粉末活性炭和二氧化氯在长距离原水输送中除嗅研究

苏 喆，李树林，王 琰，周 全

(1.郑州自来水投资控股有限公司，河南郑州450007;2.国家粮食储备局郑州科学研究设计院，河南 郑州450045)

目前国内许多地区饮用水水源都存在嗅味问题［1－4］，影响饮用水品质.对于常规处理工艺，投加粉末活性炭已成为水厂处理嗅味问题的应急手段，二氧化氯作为氧化剂和消毒剂在部分水厂中已经使用.

某水厂采用黄河中下游地表水，期间原水经过两次沉砂，输送至水厂.原水输送流程如图1所示.水厂采用常规处理工艺，在嗅味高发期时，对水体嗅味去除能力较差，其中二次沉砂池至水厂输水管厂7.15 km，根据输送水量变化，原水在输水管道中的停留时间约为 1.5 ～3.0 h.

图1 某水厂原水输送流程

鉴于水厂原水输送的现有条件，拟在二次沉砂池出水口投加粉末活性炭或二氧化氯，充分利用现有管道条件，延长药剂接触时间，发挥两种药剂各自优势以达到除嗅目的.

1 试验材料与方法

1.1 试验装置

根据反应器设计原理［5］，原水输水管道属于推流式反应器(PF型)，与完全混合间歇式反应器(CMB型)在理论平均停留时间上完全相同.因此试验初期，自行设计制作一套搅拌模型(如图2所示).设计容积为0.5 m3，浆片转速为60 r/min，上有加药口、取样口和排空口.

图2 试验用模型装置

1.2 试验方法及检测指标

将试验用原水通入反应器后，分别单独或联合投加定量粉末活性炭(5，10 mg/L)和二氧化氯(0.5，1.0 mg/L)，在反应不同时间后取样、检测.取样间隔时间为30或40 min.其中粉末活性炭为水厂贮备药剂，碘吸附值为700;二氧化氯为市场购买的二氧化氯原液，经检测含量为1 950 mg/L.

检测指标包括臭阈值［6］、CODMn.试验期间原水水质指标见表1.

表1 原水水质

2 结果与讨论

2.1 单独投加粉末活性炭

从图3中可看出，随着接触停留时间增长，臭阈值明显下降，活性炭对水体致嗅物质的吸附在前80 min速度快，当活性炭的投加量由5 mg/L增至10 mg/L时，在前80 min内，致嗅物质去除率基本相同，在停留时间为2 h时，臭阈值去除率由72.1%增至83.1%，稍有提升.

图3 投加不同量粉末活性炭在不同停留时间内的臭阈值和去除率变化曲线

2.2 单独投加二氧化氯

由图4可见，随着试验运行时间的增长，臭阈值明显降低，说明二氧化氯对水体中的致嗅物质有一定的氧化能力.在试验运行 160 min时，投加0.5 mg/L和1.0 mg/L二氧化氯对臭阈值的去除率分别为 50.2%，57.2%，相差不大.

图4 投加不同量二氧化氯在不同时间的臭阈值和去除率变化曲线

2.3 粉末活性炭和二氧化氯同时投加

由图5和图6可见，单一投加粉末活性炭对嗅味控制效果最好，160 min时去除率为65.4%，而同时投加粉末活性炭和二氧化氯与单一投加二氧化氯对嗅味的控制效果基本相同，160 min时去除率分别为51.2%，50.2%.对以上水样同时检测 CODMn结果，如图7所示.

由图7可见，单独投加二氧化氯时CODMn有逐渐降低趋势，160 min时去除率为14%.而单独投加粉末活性炭和2种药剂同时投加情况下，CODMn去除率出现负增长，且前者去除率负增长最高.其原因可能为水样检测同时未对水样进行粉末活性炭去除的预处理，造成活性炭被检测药剂高锰酸钾氧化，CODMn增高.2种药剂同时投加时，二氧化氯已对粉末活性炭进行氧化，使得水样CODMn含量低于单独投加活性炭后的测量值，高于单独投加二氧化氯的测量值.

分析3种投加方法除嗅的机理可能为:活性炭吸附包括物理吸附和化学吸附，物理吸附是由吸附质和吸附剂分子间作用力所引起，结合较弱;化学吸附是吸附质分子与固体表面原子(或分子)发生电子的转移、交换或共有，形成吸附化学键.当同时投加粉末活性炭和二氧化氯时，由于二氧化氯的强氧化能力将活性炭表面具有化学吸附能力的点位氧化，使活性炭与水中致嗅物质无法形成化学键，从而影响了活性炭的吸附效率，造成同时投加2种药剂与单独投加二氧化氯的效果相差不大.

图5 同时投加粉末活性炭和二氧化氯在不同时间的臭阈值变化曲线

图6 同时投加粉末活性炭和二氧化氯在不同时间的臭阈值去除率变化曲线

图7 同时投加粉末活性炭和二氧化氯在不同时间的CODMn量和去除率变化曲线

3 结语

a.投加粉末活性炭能有效吸附水体中的致嗅物质，在活性炭投加80 min内，活性炭对致嗅物质吸附速度较快，在试验运行期间，当投加量为10 mg/L时，停留时间为2 h时，臭阈值的去除率可达到83.1%.

b.二氧化氯能够氧化水体中部分致嗅物质，在试验运行期间，停留时间为160 min时，二氧化氯的投加量为0.5 mg/L和1.0 mg/L时对臭阈值的去除率分别为50.2%，57.2%，两者相差不大.

c.粉末活性炭和二氧化氯同时投加，活性炭有可能被二氧化氯氧化，从而降低了对致嗅物质的去除.在实际生产过程中，应避免2种药剂的同时投加，充分提高药剂的使用效率.

［1］胡嘉东，张锡辉，万正茂，等.典型城市河流中嗅味物质和微生物菌落特征［J］.环境科学研究，2009，22(1):47－51.

［2］李勇，陈超，张晓健，等.东江水中典型致嗅物质的调查［J］.中国环境科学，2008，28(11):974 －978.

［3］杨小敏.包头市给水厂异嗅味来源分析［D］.西安:西安建筑科技大学，2007.

［4］于建伟，李宗来，曹楠，等.无锡市饮用水嗅味突发事件致嗅原因及潜在问题分析［J］.环境科学学报，2007，27(11):1771－1777.

［5］严煦世，范瑾初.给水工程(第四版)［M］.北京:中国建筑工业出版社，1999.

［6］国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会.水与废水监测分析方法(第四版)［M］.北京:中国环境科学出版社，2002.