UVH2O2Cl2组合省略处理含2MIB滤后水的中试研究焦浩

第４５卷第１２期２０１９年给水排水ＷＡＴＥＲ　＆ＷＡＳＴＥＷＡＴＥＲ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　Ｖｏｌ．４５Ｎｏ．１２　２０１９ＵＶ／Ｈ２Ｏ２／Ｃｌ２组合工艺处理含２－ＭＩＢ滤后水的中试研究焦　浩１，２　崔鹏炜３　岳建刚３　宋武昌１　贾瑞宝１　王洪波４（１山东省城市供排水水质监测中心，济南　２５０１００；２济南市政工程设计研究院（集团）有限责任公司，济南　２５０１０１；３济南水务集团有限公司，济南　２５０１１８；４山东建筑大学市政与环境工程学院，济南　２５０１０１）　　摘要　针对饮用水中二甲基异莰醇（２－ＭＩＢ）污染和ＵＶ／Ｈ２Ｏ２高级氧化工艺Ｈ２Ｏ２残留问题，构建了ＵＶ／Ｈ２Ｏ２／Ｃｌ２组合工艺，并以加标滤后水为原水开展了相关中试研究。基于响应曲面法对ＵＶ／Ｈ２Ｏ２工艺去除２－ＭＩＢ进行参数优化，在此基础上对出水残留Ｈ２Ｏ２采用加氯中和处理，调整ＮａＣｌＯ投加量以保证出水符合出厂水余氯要求。最终确定ＵＶ／Ｈ２Ｏ２／Ｃｌ２组合工艺运行的最优工况为：当２－ＭＩＢ为２７５ｎｇ／Ｌ时，ＵＶ为３５０ｍＪ／ｃｍ２，Ｈ２Ｏ２投加量６ｍｇ／Ｌ，ＮａＣｌＯ投加量７．５ｍｇ／Ｌ，在确定的最优工况下连续稳定运行组合工艺，对工艺出水进行检测，结果表明ＵＶ／Ｈ２Ｏ２／Ｃｌ２组合工艺对２－ＭＩＢ去除率达到９６．９５％，出水余氯值０．４～０．５ｍｇ／Ｌ，对ＴＯＣ、ＵＶ２５４去除率分别达到１５．５９％、６５．７１％，能够氧化去除水中大分子有机物，对色氨酸等５种溶解性有机物去除效果良好，且不会带来消毒副产物超标和生物毒性问题，最终出水符合《生活饮用水卫生标准》（ＧＢ　５７４９－２００６）对水质的要求。关键词　二甲基异莰醇　滤后水　高级氧化　ＵＶ／Ｈ２Ｏ２／Ｃｌ２组合工艺中图分类号：ＴＵ９９１．２文献标识码：Ａ文章编号：１００２－８４７１（２０１９）１２－００２９－０９ＤＯＩ：１０．１３７８９／ｊ．ｃｎｋｉ．ｗｗｅ１９６４．２０１９．１２．００６基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项（２０１７ＺＸ０７５０１００３）；山东省泰山学者岗位建设工程。Ｐｉｌｏｔ　ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｏｆ　２－ＭＩＢ　ｆｉｌｔｅｒｅｄ　ｗａｔｅｒｂｙ　ＵＶ／Ｈ２Ｏ２／Ｃｌ２ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｐｒｏｃｅｓｓＪｉａｏ　Ｈａｏ１，２，Ｃｕｉ　Ｐｅｎｇｗｅｉ　３，Ｙｕｅ　Ｊｉａｎ’ｇａｎｇ３，Ｓｏｎｇ　Ｗｕｃｈａｎｇ１，Ｊｉａ　Ｒｕｉｂａｏ１，Ｗａｎｇ　Ｈｏｎｇｂｏ４（１．Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ　Ｃｉｔｙ　Ｗａｔｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ　ａｎｄ　Ｄｒａｉｎａｇｅ　Ｗａｔｅｒ　Ｑｕａｌｉｔｙ　Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　Ｃｅｎｔｅｒ，Ｊｉ’ｎａｎ　２５０１００，Ｃｈｉｎａ；２．Ｊｉ’ｎａｎ　Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｄｅｓｉｇｎ　＆Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ（Ｇｒｏｕｐ）Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｊｉ’ｎａｎ　２５０１０１，Ｃｈｉｎａ；３．Ｊｉ’ｎａｎ　Ｗａｔｅｒ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｊｉ’ｎａｎ　２５０１１８，Ｃｈｉｎａ；４．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ　ＪｉａｎｚｈｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉ’ｎａｎ　２５０１０１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ　ａｔ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｏｆ　２－ｍｅｔｈｙｌｉｓｏｂｏｒｎｅｏｌ（２－ＭＩＢ）ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ　ｉｎ　ｄｒｉｎｋｉｎｇ　ｗａｔｅｒａｎｄ　Ｈ２Ｏ２ｒｅｓｉｄｕｅ　ｉｎ　ＵＶ／Ｈ２Ｏ２ａｄｖａｎｃｅｄ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ａ　ＵＶ／Ｈ２Ｏ２／Ｃｌ２ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓｗａｓ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ　ｗａｓ　ａｄｄｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｒａｗ　ｗａｔｅｒ．Ｔｒｙ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｒｅｓｐｏｎｓｅｓｕｒｆａｃｅ　ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＵＶ／Ｈ２Ｏ２ｐｒｏｃｅｓｓ　ｆｏｒ　ｒｅｍｏｖｉｎｇ　２－ＭＩＢ　ｗｅｒｅ　ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ．Ｏｎｔｈｉｓ　ｂａｓｉｓ，ｔｈｅ　ｅｆｆｌｕｅｎｔ　ｒｅｓｉｄｕａｌ　Ｈ２Ｏ２ｗａｓ　ｎｅｕｔｒａｌｉｚｅｄ　ｂｙ　ｃｈｌｏｒｉｎａｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｏｓａｇｅ　ｏｆ　ＮａＣｌＯｗａｓ　ａｄｊｕｓｔｅｄ　ｔｏ　ｅｎｓｕｒｅ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｅｆｆｌｕｅｎｔ　ｍｅｅｔｓ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｒｅｓｉｄｕａｌ　ｃｈｌｏｒｉｎｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆａｃｔｏｒｙ．Ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍａｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｆｉｎａｌ　ＵＶ／Ｈ２Ｏ２／Ｃｌ２ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｒｅ：ｗｈｅｎ　ｔｈｅ　２－ＭＩＢ　ｉｓ　２７５ｎｇ／Ｌ，ｔｈｅＵＶ　ｄｏｓｅ　ｉｓ　３５０ｍＪ／ｃｍ２，ｔｈｅ　Ｈ２Ｏ２ｄｏｓａｇｅ　ｉｓ　６ｍｇ／Ｌ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ＮａＣｌＯ　ｄｏｓａｇｅ　ｉｓ　７．５ｍｇ／Ｌ，ｃｏｎｔｉｎ－９２第４５卷第１２期２０１９年给水排水ＷＡＴＥＲ　＆ＷＡＳＴＥＷＡＴＥＲ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　Ｖｏｌ．４５Ｎｏ．１２　２０１９ｕｏｕｓ　ａｎｄ　ｓｔａｂｌｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ　ｏｐｔｉｍａｌ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓ　ｅｆｆｌｕｅｎｔ　ｗａｓ　ｔｅｓｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ＵＶ／Ｈ２Ｏ２／Ｃｌ２ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｈａｄ　ａｒｅｍｏｖａｌ　ｒａｔｅ　ｏｆ　９６．９５％ｆｏｒ　２－ＭＩＢ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｆｆｌｕｅｎｔ　ｒｅｓｉｄｕａｌ　ｃｈｌｏｒｉｎｅ　ｖａｌｕｅ　ｉｓ　０．４～０．５ｍｇ／Ｌ，ｔｈｅｒｅｍｏｖａｌ　ｒａｔｅｓ　ｏｆ　ＴＯＣ　ａｎｄ　ＵＶ２５４ａｒｅ　１５．５９％ａｎｄ　６５．７１％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｗｈｉｃｈ　ｃａｎ　ｏｘｉｄｉｚｅ　ａｎｄ　ｒｅ－ｍｏｖｅ　ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌａｒ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｓｕｂｓｔａｎｃｅｓ　ｉｎ　ｗａｔｅｒ，ａｎｄ　ｈａｖｅ　ｇｏｏｄ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｎ　ｒｅｍｏｖｉｎｇ　ｆｉｖｅ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆｄｉｓｓｏｌｖｅｄ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｓｕｂｓｔａｎｃｅｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｔｒｙｐｔｏｐｈａｎ，ａｎｄ　ｗｉｌｌ　ｎｏｔ　ｂｒｉｎｇ　ｄｉｓｉｎｆｅｃｔｉｏｎ　Ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔ　ｅｘ－ｃｅｅｄｓ　ｔｈｅ　ｓｔａｎｄａｒｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ　ｔｏｘｉｃｉｔｙ　ｐｒｏｂｌｅｍ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｆｉｎａｌ　ｅｆｆｌｕｅｎｔ　ｍｅｅｔｓ　ｔｈｅ　ｗａｔｅｒｑｕａｌｉｔｙ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｓａｎｉｔａｒｙ　Ｓｔａｎｄａｒｄ　ｆｏｒ　Ｄｒｉｎｋｉｎｇ　Ｗａｔｅｒ（ＧＢ　５７４９－２００６）．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：２－ｍｅｔｈｙｌｉｓｏｂｏｒｎｅｏｌ（２－ＭＩＢ）；Ｆｉｌｔｅｒｅｄ　ｗａｔｅｒ；Ａｄｖａｎｃｅｄ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎ；ＵＶ／Ｈ２Ｏ２／Ｃｌ２ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ０　引言由于工农业废水及市政污水排放，水体富营养化严重，丰富的氮磷营养促进蓝藻和放线菌生长，由此产生的二甲基异莰醇（２－ＭＩＢ）、土臭素（ＧＳＭ）等是造成水体臭味污染主要根源［１］，也是三卤甲烷等消毒副产物重要的前体物［２］，２－ＭＩＢ、ＧＳＭ的存在严重降低了饮用水品质，但常规处理工艺又很难将其处理达标。为应对２－ＭＩＢ超标，水厂往往采用投加粉末活性炭（ＰＡＣ）的应急措施，而天然水体中有机物质的存在ＰＡＣ吸附能力呈逐渐减小的趋势，为达到预定的处理效果需要投加更多的原炭，增加了处理成本［４］，因此新型处理工艺技术的研发和应用势在必行。ＵＶ／Ｈ２Ｏ２高级氧化工艺已成功应用于许多污染物的降解［５］，该工艺主要以Ｈ２Ｏ２在紫外光激发下产生的羟基自由基（·ＯＨ）作为主要氧化剂，反应速率常数通常为１０８～１０１０　Ｍ／ｓ［６］，·ＯＨ的氧化还原电位高达２．８Ｖ，几乎对各种有机物都有氧化作用［７］。随着研究的不断深入，ＵＶ／Ｈ２Ｏ２工艺的优势如操作简单，成本较低（所需化学药品成本低，电耗需求低），并且能够去除水中不可生物降解的有机污染物，越发得到重视，故其被视为较为理想的饮用水深度处理工艺［８］。针对ＵＶ／Ｈ２Ｏ２工艺对２－ＭＩＢ的去除，国内缺少切实可行的运行参数，故参数优化很有必要。但是ＵＶ／Ｈ２Ｏ２技术也存在残存Ｈ２Ｏ２处理的问题，目前国际上比较通用的做法是将ＵＶ／Ｈ２Ｏ２工艺与活性炭吸附工艺进行联用，Ｚａｍｙａｄｉ等［９］的研究也表明ＵＶ／Ｈ２Ｏ２－ＧＡＣ工艺能够显著提升出水水质。当水厂出现季节性臭味物质超标问题时，残存Ｈ２Ｏ２处置问题可能会制约ＵＶ／Ｈ２Ｏ２高级氧化工艺的应用，尤其是在不具备活性炭吸附的设备条件时。本研究中试采用软件Ｄｅｓｉｇｎ　Ｅｘｐｅｒｔ　８．０优选出ＵＶ／Ｈ２Ｏ２工艺去除２－ＭＩＢ的最优工艺参数，针对残存Ｈ２Ｏ２的问题采用后接ＮａＣｌＯ处理，并控制最终出水余氯值达标，形成ＵＶ／Ｈ２Ｏ２／Ｃｌ２组合工艺，对出水水质进行检测评价，为该组合工艺的实际应用提供参考。１　材料与方法１．１　试验材料与设备试验在济南市鹊华水厂中试基地进行，试验药品包括２－ＭＩＢ（纯度＞９８％），质量分数为２７．５％的Ｈ２Ｏ２溶液，质量分数为１０％的ＮａＣｌＯ溶液，Ｈ２Ｏ２酶（提取自牛肝），抗坏血酸（分析纯，纯度≥９９．７％），Ｎａ２Ｓ２Ｏ３·５Ｈ２Ｏ（分析纯，纯度≥９９．０％）等。中试装置：主要由紫外高级氧化反应器、清水池、加药泵、吸水泵、管路系统组成（见图１）。其中紫外高级氧化反应器，腔体式结构，处理规模５ｍ３／ｈ，８根紫外灯螺旋排列，波长２５４ｎｍ，总功率２　０００Ｗ，紫外剂量２５０～４５０ｍＪ／ｃｍ２；清水池为有机玻璃材质，长３．０ｍ，宽１．５ｍ，高０．８ｍ，试验水位为０．６ｍ，水力停留时间２ｈ，清水池内设５个廊道，每个廊道都设有穿孔挡板（挡板长０．８ｍ，宽０．２８ｍ，厚１２ｍｍ，穿孔率５％），以保证水力条件的稳定。主要检测设备方法包括：２－ＭＩＢ、三卤甲烷采用岛津气相色谱仪（ＧＣ２０１０）检测；Ｈ２Ｏ２使用便携式Ｈ２Ｏ２浓度检测仪进行检测；余氯值使用ＨＡＣＨ便携式余氯检测仪检测；ＵＶ２５４采用紫外可见分光光０３第４５卷第１２期２０１９年给水排水ＷＡＴＥＲ　＆ＷＡＳＴＥＷＡＴＥＲ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　Ｖｏｌ．４５Ｎｏ．１２　２０１９图１　组合工艺工艺流程Ｆｉｇ．１　Ｐｒｏｃｅｓｓ　ｆｌｏｗ　ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｐｒｏｃｅｓｓ度计（ＴＵ－１８１０）检测；ＴＯＣ采用岛津ＴＯＣ检测仪（ＴＯＣ－Ｖ　ＣＰＨ）检测。１．２　滤后水水质鹊华水厂中试基地原水取自鹊山水库，属于引黄水。紫外中试设备进水为砂滤池出水，试验期间滤后水常规水质指标见表１。由表１可知，试验期间滤后水水质指标较为稳定，浊度较低，ＵＶＴ在９０％以上，紫外线能够很好地穿透水体发挥作用。表１　滤后水水质指标Ｔａｂ．１　Ｗａｔｅｒ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ　ａｆｔｅｒ　ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ温度／℃ｐＨ浊度／ＮＴＵＵＶ２５４／ｃｍ－１ＴＯＣ／ｍｇ／ＬＵＶＴ／％２５．６～２６．９　８．０３～８．０９　０．５３７～０．６４２　０．０３６～０．０３９　２．２４３～２．５３１　９０～９３１．３　试验及分析方法将２－ＭＩＢ加于甲醇溶液中充分溶解，配制成浓度为２０ｍｇ／Ｌ的溶液置于加药桶，Ｈ２Ｏ２溶液稀释成１ｇ／Ｌ置于加药桶，试验中通过控制加药泵转速控制加药量。试验开始，通入水流，首先开启紫外设备到所需剂量预热３０ｍｉｎ，开启加药泵分别加入２－ＭＩＢ和Ｈ２Ｏ２，稳定运行后取进出水进行水质检测。为考察ＵＶ／Ｈ２Ｏ２工艺在水量连续进出水情况下对２－ＭＩＢ的去除效果，优化确定最佳工艺参数，采用软件Ｄｅｓｉｇｎ　Ｅｘｐｅｒｔ　８．０，以中心组合试验（Ｂｏｘ－Ｂｅｈｎｋｅｎ　Ｄｅｓｉｇｎ，ＢＢＤ）