地质倾向:预氯化对粉末活性炭除嗅的影响

预氯化对粉末活性炭除嗅的影响
李大鹏， 徐乐中
(苏州科技学院环境科学与-I-程系，江苏苏州215011)
摘要：通过中试试验研究了预氯化对粉末活性炭除嗅的影响 结果表明：预氯化会破坏藻类细胞而增加原水嗅阚
值；采用预氯化去除嗅味，加氯量存在一个临界值；预氯化后，常规工艺对嗅味的去除效果降低；预氯化对粉末活性
炭除嗅有一定的负面影响；延长预氯化时间可以提高整个工艺的除嗅效果。
关键词：饮用水；预氯化；粉末活性炭；嗅味；临界值
中图分类号：TU 991．2 文献标识码：A 文章编号：1672--0679(2006)04-0039--04
近年来，随着饮用水水源的污染，许多净水厂都采用了预氯化单元处理工艺。其目的在于杀灭部分藻类、细菌，氧化部分有机物，控制亚硝酸盐氮，降低藻类和有机物对后继混凝沉淀的干扰，提高混凝沉淀的效果。由于氯的来源广泛，价格低廉，当前及以后的一段时间内，饮用水的预氧化处理仍将以预氯化为主。但有研究表明，液氯会破坏藻类细胞而造成有机碳、致臭物质等的外泄，B G Brownlee通过研究发现，原水通过2 mg／L液氯预氯化60 min，土臭素的含量从160 ng／L增加到l 230 ng／L。并且液氯的氧化性较弱，对藻类细胞所释放的代谢物特别是致臭物质等很难去除，并且常规净水处理工艺对此类物质的去除能力更是有限。因此，预氯化具有引入次生化学污染物的风险嘲，并且有增加原水嗅味负荷的趋势。
当水源因季节性变化或突发事件引起嗅味污染时，投加粉末活性炭是一种灵活、方便、经济有效的去除嗅味的措施。因此，在预氯化的前提下，增加粉末活性炭预处理工艺是当前大多数水厂除嗅的主要方法。目前，已有关于预氯化与粉末活性炭联用的研究报道：Tae—Wook Hat认为，预氯化后，粉末活性炭去除苯系有机物的效率并没有降低；周镜云网的研究认为：预氯化与粉末活性炭联用对藻毒素的去除率可以达到90％。而预氯化是否影响粉末活性炭除嗅的效能却没有研究报道。本文通过动态连续流试验较为深入地研究了预氯化对粉末活性炭去除嗅味效果的影响规律。
1 试验方法
1．1 试验水质
试验用水为水库水，试验期间，原水具有明显的土嗅味，其中亚硝酸盐氮超标。原水的水质情况见表l。

1．2 试验工艺
采用动态连续流试验，进水量为100 L／h，试验流程如l图所示，各构筑物水力工艺参数见表2。
粉末活性炭为山西太原新华活性炭厂生产的木质活性炭，混凝剂为聚合氯化铝，投加量为2．5 mg／L。滤柱由高l m、直径l3．5 cm的有机玻璃柱制成，采用石英砂单层滤料，层高70 cm，滤速7 m／h。
l.3 检测方法
嗅味测定采用2000年美国水质检测方法中的嗅阈值法。


2 结果与讨论
2．1 液氯投量对嗅阈值的影响
液氯的投量直接关系到原水中藻类去除效果，即藻类细胞的破坏程度，而藻类细胞的破坏则直接关系到藻细胞内物质的外泄程度，因而加氯量决定着原水中嗅阈值的改变程度。图2为预氯化对原水中嗅味的去除效果(混凝剂投量2．5 mg／L(以AI2O3计))。
从图2可以看出，当氯投量≤2 mg／L时，出水嗅阈值增加，并达到最大(150)；氯投量>2 mg／L后，出水嗅阈值逐渐降低 同期采用显微照相技术对预氯化后藻类细胞的形态进行拍照分析，发现大量藻类细胞被破坏，且破坏部分已经呈透明状。这充分说明预氯化会破坏藻类细胞，并导致藻细胞内的致臭物质及某些致臭物质前体物外泄。有研究表明，藻类细胞中土臭素含量与渗透到细胞外的土臭素含量之比在9：l左右。 氯投量大于2 mg／L后，出水嗅闽值逐渐减小，说明氯对嗅味确实有一定的去除作用，由此可以看出：采用预氯化处理高藻水时，对嗅味而言，加氯量存在一个临界值(本研究结果为2 mg／L)。加氯量小于该临界值，嗅闻值增加；加氯量大于该临界值，嗅阈值减小。究其原因：加氯量较小时，氯与藻类细胞及某些天然有机物反应后，剩余氯已不足与刚从藻体中释放出来的嗅味物质反应。当加氯量大于临界值后，剩余氯可以与嗅味物质反应，进而降低嗅阈值。因此，预氯化是导致水体嗅阈值增加的主要原因，而该临界值的确定与水体中藻类细胞含量、天然有机物含量等有直接的关系，该临界值的确定对提高整个净水工艺的处理效果有重要的实用意义。
另外。可以从图2中看出，投加混凝剂后，出水嗅阈值均低于不投加混凝剂时，说明常规处理对嗅味有一一定的去除效果，随着氯投量的增加，常规处理对嗅味的去除效果愈加明显。但即使氯投量增加到7 mg／L，出水嗅阈值也只能降到25，不能满足国家生活饮用水卫生标准(无异臭异味)，如果继续增加氯的投量，则必然增加出水中消毒副产物的含量，降低净化水的安全性。
2．2 预氯化对粉末活性炭除嗅的影响
为了研究预氯化对粉末活性炭除嗅效果的影响，采用了4种工艺进行试验：(1)工艺l。预氯化5 min，投加粉末活性炭吸附10 min；(2)工艺2。氯与粉末活性炭同时投加，反应10 min；(3)工艺3。不投加氯，投加粉末活性炭吸附10 min；(4)工艺4。不投加氯，粉末活性炭投加于机械絮凝池中第二格。其中工艺l、2的氯投量为4 mg／L，试验结果见图3。

从图3可以看出，预加氯后，粉末活性炭对嗅味的玄除效果明显低于不加氯时，特别是粉末活性炭投量较小时(10、20 mg／L)，预氯化对粉末活性炭除嗅的影响最为明显。而随着粉末活性炭投量的增加，出水嗅阈值逐渐减小，预氧化对粉末活性炭除嗅的影响相应减小，即增加的粉末活性炭投量弥补了预氯化的负面影响 对于工艺l而言，其对粉末活性炭的影响主要是撷氯化过程中破坏藻类细胞产生了额外的致臭物质，同时余氯会与粉末活性炭反应而消耗炭的吸附容量，造成粉末活性炭除嗅效果变差。对于工艺2而言，造成粉末活性碳除嗅效果下降的原因主要是氯与粉末活性炭的反应，一是在活性炭表面形成一种致密的氧化物，改变了活性炭表面的氧化还原状态，影响了活性炭的吸附性能，二是活性炭充当了分解氯的催化剂，破坏了活性炭的孔隙结构，导致活性炭的减量。有研究表明 ，氯初始浓度越高，与炭的反应速度越快，活性炭的损失也越大。
工艺2对嗅昧的去除效果优于工艺l，其原因可能是：在工艺l中，预氯化首先破坏藻类细胞，使原水的嗅阎值增加，因此，达到同样的处理效果所需的炭量增加；工艺2中氯与粉末活性炭反应，藻类细胞被破坏的几率减小。由此可以推出，氯 粉末活性炭反应对除嗅的影响要小于氯破坏藻类细胞释放的致臭物质的影响
工艺3、工艺4对嗅味的去除效果明显优于工艺l、工艺2，说明取消预氯化，有利于提高整个净水工艺的除嗅效果
工艺4对嗅昧的去除效果优于工艺3，特别是粉末活性炭投加量较小时(10、20 mg／L)，但随着粉末活性炭投加量增加， 工艺4与工艺3对嗅味的去除效果相近。原因可能是：工艺3中，粉末活性炭不可避免地会吸附部分町以混凝去除的有机物，而工艺4则可以避免这一问题藻类是产生嗅昧的主要因素，据报道，大量的致臭物质存在于藻细胞内，而且伴随着藻类的生命活动的胞外物质、代谢产物等也是嗅味的主要来源。试验中检测了4种工艺对藻类、浊度的去除效果，结果见表3。

从表3可以看出，在预氯化的前提下，随着粉末活性炭投量的增加，藻类的去除率增加，而随着藻类去除率的提高，嗅昧的去除率相应提高。推测其除藻机理一方面是氯的氧化作用，破坏了藻体细胞，有利于后继工艺将其去除；另一方面粉末活性炭的助凝作用，改善了常规工艺的混凝沉淀效果，从而提高了藻类的去除率。预氯化后，投加粉末活性炭，沉淀后水的浊度明显减小，但粉末活性炭投加量超过20 mg／L后，出水浊度逐渐增加，而同期无预氯化的试验结果显示，随着粉末活性炭投加量的增加，出水浊度逐渐减小，即粉末活性炭投加量增加，助凝效果愈加明显，而据多数文献报道，粉末活性炭在高投量下具有良好的助凝效果。
本试验的结果恰好相反，说明预氯化对粉末活性炭(高投量)除浊有一定的负面影响，其原因可能是余氯与粉末活性炭反应，改变了活性炭表面的化学性质，对混凝产生了负面效应，随着活性炭投量的增加，这种负面效应逐渐加大。
3 结语
通过中试试验研究，可以得出以下结论：(1)预氯化后，原水嗅阈值增加，预加氯2 mg／L，出水嗅阈值达到最大(150)。本试验中，预氯化的临界值为2 mg／L。投加混凝剂可以强化嗅味的去除效果；(2)4种工艺对嗅味去除效果的研究表明：预氯化对粉末活性炭除嗅有一定的负面效应(工艺1、工艺2)；取消预氯化可以明显提高粉末活性炭对嗅阈值的去除效果(工艺3、工艺4)；若将粉末活性炭投加在机械絮凝池中。则可进一一步提高除嗅效果(工艺4)。
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