胡文容
(山東大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山東濟(jì)南250061)

　　摘　要：微絮凝直接過濾、O₃消毒工藝處理微污染水庫水的試驗(yàn)結(jié)果表明：①微絮凝直接過濾工藝對水庫水濁度的去除效果好于傳統(tǒng)的混凝沉淀過濾工藝，處理后出水濁度≤1.0 NTU；②O³消毒能減少消毒投氯量和有效控制處理出水中的三氯甲烷、四氯化碳含量，確保三氯甲烷＜60 μg/L、四氯化碳＜3 μg/L，其最佳投加量為6.9g/m³；③該工藝的藥劑費(fèi)用為0.082 元/m³，比傳統(tǒng)處理工藝增加0.061 元/m³，但可省去混凝沉淀工序的混凝反應(yīng)池和沉淀池，降低了工程投資。
　　關(guān)鍵詞：微絮凝；直接過濾；O³消毒；微污染水庫水
　　中圖分類號：TU991.2
　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
　　文章編號：1000-4602(2001)09-0006-04

Study on the Microflocculation-direct Filtration/Ozone Pre-disinfection Process for Treatment of Micro-polluted Reservoir WaterHU Wen-rong
(School of Environmental Science and Engineering,Shandong University,Jinan 250061,China)

　　Abstract：The test was carried out on the use of microflocculation-direct filtration/ozonepre-disinfection process for treatment of micro-polluted reservoir water.The results show that:(1) the microflocculation-direct filtration process has higher efficiency than the conventional coagulation sedimentation process in removing the turbidity of reservoir water,with the turbidity in treated water ≤1.0 NTU.(2) the ozone pre-disinfection can reduce the chlorine dosage and is found to be effective in controlling the residual levels of CHCl3 and CCl4 in the treated water,so as to keep the concentration of CHCl3 and CCl4 below 60 μg/L and 3 μg/L respectively.The optimal dosage of ozone is 6.9 g/m3.(3) the chemical cost of the process is 0.082 yuan/m3,which is 0.061 yuan/m3 more than that of conventional treatment process.However,the coagulation and sedimentation basin may be omitted,and thus reducing the project investment.
　　Keywords：microflocculation;direct filtration;O3 pre-disinfection;micro-pollution reservoir water

　　T市城市生活飲用水源為一山澗水庫水，由于長期自然沉降，濁度很低，1995年—1997年的平均濁度在10 NTU左右，尤其是每年10月份至次年3月份期間，濁度＜5.0 NTU。近些年來，由于旅游業(yè)發(fā)展和水庫養(yǎng)魚大量增加，造成水庫水受到一定程度的污染。當(dāng)光照充足時(shí)，藻類大量繁殖，每年4月—9月間，藻類個(gè)數(shù)高達(dá)(5.0～7.0)×10⁷ 個(gè)/mL。為了保證該市水廠傳統(tǒng)混凝、沉淀、過濾凈水工藝的正常運(yùn)行，需要在源頭投氯殺藻，結(jié)果造成大量鹵代烴生成。
　　研究發(fā)現(xiàn)［1］，在低濁源水處理中，采用微絮凝直接過濾工藝可取得良好的效果。O₃作為一種強(qiáng)氧化劑，用作消毒劑進(jìn)行消毒可降低投氯量，減少出廠水中鹵代烴含量?，F(xiàn)將微絮凝直接過濾、O₃消毒工藝處理4月—9月間高藻期水庫水的試驗(yàn)結(jié)果總結(jié)于后。

1　試驗(yàn)方法與材料

1.1　分析測試方法
　　分析測試方法如表1所示。

　表1　分析測試方法 測試指標(biāo) 分析方法 O₃濃度 碘量法 CODMn 高錳酸鹽指數(shù)法 UV₂₅₄ 紫外分光光度法 NH₃-N 納氏試劑光度法 三氯甲烷 頂空氣相色譜法 四氯化碳 頂空氣相色譜法 細(xì)菌總數(shù) 瓊脂培養(yǎng)計(jì)數(shù)法 總大腸菌群 多管發(fā)酵法

1.2　工藝流程
　　根據(jù)水庫水濁度低的特征，采用以微絮凝直接過濾和O₃消毒為核心的處理工藝，其流程如圖1所示。

1.3　設(shè)備及工藝參數(shù)
　　濾池：為了減少將來工程改造量和使試驗(yàn)結(jié)果具有可比性，采用石英砂濾池，除了濾池直徑縮小為185 mm外，其他操作參數(shù)與該廠現(xiàn)有的濾池一樣，即內(nèi)填700 mm厚的粒徑d＝0.5～1.2 mm石英砂顆粒濾料，濾速為8 m/h，過濾周期為12 h，反沖期歷時(shí)3.0 min，濾料的膨脹率為45%?；炷齽镻AC，該廠原工藝投加4.31 mg/L，微絮凝直接過濾、O₃消毒試驗(yàn)工藝投加1.01 mg/L。O₃接觸塔：內(nèi)徑d＝100 mm，H＝900 mm，利用氧氣產(chǎn)生O₃。

2　試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1　微絮凝直接過濾工藝
　　對照試驗(yàn)結(jié)果表明，在進(jìn)水水質(zhì)完全相同條件下，微絮凝直接過濾工藝出水平均濁度為0.59 NTU，該廠傳統(tǒng)工藝出水平均濁度為0.68 NTU，說明微絮凝直接過濾工藝具有強(qiáng)化接觸凝聚效果，提高了過濾截污能力。此外，在半年連續(xù)試驗(yàn)中，出水濁度超過1.0 NTU的概率＜10%，而且大部分?jǐn)?shù)值≤1.2 NTU，只是在過濾剛開始運(yùn)行的第一天，出水濁度達(dá)1.5 NTU，說明微絮凝直接過濾工藝的運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。
　　微絮凝直接過濾工藝對CODMn、UV₂₅₄、氨氮等的去除效果與該廠傳統(tǒng)處理工藝基本相同，原因是兩者的功效主要是去除水中的懸浮物和膠體，對可溶性有機(jī)物等污染物的去除效果較差，對NH₃-N、CODMn等污染指標(biāo)的去除實(shí)際上是通過去除源水中的濁度來實(shí)現(xiàn)的。
2.2　O³消毒的最佳投加量
　　在進(jìn)水流量恒定為220 L/h的條件下，當(dāng)臭氧氣體流量為2.0 L/min時(shí)，不同O₃濃度所對應(yīng)的消毒效果如表2所示。

表2　O³濃度與殺菌效果 O₃濃度(mg/L) 9.90 12.72 15.27 21.64 細(xì)菌(個(gè)/mL) 18 2 無 無 大腸桿菌(個(gè)/L) 無 無 無 無 注：O₃氣體流量為2.0 L/min，進(jìn)水流量為220 L/h，接觸塔高90 cm。

　　結(jié)果表明，當(dāng)O₃濃度為12.72 mg/L時(shí)，濾后水中細(xì)菌為2個(gè)/mL，而大腸桿菌全部被殺滅；當(dāng)O₃濃度提高到15.27 mg/L時(shí)，濾后水中的細(xì)菌和大腸桿菌全部被殺滅；當(dāng)O₃濃度減少到9.90 mg/L時(shí)，濾后水中大腸桿菌全部被殺滅，但殘留細(xì)菌數(shù)增加到18 個(gè)/mL?？紤]到O₃殺菌的有效濃度和經(jīng)濟(jì)性，選擇O₃濃度為12.72 mg/L作為殺菌有效濃度比較合理，按此換算可得濾后水殺菌消毒需要投加的臭氧量為6.9g/m³。
　　為驗(yàn)證這個(gè)數(shù)據(jù)的可靠性，分別采用不同濾后水進(jìn)行了多次重復(fù)試驗(yàn)。取樣分析表明，大腸桿菌全部被殺滅，消毒后出水均殘留活細(xì)菌，其個(gè)數(shù)最高不超過10個(gè)/mL。由此可見，濾后水投加6.9g/m³的O₃，可將細(xì)菌控制在10個(gè)/mL以內(nèi)，大腸桿菌則全部被殺滅。由于O₃半衰期較短，為實(shí)現(xiàn)出廠水無菌和保證管網(wǎng)末梢細(xì)菌指標(biāo)達(dá)到生活飲用水規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，需要再投加少量的Cl₂以抑制細(xì)菌的再度繁殖。研究發(fā)現(xiàn)^［2］，當(dāng)水中無細(xì)菌、有機(jī)物和還原性物質(zhì)時(shí)，加氯量等于余氯量。由于試驗(yàn)濾池出水已經(jīng)O₃殺菌消毒，水中幾乎沒有細(xì)菌、有機(jī)物和還原性物質(zhì)等消耗氯的物質(zhì)，因此加氯量等于余氯。按我國生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)，出廠游離性余氯在接觸30 min后不應(yīng)低于 0.3 mg/L，所以經(jīng)O₃消毒后需要投加0.3 mg/L的Cl₂以抑制細(xì)菌的再度繁殖。
2.3　出水鹵代烴含量
　　據(jù)研究［3］，鹵代烴具有致癌作用或可疑致癌作用，因此飲用水中鹵代烴含量成為人們關(guān)注的一個(gè)問題。我國《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—85)對三氯甲烷和四氯化碳含量作了明確規(guī)定，其中三氯甲烷含量＜60 μg/L，四氯化碳含量＜3 μg/L。所以，研究經(jīng)微絮凝直接過濾、O₃消毒工藝處理后的出水中鹵代烴含量，具有十分突出的社會(huì)效益(見圖2、3)。

　　　　

　　從圖2、圖3可以看出，源水經(jīng)微絮凝直接過濾、O₃消毒和投氯消毒后，水中CHCl₃含量由源水的8.5 μg/L下降為8.0 μg/L。源頭投氯殺菌后，出水三氯甲烷含量略有上升，由8.0 μg/L上升為9.0 μg/L，增加了1.0 μg/L，但遠(yuǎn)低于GB 5749—85規(guī)定三氯甲烷含量不超過60 μg/L的要求。圖3的四氯化碳含量也低于GB 5749—85規(guī)定的3 μg/L。由此可見，微絮凝直接過濾、O₃消毒處理工藝，基本上能控制消毒副產(chǎn)物鹵代烴的生成，確保出水鹵代烴含量低于GB 5749—85規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值。而傳統(tǒng)處理工藝出水的鹵代烴含量較高，CCl₄含量為3.5 μg/L，超過GB 5749—85規(guī)定的3 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)。

3　經(jīng)濟(jì)分析

　　據(jù)T市水廠統(tǒng)計(jì)，試驗(yàn)時(shí)該廠處理工藝投加PAC混凝劑4.31 mg/L，投氯量為3.59g/m³。按當(dāng)時(shí)該廠PAC混凝劑進(jìn)價(jià)2 300 元/t、氯的進(jìn)價(jià)3 000 元/t計(jì)算，則藥劑費(fèi)為0.021 元/m³。
　　據(jù)報(bào)道［4］，我國生產(chǎn)O₃的費(fèi)用約為11.4元/kg［電費(fèi)按0.60 元/(kW·h)計(jì)算］，而試驗(yàn)的殺菌消毒O₃最佳投加量為6.90g/m³，則O3消毒費(fèi)用為0.079 元/m³。此外，為了控制細(xì)菌再度繁殖，需再投加0.3 mg/L氯，其費(fèi)用為0.000 9 元/m³，則實(shí)際消毒費(fèi)用為0.079 9 元/m³；投加1.01 mg/L的PAC混凝劑需0.002元，則微絮凝直接過濾、O₃消毒工藝的費(fèi)用為0.082元/m³。因此，微絮凝直接過濾、O₃消毒工藝的藥劑費(fèi)比傳統(tǒng)處理工藝增加了0.061 元/m³ 。

4 結(jié)論

①微絮凝直接過濾工藝處理T市水庫水，能滿足出水濁度≤1.0 NTU的要求。
　?、谖⑿跄苯舆^濾、O₃消毒處理工藝可減少消毒投氯量，能有效控制出廠水中CHCl₃和CCl₄含量，使出廠水中CHCl₃和CCl₄含量遠(yuǎn)低于GB 5749—85標(biāo)準(zhǔn)值，保障了人們飲水安全，解決了常規(guī)處理工藝出廠水中鹵代烴含量超標(biāo)的問題，具有突出的社會(huì)效益。
　　③微絮凝直接過濾、O₃消毒工藝的處理成本為0.082 元/m³，比傳統(tǒng)工藝增加了0.061 元/m³，但可省去混凝沉淀工序，減少了工程總投資。

參考文獻(xiàn)：

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　　［3］Joon Wun Kang,Hoon Soo Park.Effect of ozonation for treatment of micropollutants present in drinking water source［J］.Wat Sci Tech,1997,36(12):299-307.
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　　作者簡介：胡文容(1964-)，男，福建莆田人，山東大學(xué)教授，環(huán)境工程博士后，研究方向?yàn)樗幚怼?br> 　　電　　話：(0531)2955081×2983
　　收稿日期：2001-04-12