本實(shí)驗(yàn)擬采用粉末活性炭吸附與水廠現(xiàn)有混凝工藝相結(jié)合的流程處理微污染水源，確保并提高城鄉(xiāng)居民生活飲用水的水質(zhì)。

    處理過程

    在1000ml錐形瓶中加入600ml試驗(yàn)原水，加入準(zhǔn)確稱量的粉末活性炭6mg~96mg，開啟攪拌電源，控制200r/min攪拌2min，40r/min攪拌15min，加入準(zhǔn)確稱量的堿式氯化鋁，再控制200r/min攪拌2min，40r/min攪拌15min，靜置澄清60min后分析上清液。作為對比，在完全相同的條件下，測定先加入絮凝劑以后再添加粉末活性炭的處理效率。

    分析方法

    氨氮的分析

    按照國標(biāo)GB5750-85，《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)法》。

    化學(xué)需氧量CODMn的分析

    按照國標(biāo)GB5750-85，《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)法》。

    總有機(jī)碳TOC的分析

    按照國標(biāo)GB13193-91，燃燒-非分散紅外吸收光譜法。

    濁度的分析

    依據(jù)美國聯(lián)邦環(huán)保局標(biāo)準(zhǔn)USEPA180.1。

    色度的分析

    依據(jù)美國聯(lián)邦環(huán)保局標(biāo)準(zhǔn)USEPA181.1。

    嗅味的分析

    按照國標(biāo)GB5750-85，《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)法》

    結(jié)果與討論

    處理工藝與活性炭種類的影響

    采用活性炭吸附與堿式氯化鋁絮凝結(jié)合的處理工藝，主要以CODMn的去除效率為標(biāo)準(zhǔn)，比較木質(zhì)和煤質(zhì)粉末活性炭的處理效果，結(jié)果列于表1。

    表1列出的結(jié)果顯示以下規(guī)律：

    (1)投入活性炭之后再進(jìn)行混凝與加入堿式氯化鋁之后再活性炭吸附兩種工藝相比較，前者對原水濁度的降低率明顯高于后者，對CODMn和TOC的去除率稍好于后者；兩種工藝對色度和嗅味的去除率大體相同。

    研究發(fā)現(xiàn)，活性炭單獨(dú)吸附水中污染物的速率相當(dāng)緩慢，其在原水中停留的時(shí)間自然就成為影響處理效率的控制因素。鑒于現(xiàn)行工藝規(guī)程規(guī)定的混凝時(shí)間僅為15min，而在如此短的時(shí)間內(nèi)，活性炭吸附水中污染物的過程難于達(dá)到平衡，因此表1中列出的先投加活性炭15min以后再加混凝劑，事實(shí)上也就增加了活性炭與原水的接觸時(shí)間，因而處理效果較好。(2)木質(zhì)活性炭與煤質(zhì)活性炭比較，前者除對色度的去除率稍優(yōu)外，兩者對其余污染物的去除率并無顯著差異，考慮到煤質(zhì)活性炭具有價(jià)格較低的優(yōu)勢，可以顯著降低處理成本。(3)不同粒度的兩種煤質(zhì)粉末活性炭相比較，減小粒度可顯著提高其對色度、嗅味、CODMn和TOC的去除率，這符合非均相吸附分離的一般規(guī)律，即吸附劑粒度愈小，其表面積和吸附能力也就愈強(qiáng)。

    活性炭加入量的影響

    結(jié)果如圖1所示。結(jié)果顯示，原水混凝之前加入10mg/L~20mg/L的煤質(zhì)粉末活性炭，即可使其中的CODMn降低大約40%。繼續(xù)增加活性炭用量，原水CODMn的降低趨勢變得逐漸平緩。因此，從降低處理成本考慮，選擇30mg/L~40mg/L的投加量是適宜的。

    苯酚和氯代苯酚的去除

    揮發(fā)酚乃是世界各國最為嚴(yán)格控制的飲用水有機(jī)污染物，其在水廠生產(chǎn)流程的加氯過程中轉(zhuǎn)變?yōu)楦杏^閾值極低、具有特別異嗅味的氯代苯酚，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藝對其去除的效果，結(jié)果列于表2。結(jié)果顯示，水廠現(xiàn)行單一混凝工藝基本上不能去除揮發(fā)酚，單純加氯雖然可以將揮發(fā)酚濃度降低到飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)以下(原因在于現(xiàn)行揮發(fā)酚分析方法無法檢測氯代酚)，但是卻使其轉(zhuǎn)變?yōu)槎拘愿?、異嗅味更?qiáng)烈的氯代苯酚。單獨(dú)加活性炭可以去除大約70%的苯酚。而在現(xiàn)行工藝加氯之后，再加入40mg/L的煤質(zhì)粉末活性炭并結(jié)合混凝，則可以徹底去除揮發(fā)酚及其衍生物氯代酚，從而使原水完全達(dá)到國家飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，表2中經(jīng)兩種工藝處理以后測得的揮發(fā)酚濃度數(shù)值差異可能產(chǎn)生于分析方法的檢測誤差。

    氨氮的去除

    本工作試驗(yàn)了投加量為10mg/L~80mg/L不同粒度煤質(zhì)和木質(zhì)活性炭，以及不同工藝處理流程對原水中氨氮的去除效果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，氨氮濃度分別為0.94mg/L、3.32mg/L、5.64mg/L和7.12mg/L時(shí)，其去除率大約在3%~18%范圍。由此可見，本工藝不能有效去除原水中的氨氮，必須采用其他處理方法予以去除。

    礦物油的去除

    飲用水中的所謂“礦物油”定義為經(jīng)二氯甲烷萃取以后的石油類有機(jī)物。本工作研究了粉末活性炭吸附與堿式氯化鋁混凝相結(jié)合對礦物油的去除效果，結(jié)果列于表3。表3的結(jié)果顯示，總體而言投加粉末活性炭以后15min再進(jìn)行混凝，對水中礦物油的去除效率高于混凝以后再投加活性炭，同時(shí)粒度較小的木質(zhì)炭具有更好去除礦物油的作用，其去除率可達(dá)到86%。

    TOC的去除

    通?？傆袡C(jī)碳(TOC)幾乎可以代表水中的全部有機(jī)物，如果在自來水前處理過程中去除TOC，就能夠有效降低加氯消毒過程中有害副反應(yīng)物(如致癌物質(zhì)氯仿等)的產(chǎn)生，對于提高飲用水質(zhì)量無疑意義重大。本工作對比了兩種工藝對水中TOC的去除效果如表4。表4的結(jié)果與表3類似，投加粉末活性炭以后15min再進(jìn)行混凝，同時(shí)使用粒度較小的木質(zhì)炭，對TOC的去除效率較高。當(dāng)投加炭量為40mg/L時(shí)，去除率為26.9%，增加活性炭的用量可以顯著提高去除率。

    結(jié)論

    (1)采用先投加活性炭以后再添加混凝劑的工藝，對水中污染物的綜合去除效率較高；

    (2)除對色度、礦物油和TOC外，煤質(zhì)炭與木質(zhì)炭去除水中其余污染物的能力無顯著差異；

    (3)當(dāng)粉末活性炭投加量為40mg/L時(shí)，其對原水異嗅味、色度、濁度、礦物油和苯酚的去除率分別達(dá)71%~90%，對CODMn、TOC和氨氮的去除率分別在47%~53%、26%~27%和10%~18%范圍。