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      污水廠二級出水色度處理

      2017-03-09 10:40:03 xiaoyifan 0

      近年來,生活飲用水中的三氯甲烷等致癌物越來越受到人們關注〔1, 2, 3〕,而構成色度的腐殖酸和富里酸等腐殖質被認為是三氯甲烷的先質。在工業領域,某些帶有顏色的工業污染物是由“三致”物質組成,對人體健康產生很大危害〔4〕。

      在水資源的綜合利用中,采用污水深度處理工藝對污水處理廠的二級出水進行處理,然后將處理水作為再生水進行回用已經占有重要地位〔5, 6, 7〕。但在常規的凈水工藝中,色度是較難降低的指標。常用的生物處理法對構成色度的腐殖質降解效果不理想〔8- 9〕。要想達到出水回用的標準,還需要在出水中加入大量的達標水(經測算補水率> 70%〔10〕)。

      目前國內外對處理色度技術的研究一般是用色度去除率進行宏觀表征,而很少從引起色度的具體物質出發研究色度關聯物質的去除和變化。因此,筆者選擇天津某污水廠的二級出水為研究對象,從官能團結構、有機物組分、分子質量分布等角度研究雙氧水-活性炭工藝處理二級出水過程中的色度變化,為今后的污水回用行業及再生水公司處理不同水質的污水色度提供理論參考,使工藝運行更加經濟科學。

      1 材料和方法
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      1.1 實驗用水
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      實驗用水為天津某污水廠二沉池出水,水質呈淡黃色,弱堿性,其主要水質指標見表 1。

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      1.2 儀器和材料
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      儀器:PFX195 自動色度儀,英國羅威朋;UV- 2550 型紫外-可見分光光度計,日本島津。

      材料:30%雙氧水,粉末活性炭(天津市科威有限公司),超濾膜(上海摩速科學器材有限公司)。

      1.3 分析項目?
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      CODCr 采用美國APHA 規定的標準測定方法測定,pH 用電極為CST25421C 的pH 計(HM230V, TOA)測定,UV254 采用紫外-可見分光光度計測定,色度用色度測定儀測定;a(355)的測定方法:將水樣用0.45 μm 濾膜過濾,采用紫外-可見分光光度計,測定其在波長355 nm 處的吸光度,并做散射校正〔11〕。

      2 實驗結果與討論
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      2.1 雙氧水投加量對色度去除效果影響
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      在7 個100 mL 燒杯中分別投加水樣50 mL,分別加入0.5、1.5、3.0、5.0、10.0、25.0、50 mLH2O2,進行磁力攪拌,時間為30 min,靜置30 min 后測定水中色度,考察雙氧水投加量對色度去除率的影響,見 圖 1。

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      圖 1 H2O2投加量與出水色度的關系

      從圖 1 可見,當雙氧水投加量<25 mL 時,隨著雙氧水投加量的增加,色度去除率隨之增加,達到最大去除率后,繼續投加雙氧水,色度去除率基本不變,甚至有所減低。分析其原因是過量的雙氧水消耗了·OH。因此在水樣體積為50 mL 時,綜合考慮成本后選擇雙氧水的最佳投加量為10 mL,即雙氧水最佳投加比為200 mL/L。

      2.2 反應時間對色度去除效果的影響
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      在7 個100 mL 燒杯中分別投加水樣50 mL,加入10 mLH2O2 進行磁力攪拌,攪拌時間分別為30、 60、90、120、150、180、210 min,靜置30 min 后測定水中色度。反應時間從30 min 增至150 min 時,色度去除率從17.5%提高至45%,隨著反應時間的延長,色度去除率增加明顯。但超過150 min 后,色度去除率僅提高了2.5%,因此選擇最佳反應時間為150 min。

      2.3 pH 對色度去除效果的影響
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      在100 mL 燒杯中分別投加水樣50 mL,加入 10 mLH2O2,攪拌150 min,然后用0.1 mol/L 的HCl 和1 mol/L 的NaOH 溶液調節pH,考察不同pH 下色度去除率,見圖 2。

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      圖 2 pH 與出水色度的關系

      由圖 2 可知,pH 對色度去除有較大影響。pH 為 6.24~9.85 時,隨著pH 升高,色度去除率降低。其中, pH 從6.24 升到8.21,色度去除率從47.50%下降到 40%,pH 繼續上升,色度去除率略有下降,當pH 為 9.85 時,色度去除率為37.5%。原因可能是:較低的 pH 環境阻止了·OH 的無效分解,而·OH 是水溶液中最強的氧化劑之一,它可以破壞有色溶解性有機物(CDOM)的發色官能團,并且雙氧水在較低的pH 下比較穩定;但雙氧水在酸性環境下反應速率較低,因此綜合考慮并照顧到藥劑成本,選擇雙氧水降解色度最佳的pH 為7.38。

      2.4 雙氧水-活性炭工藝對色度的降解效果
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      根據前面的實驗結果,在100 mL 燒杯中投加水樣50 mL,并加入10 mLH2O2 攪拌150 min,pH 為 7.38,然后加入80 mg 活性炭,置于恒溫搖床中,反應6 h 后,用濾紙過濾并過0.45 μm 的微濾膜,測定反應前后的色度、a(355),結果見表 2。

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      從表 2 可以得出: 雙氧水-活性炭工藝對色度的去除效果顯著,明顯高于單獨的雙氧水工藝,產生了良好的協同去除效果。分析其原因可能是:雙氧水高級氧化產生的·OH 具有極強的氧化能力,把大分子難降解物質降解成小分子有機物,既改變了水中有機分子的結構形態,達到對水質結構的優化,又提高了有機物進入活性炭較小空隙的可能性,進而提高了活性炭的脫色效果。

      雙氧水-活性炭工藝對UV254 表征的含苯環難降解有機物和a(355)表征的有色溶解性有機物的去除效果明顯,從而引起色度的顯著下降。

      2.5 分子質量分布特征
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      對原水和經過雙氧水—活性炭工藝去除的水樣,通過0.45 μm 微濾膜進行逐級膜過濾,測定步驟和結果見圖 3、圖 4。

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      圖 3 分子質量分布的測定步

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      圖 4 色度的分子質量分布

      (1)色度的分子質量分布特征。

      由圖 4 可看出: 原水色度主要分布在表觀分子質量>100 ku 和<1 ku 的溶解性有機物,主要是腐殖質和小分子難降解有機物。經過雙氧水氧化降解后, 5~100 ku 之間的色度明顯被降解,產生了許多小分子有色溶解性有機物,導致1~5 ku 之間的色度有所增加,<1 ku 的色度也去除明顯。經過活性炭脫色后,3 ku 以下的色度也得到有效去除。

      (2)UV254 的分子質量分布特征。

      UV254 的分子質量分布見圖 5。圖 5 可以看出,原水的UV254 主要分布在表觀分子質量<1ku 區間,占總溶解性有機物UV254 的73.90%。雙氧水對各個分子質量區間的UV254 都有降解,但分子質量在1~ 3 ku 范圍的UV254 有少量增加,<1 ku 區間降解不明顯。經過活性炭處理后,各個區間都得到明顯降低。

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      圖 5 UV254的分子質量分布

      (3)a(355)的分子質量分布特征

      a(355)的分子質量分布見圖 6。

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      圖 6 a(355)的分子質量分布

      由圖 6 得出,a(355)表征的CDOM 分布與色度分布基本一致,驗證了CDOM 是色度關聯物質的主要組分。雙氧水工藝降低了整個范圍的CDOM,尤其對于3~100 ku 范圍的CDOM,降低效果顯著,雙氧水工藝起到了預氧化作用,后續的活性炭工藝對 3 ku 以下的CDOM 去除效果明顯。.

      3 結論
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      (1)原水中的色度主要分布在表觀分子質量> 100 ku 和<1 ku 范圍,即大分子的腐殖質類有機物和小分子的難降解類有機物。

      (2)CDOM 分子質量分布變化與色度分子質量分布變化基本一致,表明水樣中CDOM 對色度起到主要貢獻作用,水樣中的CDOM 主要由腐殖質組成。

      (3)高級氧化技術中,單獨的雙氧水工藝對色度降解效果有限,主要是對小分子難降解有機物去除效果有限,活性炭脫色效果較好,但雙氧水-活性炭能產生協同作用,明顯降低了分子質量<3 ku 的色度,色度去除率為95%,相比雙氧水工藝色度去除率提高了1 倍多。

      公司簡介

      ■ 自1996年以來我們一直致力于這個領域的發展,建造高品質的水處理工程和研究前沿的水處理工藝是我們不斷的追求。

      ■ 近年來我們為國內外的市政、地產、工業等相關行業提供過多項優質工程。

       

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