有机碳 TOC 的分析 按照国标 GB13193-91，燃烧-非分散红外吸收光谱法。 2.3.4 浊度的分析 依据美国联邦环保局标准 USEPA 180.1。 2.3.5 色度的分析 依据美国联邦环保局标准 USEPA 181.1。 2.3.6 嗅味的分析 按照国标 GB5750-85， 生活饮用水标准检验法 。 3 结果与讨论 3.1 处理工艺与活性炭种类的影响 采用活性炭吸附与碱式氯化铝絮凝结合的处理工艺，主要以 CODMn的去除效率为标 准，比较木质和煤质粉末活性炭的处理效果，结果列于表 1。 表 1 列出的结果显示以下规律： (1) 投入活性炭之后再进行混凝与加入碱式氯化铝之后再活性炭吸附两种工艺相比较， 前者对原水浊度的降低率明显高于后者，对 CODMn和 TOC 的去除率稍好于后者；两种工 艺对色度和嗅味的去除率大体相同。 第 22 卷第 1 期 离 子 交 换 与 吸 附 91 图 1 活性炭用量对 CODMn去除率的影响 表 1 不同活性炭用量对原水处理结果的影响 浊度 (NTU)色度 (CU)氨氮 (mg/L) CODMn(mg/L) TOC (mg/L) a b ab 嗅味 a b a b a b 工艺及吸附剂* 64.1 24 4 级3.32 5.44 4.95 煤质 200mesh C 0.86 98 2920 级3.10 7 2.86 47 3.68 26 煤质 150mesh C 0.92 98 6751 级2.80 163.48 36 4.56 8 吸附 混凝 木质 200mesh C 0.87 98 1960 级3.22 3 2.56 53 3.62 27 煤质 200mesh C 3.56 94 3870 级2.98 103.05 44 4.08 18 煤质 150mesh C 0.97 98 5791 级3.04 8 3.42 37 4.49 9 混凝 吸附 木质 200mesh C 2.96 95 1960 级3.02 9 2.62 52 3.97 20 活性炭和碱式氯化铝的加入量均为40mg/L；a 除表头为原水指标外均为处理后指标；b为去除率 (%) 吸附-混凝系指投加活性炭搅拌吸附一定时间以后，再投加碱式氯化铝进行混凝 混凝-吸附系指投加碱式氯化铝混凝一定时间以后，再加活性炭进行吸附 两种处理工艺究竟吸附在前好，还是在后好？目前业内学者尚存在一些争议6。研究 发现，活性炭单独吸附水中污染物的速率相当缓慢，其在原水中停留的时间自然就成为影 响处理效率的控制因素。鉴于现行工艺规程规定的混凝时间仅为 15min，而在如此短的时 间内， 活性炭吸附水中污染物的过程难于达到平衡， 因此表 1 中列出的先投加活性炭 15min 以后再加混凝剂，事实上也就增加了活性炭与原水的接触时间，因而处理效果较好。 (2) 木质活性炭与煤质活性炭比较，前者除对色度的去除率稍优外，两者对其余污染物 的去除率并无显著差异， 考虑到煤质活性炭具有价格较低的优势， 可以显著降低处理成本。 (3) 不同粒度的两种煤质粉末活性炭相比较，减小粒度可显著提高其对色度、嗅味、 CODMn和 TOC 的去除率，这符合非均相吸附分离的一般规律，即吸附剂粒度愈小，其表 面积和吸附能力也就愈强。 3.2 活性炭加入量的影响 结果如图 1 所示。结果显示，原水混凝 之前加入 10mg/L20mg/L 的煤质粉末活性 炭，即可使其中的 CODMn降低大约 40%。继 续增加活性炭用量， 原水 CODMn的降低趋势 变得逐渐平缓。因此，从降低处理成本考虑， 选择 30mg/L40mg/L 的投加量是适宜的。 3.3 苯酚和氯代苯酚的去除 挥发酚乃是世界各国最为严格控制的饮 用水有机污染物，其在水厂生产流程的加氯 Ion Exchange and Adsorption 2006 年 2 月 92 过程中转变为感观阈值极低、具有特别异嗅味的氯代苯酚，因此本工作采用加入苯酚的方 法，研究活性炭吸附和混凝工艺对其去除的效果，结果列于表 2。 表 2 不同处理工艺对苯酚和异嗅味的去除结果* 工艺 单加氯 单加 C单混凝 加氯CC+混凝 氯C混凝 异嗅味 (级) 4 (强烈氯酚味)0 3 (苯酚味)0 0 0 挥发酚* (mg/L) 0.000088 0.016 0.056 0.00010 0.014 0.00028 原水加入试剂苯酚浓度0.0598mg/L，嗅味3级。饮用水国家卫生标准 (国标GB5750-85) 为0.002mg/L。 结果显示，水厂现行单一混凝工艺基本上不能去除挥发酚，单纯加氯虽然可以将挥发 酚浓度降低到饮用水卫生标准以下 (原因在于现行挥发酚分析方法无法检测氯代酚)， 但是 却使其转变为毒性更高、异嗅味更强烈的氯代苯酚。单独加活性炭可以去除大约 70%的苯 酚。而在现行工艺加氯之后，再加入 40mg/L 的煤质粉末活性炭并结合混凝，则可以彻底 去除挥发酚及其衍生物氯代酚，从而使原水完全达到国家饮用水卫生标准，表 2 中经两种 工艺处理以后测得的挥发酚浓度数值差异可能产生于分析方法的检测误差。 3.4 氨氮的去除 本工作试验了投加量为 10mg/L80mg/L 不同粒度煤质和木质活性炭，以及不同工艺 处理流程对原水中氨氮的去除效果。结果发现，氨氮浓度分别为 0.94mg/L、3.32mg/L、 5.64mg/L 和 7.12mg/L 时，其去除率大约在 3%18%范围。由此可见，本工艺不能有效去 除原水中的氨氮，必须采用其他处理方法予以去除。 3.5 矿物油的去除 饮用水中的所谓“矿物油”定义为经二氯甲烷萃取以后的石油类有机物。本工作研究了 粉末活性炭吸附与碱式氯化铝混凝相结合对矿物油的去除效果，结果列于表 3。 表 3 不同处理工艺对矿物油的处理结果 先吸附-后混凝 先混凝-后吸附 工 艺 煤质200mesh 煤质150mesh木质200mesh煤质200mesh煤质150mesh 木质200mesh 浓度 (mg/L) 0.02 0.04 0.01 0.02 0.05 0.03 去除率 (%) 71 43 86 71 29 57 * 原水矿物油浓度为0.07mg/L. 表 3 的结果显示，总体而言投加粉末活性炭以后 15min 再进行混凝，对水中矿物油的 去除效率高于混凝以后再投加活性炭，同时粒度较小的木质炭具有更好去除矿物油的作 用，其去除率可达到 86%。 第 22 卷第 1 期 离 子 交 换 与 吸 附 93 3.6 TOC 的去除 通常总有机碳 (TOC) 几乎可以代表水中的全部有机物，如果在自来水前处理过程中 去除 TOC，就能够有效降低加氯消毒过程中有害副反应物 (如致癌物质氯仿等) 的产生， 对于提高饮用水质量无疑意义重大。 本工作对比了两种工艺对水中TOC的去除效果如表4。 表 4 不同处理工艺对 TOC 的处理结果 先吸附-后混凝 先混凝-后吸附 工 艺 煤质200mesh 煤质150mesh木质200mesh煤质200mesh煤质150mesh 木质200mesh TOC 浓度(mg/L) 3.68 4.56 3.62 4.08 4.49 3.97 去除率 (%) 25.7 7.89 26.9 17.6 9.29 19.8 * 原水TOC浓度为4.95 mg/L. 表 4 的结果与表 3 类似，投加粉末活性炭以后 15min 再进行混凝，同时使用粒度较小 的木质炭，对 TOC 的去除效率较高。当投加炭量为 40mg/L 时，去除率为 26.9%，增加活 性炭的用量可以显著提高去除率。 4 结 论 (1) 采用先投加活性炭以后再添加混凝剂的工艺，对水中污染物的综合去除效率较高； (2) 除对色度、 矿物油和 TOC 外， 煤质炭与木质炭去除水中其余污染物的能力无显著差异； (3) 当粉末活性炭投加量为 40mg/L 时，其对原水异嗅味、色度、浊度、矿物油和苯酚的去 除率分别达 71%90%，对 CODMn、TOC 和氨氮的去除率分别在 47%53%、26%27% 和 10%18%范围。 参考文献 1 王占生, 刘文君, 微污染水源水饮用水处理 M, 北京: 中国建筑工业出版社, 1999, P53. 2 董秉直, 曹达文 范瑾初 等, 中国给水排水 J, 2000, (3): 1. 3 Nezzal G., Aim R. Ben, Desalination J, 2000, 131(13): 307. 4 Temes Thomas A., Meisenfeimer Martin, Environmental Science and Technology J, 2002, 36(17): 3855. 5 Kabsch-Korbutowicz, Malqorzata, Environmental Protection Engineering J, 2003, 29(34): 15. 6 李伟光, 李大鹏, 张金松, 中国给水排水 J, 2002, (3): 17. Ion Exchange and Adsorption 2006 年 2 月 94 TREATMENT OF THE RESOURCE OF DRINKING WATER POLLUTED LIGHTLY WITH POWDER ACTIVATED CARBON AND ALKALI CHLORIDE ALUMINUM LIU Heng YE Jin XIAO Kejian Chengdu General Waterworks Co. Ltd., Chengdu 610045, China Abstract: The treatment of resource of drinking water lightly polluted was researched by adsorption with activated carbon and flocculation with alkali chloride aluminum in the paper. The kind of activated carbon and added amount and place affected on the exorcized efficiency of the smell, odour, color degree an