滆湖水源水微污染处理试验研究

张玉先¹，乔勇¹，邱传坤¹，沈亚辉²，徐忠林²，张立东²
（1．同济大学环境科学与工程学院，上海 200092；2．武进市自来水公司，江苏 常州 213161）

　　摘要：滆湖水源受到污染，自来水出现异味。投加高锰酸钾、折点加氯未能消除。经臭氧氧化、颗粒活性炭吸附处理，可有效去除异味，同时降低COD、UV254吸光值。经臭氧氧化、活性炭吸附处理，每吨水的制水成本增加0.24元。
　　关键词：微污染水源；水处理技术；臭氧；GAC
　　中图分类号：TU991.27
　　文献标识码：A
　　文章编号：1009-2455(2001)05-0010-04

Tests for Treahment of Slightly-Polluted water from Gehu Lake
ZHANG Yu-xian，QIAO Yong，QIU Chuan-kun，SHEN Ya-hui，XU Zhong-lin，ZHANG Li-dong
（1.School of Environ．Sci．and Eng.，Tongji Univ．　Shanghai 200092，China；
2.Wujin Water Supply Co.，ChangZhou 213l61，China）

　　Abstract：As the water source in the Gehu Lake was Polluted，abnormal taste and odor were found in the
drinking water．The use of potassium permanganate and break-point chlorination did not eliminate the abnormal odor and taste，while ozone oxidation and GAC adsorption worked effectively with simultaneous reduction of COD and UV254 absorption value．The cost of water production was increased by 0.24 yuan/ton because of the treatment by ozone oxidation and GAC adsorPtion．
　　Key words：slightly-polluted water source；water treatment technolocr；ozone；GAC

前言

　　地面水源环境质量改善缓慢，自来水水质不如人意，水中微量有害物质对人体存有潜在威胁。同济大学、武进市自来水公司对滆湖水源水微污染处理进行了试验研究，本文将试验研究结果作一简要介绍。

1 武进市自来水水质特点

1.1 滆湖水源水水质
　　武进市市政府所在地湖塘镇自来水原水取自滆湖。湖水受排放污水污染，加上圈养鱼虾河蚌投放饲料，引起藻类滋生，污泥淤积，水质变差。以试验时检测的水样为例，对照《地面水环境质量标准》，影响水源水质的主要指标见表1。
　　另含有其它有机物如^2-氟β3-二羟基-N甲基苯己胺，^2-甲基-1-硝基-丙烷等数十种，其分子量多在10000以上和5000以下分子量段。如遇下雨，有些厂家趁势排放未完全处理污水，致使原水水质变差。

表1 湖水源水几种影响水源水质的指标 水源与标准 检测项目 臭味强度/
级 凯氏氮/
(mg·L^-1) 溶解氧/
(mg·L^-1) 耗氧量/
(mg·L^-1) 非离子氧/
(mg·L^-1) 挥发酚/
(mg·L^-1) 石油类/
(mg·L^-1) 总磷/
(mg·L^-1) 滆湖水源水 2～4 3.29 4.00 50.10 4.00 0.004 0.27 0.46 Ⅱ类水源标准 0 ≤0.5 ≥6.0 ≤15 0.02 0.002 ≤0.05 0.01 Ⅲ类水源标准 0 ≤1.0 ≥5.0 ≤20 0.02 0.002 ≤0.05 0.025

1.2 自来水水质
　　武进市滆湖水源自来水厂采用隔板絮凝池、平流式沉淀池、快滤池常规处理工艺，无法大幅度去除溶解的污染杂质。在取水泵房加注高锰酸钾后仍存在如下主要问题：
　　①自来水经常出现腥味、臭味；
　　②三氯甲烷有时超过0.05mg/L的饮用水卫生标准；
　　③色度大于3～5（Pt－CO）mg/L；
　　④耗氧量大于5mg/L。

2 研究技术路线

2.1 微污染水源水除污染基本方法
　　微污染水源水处理的基本方法有：生物氧化、化学氧化、混凝、沉淀、过滤和活性炭吸附等不同工艺组合。
　　其中生物氧化主要去除氨氮（NH₃-N）。ClO₂可氧化水中铁、锰、富里酸、腐殖酸，对去除水中酚类等污染物引起的臭味有效。臭氧（O₃）能氧化S^2-、NO^2-，脱色，分解大部分非生物降解性洗涤剂，去除多环烃，同时增加水中的溶解氧。高铁酸钾（K2FeO₄）、高锰酸钾（KMnO₄）可氧化水中藻类、色度及其它产生气味的物质。颗粒活性炭（GAC）使用较广，常用于水的脱色、除臭。当水中含有氧气时，GAC表面大量好氧微生物菌落对有机物进行生物降解，从而可去除水中NH₃-N及其它可生物降解物质，又使活性炭获得“再生”。通常先化学氧化，降低有机物浓度，再经活性炭吸附是有益的^[1-2]。
2.2 试验研究技术路线
　　根据上述分析及武进市自来水水质状况，影响自来水水质的主要指标是臭味、色度。采用化学氧化有利于改善水质。采用化学氧化后，再经活性炭吸附，有可能去除上述物质。考虑到滆湖水源COD远远高于BOD及O₃容易氧化亚硝酸盐的特点，本研究经臭氧氧化+砂滤、砂滤+活性炭吸附、砂滤+臭氧氧化+活性炭吸附初步试验后，确定砂滤+臭氧氧化+活性炭吸附研究技术路线。

3 试验结果

3.1 O₃除污染效果
　　水中污染物对水质的综合影响指标是COD、TOC、UV254吸光值。可间接反映非挥发性有机物（NPTOC）、总三氯甲烷生成可能性（TTHMFP）及芳香族有机化合物含量。视其降低程度，说明污染物去除多少。经投加O₃后，水中臭味基本去除，同时降低了COD、UV254吸光值、NO₂^--N含量。试验结果见表2，COD去除效果与O₃接触时间关系见图1。随着臭氧投加量及接触时间的增加，代表水中有机污染物的两项主要指标COD和UV254的去除率变化较小。从去除效率和投资费用综合考虑，接触时间越长，所需要的接触氧化池越大，增加投资越多。取臭氧投加量为2.5mg/L，接触时间在12～14min可以达到预期效果。经臭氧氧化，水中细菌及大肠杆菌去除100％，NO₂^--N可去除90％以上，UV254去除40％以上，CODMn去除16％左右，嗅味明显消除。

表2 臭氧氧化除污染实验结果 O₃投加量/
（mg·L^-1） 接触氧化
时间/min CODMn
去除率/％ UV254
去除率/％ NO₂^--N
去除率/％ 1.7 10 9.0 20.0 30.1 2.5 10 11.5 35.6 35.5 3.0 10 13.2 40.8 38.5 1.7 12 9.7 25.4 54.2 2.5 12 16.2 40.1 65.7 3.0 12 18.5 41.5 67.0 1.7 14 12.2 31.5 89.4 2.5 14 18.6 46.0 90.9 3.0 14 19.6 48.7 91.2

3.2 影响O₃作用的因素
3.2.1 水温
　　臭氧氧化去除水中微污染物受水的温度、接触时间等因素影响。试验表明：在接触时间12min的条件下，温度30℃时COD的去除率比20℃时提高5％以上。
3.2.2 剩余臭氧量
　　在有机污染物含量较高时，大量投加臭氧有助于提高氧化速率。实际上，有机污染物去除率并不是随着臭氧投加量的增加而成线性增加。从处理效果及投资的角度考虑，合理确定臭氧投加量就显得尤为重要。还应注意，臭氧投加量的确定用COD去除率来表征并不十分完善，在一定的接触时间里，只要水中能够保持一定余量的臭氧，就说明水中能够与臭氧反应的有机污染物基本被氧化分解了。水中保持0.03～0.05mg/L的剩余臭氧是合适的。针对不同水源水质，臭氧投加量可通过试验进一步确定。
3.2.3 作用时间
　　臭氧与有机物的反应速度很快，容易氧化的有机物在开始的几分钟内即被氧化分解，也有些有机物不易被氧化，需要在较长的接触时间内进行反应。氧化的程度随着时间的延长而提高，同时与水中有机物的成分有关^[3]。所以，对于不同的水质，臭氧与水接触时间也应由试验来定。
3.3 活性炭效果
　　活性炭（GAC）吸附试验主要考查活性炭与水接触时间及进水中有机物浓度变化影响参数，为期两个半月。GAC接触时间取10，12，14，16min，试验结果统计值见表3。接触时间增加后，代表水中有机污染物的两项指标UV254和CODMn的去除率变化缓慢。接触时间在14min左右可以达到较好效果。

表3 活性炭（GAC）过滤实验除污染效果统计值 GAC接触 污染物 CODMn/(mg·L^-1) UV254（吸光值） NH₃-N/(mg·L^-1) NO₂^--N/(mg·L^-1) 时间/min 变化范围 进水 出水 进水 出水 进水 出水 进水 出水 10 最大值 4.46 4.38 0.058 0.050 0.180 0.154 0.024 0.024 10 最小值 2.89 2.68 0.032 0.015 0.076 0.055 0.006 0.003 10 平均值 3.61 3.24 0.044 0.036 0.118 0.101 0.014 0.010 平均去除率/％ 10.20 18.18 14.40 28.60 12 最大值 4.18 3.81 0.059 0.053 0.151 0.145 0.022 0.022 12 最小值 2.55 2.33 0.035 0.020 0.067 0.054 0.003 0.002 12 平均值 3.41 2.96 0.044 0.035 0.108 0.092 0.014 0.010 平均去除率/％ 13.20 20.50 14.82 28.60 14 最大值 4.18 3.77 0.060 0.047 0.170 0.154 0.036 0.021 14 最小值 2.60 2.39 0.033 0.022 0.046 0.041 0.004 0.001 14 平均值 3.45 2.91 0.043 0.031 0.105 0.087 0.015 0.011 平均去除率/％ 15.65 27.91 17.14 26.67 16 最大值 4.25 3.72 0.064 0.048 0.164 0.153 0.035 0.026 16 最小值 2.66 2.52 0.034 0.018 0.067 0.050 0.006 0.004 16 平均值 3.34 2.80 0.046 0.033 0.113 0.092 0.015 0.010 平均去除率/％ 16.16 28.26 18.58 33.30

3.4 臭氧氧化、生物活性炭吸附联合处理结果
　　本试验第三阶段，对砂滤池过滤后水取O₃投加量2.5mg/L，氧化时间12min，活性炭滤池停留时间14min，进行为期8个多月的试验。出水符合饮用水卫生标准。其中影响自来水水质的几个主要指标项目去除结果见表4。

表4 部分水质指标分析结果 水样来源 水质分析数据 臭味强度/
级 色度(Pt-Co)/
(mg·L^-1) 化学需氧量/
(mg·L^-1) 氨氮/
(mg·L^-1) 亚硝酸盐(NO₂^-)/
(mg·L^-1) 砂滤池滤后水 3～4 3～5 5.9～7 0.56～0.6 0.16～0.1 O₃+GAC滤后水 0 1 3.5～5 0.35～0.42 0.001 Ⅰ类水自来水公司水质指标 0 1 1～5.0 0.50 0.10

　　3.5 影响活性炭吸附的因素
　　温度的变化对微生物生命活性的影响较为敏感，容易导致炭床中生物降解效果发生波动。水温15℃以上，才有一定生化作用。不加O₃时，活性炭主要发挥吸附作用，炭层厚度越大或滤速越小，活性炭和水中污染物的接触吸附时间越长，越有较好的去除效果。原水中有机物含量越高，去除比例相对越高。投加O₃后，有时水的色度增加，除含有铁、锰原因之外，有可能生成了新的染料分子。

4 制水工艺确定及成本分析

　　4.1 工艺流程
　　根据研究结果，改善滆湖水源自来水水质工程设计采用如下图2工艺流程：

　　4.2 投资估算
　　根据该厂现有工艺及需改善的水质项目的实际情况，初步考虑在滤池后加设臭氧-活性炭过滤工艺。在水厂原有构筑物基础上增加提升泵房、臭氧接触氧化池和活性炭滤池。按6×10⁴m³/d规模计，其投资估算见表5。

表5 O₃+GAC深度处理投资估算 序号 工程或费用名称 估算价格/万元 土建 材料 设备 合计 1 臭氧生产系统 200 200 2 臭氧接触氧化池 200 50 250 3 活性炭滤池 420 210 90 720 4 提升泵房及水池 90 30 50 170 合 计 710 290 340 1340

　　4.3 制水成本分析
　　增设O₃+GAC滤池后增加制水成本的分析见表6。

表6 增加制水成本分析 序号 控制项目 运行数据 1 总投资估算/万元 1340.00 2 水泵提升电费/(万元·a^-1) 54.00 3 O₃投加费/(万元·a^-1) 84.00 4 活性炭投加分摊/(万元·a^-1) 60.00 5 管理费/(万元·a^-1) 20.00 6 固定资产折旧/(万元·a^-1) 55.00 7 大修理基金提存/(万元·a^-1) 32.00 8 日常维护/(万元·a^-1) 7.00 9 年运行费/(万元·a^-1) 312.00 10 年制水量/(万m³) 1314 11 增加制水成本/(元·m^-3) 0.24

5 结语

　　①臭氧氧化-生物活性炭吸附明显改善了武进市涌湖水源自来水水质。相对于水厂砂滤后出水水质，CODMn、UV254的平均去除率分别为16％和25％左右，试验出水没有出现臭味，色度都在1度以下，水中溶解氧增加3～4倍，细菌和大肠杆菌的去除率达到100％，藻类得到有效的去除。基本达到预期效果，有针对性的解决了目前存在的问题。
　　②从经济上分析，每立方米水的成本仅增加0.24元，是可以接受的。因此，臭氧氧化-生物活性炭工艺在当前源水情况下，不失为一种见效快、经济合理的方案。

参考文献：

[1]　周云.给水处理中的臭氧副产物[J].中国给水排水，1999,(2):27-28
[2] Redakton K.Kotter. Verbesserung der Trinkwasserqualitat[C].DVGW-Schriftenreihe Wasser Nr 40,1984,138-166.
[3] 叶辉，陈翼孙。O3+GAC深度处理黄浦江污染原水中试研究[J].给水排水，2000,(12):18-22

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作者简介：张玉先（1945～），男，河南睢县人，同济大学环境科学与工程学院教授，主要从事水处理技术与工程，电话：(021)86982688（O）；沈亚辉（1965～），男，武进市人，工程师，电话：(0519)6561878（O）。