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粉末活性炭技术处理水中臭味物质的应用研究
张素霞 马 刚 郭 强 于建伟 李 涛 杨 敏 王东升
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(1北京自来水集团有限责任公司, 北京 100085; 2中国科学院生态环境研究中心, 北京 100085)
摘要 随着水资源日益紧缺、水质恶化, 原水臭味问题成为我国给水厂迫切关注的水质问题。经过对B 市地表水水源突发臭味问题进行分析, 确定2-MIB 为水体主要致臭物质。通过臭氧、高锰酸钾预氧化和粉末活性炭对水中2-MIB 的去除试验, 发现粉末活性炭对其处理效果最佳。原水投加粉末活性炭与现有水厂常规处理+活性炭工艺构成解决臭味问题的双重技术保障。通过实验室吸附试验和中试确定了粉末活性炭投加点位置和投加量等技术参数。在加强滤池反冲洗及部分回流水排放的条件下, 原水2-MIB 浓度达到100ng/L 时, 投加15mg/L 粉末活性炭、20mg/L 聚氯化铝时, 可将出厂水2-M IB 控制在10ng/L 以下。
关键词 臭味 2-MIB 粉末活性炭 常规处理
0 引言
随着生活水平的提高, 人们对饮用水的质量提出了更高的要求。合乎需要的饮用水必须拥有良好的视觉、嗅觉和味觉。水的感官性状是人们对饮用水质量的直观判断, 是评价水质的重要依据。感官性状指标包括:水的色度、臭和味、浊度。而臭和味是人类评价饮用水质量的最早的参数, 因为它能被饮用者最直观地判断[2]。饮用水中出现令人讨厌的气味是一个全球性的问题, 在美洲、澳洲、欧洲、非洲和亚洲的饮用水中普遍存在异味问题, 国外在饮用水中臭味研究方面起步早, 在臭味分析检测方法, 水源地污染源种类及其成因和去除技术研究方面都取得了很多成果。早在1993年, 日本便规定了采用粉末活性炭和颗粒活性炭滤池联合处理水中臭味物质。其中粉末活性炭做为原水预处理手段, 将2-M IB(二甲基异莰醇) 和Geo sm in(土臭素) 浓度降低到20ng/L, 从而保证活性炭滤池出水浓度为10ng /L [3]。在给水厂处理臭味的常用方法有粉末活性炭吸附和臭氧氧化。某水厂原水取自M Y 水库。随着水库蓄水量的逐年减少, 水库富营养化程度加剧, 在2002年9月曾经发生局部水华现象, 出厂水臭味一度达到一级, 用户反映强烈。后经试验研究, 确定采用高锰酸钾预氧化技术去除臭味, 出厂水基本无味, 用户反映有所缓解。2005年8月, 自来水公司陆续接到用户投诉, 并有上升趋势, 虽经提高高
[1]
锰酸钾投药量, 仍不能彻底解决管网水臭味问题。为此, 水厂采用粉末活性炭与活性炭滤池联用技术对饮用水中臭味开展处理研究, 同时, 与高锰酸钾和臭氧预氧化进行技术比较, 最终确定了粉末活性炭吸附工艺并建立应急处理方案, 改善了出厂水水质。1 原水臭味问题1. 1 原水藻类分析
富营养化水体的藻类和放线菌在新陈代谢过程中产生的发臭物使水体产生异臭[2]。通过对M Y 水库长期监测, 发现藻类高发期为春秋两季, 尤以秋季最高(见图1) 。同样臭味投诉事件的出现也具有一定的规律性, 春秋季节多发, 且秋季尤其明显。
图1 M Y 水库藻类逐月变化规律
由图1可见虽然2002年藻类总数较2004年少, 但由于蓝藻数量占藻类总数的30%以上, 引起
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了出厂水臭味问题。而2004年9月藻类以硅藻为主, 占77%, 蓝藻占19%, 在工艺中通过提高高锰酸钾投加量, 提高加药量强化混凝沉淀工艺后, 便可控制出厂水臭味, 用户投诉很少。
图2显示了2005年MY 水库藻类分类检测结果。2005年由于改变藻类的监测方法, 藻类总体数量较往年下降了4倍左右。根据对水库藻类品种的分析可以发现在蓝绿藻衰亡后和急剧上升阶段的8~10月, 用户臭味反映最强烈, 与相关研究成果规律相同
[2, 6]
下; 法国相关资料认为当2-MIB 浓度在5ng/L 时, 便会产生2级臭阈值
[3]
, 因此当臭味物质含量为
5~10ng /L 时人便可感知。由表1可以确定, 2005年9月初水库原水2-M IB 浓度高达100ng/L 以上, Geo smin 浓度较低, 水库水致臭物质以2-MIB 为主, 高出日本标准10余倍。经过水厂常规工艺+活性炭吸附对2-MIB 的处理未能达到10ng/L 以下, 该年度出厂水和管网水主要致臭物质为2-MIB, 而Geo smin 对出厂水臭味贡献较小。
2 主要处理技术与效果评估2. 1 常规处理+活性炭工艺对2-MIB 的去除效果
水厂设计供水能力150万m 3/d, 分三期建设, 均采用常规处理+活性炭工艺。一期原水为M Y 水库水和回流水:工艺为机械加速澄清池、煤砂虹吸滤池和活性炭滤池。二、三期处理水库水工艺为:波形板水力絮凝池 侧向流波形板沉淀池 气水反冲煤滤池 炭滤池。
全厂生产工艺流程如图3所示。
。
图2 2005年水库藻类分类构成
1. 2 水库原水中的臭味物质分析
目前, 已被查明的致臭物质主要是2-M IB(二甲基异莰醇) 和Geosmin(土臭素) 。为更好地应对原水臭味问题, 通过对水库水中臭味物质进行分析, 发现原水2-MIB 为主要致臭物质。取水库原水经SDE(微固相萃取) 富集后, 通过GC -MS(色质联机) 进行定性和定量分析, 结果如表1所示。
表1 2005年水库原水中主要致臭物分析结果
采样时间0622
致臭物质2-M IB/ng/L Geos min/ng/L
0709
2-M IB/ng/L Geos min/ng/L 2-M IB/ng/L Geos min/ng/L 2-M IB/ng/L Geos min/ng/L 2-M IB/ng/L Geos min/ng/L
取样位置
取水口1 959 275 3215 833 231 6115 262 8186 231 03
中层3 385 496 976 206 764 2137 312 94126 95
表层4 015 685 344 887 514 8860 223 8887 5
图3 水厂水处理工艺流程
[6]
由于2005年9月初期, 用户对臭味的反映主要集中在一期供水范围, 便对一期各生产环节进行臭
味物质检测, 见表2。发现, 混合了回流水的一期进水中2-MIB 浓度高达280ng/L 。由于生产回流水包括污泥上清液和反冲洗排水上清液, 两水源中浓缩了较高浓度的臭味物质, 活性炭滤池难以全部吸附处理, 导致出厂水臭味浓度较高。原水经过混凝沉淀、过滤等常规水处理单元时对2-MIB 去除效率低, 为54%。通过高锰酸钾预氧化、调整混凝药剂的投加量, 很难将溶解性的臭味物质去除。虽然经过活性炭工艺的吸附, 常规处理+活性炭工艺对2-MIB 等臭味物质去除率达到90%, 但仍不能达到将炭后水2-MIB 降到10ng /L 以下的满意效果[3]。
[1**********]2
国内对臭味物质无量化标准, 参考日本饮用水
标准, 臭味物质2-M IB 、Geosm in 应达到10ng/L 以
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表2 2005年9月10日各工艺段臭味物质数据
工艺段原水一期进水煤池出水炭后水回流水管网水
2-M IB/ng/L 156 1280 6128 227 3373 228 4
Geosmin /ng/L 臭味物质去除率/%
1 311 411 53
5490
2-MIB 184 41ng/L, Geosm in 207 69ng /L 。
由图4可以看出, 预臭氧对2-MIB 和Geosm in 的去除效率较低, 在预臭氧投量达1 5m g/L 条件
下, 2-M IB 和Geo smin 仅能去除25%左右。从臭氧试验结果和臭氧设备购货周期长的角度分析, 不具备臭氧投加设备的水厂, 不宜选用臭氧氧化技术作为应急技术方案。
注:高锰酸钾投加量1 2mg/L 。
2. 2 回流水质对原水水质的影响
通过表2看出, 混合有回流水的一期进厂水, 臭味物质浓度增加幅度非常大, 说明反冲洗水中含有高浓度的2-MIB 。由于反冲洗排水约90%的上清液回流至配水井, 占一期处理水量的10%以上, 因此研究回流水中臭味物质的变化规律有重要的意义。再次对炭池反冲洗排水进行检测, 结果如表3所示。反冲洗初始2-M IB 浓度较高, 说明水冲也可以起到释放活性炭吸附的污染物, 恢复部分炭吸附能力的作用。基于分析结果, 决定将炭池反冲周期由原6天一次缩短到3天一次, 缓解由于炭吸附饱和后的臭味穿透。
表3 炭池反冲洗废水臭味物质检测结果
项目反冲1min 反冲3min 反冲5min 反冲7min 反冲10min 回流水污泥上清液
2-M IB/ng/L 402 17147 7880 5340 9638 89398 71285 5
Geos min /ng/L
1 410 820 340 290 300 441 09
图4 不同预臭氧投加量对2-M IB 和Geos min 的去除效果
水厂自2002年开始采用高锰酸钾预氧化技术, 经上述对进厂水臭味物质分析结果证明(见表2) ,
此项技术已不能满足2005年秋季的水质处理要求。
粉末活性炭是一种具有多孔结构、巨大比表面积和吸附能力的粉状炭。通常采用木材、煤、骨等材料制成。投加粉末活性炭是饮用水处理中常用的手段之一, 具有悠久的历史, 技术成熟。早在1927年, 美国便采用粉末活性炭去除水中的苯酚, 20世纪80年代, 有近200家水厂使用粉末活性炭控制臭味。我国在1967年便使用活性炭脱色去味, 在日本粉末活性炭的应用更为广泛。粉末活性炭对于饮用水中大部分有机污染物、有机臭味物质的去除具有广泛适用性。同时, 粉末活性炭由于使用方便, 可以根据饮用水臭味的实际情况决定短期或应急措施处理藻类爆发期的臭味问题。粉末活性炭直接投加到水中, 吸附有机污染物后, 可经混凝沉淀和过滤分离出来[4, 5]。因此, 确定采用粉末活性炭作为处理水厂臭味问题的应急处理措施。2. 3. 2 粉末活性炭选型
在粉末活性炭选型时, 煤质活性炭比木质活性炭更易沉降, 而且价格便宜。根据水厂在用的颗粒活性炭指标确定了粉炭指标参数, 粒径为200目。通过对两家炭厂生产的煤质粉末炭进行臭味物质吸附试验, 发现相同指标的SX 炭效果较优, 高浓度吸附效果比NX 炭显示出更强的优势。试验中2-M IB 原始浓度分别为100ng/L 和200ng/L, 随着吸附
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由表3中数据可以看出, 污泥上清液较回流水中臭味物质含量低, 是否与污泥停留时间较长, 及与受到微生物的降解有关, 还有待进一步研究。2. 3 粉末活性炭应急处理方案研究
2. 3. 1 处理水中臭味物质技术方案比选
臭氧预氧化技术应用于改善饮用水的臭味, 去除色度和农药等有机污染物, 但由于设备庞大, 耗电量高在国内较少使用。针对臭味物质进行臭氧氧化试验, 臭氧投加量最高2mg /L 。原水目标物含量:
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图5 不同种类粉末活性炭针对不同浓度2-MIB 的吸附动力学试验
时间的延长, 两种炭的差异逐渐缩小, 见图5。2. 3. 3 确定粉末活性炭投加点
粉末活性炭投加点可设在水源处、混凝前和滤池前[7]。通过粉末活性炭对不同臭味物质吸附动力学试验曲线, 可以看出2-M IB 需要较长时间进行吸附才能达到平衡。虽然粉末活性炭对这些痕量目标化合物的去除主要在1h 之内的吸附, 之后的吸附速率有所降低, 但如有条件延长吸附时间将会使臭味物质浓度进一步降低, 提高吸附效率, 见图6。据此, 水厂应考虑在M Y 取水站投加, 以延长粉末活性炭对臭味物质的吸附时间。
图7 2h 和16h 平衡条件下不同粉末活性炭投量对2-MIB 和
Geos min 的去除效果(SXPAC)
图8 不同粉末活性炭对2-MIB 和Geos min 的去除效果(16h 平衡)
量臭味物质的去除率与初始浓度无关。在确定臭味处理目标之后, 可通过吸附曲线确定粉末活性炭投加量。经试验投加15m g/L 与20mg /L 粉末活性炭的处理效果接近, 最终投加量确定为15mg /L, (见图9) 。净水药剂采用聚氯化铝, 投加量20mg /L, 即使在粉末活性炭投加量稍少的情况下臭味仍为一级弱, 去除臭味效果稳定。
图6 S X 粉末活性炭吸附时间对吸附效果的影响
图6中IPMP 为2-甲氧基-3-异丙基吡嗪, IBM P 为2-异丁基-3-异丙基吡嗪, TCA 为三氯茴香醚, 2-M IB 为2-甲基异莰醇, 其中2-M IB 最难吸附, 需要较长吸附时间和较高加炭量。
2. 3. 4 确定粉末活性炭投加量
针对原水2-M IB 浓度在100ng/L 时进行投加量试验, 并进一步验证接触时间、炭选择试验结果, 如图7和图8。由图7、图8可以看出, 为充分利用PAC 的吸附能力, 延长PAC 在工艺中的接触时间是非常必要的; 同样, 与动力学结果一致, SX PAC 吸附效果优于NX PAC, 但对Geosmin 的效果影响不大。由粉末活性炭投加量与臭味关系试验图可知, 在一个给定的粉末活性炭投加量和吸附时间后, 痕
9 图9 不同混凝剂投加量条件下粉末活性炭投加量
与臭味关系试验(原水臭味三级)
以上试验表明, 采用15m g/L 的SX 粉末活性炭, 投加点置于MY 取水站, 经过18h 长距离管道吸附输送到净配水厂, 混凝剂聚氯化铝较一般情况
下投加量稍有增加, 投加量20mg /L, 以提高沉淀效果, 确定了对原水主要致臭物质2-M IB 的初步技术参数。
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2. 4 粉末活性炭中试验结果
为考察投加粉末活性炭对后续处理工艺(滤池) 的影响, 进一步开展了中试研究。结果证明粉末活性炭与适当的混凝剂使用对后续工艺影响不大, 在滤池过滤后臭味即可降低到一级弱或无, 效果非常明显。即使滤后出水含有较低浓度臭味物质也会被活性炭滤池吸附, 进一步提高水质。
中试条件:水量5m 3/h 连续运行; 采用进厂水为试验原水, 原水中已投加高锰酸盐复合剂1 2mg /L; 在混合池中将粉末活性炭制成乳液后再进行投加, 投加量15mg /L, 聚氯化铝20mg/L, 接触时间30s; 絮凝时间10min, 三级机械搅拌; 沉淀时间60m in 。
试验结果见图10、图11所示, 原水投加15mg/L 的粉末活性炭, 经沉淀过滤工艺对臭味和UV 254去除效果非常明显, 平均煤后臭味去除率达到80%; UV 254达到50%以上, 说明粉末活性炭对有机物具有广谱吸附效果。图12显示了适合的净水药剂投加量, 对加炭原水浊度去除效果达到70%, 煤池出水浊度可以控制在0 2NT U 以下。
图13 投加与未投加粉末活性炭滤池总水头损失变化
图12 中试工艺流程对浊度的去除效果
响, 相反有延长的趋势。通过加药絮凝过程, 炭颗粒与药剂形成絮体的颗粒比一般絮体密度大, 有利于
沉淀。根据滤池水头损失增长趋势来看, 达到36h 反冲周期的可能性很大, 具备工程应用的条件。因此投加粉末活性炭对滤池过滤周期和出水浊度无明显负面影响, 确定生产中投加15mg /L 粉末活性炭, 混凝剂聚氯化铝20mg/L 。
2. 5 粉末活性炭的生产应用与实际效果2. 5. 1 粉末活性炭的投加
粉末活性炭可采用干法和湿法投加两种方式。
图10 粉末活性炭对U V 254的去除效果
干法投加利用水射器将粉末活性炭投入水中, 湿法投加则将粉末活性炭配成乳液加注。由于时间紧迫, 没有条件购置溶炭搅拌和加药设备实现湿法投加, 在应急生产应用中利用水射器将粉末活性炭与水混合制浆后, 加入原水输水管路(见图14) 。由于水中余氯与粉末活性炭发生氧化还原反应, 减少粉末活性炭对目标化合物的去除率, 进厂水应停止预加氯[6]。
图11 粉末活性炭对臭味的去除效果
任何技术方案的实施, 都必须对现有水厂生产工艺不能有过大的改动。滤池的过滤周期即滤程和出水浊度直接关系到技术参数的可靠性和可实施性。由图13可见, 投加与未加粉末活性炭试验条件对照, 投加粉末活性炭不但对滤池滤程无缩短的影
图14 M Y 水库粉末活性炭投加示意
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2. 5. 2 粉末活性炭投加效果
经过静态试验、中试连续试验, 最终于2005年9月21日及时在M Y 调流阀后投加了15mg /L 的粉末活性炭, 经十几个小时的输送, 次日上午到达净配水厂。实际生产运行水量负荷及生产运行参数与中试的絮凝沉淀条件存在差异, 实际沉淀效果较差, 致使滤池滤程略有缩短, 但出厂水各项水质指标均正常, 符合国家饮用水卫生标准。由此管网水水质有了极大的改观, 用户反映也由开始的每日二十余个降低到无, 比较圆满地解决了管网水臭味的问题。
由于清水池和管网中滞留的臭味水需逐渐消耗, 25日开始无用户反映, 粉末活性炭处理突发臭味效果令人满意, 见图15。9月26日管网水检测2-M IB 浓度为6 5ng /L, 无臭味, 达到了预期的目的。
措施, 以应对水体突发臭味和有机污染物对水质的影响。
(2) 水质恶化期间回流水水质对进厂水造成较
大影响, 直接影响到水厂工艺处理效果, 如有条件应单独处理。
(3) 应深入系统地研究臭味发生规律, 建立臭味发生预警系统, 及时采用粉末活性炭进行处理, 避免引起被动。
(4) 应考察粉末活性炭在输水管道中的沉积状况。
参考文献
1 GB 5749 85生活饮用水卫生标准
2 王占生, 刘文君. 微污染水源水处理. 北京:中国建筑工业出版
社, 1999
3 张金松, 范晓军. 国际饮用水水质标准汇编. 北京:中国建筑工
业出版社, 2001
4 高乃云, 严敏, 乐林生, 等. 饮用水强化处理技术. 北京:化学工业
出版社, 2005
5 许保玖, 龙腾锐. 当代给水与废水处理原理. 第2版. 北京:高等
教育出版社, 2003
6 谢志平. 水源异臭和给水除臭. 中国城镇供水协会安徽分会. 19897 American W ater Work s Ass ociation (Author) . American Society
of Civil Engineer s (Author ) 《W ater Treatm ent Plant Design 》. Th ird Edition. Am erican, 1997
图15 2005年9月粉末活性炭应用前后用户反映情况
3 结论与建议
3. 1 结论
(1) 2005年水库原水主要致臭物质为2-MIB(2-甲基异莰醇), 采用高锰酸钾预氧化 常规处理 活性炭工艺不能有效去除水中高浓度的臭味物质。(2) 确定了在原水中投加粉末活性炭, 延长吸附时间提高吸附效果, 与现有活性炭深度处理工艺形成双重水质保障的应急技术措施。
(3) 通过粉末活性炭对臭味物质的吸附特性曲线, 确定粉末活性炭选炭方法和投加量计算方法。
(4) 研究得出了在臭味高发期, 应及时调整炭池反洗方式, 回流水对臭味物质具有富集作用, 在需要时应单独处理的结论。3. 2 建议
(1) 粉末活性炭技术应作为地表水厂常备技术
〇E mail:zsx 205@y ahoo. com. cn
收稿日期:2007-02-26修回日期:2007-07-04
铁岭市污水处理厂及中水回用项目
联系单位:铁岭市污水处理厂。
项目规模:10万m 3/d 二级污水处理厂1座, 厂外污水提升泵站3座及截流干管、市区管网。中水回用项目8万m 3/d, 主要建设回用水处理系统, 包括提升泵房、沉淀池、滤池、送水泵房、输水管线及供电、供暖配套设施。
项目投资:3702万美元。建设时间:2007~2008年。
(通讯员 武云甫 任晓艳)
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(1北京自来水集团有限责任公司, 北京 100085; 2中国科学院生态环境研究中心, 北京 100085)
摘要 随着水资源日益紧缺、水质恶化, 原水臭味问题成为我国给水厂迫切关注的水质问题。经过对B 市地表水水源突发臭味问题进行分析, 确定2-MIB 为水体主要致臭物质。通过臭氧、高锰酸钾预氧化和粉末活性炭对水中2-MIB 的去除试验, 发现粉末活性炭对其处理效果最佳。原水投加粉末活性炭与现有水厂常规处理+活性炭工艺构成解决臭味问题的双重技术保障。通过实验室吸附试验和中试确定了粉末活性炭投加点位置和投加量等技术参数。在加强滤池反冲洗及部分回流水排放的条件下, 原水2-MIB 浓度达到100ng/L 时, 投加15mg/L 粉末活性炭、20mg/L 聚氯化铝时, 可将出厂水2-M IB 控制在10ng/L 以下。
关键词 臭味 2-MIB 粉末活性炭 常规处理
0 引言
随着生活水平的提高, 人们对饮用水的质量提出了更高的要求。合乎需要的饮用水必须拥有良好的视觉、嗅觉和味觉。水的感官性状是人们对饮用水质量的直观判断, 是评价水质的重要依据。感官性状指标包括:水的色度、臭和味、浊度。而臭和味是人类评价饮用水质量的最早的参数, 因为它能被饮用者最直观地判断[2]。饮用水中出现令人讨厌的气味是一个全球性的问题, 在美洲、澳洲、欧洲、非洲和亚洲的饮用水中普遍存在异味问题, 国外在饮用水中臭味研究方面起步早, 在臭味分析检测方法, 水源地污染源种类及其成因和去除技术研究方面都取得了很多成果。早在1993年, 日本便规定了采用粉末活性炭和颗粒活性炭滤池联合处理水中臭味物质。其中粉末活性炭做为原水预处理手段, 将2-M IB(二甲基异莰醇) 和Geo sm in(土臭素) 浓度降低到20ng/L, 从而保证活性炭滤池出水浓度为10ng /L [3]。在给水厂处理臭味的常用方法有粉末活性炭吸附和臭氧氧化。某水厂原水取自M Y 水库。随着水库蓄水量的逐年减少, 水库富营养化程度加剧, 在2002年9月曾经发生局部水华现象, 出厂水臭味一度达到一级, 用户反映强烈。后经试验研究, 确定采用高锰酸钾预氧化技术去除臭味, 出厂水基本无味, 用户反映有所缓解。2005年8月, 自来水公司陆续接到用户投诉, 并有上升趋势, 虽经提高高
[1]
锰酸钾投药量, 仍不能彻底解决管网水臭味问题。为此, 水厂采用粉末活性炭与活性炭滤池联用技术对饮用水中臭味开展处理研究, 同时, 与高锰酸钾和臭氧预氧化进行技术比较, 最终确定了粉末活性炭吸附工艺并建立应急处理方案, 改善了出厂水水质。1 原水臭味问题1. 1 原水藻类分析
富营养化水体的藻类和放线菌在新陈代谢过程中产生的发臭物使水体产生异臭[2]。通过对M Y 水库长期监测, 发现藻类高发期为春秋两季, 尤以秋季最高(见图1) 。同样臭味投诉事件的出现也具有一定的规律性, 春秋季节多发, 且秋季尤其明显。
图1 M Y 水库藻类逐月变化规律
由图1可见虽然2002年藻类总数较2004年少, 但由于蓝藻数量占藻类总数的30%以上, 引起
V ol. 332007
W AT ER&W AS TE W AT ER E NGINE ERING
了出厂水臭味问题。而2004年9月藻类以硅藻为主, 占77%, 蓝藻占19%, 在工艺中通过提高高锰酸钾投加量, 提高加药量强化混凝沉淀工艺后, 便可控制出厂水臭味, 用户投诉很少。
图2显示了2005年MY 水库藻类分类检测结果。2005年由于改变藻类的监测方法, 藻类总体数量较往年下降了4倍左右。根据对水库藻类品种的分析可以发现在蓝绿藻衰亡后和急剧上升阶段的8~10月, 用户臭味反映最强烈, 与相关研究成果规律相同
[2, 6]
下; 法国相关资料认为当2-MIB 浓度在5ng/L 时, 便会产生2级臭阈值
[3]
, 因此当臭味物质含量为
5~10ng /L 时人便可感知。由表1可以确定, 2005年9月初水库原水2-M IB 浓度高达100ng/L 以上, Geo smin 浓度较低, 水库水致臭物质以2-MIB 为主, 高出日本标准10余倍。经过水厂常规工艺+活性炭吸附对2-MIB 的处理未能达到10ng/L 以下, 该年度出厂水和管网水主要致臭物质为2-MIB, 而Geo smin 对出厂水臭味贡献较小。
2 主要处理技术与效果评估2. 1 常规处理+活性炭工艺对2-MIB 的去除效果
水厂设计供水能力150万m 3/d, 分三期建设, 均采用常规处理+活性炭工艺。一期原水为M Y 水库水和回流水:工艺为机械加速澄清池、煤砂虹吸滤池和活性炭滤池。二、三期处理水库水工艺为:波形板水力絮凝池 侧向流波形板沉淀池 气水反冲煤滤池 炭滤池。
全厂生产工艺流程如图3所示。
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图2 2005年水库藻类分类构成
1. 2 水库原水中的臭味物质分析
目前, 已被查明的致臭物质主要是2-M IB(二甲基异莰醇) 和Geosmin(土臭素) 。为更好地应对原水臭味问题, 通过对水库水中臭味物质进行分析, 发现原水2-MIB 为主要致臭物质。取水库原水经SDE(微固相萃取) 富集后, 通过GC -MS(色质联机) 进行定性和定量分析, 结果如表1所示。
表1 2005年水库原水中主要致臭物分析结果
采样时间0622
致臭物质2-M IB/ng/L Geos min/ng/L
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2-M IB/ng/L Geos min/ng/L 2-M IB/ng/L Geos min/ng/L 2-M IB/ng/L Geos min/ng/L 2-M IB/ng/L Geos min/ng/L
取样位置
取水口1 959 275 3215 833 231 6115 262 8186 231 03
中层3 385 496 976 206 764 2137 312 94126 95
表层4 015 685 344 887 514 8860 223 8887 5
图3 水厂水处理工艺流程
[6]
由于2005年9月初期, 用户对臭味的反映主要集中在一期供水范围, 便对一期各生产环节进行臭
味物质检测, 见表2。发现, 混合了回流水的一期进水中2-MIB 浓度高达280ng/L 。由于生产回流水包括污泥上清液和反冲洗排水上清液, 两水源中浓缩了较高浓度的臭味物质, 活性炭滤池难以全部吸附处理, 导致出厂水臭味浓度较高。原水经过混凝沉淀、过滤等常规水处理单元时对2-MIB 去除效率低, 为54%。通过高锰酸钾预氧化、调整混凝药剂的投加量, 很难将溶解性的臭味物质去除。虽然经过活性炭工艺的吸附, 常规处理+活性炭工艺对2-MIB 等臭味物质去除率达到90%, 但仍不能达到将炭后水2-MIB 降到10ng /L 以下的满意效果[3]。
[1**********]2
国内对臭味物质无量化标准, 参考日本饮用水
标准, 臭味物质2-M IB 、Geosm in 应达到10ng/L 以
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表2 2005年9月10日各工艺段臭味物质数据
工艺段原水一期进水煤池出水炭后水回流水管网水
2-M IB/ng/L 156 1280 6128 227 3373 228 4
Geosmin /ng/L 臭味物质去除率/%
1 311 411 53
5490
2-MIB 184 41ng/L, Geosm in 207 69ng /L 。
由图4可以看出, 预臭氧对2-MIB 和Geosm in 的去除效率较低, 在预臭氧投量达1 5m g/L 条件
下, 2-M IB 和Geo smin 仅能去除25%左右。从臭氧试验结果和臭氧设备购货周期长的角度分析, 不具备臭氧投加设备的水厂, 不宜选用臭氧氧化技术作为应急技术方案。
注:高锰酸钾投加量1 2mg/L 。
2. 2 回流水质对原水水质的影响
通过表2看出, 混合有回流水的一期进厂水, 臭味物质浓度增加幅度非常大, 说明反冲洗水中含有高浓度的2-MIB 。由于反冲洗排水约90%的上清液回流至配水井, 占一期处理水量的10%以上, 因此研究回流水中臭味物质的变化规律有重要的意义。再次对炭池反冲洗排水进行检测, 结果如表3所示。反冲洗初始2-M IB 浓度较高, 说明水冲也可以起到释放活性炭吸附的污染物, 恢复部分炭吸附能力的作用。基于分析结果, 决定将炭池反冲周期由原6天一次缩短到3天一次, 缓解由于炭吸附饱和后的臭味穿透。
表3 炭池反冲洗废水臭味物质检测结果
项目反冲1min 反冲3min 反冲5min 反冲7min 反冲10min 回流水污泥上清液
2-M IB/ng/L 402 17147 7880 5340 9638 89398 71285 5
Geos min /ng/L
1 410 820 340 290 300 441 09
图4 不同预臭氧投加量对2-M IB 和Geos min 的去除效果
水厂自2002年开始采用高锰酸钾预氧化技术, 经上述对进厂水臭味物质分析结果证明(见表2) ,
此项技术已不能满足2005年秋季的水质处理要求。
粉末活性炭是一种具有多孔结构、巨大比表面积和吸附能力的粉状炭。通常采用木材、煤、骨等材料制成。投加粉末活性炭是饮用水处理中常用的手段之一, 具有悠久的历史, 技术成熟。早在1927年, 美国便采用粉末活性炭去除水中的苯酚, 20世纪80年代, 有近200家水厂使用粉末活性炭控制臭味。我国在1967年便使用活性炭脱色去味, 在日本粉末活性炭的应用更为广泛。粉末活性炭对于饮用水中大部分有机污染物、有机臭味物质的去除具有广泛适用性。同时, 粉末活性炭由于使用方便, 可以根据饮用水臭味的实际情况决定短期或应急措施处理藻类爆发期的臭味问题。粉末活性炭直接投加到水中, 吸附有机污染物后, 可经混凝沉淀和过滤分离出来[4, 5]。因此, 确定采用粉末活性炭作为处理水厂臭味问题的应急处理措施。2. 3. 2 粉末活性炭选型
在粉末活性炭选型时, 煤质活性炭比木质活性炭更易沉降, 而且价格便宜。根据水厂在用的颗粒活性炭指标确定了粉炭指标参数, 粒径为200目。通过对两家炭厂生产的煤质粉末炭进行臭味物质吸附试验, 发现相同指标的SX 炭效果较优, 高浓度吸附效果比NX 炭显示出更强的优势。试验中2-M IB 原始浓度分别为100ng/L 和200ng/L, 随着吸附
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由表3中数据可以看出, 污泥上清液较回流水中臭味物质含量低, 是否与污泥停留时间较长, 及与受到微生物的降解有关, 还有待进一步研究。2. 3 粉末活性炭应急处理方案研究
2. 3. 1 处理水中臭味物质技术方案比选
臭氧预氧化技术应用于改善饮用水的臭味, 去除色度和农药等有机污染物, 但由于设备庞大, 耗电量高在国内较少使用。针对臭味物质进行臭氧氧化试验, 臭氧投加量最高2mg /L 。原水目标物含量:
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图5 不同种类粉末活性炭针对不同浓度2-MIB 的吸附动力学试验
时间的延长, 两种炭的差异逐渐缩小, 见图5。2. 3. 3 确定粉末活性炭投加点
粉末活性炭投加点可设在水源处、混凝前和滤池前[7]。通过粉末活性炭对不同臭味物质吸附动力学试验曲线, 可以看出2-M IB 需要较长时间进行吸附才能达到平衡。虽然粉末活性炭对这些痕量目标化合物的去除主要在1h 之内的吸附, 之后的吸附速率有所降低, 但如有条件延长吸附时间将会使臭味物质浓度进一步降低, 提高吸附效率, 见图6。据此, 水厂应考虑在M Y 取水站投加, 以延长粉末活性炭对臭味物质的吸附时间。
图7 2h 和16h 平衡条件下不同粉末活性炭投量对2-MIB 和
Geos min 的去除效果(SXPAC)
图8 不同粉末活性炭对2-MIB 和Geos min 的去除效果(16h 平衡)
量臭味物质的去除率与初始浓度无关。在确定臭味处理目标之后, 可通过吸附曲线确定粉末活性炭投加量。经试验投加15m g/L 与20mg /L 粉末活性炭的处理效果接近, 最终投加量确定为15mg /L, (见图9) 。净水药剂采用聚氯化铝, 投加量20mg /L, 即使在粉末活性炭投加量稍少的情况下臭味仍为一级弱, 去除臭味效果稳定。
图6 S X 粉末活性炭吸附时间对吸附效果的影响
图6中IPMP 为2-甲氧基-3-异丙基吡嗪, IBM P 为2-异丁基-3-异丙基吡嗪, TCA 为三氯茴香醚, 2-M IB 为2-甲基异莰醇, 其中2-M IB 最难吸附, 需要较长吸附时间和较高加炭量。
2. 3. 4 确定粉末活性炭投加量
针对原水2-M IB 浓度在100ng/L 时进行投加量试验, 并进一步验证接触时间、炭选择试验结果, 如图7和图8。由图7、图8可以看出, 为充分利用PAC 的吸附能力, 延长PAC 在工艺中的接触时间是非常必要的; 同样, 与动力学结果一致, SX PAC 吸附效果优于NX PAC, 但对Geosmin 的效果影响不大。由粉末活性炭投加量与臭味关系试验图可知, 在一个给定的粉末活性炭投加量和吸附时间后, 痕
9 图9 不同混凝剂投加量条件下粉末活性炭投加量
与臭味关系试验(原水臭味三级)
以上试验表明, 采用15m g/L 的SX 粉末活性炭, 投加点置于MY 取水站, 经过18h 长距离管道吸附输送到净配水厂, 混凝剂聚氯化铝较一般情况
下投加量稍有增加, 投加量20mg /L, 以提高沉淀效果, 确定了对原水主要致臭物质2-M IB 的初步技术参数。
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2. 4 粉末活性炭中试验结果
为考察投加粉末活性炭对后续处理工艺(滤池) 的影响, 进一步开展了中试研究。结果证明粉末活性炭与适当的混凝剂使用对后续工艺影响不大, 在滤池过滤后臭味即可降低到一级弱或无, 效果非常明显。即使滤后出水含有较低浓度臭味物质也会被活性炭滤池吸附, 进一步提高水质。
中试条件:水量5m 3/h 连续运行; 采用进厂水为试验原水, 原水中已投加高锰酸盐复合剂1 2mg /L; 在混合池中将粉末活性炭制成乳液后再进行投加, 投加量15mg /L, 聚氯化铝20mg/L, 接触时间30s; 絮凝时间10min, 三级机械搅拌; 沉淀时间60m in 。
试验结果见图10、图11所示, 原水投加15mg/L 的粉末活性炭, 经沉淀过滤工艺对臭味和UV 254去除效果非常明显, 平均煤后臭味去除率达到80%; UV 254达到50%以上, 说明粉末活性炭对有机物具有广谱吸附效果。图12显示了适合的净水药剂投加量, 对加炭原水浊度去除效果达到70%, 煤池出水浊度可以控制在0 2NT U 以下。
图13 投加与未投加粉末活性炭滤池总水头损失变化
图12 中试工艺流程对浊度的去除效果
响, 相反有延长的趋势。通过加药絮凝过程, 炭颗粒与药剂形成絮体的颗粒比一般絮体密度大, 有利于
沉淀。根据滤池水头损失增长趋势来看, 达到36h 反冲周期的可能性很大, 具备工程应用的条件。因此投加粉末活性炭对滤池过滤周期和出水浊度无明显负面影响, 确定生产中投加15mg /L 粉末活性炭, 混凝剂聚氯化铝20mg/L 。
2. 5 粉末活性炭的生产应用与实际效果2. 5. 1 粉末活性炭的投加
粉末活性炭可采用干法和湿法投加两种方式。
图10 粉末活性炭对U V 254的去除效果
干法投加利用水射器将粉末活性炭投入水中, 湿法投加则将粉末活性炭配成乳液加注。由于时间紧迫, 没有条件购置溶炭搅拌和加药设备实现湿法投加, 在应急生产应用中利用水射器将粉末活性炭与水混合制浆后, 加入原水输水管路(见图14) 。由于水中余氯与粉末活性炭发生氧化还原反应, 减少粉末活性炭对目标化合物的去除率, 进厂水应停止预加氯[6]。
图11 粉末活性炭对臭味的去除效果
任何技术方案的实施, 都必须对现有水厂生产工艺不能有过大的改动。滤池的过滤周期即滤程和出水浊度直接关系到技术参数的可靠性和可实施性。由图13可见, 投加与未加粉末活性炭试验条件对照, 投加粉末活性炭不但对滤池滤程无缩短的影
图14 M Y 水库粉末活性炭投加示意
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2. 5. 2 粉末活性炭投加效果
经过静态试验、中试连续试验, 最终于2005年9月21日及时在M Y 调流阀后投加了15mg /L 的粉末活性炭, 经十几个小时的输送, 次日上午到达净配水厂。实际生产运行水量负荷及生产运行参数与中试的絮凝沉淀条件存在差异, 实际沉淀效果较差, 致使滤池滤程略有缩短, 但出厂水各项水质指标均正常, 符合国家饮用水卫生标准。由此管网水水质有了极大的改观, 用户反映也由开始的每日二十余个降低到无, 比较圆满地解决了管网水臭味的问题。
由于清水池和管网中滞留的臭味水需逐渐消耗, 25日开始无用户反映, 粉末活性炭处理突发臭味效果令人满意, 见图15。9月26日管网水检测2-M IB 浓度为6 5ng /L, 无臭味, 达到了预期的目的。
措施, 以应对水体突发臭味和有机污染物对水质的影响。
(2) 水质恶化期间回流水水质对进厂水造成较
大影响, 直接影响到水厂工艺处理效果, 如有条件应单独处理。
(3) 应深入系统地研究臭味发生规律, 建立臭味发生预警系统, 及时采用粉末活性炭进行处理, 避免引起被动。
(4) 应考察粉末活性炭在输水管道中的沉积状况。
参考文献
1 GB 5749 85生活饮用水卫生标准
2 王占生, 刘文君. 微污染水源水处理. 北京:中国建筑工业出版
社, 1999
3 张金松, 范晓军. 国际饮用水水质标准汇编. 北京:中国建筑工
业出版社, 2001
4 高乃云, 严敏, 乐林生, 等. 饮用水强化处理技术. 北京:化学工业
出版社, 2005
5 许保玖, 龙腾锐. 当代给水与废水处理原理. 第2版. 北京:高等
教育出版社, 2003
6 谢志平. 水源异臭和给水除臭. 中国城镇供水协会安徽分会. 19897 American W ater Work s Ass ociation (Author) . American Society
of Civil Engineer s (Author ) 《W ater Treatm ent Plant Design 》. Th ird Edition. Am erican, 1997
图15 2005年9月粉末活性炭应用前后用户反映情况
3 结论与建议
3. 1 结论
(1) 2005年水库原水主要致臭物质为2-MIB(2-甲基异莰醇), 采用高锰酸钾预氧化 常规处理 活性炭工艺不能有效去除水中高浓度的臭味物质。(2) 确定了在原水中投加粉末活性炭, 延长吸附时间提高吸附效果, 与现有活性炭深度处理工艺形成双重水质保障的应急技术措施。
(3) 通过粉末活性炭对臭味物质的吸附特性曲线, 确定粉末活性炭选炭方法和投加量计算方法。
(4) 研究得出了在臭味高发期, 应及时调整炭池反洗方式, 回流水对臭味物质具有富集作用, 在需要时应单独处理的结论。3. 2 建议
(1) 粉末活性炭技术应作为地表水厂常备技术
〇E mail:zsx 205@y ahoo. com. cn
收稿日期:2007-02-26修回日期:2007-07-04
铁岭市污水处理厂及中水回用项目
联系单位:铁岭市污水处理厂。
项目规模:10万m 3/d 二级污水处理厂1座, 厂外污水提升泵站3座及截流干管、市区管网。中水回用项目8万m 3/d, 主要建设回用水处理系统, 包括提升泵房、沉淀池、滤池、送水泵房、输水管线及供电、供暖配套设施。
项目投资:3702万美元。建设时间:2007~2008年。
(通讯员 武云甫 任晓艳)
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