70%多孔弹性滤料—活性炭联合工艺应用于饮用水深度处理效果的研究
摘要：着重研究70%多孔弹性滤料-活性炭联合工艺在不同进水温度及不同进水浓度时对饮用水中污染物的去除效果分析。试验结果表明，该工艺对浊度、铁、UV254、高锰酸盐指数、DOC、BDOC的平均去除率分别在91%、94%、32%、36%、43%、88%左右，可基本满足膜技术处理系统对进水水质的要求，可以应用于饮用水深度处理前的预处理，能较好地减轻后续膜技术处理的负荷。
关键词：70%多孔弹性滤料；活性炭；深度处理效果
中图分类号：X131.2 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）03-0114-03
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.03.066
Abstract：The removal efficiency of contaminants in drinking water with 70% porous elastic filter-activated carbon combined process at different inlet temperatures and different influent concentrations was studied emphatically. The results showed that the average removal rates of turbidity， iron， UV254， permanganate index， DOC and BDOC were 91%， 94%， 32%， 36%， 43% and 88% Meet membrane technology processing system of influent water quality requirements， can be applied to pretreatment of drinking water before the depth of treatment， can reduce the follow-up membrane technology to deal with the load.
Key words： 70% porous elastic filter； Activated carbon； Depth treatment effect
隨着人们生活水平的日益提高，对饮用水的要求也越来越高，饮用水水质问题直接影响着人们生活和身心健康。因此，采用以膜技术为核心的深度处理后，能有效提高饮用水中杂质的去除率，基本满足人们对饮用水水质的需求。为了减轻饮用水深度处理时的膜技术处理[1]负荷，延长膜的使用寿命，在膜分离装置前设置预处理工艺，尽可能的降低水中的有机物和杂质。因多孔弹性滤料具有耐腐蚀、拉伸性强、清洗方便、无不良气味、价格便宜等性能，故本实验着重研究进水→70%多孔弹性滤料→活性炭→出水的联合工艺对水中污染物的去除效果，最大程度的简化和降低预处理的成本，减轻深度处理时的膜技术负荷。
1 70%多孔弹性滤料-活性炭联合工艺
1.1 试验装置
试验装置主要由图1所示的3套尺寸相同的高位水箱和过滤柱组成。每次试验时，3套装置采用同一批原水经恒温水浴分别控制在不同温度范围内。过滤柱由内径5cm的聚乙烯制成，滤料填充高度24cm。依次分别填充70%多孔弹性滤料[2]和活性炭。多孔弹性滤料由剪刀剪成7mm的正方形，密度0.022g/m3，孔隙率98%，比表面积1.0×105 cm2/g，孔径40μm；活性炭采用椰壳颗粒活性炭，粒径分布为0.63～2.5mm，碘值≥1000mg/g。
1.2 试验分析方法
浊度：HACH2100浊度仪；铁：二氮杂菲分光光度法；UV254：紫外分光光度法；高锰酸盐指数：酸性高锰酸钾滴定法；DOC：高温催化燃烧法；BDOC：静态悬浮培养法。
2 试验结果与分析
2.1 不同进水温度不同进水浓度对浊度的去除效果
水的浊度是表示水的清澈或浑浊程度，不仅与水中悬浮物质及胶体物质的含量有关，而且与它们的大小、形状及折射系数等有关，是反应水质优劣的一个重要指标，它既反映水的感观（表观）质量，也反映水的内在质量[3]。
试验期间进水的浊度不稳定，在1-8.6NTU之间，当进水平均温度分别为20℃、10℃、5℃时，70%多孔弹性滤料-活性炭联合工艺对浊度的去除率均值分别为91.1%、91.6%、90.5%，均能很好地将浊度降低至0.1-0.4NTU，说明联合工艺对致浊悬浮颗粒及胶体物质的截留效果非常好，且基本不受进水温度进水浊度的影响。
2.2 不同进水温度不同进水浓度对铁的去除效果
由于供水管道的老化及锈蚀，管道末端自来水中的铁的含量增大，不仅色度增加，还会有明显的铁锈味。据郭晓燕[4]对膜污染物的分析表明铁及其氧化物会导致膜的脱盐率和产水量明显下降，从而对膜造成不可逆的污染，因此生活饮用水中的铁及其化合物应在预处理中予以除去。
试验期间进水中铁的浓度为0.12 -0.64 mg/L，进水铁浓度变化较大，当进水平均温度分别为20℃、10℃、5℃时，70%多孔弹性滤料-活性炭联合工艺对铁的去除率均值分别为93.7%、94.7%、94.6%，经联合工艺的出水中铁浓度都接近于0，对铁的去除效果显著，且处理效果基本不受温度及浓度的影响。
2.3 不同进水温度不同进水浓度对UV254的去除效果
UV254值是指水中一些有机物在波长254nm处的紫外吸光度，是反映水中有机物浓度的综合指标，它与难挥发性总有机碳、溶解性有机碳、天然有机物等均有着良好的相关性。所以UV254可以作为水处理中多种有机物控制指标的有效、便捷、可行的替代参数。
试验期间进水中的UV254在0.022-0.039 cm-1之间变化，当进水平均温度分别为20℃、10℃、5℃时，70%多孔弹性滤料-活性炭联合工艺对UV254的去除率均值为31.9%、32.4%、32.1%，工艺对UV254的去除率较稳定，不受进水温度的影响；出水中UV254浓度与进水中UV254浓度成正比，去除效果受进水浓度的影响较大。
2.4 不同进水温度不同进水浓度对高锰酸盐指数的去除效果
高锰酸盐指数是指在一定条件下，以高锰酸钾为氧化剂，处理水样时所消耗的氧化剂的物质总量。由于地下水中无机还原物质含量较少，而有机物含量相对较多，因此高锰酸盐指数也在一定程度上反映了有机物的浓度。
试验期间进水中高锰酸盐指数介于1.09 -2.00 mg/L，当进水平均温度分别为20℃、10℃、5℃时，70%多孔弹性滤料-活性炭联合工艺对高锰酸盐指数的去除率均值为44.4%、34.8%、28.8%，对高锰酸盐指数的去除有一定作用，去除率与进水温度成正比，随着进水温度的升高，工艺对高锰酸盐指数的去除率逐步提高至44.4%；去除效果受进水中高锰酸盐指数影响较大，与进水浓度成正比。
2.5 不同进水温度不同进水浓度对DOC的去除效果
DOC是TOC中的一部分，是指通过0.45μm滤膜且在以后用于其测定的分析过程中不因蒸发而丢失的溶解态有机物质，是表征水体中有机物含量和生物活动水平的重要参数。有研究结果表明溶解性有机物的膜孔吸附是产生不可恢复膜污染的重要因素[5]，因此，在预处理过程中降低溶解性有机物的含量对减轻后续膜处理负荷极为重要。
试验期间进水中DOC含量在1.72-2.23 mg/L之间变化，当进水平均温度分别为20℃、10℃、5℃时，70%多孔弹性滤料-活性炭联合工艺对DOC的去除率均值分别为45.4%、48.3%、36.5%。试验结果表明，工艺对DOC的去除率随着温度的升高逐步提升至45.4%-48.3%左右；出水DOC浓度与进水DOC浓度基本成正比关系，去除效果受进水DOC浓度影响较大。
2.6 不同进水温度不同进水浓度对BDOC的去除效果
BDOC又名生物可降解溶解性有机碳，是指DOC中可被细菌利用的部分，是细菌生长的物质和能量的主要来源。因此，BDOC可以作为一种评估细菌再生可能性的参数，是评价饮用水生物稳定性的重要指标之一。
试验期间进水中BDOC含量在0.56-1.67 mg/L之间变化，当进水平均温度分别为20℃、10℃、5℃时，70%多孔弹性滤料-活性炭联合工艺对BDOC的去除率均值分别为83.2%、88.4%、91.1%，去除效果与进水浓度无显著影响，去除率受进水温度略有波动，随着进水温度的降低，其对BDOC的去除率趋于稳定，维持在91%左右。有研究表明，当BDOC<0.2 mg/L时，细菌停止生长繁殖，該水可以评价为生物稳定性水[6]。工艺在20℃、10℃、5℃时BDOC出水平均浓度分别为0.164 mg/L、0.125 mg/L、0.100 mg/L，该工艺的出水满足生物稳定水的标准。
73 结论
（1）70%多孔弹性滤料-活性炭联合工艺对浊度、铁均有非常好的去除效果，基本不受进水温度及进水浓度的影响，去除率均能稳定在91%以上；（2）工艺对UV254的去除率与进水温度无明显关系，稳定在30%左右；工艺的出水中UV254浓度与进水中UV254浓度呈正比例关系，去除效果受进水浓度的影响较大；（3）工艺对高锰酸盐指数、DOC的去除效果也较明显，与进水浓度及进水温度成正比，随着进水温度的升高，高锰酸盐指数的去除率从28.8%逐步提高至44.4%，DOC的去除率从36.5%逐步提高至45.4%-48.3%左右；（4）工艺对BDOC的去除效果显著，去除率受进水温度略有影响，随着进水温度的降低去除率呈上升趋势，并维持在91%以上。试验结果表明，70%多孔弹性滤料-活性炭联合工艺对水中污染物去除效果明显，利用微生物的生物降解作用净化水体，降低水中的有机物和杂质，整个工艺出水水质较好，能达到预处理的要求，同时可以最大程度的简化预处理的工艺和降低预处理的成本，能较好地缓解后续膜处理的负荷。
参考文献
[1]董秉直，曹达文，范瑾初.膜技术应用于净水处理的研究和现状[J].给水排水，1999，25（1）：28-31.
[2]丁国际，杨开亮，沈成媛，等.多孔弹性滤料对饮用水中有机物的去除[J].水处理技术，2009， 35（1）：91-93.
[3]岳舜琳.水的浊度问题[J].中国给水排水，1995，11（4）：33.
[4]郭晓燕，侯毅 用于自来水深度处理的MF膜污染的清洗方法研究[J].中国给水排水，2006，22（5）：69-72.
[5]苗瑞.溶解性有机物对超滤膜污染的微观作用力测试与机制解析[D].西安：西安建筑科技大学， 2015.
[6]李欣，袁一星，马建薇，等.BDOC值对管网水生物稳定性的影响[J].中国给水排水，2004， 20（8）：10-12.
收稿日期：2918-01-27
作者简介：龚敏（1986-），女，本科，工程师，研究方向为环境监测。
关键词：70%多孔弹性滤料；活性炭；深度处理效果
中图分类号：X131.2 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）03-0114-03
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.03.066
Abstract：The removal efficiency of contaminants in drinking water with 70% porous elastic filter-activated carbon combined process at different inlet temperatures and different influent concentrations was studied emphatically. The results showed that the average removal rates of turbidity， iron， UV254， permanganate index， DOC and BDOC were 91%， 94%， 32%， 36%， 43% and 88% Meet membrane technology processing system of influent water quality requirements， can be applied to pretreatment of drinking water before the depth of treatment， can reduce the follow-up membrane technology to deal with the load.
Key words： 70% porous elastic filter； Activated carbon； Depth treatment effect
隨着人们生活水平的日益提高，对饮用水的要求也越来越高，饮用水水质问题直接影响着人们生活和身心健康。因此，采用以膜技术为核心的深度处理后，能有效提高饮用水中杂质的去除率，基本满足人们对饮用水水质的需求。为了减轻饮用水深度处理时的膜技术处理[1]负荷，延长膜的使用寿命，在膜分离装置前设置预处理工艺，尽可能的降低水中的有机物和杂质。因多孔弹性滤料具有耐腐蚀、拉伸性强、清洗方便、无不良气味、价格便宜等性能，故本实验着重研究进水→70%多孔弹性滤料→活性炭→出水的联合工艺对水中污染物的去除效果，最大程度的简化和降低预处理的成本，减轻深度处理时的膜技术负荷。
1 70%多孔弹性滤料-活性炭联合工艺
1.1 试验装置
试验装置主要由图1所示的3套尺寸相同的高位水箱和过滤柱组成。每次试验时，3套装置采用同一批原水经恒温水浴分别控制在不同温度范围内。过滤柱由内径5cm的聚乙烯制成，滤料填充高度24cm。依次分别填充70%多孔弹性滤料[2]和活性炭。多孔弹性滤料由剪刀剪成7mm的正方形，密度0.022g/m3，孔隙率98%，比表面积1.0×105 cm2/g，孔径40μm；活性炭采用椰壳颗粒活性炭，粒径分布为0.63～2.5mm，碘值≥1000mg/g。
1.2 试验分析方法
浊度：HACH2100浊度仪；铁：二氮杂菲分光光度法；UV254：紫外分光光度法；高锰酸盐指数：酸性高锰酸钾滴定法；DOC：高温催化燃烧法；BDOC：静态悬浮培养法。
2 试验结果与分析
2.1 不同进水温度不同进水浓度对浊度的去除效果
水的浊度是表示水的清澈或浑浊程度，不仅与水中悬浮物质及胶体物质的含量有关，而且与它们的大小、形状及折射系数等有关，是反应水质优劣的一个重要指标，它既反映水的感观（表观）质量，也反映水的内在质量[3]。
试验期间进水的浊度不稳定，在1-8.6NTU之间，当进水平均温度分别为20℃、10℃、5℃时，70%多孔弹性滤料-活性炭联合工艺对浊度的去除率均值分别为91.1%、91.6%、90.5%，均能很好地将浊度降低至0.1-0.4NTU，说明联合工艺对致浊悬浮颗粒及胶体物质的截留效果非常好，且基本不受进水温度进水浊度的影响。
2.2 不同进水温度不同进水浓度对铁的去除效果
由于供水管道的老化及锈蚀，管道末端自来水中的铁的含量增大，不仅色度增加，还会有明显的铁锈味。据郭晓燕[4]对膜污染物的分析表明铁及其氧化物会导致膜的脱盐率和产水量明显下降，从而对膜造成不可逆的污染，因此生活饮用水中的铁及其化合物应在预处理中予以除去。
试验期间进水中铁的浓度为0.12 -0.64 mg/L，进水铁浓度变化较大，当进水平均温度分别为20℃、10℃、5℃时，70%多孔弹性滤料-活性炭联合工艺对铁的去除率均值分别为93.7%、94.7%、94.6%，经联合工艺的出水中铁浓度都接近于0，对铁的去除效果显著，且处理效果基本不受温度及浓度的影响。
2.3 不同进水温度不同进水浓度对UV254的去除效果
UV254值是指水中一些有机物在波长254nm处的紫外吸光度，是反映水中有机物浓度的综合指标，它与难挥发性总有机碳、溶解性有机碳、天然有机物等均有着良好的相关性。所以UV254可以作为水处理中多种有机物控制指标的有效、便捷、可行的替代参数。
试验期间进水中的UV254在0.022-0.039 cm-1之间变化，当进水平均温度分别为20℃、10℃、5℃时，70%多孔弹性滤料-活性炭联合工艺对UV254的去除率均值为31.9%、32.4%、32.1%，工艺对UV254的去除率较稳定，不受进水温度的影响；出水中UV254浓度与进水中UV254浓度成正比，去除效果受进水浓度的影响较大。
2.4 不同进水温度不同进水浓度对高锰酸盐指数的去除效果
高锰酸盐指数是指在一定条件下，以高锰酸钾为氧化剂，处理水样时所消耗的氧化剂的物质总量。由于地下水中无机还原物质含量较少，而有机物含量相对较多，因此高锰酸盐指数也在一定程度上反映了有机物的浓度。
试验期间进水中高锰酸盐指数介于1.09 -2.00 mg/L，当进水平均温度分别为20℃、10℃、5℃时，70%多孔弹性滤料-活性炭联合工艺对高锰酸盐指数的去除率均值为44.4%、34.8%、28.8%，对高锰酸盐指数的去除有一定作用，去除率与进水温度成正比，随着进水温度的升高，工艺对高锰酸盐指数的去除率逐步提高至44.4%；去除效果受进水中高锰酸盐指数影响较大，与进水浓度成正比。
2.5 不同进水温度不同进水浓度对DOC的去除效果
DOC是TOC中的一部分，是指通过0.45μm滤膜且在以后用于其测定的分析过程中不因蒸发而丢失的溶解态有机物质，是表征水体中有机物含量和生物活动水平的重要参数。有研究结果表明溶解性有机物的膜孔吸附是产生不可恢复膜污染的重要因素[5]，因此，在预处理过程中降低溶解性有机物的含量对减轻后续膜处理负荷极为重要。
试验期间进水中DOC含量在1.72-2.23 mg/L之间变化，当进水平均温度分别为20℃、10℃、5℃时，70%多孔弹性滤料-活性炭联合工艺对DOC的去除率均值分别为45.4%、48.3%、36.5%。试验结果表明，工艺对DOC的去除率随着温度的升高逐步提升至45.4%-48.3%左右；出水DOC浓度与进水DOC浓度基本成正比关系，去除效果受进水DOC浓度影响较大。
2.6 不同进水温度不同进水浓度对BDOC的去除效果
BDOC又名生物可降解溶解性有机碳，是指DOC中可被细菌利用的部分，是细菌生长的物质和能量的主要来源。因此，BDOC可以作为一种评估细菌再生可能性的参数，是评价饮用水生物稳定性的重要指标之一。
试验期间进水中BDOC含量在0.56-1.67 mg/L之间变化，当进水平均温度分别为20℃、10℃、5℃时，70%多孔弹性滤料-活性炭联合工艺对BDOC的去除率均值分别为83.2%、88.4%、91.1%，去除效果与进水浓度无显著影响，去除率受进水温度略有波动，随着进水温度的降低，其对BDOC的去除率趋于稳定，维持在91%左右。有研究表明，当BDOC<0.2 mg/L时，细菌停止生长繁殖，該水可以评价为生物稳定性水[6]。工艺在20℃、10℃、5℃时BDOC出水平均浓度分别为0.164 mg/L、0.125 mg/L、0.100 mg/L，该工艺的出水满足生物稳定水的标准。
73 结论
（1）70%多孔弹性滤料-活性炭联合工艺对浊度、铁均有非常好的去除效果，基本不受进水温度及进水浓度的影响，去除率均能稳定在91%以上；（2）工艺对UV254的去除率与进水温度无明显关系，稳定在30%左右；工艺的出水中UV254浓度与进水中UV254浓度呈正比例关系，去除效果受进水浓度的影响较大；（3）工艺对高锰酸盐指数、DOC的去除效果也较明显，与进水浓度及进水温度成正比，随着进水温度的升高，高锰酸盐指数的去除率从28.8%逐步提高至44.4%，DOC的去除率从36.5%逐步提高至45.4%-48.3%左右；（4）工艺对BDOC的去除效果显著，去除率受进水温度略有影响，随着进水温度的降低去除率呈上升趋势，并维持在91%以上。试验结果表明，70%多孔弹性滤料-活性炭联合工艺对水中污染物去除效果明显，利用微生物的生物降解作用净化水体，降低水中的有机物和杂质，整个工艺出水水质较好，能达到预处理的要求，同时可以最大程度的简化预处理的工艺和降低预处理的成本，能较好地缓解后续膜处理的负荷。
参考文献
[1]董秉直，曹达文，范瑾初.膜技术应用于净水处理的研究和现状[J].给水排水，1999，25（1）：28-31.
[2]丁国际，杨开亮，沈成媛，等.多孔弹性滤料对饮用水中有机物的去除[J].水处理技术，2009， 35（1）：91-93.
[3]岳舜琳.水的浊度问题[J].中国给水排水，1995，11（4）：33.
[4]郭晓燕，侯毅 用于自来水深度处理的MF膜污染的清洗方法研究[J].中国给水排水，2006，22（5）：69-72.
[5]苗瑞.溶解性有机物对超滤膜污染的微观作用力测试与机制解析[D].西安：西安建筑科技大学， 2015.
[6]李欣，袁一星，马建薇，等.BDOC值对管网水生物稳定性的影响[J].中国给水排水，2004， 20（8）：10-12.
收稿日期：2918-01-27
作者简介：龚敏（1986-），女，本科，工程师，研究方向为环境监测。
