前后置生物活性炭工艺对有机物的去除效果比较

何小清

（上海市自来水市南有限公司，上海 200245）

黄浦江水源水受到了较严重的有机物污染［1］，包括溶解性有机物增多、氨氮浓度高、水体异味、藻类繁殖过度等问题。在自来水处理过程中，有机污染物是最主要处理对象之一。随着温度和季节环境及微生物生活特征等条件的改变，原水水质和各处理单元处理效果都会有一定的变化，这些变化可能对工艺选择或参数设置产生影响，对提高自来水处理效果和效率都有着重要的意义。

前置炭滤池相对于后置炭滤池而言，一方面可以有效避免炭滤池初滤水的排放，节约水资源；另一方面可以利用后置的V型滤池加强对生物活性炭工艺段微生物泄漏可能性的预防。但是缺点也比较明显，就是前置炭滤池起到部分砂滤池的功能，但更加容易堵塞，会增加冲洗频率。一方面会加速活性炭的损耗；另一方面不利于生物膜的生长，有机物的去除效果可能会差一点。而后置炭滤池由于其相对较长的冲洗周期和前面的V型滤池起到了部分生物滤池的功能，这样可能会使有机物的去除效果好一点。在此基础上，针对水厂现有的两种不同工艺，通过研究各工艺单元出水中的有机物变化情况，可以对两种工艺的有机物处理效果进行对比，得出两种工艺在处理效果上的区别。

1 研究内容和方法

1.1 水厂现有工艺

本次研究针对两种不同的饮用水组合处理工艺，是水厂三期的前置生物活性炭工艺和水厂四期的后置生物活性炭工艺，它们共用一个原水。其中三期为40万t/d，四期为30万t/d，运行条件和各辅料加注浓度基本相同。臭氧－生物活性炭联用工艺中生物活性炭滤池与V型砂滤池的位置关系决定了前置生物活性炭与后置生物活性炭工艺的差别。

三期为前置生物活性炭工艺，如图1所示。

四期为后置生物活性炭工艺，如图2所示。

图1 前置生物活性炭工艺图Fig.1 Fow Chart of Pre－BAC Process

图2 后置生物活性炭工艺图Fig.2 Flow Chart of Post－BAC Process

1.2 取样点与取样量

取样共三次，每次共有13个水样取样点，分别为原水取水口、预臭氧出水(三期、四期)、沉淀池出水(三期、四期)、砂滤池出水(三期、四期)、后臭氧出水(三期、四期)、炭滤池出水(三期、四期)、出厂水(三期、四期)。水样均使用2.5 L聚乙烯塑料桶取回。

三次取样分别于2012年12月5日(冬季)，2013年3月22日(春季)，2013年5月10日(夏季)进行。

1.3 测定项目和方法

1.3.1 总有机碳(TOC)的测定方法

TOC反映了水中存在的溶解性和悬浮性有机碳的碳含量，是水样中有机物总量的综合指标，常被用来评价水体中有机物污染的程度。

TOC的测定参考国家标准《生活饮用水标准检测方法》(GB 5750.7—2006)中的仪器分析法。使用岛津产(TOC－L CPN CN200)TOC测定仪，检测器为非色散红外检测器。

1.3.2 UV254的测定方法

UV254是20世纪70年代提出的评价水中有机污染物的指标，其原理是水中较多有机物在200～400 nm区有吸收光谱，测定水样的紫外吸光度可以表示水样中的有机物含量，目前使用较多的是测定水样在254 nm处的吸光度，即UV254。

有研究［2］表明UV254与CODMn有较好的相关性，可将UV254作为有机物替代参数使用。本研究中测定UV254使用的是上海棱光的S52型紫外分光光度计，测定过滤后的水样在254 nm处的吸光度，即作为UV254数值。

2 TOC的去除效果

图3 不同季节前置BAC和后置BAC各工艺段出水TOC浓度变化情况Fig.3 Changes of TOC in Different Seasons of Pre－BAC and Post－BAC Processes

不同季节前置BAC和后置BAC各工艺段出水TOC变化情况如图3所示。春、夏季进厂原水中TOC浓度高于冬季，这与方华等［3］的研究结果(冬季为5.64mg/L，春季为6.96mg/L，夏季为7.29mg/L)基本相同。不管是前置还是后置炭滤池，各工艺段出水TOC浓度随处理过程基本呈逐步下降，总去除率逐步上升。

分别考察各工艺段的去除率如图4、图5所示。冬季时两种工艺对TOC的总去除率十分接近，为50%左右。春季和夏季时后置BAC工艺的总去除率稍高于前置BAC工艺，后置BAC工艺平均可以达到79%，前置BAC工艺平均为74%。夏季时两种工艺对TOC的总去除率十分接近，冬季和春季时后置BAC工艺的总去除率稍高于前置BAC工艺。

图4 前置BAC工艺TOC去除率变化情况Fig.4 Changes of TOC Removal of Pre－BAC

图5 后置BAC工艺TOC去除率变化情况Fig.5 Changes of TOC Removal of Post－BAC

由图4、图5可知沉淀工艺段和BAC工艺段对TOC的去除率贡献明显。而后臭氧工艺对TOC的去除能力较差或基本没有。后臭氧工艺段TOC浓度的变化则显示，在两种工艺中后臭氧步骤本身并没有很好的有机物去除效果，但提高了有机污染物的可生化性和可吸附性，从而提高了BAC工段的处理效果。BAC工段后其他工序的出水TOC相比BAC工段出水，在不同季节会有升高、持平或降低，可能是由于BAC工艺段出水TOC含量已经很低，因此去除效果并不明显，且因为TOC浓度已经很低，也存在数值发生微小波动的可能。韩力超等［4－8］针对高密度沉淀池—臭氧接触池—上向流生物活性炭滤池—V型砂滤池组合工艺进行了连续性的监测研究，其中碳滤池出水和砂滤池出水TOC数值均相差不大，在连续性监测数据中也存在少量砂滤池出水略高于碳滤池的现象。具体原因和规律还需进一步研究调查。

3 UV254的去除效果

前置和后置BAC工艺各季节各工艺段出水UV254变化情况如图6所示。冬季进厂原水中UV254数值较春、夏季更低，为春、夏季水平的50% ～55%。在前置和后置BAC工艺路线中，各工段的UV254数值基本都呈逐步下降趋势，总去除率则逐步上升。

图6 不同季节前置BAC和后置BAC各工艺段出水UV254浓度变化情况Fig.6 Changes of UV254in Different Seasons of Pre－BAC and Post－BAC Processes

去除率变化情况如图7、图8所示。前置BAC工艺中，冬季UV254总去除率最高可达到85.06%，春季可达到60.61%，夏季可达到52.23%。后置BAC工艺中UV254总去除率也是冬季最高，可达到89.67%，春季可达到 69.09%，夏季可达到50.32%。

图7 前置BAC工艺UV254去除率变化情况Fig.7 Changes of UV254Removal of Pre－BAC

图8 后置BAC工艺UV254去除率变化情况Fig.8 Changes of UV254Removal of Post－BAC

分别考察各工段的去除率，对UV254去除率贡献较高的工段为沉淀和BAC工段，而后臭氧工段对UV254处理效果不佳，这与TOC指标中呈现的规律相同。从UV254的测定原理考虑，当有机物被彻底氧化(成为二氧化碳和水)除去或被氧化成饱和态之后即不再有紫外吸收，而本工艺中两次臭氧投加步骤均没有很理想的UV254去除效果，臭氧活性炭工艺中臭氧投加的目的并不是为了去除有机物，预臭氧主要是为了增强混凝效果，而后臭氧则提高了有机污染物的可生化性和可吸附性，从而都提高了后续的沉淀和BAC工段的处理效果。BAC工段后的其他工序的出水UV254相比BAC工段出水，在不同季节会有升高、持平或降低，可能其情况和TOC类似。

4 综合去除效果的比较

平均各季节数据，前置BAC出水TOC平均为1.53mg/L，较原水下降0.74mg/L。后置BAC出水TOC平均为1.62mg/L，较原水下降0.66mg/L。前置BAC出水UV254各季节平均下降0.085，后置BAC出水UV254各季节平均下降0.090。将不同季节的TOC和UV254去除率数据计算平均值，按前置与后置均视为6个处理工序进行比较分析可知，在多数工段由TOC表征的有机物综合去除情况与由UV254表征的有机物综合去除情况是基本重合的。对比前置工艺和后置工艺，由于工段顺序不同，按工段排序时其去除过程规律有所不同，但在相同工艺段(工序1和工序2均为预臭氧和沉淀)的去除率十分接近，在沉淀工段出水(工序2)时两工艺UV254和TOC去除率均达到50%左右。其后两工艺同样表现出在BAC工段后有机物综合指标去除率显著的特征。两工艺最终的总去除率比较接近。

图9 有机物综合指标各季节平均变化情况Fig.9 Average Changes of Organic Matters in Different Seasons

5 结论

(1)有机物污染物在两套工艺中随处理流程的变化特性基本相同。以TOC和UV254表示的有机物总量在两套工艺中均为随处理过程下降的变化趋势，即有机物总量随处理过程逐渐减少。

(2)两种工艺均体现出TOC冬季总去除率低于春、夏季的特征。而对TOC的去除效果相差不大，后置BAC工艺稍强于前置BAC工艺。

(3)两种工艺对UV254的去除效果也相差不大，后置BAC工艺稍强于前置BAC工艺，且均体现出夏季总去除率低于冬、春季的特征。与TOC不同的是两指标所代表的有机物是有所区别的，TOC是有机物总量的指标，而UV254反映的是腐殖质类大分子有机物以及含 ==C C双键和==C O双键的芳香族化合物。从数据看，冬季UV254所特指有机物的去除率更高，可能与各季节炭滤池生物的种类不同有关，具体原因还需进一步调查研究。

(4)前置BAC和后置BAC工艺的出水TOC平均去除率分别为66.1%和69.3%，UV254去除率分别为66.0%和69.7%，可见后置BAC工艺去除效果略优于前置BAC工艺，后置生物活性炭工艺对有机物处理效果上略有优势，但两套工艺的差距并不明显。

［1］戴军升，刘鸣，钱瑾.黄浦江水中挥发性有机化合物污染现状［J］.环境与职业医学，2005，22(6):502－505.

［2］金伟，范瑾初.紫外吸光值(UV254)作为有机物替代参数的探讨［J］.工业水处理，1997，17(6):32－34，45.

［3］方华，吕锡武，朱晓超，等.黄浦江原水中有机物组成与特性［J］.东南大学学报(自然科学版)，2007，37(12):495－499.

［4］韩力超.臭氧—活性炭—后置砂滤工艺处理引黄水库水生产性运行研究［D］.济南:山东建筑大学，2013.

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［7］许保玖.给水处理理论［M］.北京:中国建筑工业出版社，2000.

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