自来水厂有机物去除规律的研究

刘 宝， 于召强， 孙艺祯， 张格维

(连云港市自来水有限责任公司水质检测中心，江苏连云港222002)

近年来，环境水污染日益严重，饮用水水源污染也随之加重，特别是有机物污染，加大了处理难度。研究水处理工艺对有机物的去除规律，可以为水厂提供依据，有助于提高对有机物的去除效率，提升出厂水水质，保障饮用水安全。

1 材料与方法

1.1 实验用水

采用2个水厂的原水、出厂水，其中1#水厂采用常规水处理工艺，2#水厂主要工艺为混凝—沉淀—臭氧氧化—生物活性炭—消毒。

1.2 实验仪器

Shimadzu Sievers 5310c总有机碳测定仪、PC1158700-00便携式余氯测定仪。 耗氧量采用高锰酸钾法测定。

1.3 有机物的分子量分离实验

采用350 mL超滤杯(Amicon，Millipore8400)与孔径分别为10，5，3和1 kDa的超滤膜组成的超滤装置，进行分离实验。分离过程中采用高压氮气加压，压力在0.1～0.5 MPa，压力大小与膜孔径成反比。最终得到5个不同分子量区间的有机物，即<1 kDa，1～3 kDa，3～5 kDa，5～10 kDa，>10 kDa，分别测定各区间TOC的含量。

1.4 三卤甲烷的生成势实验

分析不同分子量区间段的有机物的三卤甲烷生成势量，研究水厂卤代消毒副产物生成前驱物的情况。

2 试验结果与分析

2.1 不同工艺对耗氧量的去除

夏季污染期，水厂原水的耗氧量有所升高，污染期后原水和出水耗氧量恢复正常。1#水厂对耗氧量的去除率在25%～50%，2#水厂对耗氧量的去除率在50%～75%，如图1、图2所示。

图1 1#水厂污染期前后对耗氧量的去除效果Fig.1 Removal effect of oxygen consumption of 1#waterworks before and after pollution period

图2 2#水厂污染期前后对耗氧量的去除效果Fig.2 Removal effect of oxygen consumption of 2# waterworks before and after pollution period

图3 2#水厂各工艺对耗氧量的去除情况Fig.3 Removal of oxygen consumption of each process of 2# waterworks

从图3可以看出，污染期间混凝、沉淀工艺对耗氧量的去除率下降，而臭氧-活性炭工艺对耗氧量的去除率升高。这是由于2个工艺段对有机物的去除原理不同，去除效果受有机物的影响也存在差别。

2.2 各工艺段对TOC的去除情况

取2#水厂的原水、砂滤后水和炭后水，分别测定各区间TOC的含量。得到2#水厂各工艺段对不同分子量区间有机物的去除情况，如表1和图4所示。

表1 2#水厂各工艺出水有机物含量Tab.1 Organic content in effluent of each process of 2# waterworks mg·L-1

图4 2#水厂各工艺对有机物的去除效果Fig.4 Removal effect of organic compounds by each process of waterworks

原水和各工艺段出水中，分子量小于1 kDa的有机物占大多数。其中混凝、沉淀、砂滤能去除70%以上分子量大于10 kDa的有机物，臭氧-活性炭工艺对分子量小于3 kDa的有机物的去除效果明显。整个工艺对有机物的去除率在40%左右。

2.3 2#水厂砂滤后水卤代消毒副产物生成势分析

取100 mL容量瓶，装入100 mL中性实验水样，分别加入有效氯浓度为3，5，7，9和11 mg/L的次氯酸钠溶液，于25 ℃培养箱中反应4 h。

取5个100 mL玻璃瓶，其中1瓶加入100 mL去氯纯水，测定三卤甲烷。其余4瓶各加入100 mL以上经10，5，3和1 kDa滤膜过滤后的水样及相应的氯投加量，盖上瓶盖，在25 ℃培养箱中反应5 d，最后采用抗坏血酸脱氯。选取余氯量在3～5 mg/L的A水样测定三卤甲烷，各消毒副产物的生成势为加氯反应5 d后的浓度与初始浓度的差值，结果见表2、表3。

可以看出，氯气消毒后产生三卤甲烷的有机物，分子量大多小于1 kDa。但三卤甲烷生产能力最强的有机物，其分子量在1～3 kDa，具体物质需要进一步分析。

表2 不同分子量区间的三卤甲烷生成势Tab.2 Potentials of trihalomethane in different molecular weight ranges mg·L-1

表3 不同分子量区间有机物的三卤甲烷生成势Tab.3 THMFP of organic compounds of different molecular weight ranges mg·L-1

2.4 臭氧-活性炭工艺对消毒副产物的去除

从表4可以看出， 水厂炭滤后出水的TOC和消毒副产物的生成量明显低于砂滤后出水。臭氧-活性炭工艺对水中卤代消毒副产物的前驱物去除效果明显，对TOC、三氯甲烷和三卤甲烷的去除率分别为21.7%、42.1%和38.2%。

表4 炭滤和砂滤后出水的消毒副产物生成势Tab.4 DBPs potential of effluent after carbon and sand filtration mg·L-1

3 结论

① 水厂混凝沉淀、臭氧-活性炭工艺对耗氧量的去除率分别为25%～50%和10%～30%，整个工艺的去除率通常在50%～75%。

② 臭氧-活性炭工艺对水中三卤甲烷前驱物的去除效果明显。原水有机物污染物的增加降低了混凝沉淀工艺对有机物的去除率，但臭氧-活性炭工艺对有机物的去除率上升。混凝沉淀去除了水中大部分分子量大于10 kDa的有机物，臭氧-活性炭工艺对水中小于3 kDa的有机物的去除效果明显。

③ 氯气消毒后产生三卤甲烷的有机物的分子量大多小于1 kDa，但分子量在1～3 kDa之间的有机物生成三卤甲烷的能力最强。