Z 转 ; 夜 沉舟侧畔半枯人
与发达国家如美、日、欧共体相比,我国关于生活饮用水卫生标准的法制体系建设是比 较落后的。目前仍有法律效力的 GB5749-85中仅规定了四类指标共 35个子项,即使在原国 家建设部颁布的最新推荐指标体系《城市供水行业 2000年技术进步发展规划》中,对一类 水司的水质指标也才 88项, 远少于发达国家 120~135项的指标总数, 另外, 指标限值也比 发达国家宽松得多。突出表现为对饮用水中的“三致” (致畸、致癌、致突变物的强制性 指标体系的建立严重滞后。
饮用水中“三致”物主要包括:(1重金属离子如铜、锌、汞、镉、铬离子等; (2可 与卤素化合物 (主要是氯, 常用作水处理消毒剂 反应生成有毒 “三致” 卤代物的有机质 (称 为消毒副产物先质,简称 DBPs 先质如低分子量的碳水化合物、氨基酸、蛋白质、脂肪及 较高分子量的腐殖质等; (3 臭氧消毒灭菌副产物如甲醛、 丙酮醛等有机副产物及溴酸盐等 无机副产物; (4天然水体中含有的有毒微生物; (5天然水体中含有的放射性元素; (6 受污染饮用水源中含有的有毒人工合成化合物如农药等。
随着我国综合国力的逐步提高,尤其是城市分质供水规划的分类实施,目前国内水处理 研究热点之一是饮用水中卤素 DBPs 先质、含卤 DBPs 、臭氧消毒副产物的去除,以期提供 优质饮用水。在这些热点研究领域中,活性炭吸附剂及相关应用技术备受关注。
1、粉状活性炭(PAC
粉状活性炭是最古老的水处理吸附剂之一。迄今为止共有五种应用方法【 1】 【 7】 【 8】 。 1.1 在常规水处理工艺中投加 PAC
常规水处理工艺有三个主要工序——混凝、沉淀和过滤。 PAC 的投加点有混凝前、与混 凝操作同时进行、沉淀之后、砂滤之后等几种,一般用于突发性水质恶化时临时投加 PAC 以保证出水水质。
上海市自来水公司乐林生等针对长江水源中污染物的种类和含量特点,根据该市水处理 厂的常规净化工艺,进行了 PAC 不同投加点的对比试验,研究表明,在原水
进入水厂之后 经 ClO2消毒,然后投加 15~20mg/L粒径 10~50μm 的 PAC 时,处理效果最理想,投加点 应位于快速混合处,且应与混凝剂矾同加。
香港沙田和北港两座净水厂在混合池之前加氯消毒杀菌后,同时投加石灰混凝剂、聚合 硫酸铝絮凝剂和 PAC 进行混凝、吸附处理,再经沉淀、砂滤,最后进行二次加氯消毒、石 灰乳调 PH 、添加少量氟化物,出水可直接饮用【 3】 。
松花江水源在冬季冰封时期是水污染较严重、较难处理的时期,原水厂处理工序为:原 水中投加聚合铝混凝剂, 在管道混合器中混合, 进入网格反应池, 再经斜管迷宫式沉淀池沉 淀, 进入无阀滤池后加氯消毒, 然后出水。 陈忠林等 【 4】 在此基础上, 将一定浓度的 KMnO4溶液加入管道混合器,同时在网格反应池中投加一定量的 PAC ,试验结果表明,源水中的 有机污染物部分被氧化剂氧化, 部分被氧化反应中间产物水合氧化锰吸附沉淀, 其余部分则 被 PAC 吸附,两种技术联用,具有协同作用效果,水中致突变物质几乎被完全去除。 水中孳生的藻类(尤其是蓝藻和绿藻,均为放线菌和其它水生动植物的代谢或分解产 物可使水产生强烈嗅味,运用常规处理工艺去除嗅味的效果非常差。法国某公司开发了 Cristal 工艺,在沉淀工序之前投加 PAC 吸附水中有机物、农药残留物和水中产生嗅味的化 合物,再用 0.01μ的中空超滤膜去除水中的悬浮颗粒、胶体颗粒、细菌和病毒,该工艺的主 要目的 是去 除藻类 造成 的嗅 味,同 时脱 除大 部分“ 三致 ”物 质。该 工艺 已在 巴黎市 Vigeneus-Seine 水厂成功应用【 5】 。
在常规水处理工艺中投加 PAC ,必须设法消除 PAC 的自凝聚结团趋势,否则将直接影响
PAC 的吸附能力发挥,造成水处理成本的无谓上扬或处理效果不理想。曹达文等【 6】经研 究提出 PAC 的强制分散投加工艺:将适量的 PAC 和水制成浓度 3~5%的炭浆, 用输送泵送 至高位炭浆池, 经投加计量器计量, 再用水泵混合加压, 强制分散, 其中炭浆调配装置和高 位炭浆池需保持连续搅拌 (强度 1~1.5kW/m3 ; 炭浆的输送流速以 1.5~2.0m/s为宜; 采用 离心式水泵抽吸加压使投加的炭浆与部分原水被水
泵抽吸混合后经一个特制的扩散器经淹 没式多层小孔喷射法,使混合炭浆再与水体混合,达到瞬间分散均匀的目的。
1.2 PAC 悬浮床吸附过滤技术
这是一种集吸附和过滤于一体的 PAC 应用方法,又称 Haberer 工艺。选用粒径 1~3mm 的轻质滤料(如聚苯乙烯小球作载体,用水泵使 PAC 炭浆在滤池中循环直至全部附着于 载体表面(预涂过程 ,滤池水流采取上向流,当 PAC 吸附效果降至预定值后,采用下向流 冲洗法进行部分再生。 有关研究表明, 在悬浮床吸附过滤工序前进行混凝操作, 吸附过滤工 序之后再经砂滤,出水水质可达饮用水一般性指标要求【 1】 。
1.3 PAC-硅藻土过滤联用技术
简称为 PDF 技术, 结合了硅藻土的高效除浊、 除菌精滤能力和 PAC 对水中溶解性物质的 强吸附能力, 采用自支撑滤膜形式进行饮用水处理。 选用适宜挂膜的固定支架填料填充滤器, 将 PAC 和硅藻土按一定比例和用量配成浆液,用水泵进行循环直至浆液变清滤膜形成,再 开始滤水, 当过滤阻力增至预定值或出水水质不符合要求时, 采用反向水流将滤膜冲掉, 再 挂膜运转。 PDF 技术一般适用于小型水处理厂及饮水深度净化【 1】 。
1.4 壳聚糖 -PAC 共混超滤膜水处理技术
喻胜飞等【 7】为了提高对饮用水源中大分子有机物,尤其是带发色基团的大分子有机污 染物的去除效果, 研制了一种具脱色协同效应的含 PAC 的超滤膜。 将壳聚糖加入 2%的醋酸 水溶液中使之溶解,过滤,在清液中加入添加剂 TRG 、交联剂戊二醛和 PAC ,充分搅拌后, 静置脱泡,然后在丙纶支撑体上流延成膜, 25℃左右蒸发固化,经凝固浴处理,室温干燥, 制成共混超滤膜。作者指出,膜中 PAC 的填充量 4~5%时使用效果最好。但文献中未见进 一步的研究报道。
1.5 PAC 用作生物活性炭的载体
文献报道中,把粉末活性炭用作生物活性炭(BAC 载体的研究非常少,因为 PAC 的流 动性会造成生物膜迅速流失而使滤器失效。
葛旭等【 8】对深圳市地表水源进行了多种处理工艺组合对比试验,得出结论:采用生物 预处理和常规处理(混合、絮凝、沉淀、砂滤之后,再经臭氧氧化,最后经 BAC 深度处 理,且 BAC 法如投加 20mg/L的粉末活性炭,臭氧接触时间为 9~11分钟时,出水水质符 合《城市供水行业 2000年技术进步发展规划》中一类水司 88项指标要求。而关于如何在 PAC 上接种生物膜,又如何防止粉状 BAC 的流失,文中未明示,也未发现进一步的报道。 2、粒状活性炭(GAC
粒状活性炭因其适于填充固定床滤器的特点而被水处理工作者进行了广泛的研究。文献 中关于 GAC 的水处理应用研究文章数量也远多于 PAC 的应用研究文献。 但奇怪的是, 在我 国各大中型城市自来水厂中, GAC 的应用却远比不上 PAC 那样普及,原因可能有两个,一 是因 GAC 滤器固定投资和运行成本较高, 在我国尚未实施分质供水之前, GAC 的大量应用 势必引起水价大幅上扬,用户难以承受;二是 PAC 的应用具有灵活性,可随时在出现高污 染负荷时启动, 亦可随时停用, 被用作备用水处理剂, 也就是说, 建装置的水厂多实际投运 的少。
GAC 应用于生活饮用水的深度处理大致有两种应用技术,一种侧重于利用其对某些有机 物质的吸附能力,另一种是 GAC 既作为吸附剂,又作为微生物载体,吸附作用和生物化学 作用协同作用降解水中有机污染物,即所谓的生物活性炭(BAC 技术。在实际使用过程
中,单纯的 GAC 过滤作用只在一定时期内存在,生物膜的自然形成是必然的,也是有利的 (大多数情况下 。 GAC 技术和 BAC 技术的最大区别可能是:前者使用一定时间后,吸附 剂上的生物膜是自然形成的, 后者则是在启运之前控制一定的环境条件, 人工接种了高选择 性的微生物种类,且其生化作用处于受控状态。
2.1 侧重于吸附作用的 GAC 的应用研究进展
由于活性炭属于较昂贵的水处理剂,且目前水处理炭的低成本再生技术问题尚未完全解 决,故 GAC 的应用研究方向多以去除水中“三致”物及其前驱物为目标,因为大量研究结 果表明,在此方面 AC 是目前最好的处理剂。
针对饮用水源中的全溶解有机物(TOC 和致生物突变性有机物(Ames 试验,阳性为具 致突变性, 阴性表示安全 , 潘海祥等 【 9】 对珠江三角洲地区水源在丰水和枯水期进行了九 种工艺组合对比试验研究,结果表明:无论在丰水期还是枯水期,含 GAC 过滤的组合工艺 出水 Ames 试验均呈阴性,其它种类的组合工艺出水 Ames 试验结果均呈阳性;源水经含 GAC 吸附的组合工艺处理后,出水中 TOC 含量<1.5mg/L,大大低于其它组合工艺出水中 TOC 含量(>2.2mg/L 。
水中可生物同化有机碳(AOC 是反映水中细菌生长的限制性营养水平,国外普遍采用 该项指标鉴定饮用水的生物稳定性,尽可能低的 AOC 含量可避免供水管网中细菌的重新生 长, 从而避免饮用水的二次污染。 吴红伟等 【 10】 进行了在常规水处理工艺砂滤工序之后进 行 GAC 吸附过滤降低 AOC 作用的对比试验研究, 结果表明, 当选用粒径 1~2mm 的 GAC , 且炭滤器中水力停留时间(HRT 为 9min ,滤速≤ 10m/h时,对 AOC 的去除效果最好。 我国大多数水厂采用加氯法进行饮用水的消毒灭菌工作, 且一般均采用原水进厂加氯 (预 氯化和出水二次加氯两级消毒工艺。近年来国内外研究表明,卤素消毒副产物(DBPs 如三卤甲烷(THMs 和卤乙酸(HAAs 等,尤其是 HAAs ,具有较高的致癌风险。对于预 氯化产生的 DBPs ,混凝沉淀工序和煤砂滤池可部分去除,但效果不理想;要想控制二次加 氯产生的 DBPs 的浓度,只能依靠在水处理工序过程中强化对 DBPs 先质的去除效率。李爽 等【 11】对北京几大水厂的水质调查结果表明,预氯化可使源水中 HAAs 含量增加 8~9.5倍, GAC 吸附过滤工序可使总 HAAs 去除率提高 46~86%,是目前最有效的 DBPs 去除方 法。
由于水厂出水加氯二次消毒会不可避免地产生 DBPs , 且会使水中带有不愉快的嗅味, 近 年来用臭氧作为深度处理消毒剂已成为一个发展方向。 但近来研究证实, 采用臭氧消毒也并 非万无一失, 当臭氧投加量不足或在水中分布不均衡时, 许多有机物的部分氧化会产生醛类 化合物, 含溴物质被氧化生成溴酸根, 这些都属于臭氧副产物, 发达国家已将甲醛和溴酸根 列为可能致癌物。周云等【 12】对水中的臭氧
活性炭在生活饮用水处理中的应用现状及存在问题概要
