臭氧活性炭工藝中最佳臭氧投加量的確定

1、臭氧活性炭工藝中最佳臭氧投加量的確定李勇1，張曉健1，陳超1，張曉慧2，朱曉輝2，戴吉勝31 清華大學環(huán)境科學與工程系，北京，1000842 蘭州交通大學環(huán)境與市政工程學院，蘭州，7300703 東莞市東江水務(wù)有限公司，東莞，523112摘要：臭氧投加量是臭氧活性炭工藝中重要的參數(shù)。直接影響凈水效果和處理費用，本文通過研究臭氧活巨炭工藝對水質(zhì)指標的去除規(guī)律，確定了臭氧活性炭工藝中的最佳臭氧投加量。試驗結(jié)果表明：臭氧投加量太于15mgO3mgCODMn臭氧參與反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率小于60。當原水中溴離子濃度為1015ugL時，有效臭氧投加量超過66mgo3L水時，溴酸鹽的生成量超過10ugL。對于東莞市

2、東江水務(wù)有限公司第四水廠來說，最佳的臭氧授加量應(yīng)該在15mg03mgCODMn下。關(guān)鍵詞：臭氧活性炭：臭氧投加量；CODMn Uv254臭氧投加量是臭氧活性炭工藝的重要參數(shù)，直接影響凈水效果和處理費用。投加量過低，達不到臭氧化的處理效果：如果投加量過高，易生成極性較強的中間產(chǎn)物，不利于活性炭的吸附和生物降解大劑量地投加炱氧還有可能增加臭氧副產(chǎn)物的生成量，同時也大大增加臭氧發(fā)生系統(tǒng)投資和運行費用。因此臭氧投加量的選擇是十分重要的。臭氧投加量與有機物的去除率并不是成線性關(guān)系，最佳的臭氧投加量因水中有機物的種類和濃度不同而有所差異，應(yīng)通過試驗確定。國外對臭氧一生物活性炭濾池的研究主要集中在對有機物、

3、消毒副產(chǎn)物及其前體物物質(zhì)、臭氧化副產(chǎn)物的去除，提高飲用水生物穩(wěn)定性的研究上。對于臭氧最佳投加量評價體系的研究很少。本文通過研究臭氧活性炭工藝在東莞市東江水務(wù)有限公司第四水廠對有機物指標去除特性和消毒副產(chǎn)物的生成情況，確定臭氧活性炭工藝中的最佳臭氧投加量1試驗裝置11工藝流程濾池出水一臭氧氧化一生物活性炭濾柱12試驗裝置規(guī)格尺寸各單元設(shè)備的規(guī)格尺寸見表1。表l試驗設(shè)備的尺寸與參數(shù)臭氧接觸方式采用鈦板曝氣，有效深度36m。活性炭采用破碎炭，填裝在直徑為300mm的有機玻璃柱內(nèi)，填裝高度為2m，各柱子內(nèi)炭的型號如表2所示運行時濾池出水通過曝氣頭與臭氧氣體接觸，自下而上同向流過臭氧接觸反應(yīng)柱，接觸時間

4、15min。臭氧化出水自上而下流過活性炭濾柱，濾速8mh，工作周期為七天采用氣水反沖，氣沖強度為55m3(m2·h)，沖洗歷時2min：水沖強度為25m3(m2·h)，膨脹度為20，歷時75min。2試驗材料和方法21試驗材料氣體吸收瓶，碘量瓶，濕式氣體流量計22試驗方法不同臭氧投加量下臭氧接觸塔的傳質(zhì)特性和對水質(zhì)指標的去除效果每天調(diào)節(jié)不同的臭氧投加量，第二天早上如圖1所示取樣位置取樣測定水中的臭氧濃度、CODMn、TOC、UV254、氨氮、溴酸鹽和尾氣的臭氧濃度指標。3結(jié)果與討論31臭氧投加量對CODMn的去除圖2表示了不同相對有效臭氧投加量下水中CODMn的去除規(guī)律。濾

5、后水的CODMn在1-14mg/L。從圖中可以看出，當相對有效臭氧投加量小于12mg O3/mgCODMn時，臭氧對CODMn的去除近似直線增長到O32mg，即lmg 03平均去除了O27mgCODMn。臭氧的化學性質(zhì)極不穩(wěn)定，在空氣和水中都會慢慢分解成氧氣，在飲用水的pH<7條件下，臭氧與水中有機污染物以分子臭氧的形式反應(yīng)，可按下式分解：0302+0。而理論上OCODMn即Img 0可以去除lmgCODMn，則Im903可以去除033mgCODMn。因此，此時所投加的臭氧的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率大于82。同理可得。當臭氧投加量在12mg03mg-CODMn15 mg03mgCODMn時，臭氧參與反

6、應(yīng)的轉(zhuǎn)化率大于60。當臭氧投加量大于15mg03mgCODMn時，臭氧參與反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率大于9。另外單獨的活性炭工藝對CODMn的去除基本保持在O25mg左右。因此從提高臭氧利用率，降低成本的角度考慮，對于CODMn的去除來說，有效臭氧投加量應(yīng)該在15mg03mgCODMn以下。32臭氧投加量對TOC的去除圖3表示了在不同有效臭氧投加量下，臭氧活性炭對TOC的去除效果，進水TOC在1022mg/L。從圖中可以看出，當有效相對臭氧投加量小于12mg03mgTOC時，臭氧對TOC的去除很快上升到03lmg當有效臭氧投加量大于12mg03mgTOC時，臭氧出水TOC的去除摹本變化不大。當臭氧投加量小于

7、O7mg03mgTOC時單獨的活性炭工藝對TOC去除基本保持在02mg左右，當臭氧投加量大于07mg03mgTOC，單獨括性炭工藝對TOC的去除隨著臭氧投加量的增加而增加，到臭氧投加量為12mg03mgTOC時，單獨活性炭對TOC的去除達到04mg。當臭氧投加量大于I2mg03mgTOC時，單獨活性炭對TOC的去除變化不大。這表明經(jīng)臭氧處理后的水中有一部分生物不可降解的有機物被轉(zhuǎn)變成為生物可降解物質(zhì)，臭氧投加量的增大，可以增加水中可生物降解有機物的比例，增加水質(zhì)的可生物降解性。因此，可以認為臭氧TOC的去除主要依靠生物活性炭的生物降解和吸附。這種規(guī)律在臭氧對CODMn的去除中沒有表現(xiàn)出來，這是

8、因為臭氧氧化使水中的有機物更容易被高錳酸鉀氧化，從而不能完全表現(xiàn)出臭氧對CODMn的去除作用。因此對TOC的去除來說，最佳的臭氧投加量為12mg03mgTOC。一般情況下，水中的CODMn和TOC之間有一定的相關(guān)性，根據(jù)試驗期間的檢測，東江水務(wù)第四水廠的CODMnTOC的平均值為07即此時12mg03mgTOC的投加量相當于16mg03mgCODMn，這和33節(jié)中的結(jié)論是吻合的。33臭氧投加量對uV254的去除圖4表示了不同臭氧投加量條件下對uv2”的去除效果。進水uV254在002o028之問。從圖中可以看出當相對有效臭氧投加量小于O63mgO3/mg-1時，臭氧對Uv254的去除增加到O7

9、4m一1，整個臭氧活性炭對uv254的去除基本保持在081m-1左右；當臭氧投加量繼續(xù)增大時，臭氧和活性炭對uv254的去除基本保持不變。對于UV254的去除來說，臭氧的相對有效臭氧投加量在063mg03mg-1以下。金偉、范瑾初對幾種水樣的擬合結(jié)果表明，紫外吸光度(UV254)與有機物耗氧量(CODMn)具有良好的線性關(guān)系。本試驗中uv254×100CODMn的平均值為24，即當臭氧的相對有效臭氧投加量為0 63mg03m-1時，相當于26mgO3/mgCODMn34臭氧投加量對氨氮和凱氏氮去除圖5表示了在不同有效臭氧投加量下各取樣點出水氧氮的變化情況。從圖中可以看出進水經(jīng)過臭氧處

10、理后氨氦都有不同程度的升高，這是由于臭氧將水中的有機氮轉(zhuǎn)化為氨氮所致，因此對相同臭氧投加量下凱氏氮的變化情況進行了研究。圖6表示了不同有效臭氧投加量下凱氏氨的去除特性。從圖中可以看出隨著有效臭氧投加量的增大，凱氏氮的去除率有所增大，當相對有效臭氧投加量太于22mg03mgK-N時去除率增加的幅度已經(jīng)很緩慢。因此對于凱氏氮的去除來說，相對有效臭氧投加量應(yīng)該在22mg03mgK-N左右35臭氧投加量對溴酸鹽的影響第四水廠源水中溴離子濃度為109-15 gL，不同臭氧投加量下溴酸鹽的生成情況如圖7所示。從圖中可以看出當有效臭氧投加量小于22mg03L水時，演離子轉(zhuǎn)化為溴酸鹽的轉(zhuǎn)化率為0，當有效臭氧投

11、加量大于22mgO3/L水時，溴酸箍的轉(zhuǎn)化率由30迅速增加到60，并且在有效臭氧投加量為66mg03L水時，溴酸鹽的生成量超過國家標準10ugL。因此從溴酸鹽生成的角度考慮。適宜的有效臭氧投加量應(yīng)該在2.2mg03L為以1mg/L，此時濾后水CODMn為1mgL即有效臭氧投加量應(yīng)該小于22mg03mgCODMnKgrasnct',s等人認為當臭氧投量為4mgL，pH為778，TOC為34mgL時Br-含量03l033mgL生成BrO3-的含量不會超過USEP規(guī)定的標準10ug/L，這與我們的試驗結(jié)果不同，可能是由于水中有機物的組成及溫度不同造成的。4結(jié)論有效臭氧投加量大于15mgO3mgCODMn時，臭氧參與CODMn反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率低于60。適宜的有效臭氧投加量應(yīng)該在15mg03mgCODMn下。臭氧活性炭對TOC、uv254、氮氮的去除特性表明，適宜的臭氧投加量應(yīng)該在12mgO3mgTOC、0,63mgO，22m