A comparative evaluation of the effectiveness of potable water filtration processes 何玲 譯 摘要:本文就慢砂過濾法(慢濾)和快速重力過濾法(快速)分別在有與沒有使用顆?;钚蕴浚℅AC)代替砂濾料的條件下,去除農(nóng)藥、溶解性有機(jī)炭、有機(jī)色素、營養(yǎng)素的有效率,對(duì)污染事件處理能力,以及相對(duì)費(fèi)用幾方面作了論述。一般情況下,認(rèn)為慢濾系統(tǒng)較使用混凝劑的快濾系統(tǒng)在去除溶解性有機(jī)炭和有機(jī)色素方面差些,但在去除若干種常見農(nóng)藥方面卻很有成效。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)慢濾適于小中型水廠生產(chǎn)生物穩(wěn)定性水,與同類快濾水廠相比,似乎可不需加大投資成本。 一、引言: 慢濾供給飲用水,這對(duì)于歐洲、北美以及許多發(fā)展中國家雖說已是一種很好的既定工藝,但是作為一種輔助的處理方法,卻往往被忽視掉。對(duì)慢濾的理解一般都是消極的,僅考慮到它適合處理的原水范圍有限,處理時(shí)間長,有一定勞動(dòng)強(qiáng)度的清洗工作,占地空間大,以及資本投入大,而不夠重視將慢濾加到處理程序中的作用。慢濾的處理類型與其它工藝不同,因此得到的凈水水質(zhì)也不相同。根據(jù)所要求的水質(zhì)目標(biāo),慢濾可以是很有效的處理方法。另外,由于飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格,原水水源的處理范圍也越來越大,經(jīng)常是幾種單元工藝結(jié)合使用,每個(gè)單元工藝的相對(duì)去除效果和成本效益會(huì)有相當(dāng)大的不同,因此鑒于目前英國飲用水水質(zhì)應(yīng)用的法規(guī),本文對(duì)飲用水給水處理的慢濾、快濾以及GAC代替砂濾料的幾種方法重新作一估價(jià)。 英格蘭和威爾士當(dāng)前應(yīng)用于飲用水給水水質(zhì)的法規(guī)對(duì)57項(xiàng)感觀、物理、化學(xué)和微生物參數(shù)的最大允許濃度或數(shù)值(PCVs)做了規(guī)定,包括對(duì)一種農(nóng)藥0.1ug/L和總農(nóng)藥0.5ug/L的最大濃度的規(guī)定。預(yù)報(bào)并去除飲用水中各類不同濃度的農(nóng)藥的能力,是大眾最關(guān)注的問題。英國給水企業(yè)對(duì)此感到為難,并認(rèn)為慢濾對(duì)之也無效。而慢濾作為一種可行的處理方法被接受,也受到其它一些因素的限制。在英國,使用慢濾水流速度慢會(huì)被看成是造成不能充分減少原水中有機(jī)炭和有機(jī)色素含量,從而影響預(yù)期凈水水質(zhì)的主要原因。 二、慢砂過濾法 1.對(duì)農(nóng)藥的去除 用慢濾去除飲用水中的農(nóng)藥,常被認(rèn)為是無效的。然而慢濾在去除英國地表水中常見農(nóng)藥,至少是與加混凝劑的快濾的效果相同,一般還會(huì)好于后者(見表1)。 表1 慢砂過濾對(duì)農(nóng)藥的去除率農(nóng) 藥 | 濃度(ug/L) | 處理方法 | 去除率(%) | 莠去津 | 0.0-1.0 | 慢砂過濾(0.2m/h) | 0 | 莠去津 | 0.22 | 慢砂過濾(0.25m/h) | -9 | 莠去津 | 0.07-0.16 | 慢砂過濾 | -13-31 | 西瑪津 | 0.04-0.08 | 慢砂過濾 | -20-25 | Isoproturon | 0.27 | 慢砂過濾(0.25m/h) | 11 | Isoporturon | 0.04-0.09 | 慢砂過濾 | 33 | 綠麥隆 | 0.08-0.16 | 慢砂過濾 | 25 | 二甲四氯丙酸 | 0.03-0.27 | 粗過濾,慢砂過濾 | 67-96 | 二甲四氯丙酸 | 0.0-1.0 | 慢砂過濾(0.2m/h) | 100 | 二甲四氯丙酸 | 0.10 | 慢砂過濾(0.25m/h) | 70 | MCPA | 0.0-1.0 | 慢砂過濾(0.2m/h) | 100 | 2,4-D | 0.0-1.0 | 慢砂過濾(0.2m/h) | 100 | 2,4,5-TP | 0.0-1.0 | 慢砂過濾(0.2m/h) | 60 | 噻草平 | 0.0-1.0 | 慢砂過濾(0.2m/h) | 0 | 林丹 | 0.02 | 慢砂過濾(0.25m/h) | 56 | TCA | 2.0 | 慢砂過濾(0.2m/h) | 50 | 如Foster等人報(bào)告的,水庫蓄水經(jīng)慢濾后,二甲四氯丙酸0.10ug/L濃度減少了70%。用慢濾對(duì)二甲四氯丙酸的去除率在南約克郡觀測(cè)也得到67-96%的結(jié)果。另有報(bào)導(dǎo)中試慢濾對(duì)二甲四氯丙酸、MCPA和二氯苯氧基乙酸達(dá)到100%的去除,對(duì)2,4,5涕丙酸的去除達(dá)60%。對(duì)2,4,5洋丙酸去除較差的原因,認(rèn)為一部分由于其生物降解速率較前三者低。大約25%的進(jìn)水中2,4,5洋丙酸的濃度是在慢濾期間被生物降解除掉了。而其降解產(chǎn)物2,4,5-三氯苯酚的濃度,在慢濾出水中被測(cè)得由24mg/L增加了350%,而2,4-三氯苯酚或2-甲基-4-氯酚的濃度無明顯變化,二氧苯氧基乙酸、二甲四氯丙酸和MCPA的降解物,也分別測(cè)出。這點(diǎn)被理解為是由于這些副產(chǎn)物的快速降解作用引起。 2. 對(duì)非特定溶解性有機(jī)物的去除 傳統(tǒng)的慢濾池對(duì)去除水中非特定溶解有機(jī)物,包括有機(jī)炭和有機(jī)色素的能力有限,據(jù)觀測(cè)一般不如常規(guī)快濾那樣有效。然而,有機(jī)物去除效果可視作因條件而異,即隨原水水源的性質(zhì)和濾池所采用的管理方法而變化。雖然可經(jīng)常高速濾池運(yùn)行周期長度和慢濾濾床的生物成熟期,但每個(gè)濾池運(yùn)行周期的處理效果也常有不同。在某些水廠還總結(jié)出有機(jī)物去除率的季節(jié)差異。提出這些問題是因?yàn)槎居袡C(jī)物去除率較低,其原因或是由于水溫不適宜微生物生長,或是由于原水有機(jī)物母體成份的季節(jié)性差異引起。有機(jī)物負(fù)荷,或稱進(jìn)水濃度,或稱過濾速率,看起來大都沒有注意能達(dá)到的百分比有機(jī)物去除率。Collins和Enghmy證實(shí)了由于進(jìn)水有機(jī)物濃度,或說濾速統(tǒng)計(jì)不充分,反映在有機(jī)物去除上的明顯的差異。慢濾可以調(diào)節(jié)濾速和有機(jī)物負(fù)荷。同樣在慢濾前對(duì)原水采用預(yù)處理,對(duì)有機(jī)物去除率也是無效的。而濾前的預(yù)處理則可有效地改進(jìn)慢濾性能和其它幾個(gè)方面:增加過濾周期長度、減少濾池停工時(shí)間和清潔需求,以及減少運(yùn)行成本。 來自文獻(xiàn)的一項(xiàng)分析結(jié)果(見表2)提出慢濾對(duì)不同水廠、不同季節(jié)以及不同水源中原水DOC的去除一般都可達(dá)到5-40%的去除,平均為16%。與Collins等看法相同,他們已根據(jù)慢濾處理各種不同原水水質(zhì)中有機(jī)物的曲線,論證了慢濾對(duì)有機(jī)物去除率僅為15±5%。文獻(xiàn)分析還看出,處理上游水源的慢濾水廠可達(dá)到DOC去除率14%,這比處理下游稍少些。下游的處理率平均可達(dá)18%。
表2 慢濾對(duì)DOC的去除率水 源 | DOC(ug/L) | 處理方法 | 去除率(%) | Springfield,MA | 2.3 | 慢砂過濾(0.04m/h)(冬季) | 15 | Springfield,MA | 3.0 | 慢砂過濾(0.04m/h)(冬季) | 12 | Portsmouth,NH | 5.3-7.0 | 慢砂過濾(0.05m/h) | 8-30 | Portsmouth,NH | 8.0 | 慢砂過濾(0.10m/h) | 12 | Ashland,NH | 2.8 | 慢砂過濾(0.05m/h) | 12 | Ashland,NH | 2.8 | 慢砂過濾(0.10m/h) | 9 | River Ohio,USA | 1.5-3.2 | 慢砂過濾(0.12m/h) | 5-24 | River,Avon,UK | 4.8 | 慢砂過濾(0.20m/h) | 23 | Ivry,Paris | 2.2-2.3 | 慢砂過濾(0.20m/h) | 18-20 | River Thames,UK | 3.7 | 慢砂過濾(0.25m/h) | 15 | Leng,Zurich | 0.95 | 慢砂過濾(0.67m/h) | 16 | 表3 慢濾對(duì)UV吸附能力的去除率水 源 | UV-吸附能力 (m-1) | 處理方法 | 去除率(%) | Springfield,MA | 8.1 | 慢砂過濾(0.04m/h)(冬季) | 33 | Springfield,MA | 9.3 | 慢砂過濾(0.05m/h) (冬季) | 22 | Portsmouth,NH | 20-30 | 慢砂過濾(0.05m/h) | 20-30 | Portsmouth,NH | 28 | 慢砂過濾(0.01m/h) | 8 | River Avon,UK | 13.3 | 慢砂過濾(0.2m/h) | 32 | Ivry,Paris | 4.9-5.2 | 慢砂過濾(0.2m/h) | 2-20 | River Thames,UK | 10.0 | 慢砂過濾(0.25m/h) | 12 | Leng,Zurich | - | 慢砂過濾(0.7 m/h) | 16 | 表4 慢砂過濾的色素去除率水 源 | 色 素 | 處理方法 | 去除率(%) | Springfield,MA | 16°H | 慢砂過濾(0.04m/h)(冬季) | 44 | Springfield,MA | 12°H | 慢砂過濾(0.05m/h) (冬季) | 42 | Lake Vyrnwy | 20-30°H | 慢砂過濾(0.15m/h) | 20-30 | Seagahan,N.1. | 20-55°H | 慢砂過濾(0.15m/h) | 15-20 | River Avon,UK(英) | 1.63m-1* | 慢砂過濾(0.2m/h) | 38 | River Thames,UK(英) | 0.90 m-1* | 慢砂過濾(0.25m/h) | 23 | 對(duì)有些紫外線吸附有機(jī)物(254mm)和色度(400nm)的去除程度一般反映個(gè)別水廠的DOC去除率,然而在某些實(shí)例中水廠與水廠之間去除DOC與紫外線吸附或色度之間好象并不存在特殊關(guān)系,在特定水廠存在的關(guān)系可能出現(xiàn)季節(jié)性差異。文獻(xiàn)中的一項(xiàng)分析結(jié)果(見表3)提出慢濾對(duì)紫外線吸附(254mm)的去除,達(dá)到3-35%之間,平均17%,慢濾處理上游和下游現(xiàn)有水源時(shí),對(duì)紫外線吸附的去除效果區(qū)別不大,平均去除率分別為18%,16%。但色素的去除差別較大(見表4)文獻(xiàn)中報(bào)導(dǎo)對(duì)全部水源的色素去除率在15-80%,平均34%,上游水源是42%,下游水源26%。 3.生物不穩(wěn)定性的去除 慢濾在處理系統(tǒng)中的主要益處,就是去除在配水管網(wǎng)內(nèi)供給生物膜菌群的化合物。只有當(dāng)配水管網(wǎng)中來自相鄰水域的適合其生長的化合物遇到相當(dāng)濃度時(shí),細(xì)菌才能發(fā)育生長。因此,有一種消除生物膜中菌群的措施,就是在處理期間去除適宜水中微生物生長的化合物。這種方法較努力保持整個(gè)配水管網(wǎng)中剩余消毒劑的方法更為有效。在眾多的適宜微生物生長的微量化合物中,最基本的無素是磷、氮和碳。硫也是一種重要的營養(yǎng),但由于其在水環(huán)境中的優(yōu)勢(shì),增長迅速。磷在水環(huán)境中主要以正磷酸鹽存在,氮以有機(jī)氮形式存在,碳是以無機(jī)物存在。生物膜微生物生長所需要的磷、氮、碳的比例(同化作用與異化作用)約為1:10:100(P:N:C)。然而在凈化后的飲用水中微生物的生長極易受到生物可利用有機(jī)碳濃度的限制。這些可根據(jù)水體中可生物降解有機(jī)碳(BDOC),或可同化有機(jī)碳(AOC),用不同方法測(cè)出。一般在配水管網(wǎng)中測(cè)出的異養(yǎng)微生物生長的限定濃度為10uG/L AOC和0.15mg/L BDOC。而AOC和BDOC并非影響生物生長的唯一參數(shù)。在各個(gè)配水管網(wǎng)之間,限制微生物生長的有關(guān)濃度實(shí)際上可能有些差異,取決于其它一些因素,如周圍水溫。 慢濾池去除進(jìn)水中生物可利用有機(jī)碳含量非常有效,同時(shí)生產(chǎn)出的濾液也具有較高的生物穩(wěn)定性。文獻(xiàn)中最常見的結(jié)果為:在首先經(jīng)過多方面的處理之后,再將慢濾作為其最終處理,這樣的水才能成為生物穩(wěn)定凈水。各水廠之間對(duì)AOC和BDOC的去除率,受濾速、所采用運(yùn)行方式、濾床生物成熟期、進(jìn)水中AOC或BDOC含量以及其它一些參數(shù),如水溫等等的影響,也會(huì)有差異。 慢濾去除AOC報(bào)導(dǎo)得最多,見表5(a)。由此得出一種分析:即慢濾法根據(jù)季節(jié)、水源及前面的處理過程,對(duì)進(jìn)水中AOC的去除一般為14~40%,平均為26%,BDOC較AOC高些,見表5(b)。從初濾水中BDOC的去除率在46~75%之間,平均值為60%,報(bào)告還引證了在低地水庫初濾水中的ATP(三磷酸腺苷)經(jīng)慢濾的去除率平均在50~80%。 慢濾除對(duì)進(jìn)水中某些不溶性磷酸鹽絡(luò)合物可去除外,對(duì)溶解性磷酸鹽不起作用。在近期文獻(xiàn)中,對(duì)慢濾去除有機(jī)氮化合物未見有報(bào)導(dǎo)。 表5 慢砂過濾對(duì)AOC和BDOC的去除率(a) 水源 | AOC(ugC/L) | 處理方法 | 去除率(%) | Leidun,Netherlands | 8 | 慢砂過濾 | 25 | Weesperkarspel,Netherlands | 16 | 慢砂過濾 | 25 | Weesperkarspel,Netherlands | - | 慢砂過濾(0.7m/h) | 40 | (b) 水源 | BDOC(mgC/L) | 處理方法 | 去除率(%) | Lvry,Paris | 0.4-0.65 | 慢砂過濾 | 46-75 | New Hampshire | 0.7 | 慢砂過濾 | 57 | 三、快砂過濾 1. 生物不穩(wěn)定性的去除 慢濾主要是一種生物過濾過程,而快濾則不然??鞛V濾池中固體的大量積累和頻繁的反沖洗防礙了生物群體的形成,如慢濾中的濾膜。因此,生物去除率也很低。而假如進(jìn)水中缺少預(yù)氯化中的余氯含量,則對(duì)可生物降解的有機(jī)碳的去除就會(huì)很少。快濾池加入混凝和澄清處理就可對(duì)可生物降解的有機(jī)碳含量達(dá)到明顯地去除。事實(shí)上,有二位專家已證明,快濾前的澄清處理可能就是傳統(tǒng)的快濾處理方法中的主要生物去除過程。生物去除率一般會(huì)隨水溫的增加,以及AOC及BDOC濃度的增加而提高。傳統(tǒng)的快濾僅能去除部分可生物降解有機(jī)炭(BDOC)(表6)。
表6 加混凝劑的快濾法一般對(duì)AOC和BDOC的去除率(a) 水源 | AOC(ugC/L) | 處理方法 | 去除率(%) | Weesperkarspel | 108 | 混凝,沉淀,快濾 | 28-34 | (b) 水源 | BDOC(mgC/L) | 處理方法 | 去除率(%) | Neuilly-sur-Marne | 0.45-1.40 | 快濾 | 28-34 | Lvry,Paris | 0.95-1.25 | 接觸混凝,快濾 | 42-65 | Llobrgat River | 2.00 | 加氯,澄清,快濾 | 20 | 上述兩位專家針對(duì)快濾加混凝劑對(duì)AOC或BDOC的去除效果,得出結(jié)論:凈水往往會(huì)受到進(jìn)水水質(zhì)的影響,呈永恒的生物不穩(wěn)定狀態(tài)。 2. 對(duì)非物定溶解有機(jī)物的去除 混凝在先的快濾法常用來去除原水中的溶解性色素和有機(jī)碳,在pH值和混凝劑投量適當(dāng)時(shí),去除效果很好。雖說所選用的混凝劑種類不會(huì)對(duì)其有很大的影響,但去除效果還是與水廠所采用的處理方法有密切的關(guān)系,包括混凝劑投量、助凝劑的使用、加藥程序、混合強(qiáng)度及pH值。去除效果還受溶解性有機(jī)物基體的性質(zhì)和成份以及原水的理化性能的影響。傳統(tǒng)快濾法雖然使用最多,其條件也最適合降低進(jìn)水濁度,但對(duì)人們更關(guān)心和注意的非特定有機(jī)物的去除,并非如預(yù)期的那樣有效。 適合色素和DOC去除的最佳混凝法,pH值的范圍很有限,為了達(dá)到一定的去除量,所要求的混凝劑的投加量大到不成比例。因此,導(dǎo)致凈水中剩余溶解鋁或離子濃度過高,以及大量固體顆粒的產(chǎn)生使濾池周期歷時(shí)過短。同時(shí),形成的礬花易碎,且量大。特別是在pH值較高或混凝劑投量高的情況下,為防止已經(jīng)絮凝的絮體破碎,穿透快濾池進(jìn)入凈水中而需要小心地操作運(yùn)行。如此大量的固體給產(chǎn)水帶來相當(dāng)大的困難,同時(shí)造成污泥處理與處置的費(fèi)用加大。 另一個(gè)報(bào)導(dǎo)較多的問題是混凝對(duì)一部分有機(jī)物無能力去除。既使色素能達(dá)到全部去除的時(shí)候,相當(dāng)數(shù)量的有機(jī)物也會(huì)以溶解狀態(tài)繼續(xù)保留下來。例如,有研究表明,雖然混凝可使色素去除達(dá)到90%以上,而DOC的含量仍以溶解態(tài)保留。按Thomas等人的說法,至少進(jìn)水中30%的DOC在經(jīng)混凝處理后總會(huì)存在。文獻(xiàn)中對(duì)不同水廠混凝去除DOC,UV-吸附率和色素的舉例;列于表7~9。總之,混凝快濾法對(duì)DOC的去除率在10~60%左右,一般為30%。UV一吸附率的去除在10~80%之間,平均45%。有機(jī)色素在50~100%,平均81%。傳統(tǒng)快濾則不然,對(duì)非特定有機(jī)物總?cè)コ?,特別是對(duì)處理含有有機(jī)色素地表水,必須采用輔助或能替換的方法,才能達(dá)到滿意的凈水水質(zhì)。
表7 加混凝的快濾對(duì)DOC的去除率水 源 | DOC (mg/L) | 處理程序 | 去除率(%) | 63 US Plants | | 傳統(tǒng)快濾 | 30 | Survey of US Plants | | 傳統(tǒng)快濾 | 25-30 | Portsmouth,NH | 8 | 傳統(tǒng)快濾 | 59 | Dohne,Mulheim | 3.9-5.0 | 加氯混凝,澄清,快濾 | 18-24 | Engham,London | 5.48 | 加氯,混凝,澄清,雙層濾料過濾,加氯 | 16 | Springfiedl,NH | 2.34-2.96 | 直接過濾 | 2-15 | Mery-sur-Oise,Paris | 1.3-2.4 | 臭氧,混凝,澄清,快濾 | 32-47 | Ivry,Parise | 2.70-3.35 | 臭氧,混凝,快濾 | 11-21 | Dohne,Mulheim | 3.6 | 臭氧,混凝,澄清,臭氧,快濾 | 28 | 表8 混凝快濾對(duì)UV-吸附率的去除水 源 | UV-吸附率 (m-1) | 處理程序 | 去除率(%) | Portsmouth,NH | 28 | 傳統(tǒng)快濾 | 82 | Dohne,Mulhelm | 6.8-9.1 | 加氯,混凝,澄清,快濾 | 35-41 | Springfield,NH | 8.1-9.3 | 直接過濾 | 41-46 | Ivry,Paris | 5.6-6.6 | 臭氧,混凝,快濾 | 38-47 | Dohne,Mulheim | 6.1 | 臭氧,混凝,澄清,快濾 | 71 | 表9 混凝、快濾對(duì)有機(jī)色素的去除水 源 | 色 素 | 處理程序 | 去除率(%) | Egham,London | 13°H | 加氯,混凝,澄清,雙層濾池,加氯 | 71 | Langestt,Doncaster | 9.4m-1* | 加氯,混凝,澄清,加氯,快濾 | 96 | Springfield,NH | 12-16°H | 直接過濾 | 63-83 | 在400nm波長下測(cè)量。 3. 對(duì)農(nóng)藥的去除 加混凝的快濾法對(duì)痕量有機(jī)物去除的程序,按照該化合物的溶解性及其對(duì)顆粒或有害物質(zhì)吸附或絡(luò)合的親合力也會(huì)有很大的差異。英國給水企業(yè)目前關(guān)注的主要農(nóng)藥化合物是屬于溶解度較緩和的類型,對(duì)絡(luò)合物的形成具有比較低的親合力。表10所列為經(jīng)混凝不易處理的化合物。目前英國地表水中最常見的農(nóng)藥為二種三唪除草劑:莠去津和西瑪津。然而,美國經(jīng)過對(duì)給水處理設(shè)備的一項(xiàng)調(diào)查后,Miltner等人報(bào)導(dǎo)了通過傳統(tǒng)快濾法之后,上述兩種農(nóng)藥和草凈津的濃度沒有變化。莠去津去除率未大于14%,草凈津和西瑪津去除率也都低于21%。Foster等人同時(shí)報(bào)導(dǎo)了在經(jīng)過混凝快濾后對(duì)低地河流蓄水中的莠去津的去除率也僅有12%,Walker等人報(bào)告說經(jīng)氯化鐵混凝和過濾后,莠去津、西瑪津、撲滅津等的去除率僅為7~9%,來自法國10家水廠的一次調(diào)查顯示莠去津的去除率一般都低于4%。Brauch等人報(bào)告說傳統(tǒng)快濾不能去除莠去津。
表10 混凝快濾對(duì)農(nóng)藥的去除率農(nóng) 藥 | 濃度 | 處理過程 | 去除率(%) | 莠去津 | 16.9 | 傳統(tǒng)快濾 | 8 | 莠去津 | 0.25 | 預(yù)加氯,混凝,澄清,快濾 | 12 | 莠去津 | 0.11-0.12 | 傳統(tǒng)快濾 | 0 | 西瑪津 | 0.79 | 傳統(tǒng)快濾 | 21 | 西瑪津 | 0.06-0.07 | 傳統(tǒng)快濾 | 0 | Cyanazine | 5.19 | 傳統(tǒng)快濾 | 16 | Linuron | 0.58 | 傳統(tǒng)快濾 | 19 | 二甲四氯丙酸 | 0.05 | 預(yù)加氯,混凝,澄清,快濾 | 40 | 2,4-D | 1000 | 混凝,沉淀 | <10 | 2,4-DP | 1000 | 混凝,沉淀 | <10 | 2,4,5-T | 10 | 傳統(tǒng)快濾 | 65 | 林丹 | 10 | 傳統(tǒng)快濾 | 0 | 林丹 | 0.01 | 預(yù)加氯,混凝,澄清,快濾 | 17 | 四、雙層濾料(顆?;钚蕴浚┲亓κ娇鞛V法 1.對(duì)農(nóng)藥的去除 對(duì)于去除特殊的微量有機(jī)污染物,如農(nóng)藥,顆?;钚蕴枯^慢濾或快濾均有很強(qiáng)的去除效果。顆?;钚蕴款悇e的不同對(duì)農(nóng)藥的去除效果也就不同。這要視所要求的水質(zhì)目標(biāo),空床接觸時(shí)間(EBCT),農(nóng)藥種類與濃度以及進(jìn)水中其它競爭有機(jī)物的比例而定。對(duì)農(nóng)藥的吸附能力和去除效果,在經(jīng)過再生或者連續(xù)接觸水中剩余氧化劑,如氯和臭氧之后,也可能惡化。但受濾速影響不大。 在砂濾池中使用GAC可去除剩余濃度低于毒理學(xué)推薦的,世界衛(wèi)生組織(WHO)制訂的農(nóng)藥的限值。該濾池的接觸時(shí)間僅6~8分鐘。GAC濾池空床接觸時(shí)間在6~8分鐘之間,用于控制農(nóng)藥,如莠去津等,一般濾床的活力為3~4個(gè)月,對(duì)這些農(nóng)藥的去除能達(dá)到0.1ug/l以下。同時(shí)GAC濾床的活力在6~24個(gè)月,空床接觸時(shí)間必須達(dá)到15~30分鐘。 2.生物不穩(wěn)定性的去除 由于GAC有很大的孔隙度和內(nèi)表面積,因此作為濾料,它可較砂更能有效地支撐微生物群體。除了吸附作用大以外,加入GAC的濾池對(duì)進(jìn)水中的BDOC的去除比單濾料快濾地更有效(表11)。
表11 用GAC替代砂的快濾法對(duì)AOC的去除率水 源 | AOC(ugC/L) | 處理方法 | 空床接觸時(shí)間 (分鐘) | 去除率(%) | Notmeir Antwerp | 10.5-22.0 | 雙層濾料快濾法 | 10.2 | 46-72 | River Meuse | 173 | 雙層濾料快濾法 | - | 84 | 用GAC代替40cm的砂層的去除效果已由法國一家水廠得到證實(shí)。該廠為雙層濾料濾池,GAC層的EBCT僅為3.5秒,達(dá)到約12%,比傳統(tǒng)單層濾料快濾大些。GAC對(duì)AOC/BDOC的去除率受以下若干因素影響而變化,包括GAC種類,進(jìn)水中BDOC的性質(zhì)及濃度(這可受預(yù)處理影響),EBCT,濾速,不同季節(jié)以及濾池運(yùn)行周期。預(yù)臭氧法多用于GAC過濾以改進(jìn)和延長濾床去除農(nóng)藥、BOC、色素的活力。這種方法也提高了總BDOC的去除率。而出水中AOC/BDOC的濃度卻經(jīng)常高于僅用GAC不用臭氧處理的水。同時(shí)觀察到在水溫較高,用首次使用或重新再生后的GAC時(shí),AOC/BDOC的降低率很大。Easton等證明了如果GAC接觸時(shí)間低于20分鐘,進(jìn)水中BDOC的去除僅能達(dá)到20-30%。還有人提出欲達(dá)到生物穩(wěn)定的凈水,GAC接觸時(shí)間必須至少在15和25分鐘之間。而這一時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)在雙層濾池一般達(dá)不到,因此就需要一種稱為“后吸附的濾池”。這種濾池較雙層濾池在去除BDOC方面更有效,其中一部分原因是可得到較長的EBCTs,還因?yàn)檫@種濾池反沖次數(shù)不大頻繁,使經(jīng)過該濾池的吸附作用更均勻,生物群發(fā)育更加成熟。經(jīng)過GAC過濾的凈水,由于E-BCTs大于15分鐘,一開始呈現(xiàn)的生物穩(wěn)定性與慢濾出水相差不大。通過用生物法去除最易生物降解的有機(jī)物和降解速度慢的化合物的吸附,GAC往往會(huì)達(dá)到相同的去除效果。GAC的出水水質(zhì),也會(huì)隨吸附能力的逐漸減弱,而慢慢變壞。GAC濾池出水的AOC濃度在經(jīng)過500天運(yùn)行后也會(huì)逐漸增大。僅250天運(yùn)行期后,GAC出水中的AOC濃度就超過了該濾地的進(jìn)水濃度。慢濾系統(tǒng)通過生物作用達(dá)到了對(duì)生物不穩(wěn)定性的去除,而且不會(huì)出現(xiàn)類似的惡化現(xiàn)象。通過慢濾的生物膜菌群可始終如一、穩(wěn)定地去除全部可生物降解有機(jī)物。雖然這種可能性起初看不出來,但是在去除進(jìn)水中總BDOC方面終究會(huì)勝過具有生物活力的顆?;钚蕴?。 雖然在近期文獻(xiàn)中未發(fā)現(xiàn)有關(guān)注進(jìn)水中磷酸鹽去除的報(bào)導(dǎo),而GAC則可有效地去除有機(jī)氮。法國一水廠有報(bào)導(dǎo)說,GAC過濾可將水中有機(jī)氮濃度去除9~50%。 3.對(duì)非特殊溶解性有機(jī)物的去除 GAC是昂貴的水處理濾料,因此主要用于控制特殊水質(zhì)問題和污染物,彌補(bǔ)水處理過程中其它一些單元中的不足,來改善總的凈水水質(zhì)。因此GAC不會(huì)專門用于控制水中一般天然存在的有機(jī)物,并且具吸附作用的這種條件還可能防礙對(duì)污染物的去除,影響對(duì)非特定有機(jī)物的吸附。 雖然GAC過濾法比混凝能去除更大范圍的有機(jī)物,一開始也可以大量去除進(jìn)水中的DOC,UV一吸附力和色素,但一般來說仍屬并不經(jīng)濟(jì)的處理方法,除非是脈動(dòng)式混凝不易控制的、小或遙遠(yuǎn)的場(chǎng)合下才使用。GAC的吸附能力會(huì)很快消耗盡,與其它方法相比較,總的去除率比較差。例如美國國家有機(jī)物勘察院已注意到在5家水處理廠首次使用的GAC對(duì)DOC的去除率平均達(dá)到87%,僅7天后減至73%,數(shù)月后的結(jié)果為不足30%。在巴黎附近的一家水廠,雙層濾料濾池中GAC層的EBCT為3.5分鐘,被證實(shí)能達(dá)到14%,較傳統(tǒng)單層濾池用增強(qiáng)生物降解法還要大。經(jīng)過改善GAC濾池中微生物過程,預(yù)臭氧也可大量去除非特殊有機(jī)物。 4.對(duì)付污染事件的能力 一般人認(rèn)為,慢濾與快濾相比,其對(duì)抗污染事件的能力是比較有限的。然而包括慢濾在內(nèi)的所有過濾方法其有效性都取決于污染物的性質(zhì)、濃度、以及其持續(xù)時(shí)間。例如,慢濾和單層快濾都不能有效地對(duì)付農(nóng)藥污染。如這兩種過濾方法對(duì)原水濁度的突然變化或藻類的大量繁殖的相對(duì)有效性也是取決于被評(píng)價(jià)的水的標(biāo)準(zhǔn)是不是凈水水質(zhì),還是說是運(yùn)行與保持有效處理的能力。如Cleasby等人提出的一次藻類的大量繁殖使慢濾池運(yùn)行周期減少至僅9天,但保持了進(jìn)水濁度的有效去除率達(dá)98%,與此同時(shí),快濾運(yùn)行周期,降低濾速后,減少到12小時(shí)。直接過濾要求做到預(yù)加氯,投加陽離子聚合物和大劑量的明礬,盡管如此,進(jìn)水濁度仍不能滿足要求。因此,慢濾可有效地使凈水達(dá)到合格的水質(zhì)要求,而快濾可有效地運(yùn)行與維護(hù)。加混凝劑的快濾法的主要優(yōu)點(diǎn)是可較容易得到調(diào)整,使之適應(yīng)變化很大的原水,或者控制進(jìn)水水質(zhì)的突然惡化。然而慢濾運(yùn)行沒有投藥的要求,其操作很少受河水水質(zhì)小波動(dòng)的影響。慢濾由于所用濾速低,因此在對(duì)付較輕的污染事件中,它還有優(yōu)于快濾的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。即,在濾床上形成大量的備用水,在污染事件期間可短時(shí)間(3-4小時(shí))停止對(duì)原水的吸附,同時(shí)不改變慢濾的出水量。慢濾池上的水對(duì)慢濾處理過程也能提供較大的輔助的緩沖力。 5.處理費(fèi)用的比較 不同處理方法的相應(yīng)費(fèi)用,也就是建筑與運(yùn)行費(fèi)用,是影響其選用的重要條件。詳細(xì)內(nèi)容從略。請(qǐng)參考表12,13的費(fèi)用比較。
表12 預(yù)算費(fèi)用的比較水 源 | 設(shè)計(jì)流速 | 慢濾 | 快濾 | New Hampshire | - | $229 954 | $574 886 | New Hampton | 0.23 | $568 386 | $623 559 | Andover | 0.73 | $838 000 | $797 000 | Northumberland | 3.18 | $1110 747 | $837 068 | Bethlehem | 3.18 | $1271 000 | $886 000 | Lancaster | 3.68 | $1687 461 | $1543 803 | Jaffirey | 4.55 | $1948 000 | $2350 000 | Wolreboro | 4.55 | $4132 770 | $3581 040 | 表13 GAC處理的費(fèi)用 | 成 本 | 原有快速重力濾池 10ML/day 400ML/day | f829 218 f2758 968 | 后濾池吸附器 10ML/day 400ML/day | f1003 261 f695 912 | 五、討論 許多采用慢濾方法的給水企業(yè)目前正在估算,其仍延用的運(yùn)行方法是更換還是與其它處理方法結(jié)合使用。作這種估算時(shí),有些因素必須考慮,包括處理目標(biāo)、慢濾的運(yùn)行方法、慢濾池可以做到的改進(jìn)方案等,以便提高經(jīng)濟(jì)效益,改善濾池能力或水質(zhì)。還要考慮到更換處理方法后有利與不利的影響,以及費(fèi)用。在這些因素中,處理目標(biāo)是最重要的,另外還應(yīng)弄清達(dá)到效處理的各處理單元的組合方式。 在一個(gè)處理程序中采用慢濾的主要益處是使凈水送到生物穩(wěn)定性。處理中加用臭氧可極大地減弱處理后水的生物穩(wěn)定性,采用慢濾則是一種行之有效的補(bǔ)償方法。雖說GAC也可補(bǔ)救這個(gè)問題,但慢濾還是更為有效些。如凈水中的有機(jī)物和細(xì)菌,特別是附著在炭末上的細(xì)菌的大量釋放,是許多采用生物活性炭濾池的,特別是作為后吸附濾池的給水企業(yè)的主要關(guān)注點(diǎn)。另外在處理程序中加入小規(guī)模的慢濾比加入其它過濾系統(tǒng)一般不會(huì)引起太大的遲滯作用。慢濾如能得到適宜的改造,其效率將能得到極大的提高。 六、 結(jié)論 慢砂過濾法目前正在得到重視和開發(fā),雖然與其它所有方法同樣不能解決水質(zhì)中出現(xiàn)的每一個(gè)問題,但是錯(cuò)誤概念仍妨礙了它的應(yīng)用,慢濾的處理類型與其它工藝不同,其處理效果優(yōu)于快濾和GAC,使水達(dá)到嚴(yán)格的質(zhì)量要求。在處理系統(tǒng)中適當(dāng)?shù)夭捎寐秊V,既可補(bǔ)償其它單元處理中的缺陷,又可有效地解決目前水處理中存在的問題。
技術(shù)資料 第9712號(hào) (選自AQUA,1995第1期) |