臭氧工艺对水中有机物分布影响情况研究

维普资讯 http://www.cqvip.com ２００６年３４卷第６期　广州化工　－２９・　臭氧工艺对水中有机物分布影响情况研究　陈诚，章诗芳，董玉莲，梁伟杰，黄建君　（广州市自来水公司，广东广州５１０１６０）　摘　要：对两家采用前臭氧一生物活性炭工艺，原水性质相差较大的水厂进行了有机物分布情况调查。结果表明，臭氧化　对有机物结构有重要影响，基本上表现为大分子量的有机物被分解成较小分子量的有机物，大分子量有机物含量大，其被分解　的数量也较大。经过臭氧氧化后，不管有机物组成如何，３　Ｋ～ｌ　Ｋ范围内的有机物会有较大幅度的上升，＜ｌ　Ｋ的有机物上升不　大，说明臭氧虽然是较强的氧化剂，也无法较为彻底的分解有机物，而且臭氧工艺基本不会改变水中有机物总量。　关键词：臭氧预氧化；有机物分子量分级；超滤　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｎ０Ｍ　ｉｎ　Ｏｚｏｎｅ　Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ＣＨＥＮ　Ｃｈｅｎｇ，ＺＨＡＮＧ　Ｓｈｉ－ｆａｎｇ，ＤＯＮＧ　Ｙｕ－ｌｉａｎ，ＬＩＡＮ　Ｗｅｉ－ｊｉｅ，ＨＵＡＮＧ　曲　／．２／１，　（Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　Ｗａｔｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５　１０１６０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｓｕｂｓｔａｎｃｅｓ　ｏｆ　ｔｗｏ　ｗａｔｅｒ　ｗｏｒｋｓ　ｉｎ　Ｃ　ｃｉｔｙ．Ｂｏｔｈ　ｗｏｒｋｓ　ａｄｏｐｔ　ｏｚｏｎｅ－ｂｉｏｌｏｇｙ　ａｃｔｉｖａｔｅｄ　ｃｈａｒｃｏａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｂｕｔ　ｔｈｅ　ｏｒｉｇｉｎａｌ　ｗａｔｅｒ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｉｓ　ｄｉｆｆｅｒｎｔ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｉｎｄｉｃａｔｅｄ　ｔｈａｔ　ｏｚｏｎｅ　ｈａｓ　ｇｒｅａｔ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｎ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｓｕｂｓｔａｎｃｅｓ’ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｎｄ　ｏｚｏｎｅ　ｔｒｕｎｓ　ｔｈｅ　ｍａｃｒｏ－ｍｏｌｅｓ　ｕｌｅ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｍａｔｔｅｒ　ｉｎｔｏ　ｌｏｗ　ｍａｌｅｃｕｌａｒ　ｗｅｉｇｈｔ　ｏｎｅ；Ｉｆ　ｔｈｅ　ｑｕａｎｔｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｃｒｏ－ｍａｌｅｃｕｌｅ　ｗａｓ　ｂｉｇ，ｔｈｅ　ｄｅｃｏｍｐｏｓｅｄ　ｑｕａｎｔｉｔｙ　ｗａｓ　ｂｉｇ　ｔｏｏ．Ａｆｔｅｒ　ｏｚｏｎｅ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎ，ｎｏ　ｍａｔｅｒ　ｗｈａｔ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｏｓｅ　ｏｆ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｓｕｂｓｔａｎｃｅｓ，ｔｈｅ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｓｕｂｓｔａｎｃｅｓ　ｂｅｔｗｅｅｎ　３　ｋ￣ｌ　ｋ　ｗｏｕｌｄ　ｂｅ　ｒａｉｓｉｎｇ　ｅｘｔｅｎｔｌｙ．＜１　ｋ　ｗｏｕｌｄ　ｒａｉｓｅ　ｌｉｔｔｌｅ．Ｉｔ　ｉｎｄｉｃａｔｅｄ　ｔｈａｔ　ｏｒｏｎｅ　ｗａｓ　ａ　ｂｅｔｔｅｒ　ｏｘｉｄａｎｔ．ｂｕｔ　ｃａｎ　ｎｏｔ　ｄｅｃｏｍｐｏｓｅｄ　ｄｒａｓｔｉｃａｌｌｙ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｏｚｏｎｅ　ｔｅｃｈｎｉｃｓ　ｗｏｕｌｄｎ’ｔ　ｃｈａｎｇｅ　ｔｈｅ　ｔｏｔａｌ　ｑｕａｎｔｉｔｙ　ｏｆ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｓｕｂｓｔａｎｃｅｓ　ｉｎ　ｗａｔｅｒ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｗｈｏｌｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｏｚｏｎｅ　ｐｒｅｏｘｉｄａｔｉｏｎ；ｏｒｇａｎｉｃ　ＭＷ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ；ｕｌｔｒａ　ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ　臭氧化工艺会对水体有复杂的影响作用．文献对这一　Ａ水厂水源常年符合国家二级地表水水质标准，而Ｂ　方面的报道比较混乱。Ｒｅｃｋｈｏｗ等人认为，臭氧预氧化能使　水厂水源常年在国家四类水质标准，枯水期个别时段在五类　有机物ｕＶ　ＴＯＸ、ＴＯＣ得到明显去除，且ＴＯＣ和ＴＯＸ的去　水质标准，水质较差。Ａ水厂与Ｂ水厂的处理工艺基本一致。　除率较ｕＶ２５４略低［１１；Ｓｉｎｇｅｒ等人认为臭氧在ｏｇｒｏｃ为Ｏ．４—　每一个工艺流程均取一定的水样进行溶解性有机物分子量　０．８时有较好的助凝作用，且能提高浊度及有机物的去除率ｐ　；　分级处理。　但也有观点指ｍ，臭氧作用使有机物平均分子量降低，导致　可由混凝去除的有机物分子数目降低，从而影响有机物总体　困　一匝　回　去除率Ｉ　Ｉ。　表ｌ实验期间原水数据　以上的观点基本上都是由实验室实验得出的结论．研　究体系较多，对臭氧预氧化作用的机理尚无定论。本文从实　际工程的角度出发．比较采用相同臭氧一活性炭工艺，而原水　水质差异较大的两家水厂在臭氧处理前后，有机物的迁移、　变化规律，研究预臭氧工艺处理不同原水时，在有机物去除　方面异同点。　ｌ实验方法　１．１实验水样　取水时两家水厂的前臭氧投加量均调整为２．５　ｍｇ／Ｌ，后　作者简介：陈诚（１９８１一），男，汉族，广东省湛江市人，毕业于华南理工大学，现在广州自来水公司，助理工程师，研究方向为净水工艺　ｅ—ｍａｉｌ：ｃｒｅａｔｏｒ＿ｃｈｅｎ＠１６３．ｃｏｒｎ。　维普资讯 http://www.cqvip.com ・３Ｏ・　广州化工　２００６年３４卷第６期　奥氧投加最约为１．５，ｎｄＬ．并保持此投加量运行４８　ｈ以上。　在原水、前臭氧工艺、砂滤池出水、后臭氧工艺等四个单元中　取水样进行有机物分子量分级实验（取水时已将各处理单元　的停留时间考虑在内，确保取的水样是同一时段的水）。　１．２有机物分子量的测定　试验采用经典超滤膜法进行分子量分级处理。超滤膜　为美围Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ　Ａｍｉｃｏｎ　ＹＭ系列改性纤维素滤膜．公称截　留分子量（ＮＭＷＣＯ）分别为３Ｏ　Ｋ，１０　Ｋ，３　Ｋ，１　Ｋ（注：Ｋ为　１０００道尔顿的简写，分子质量计量单位，以下同），在使用　前，超滤膜需使用自制的洗涤液将超滤膜表面的保湿剂（可　能为甘油或表面活性剂．具体配方不详）彻底清洗干净，然后　反复过纯水，监测滤后水ｕＶ　，直到滤后水与纯水ｕＶ抑吸　光值一致。清洗干净的膜需浸泡在超纯水（Ｍｉｌｌｉ—Ｑ）中，于４　ｑｃ左　，ｒ　山释放阀——　——　合　板　１死端搅拌池套装爪意　Ｉ　过滤器采用Ａｍｉｃｏｎ　８２００死端搅拌池套装，有效容积　为ｌ８Ｏ　ｍ　有效过滤直径６５　ｍｍ，内有磁力搅拌装置，在使　用中要配合磁力搅拌器使用．以尽可能减弱浓差极化现象。　使用高纯氮气进行压力驱动，压力控制在Ｏ．１一Ｏ．１７　ＭＰａ。　试验开始前，先将水样用０Ａ５　ｍ微滤膜进行过滤，再分　别通过公称截留分子量（ＮＭＷＣＯ）为３Ｏ　Ｋ、ｌ０　Ｋ、３　Ｋ和１　Ｋ的　超滤膜．浓缩因子ＣＦ控制在６：１。测定过滤液的ＴＯＣ和ｕＶ　，　各个分子量间的有机物量和ｕＶ　吸光值用差减法得到。　图２　Ａ水厂　Ｂ水Ｊ。腺水卡ｊ机物分于量分　１．３有机物指标的测定　ＴＯＣ的测定采用美国Ｏ．Ｉ．Ａｎａｌｙｓｉｓ公司的Ｏ．Ｉ　１０１０型　总有机碳测定仪。测定方法为湿式氰化法；ＵＶｚｓ４则采用北京　普析通用公司的Ｔｕ—ｌ　８　ｌ０珏！！紫外可见光分光光度计进行测　定。芳香度（ａｒｏｍａｔｉｃｉｔｙ）＝ＵＶ￣ｄＴＯＣ，其值间接指示水中芳香　物质的含量。　２结果与讨论　２．１两种原水性质比较　上图数据显示．Ａ水厂原水中有机物的组成中，小分子　量（＜ｌ　Ｋ）的物质占了主要部分，较大分子量的有机物含量较　低，且总体有机碳含量较低，这说明Ａ水厂原水水质较好，未　受到有机型污染．原水中有机物主要为小分子量的腐殖酸类　物质；Ｂ水厂原水受到微污染影响，有机物中分子量大于３Ｏ　Ｋ道尔顿的大分子有机物和中等分子量的有机物含量较大．　有机物含量较高．其组成和结构较为复杂　２．２臭氧处理阶段对水中有机物含量及分子结构形式的影响　在经过臭氧预氧化以后，水体总体的有机物成分发生　了明显的变化，这主要体现在ＴＯＣ和ＵＶｚ４指标的升降上　（见表２）。　比较两个水厂前臭氧工艺数据可发现．原水经过臭氧　接触氧化工艺后．ＴＯＣ总量变化不大，从分子量分级的角度　来说，大分子量范围的有机物（＞３ＯＫ）总量有一定幅度的降　低。　对于水质较差的Ｂ水厂来说，原水中分子量＞３０　Ｋ的　有机物含量占了总量的２５％，在经历了臭氧氧化后，这部分　有机物降低了５Ｏ％；Ａ水厂原水较清洁，分子量＞３０　Ｋ的有　机物含量较小．大约占总量的３，４％，臭氧接触使这部分有机　物减少２２％左右；可见臭氧对分子结构较复杂、分子量较大　的有机物有较强的破坏分解作用，无论大分子量有机物含量　是多还是少，臭氧接触后，大分子有机物含量均会有较明　的降低。　水中高分子量的有机物被拆分成较小分子量的物质，　因此水体中低分子量有机物含量会有所｝　升．臭氧氧化后，Ｂ　水厂原水中３Ｏ　Ｋ～ｌＯ　Ｋ分子量的有机物卜升了９４％．３　Ｋ—ｌ　Ｋ分子量的有机物升高了１倍，＜１　Ｋ的有机物含量变化并不　明显；Ａ水厂原水有机物组成以＜ｌ　Ｋ和３Ｏ　Ｋ一１０　Ｋ的有机物　为主，臭氧后．３　Ｋ—ｌ　Ｋ的有机物增加了３８倍，但＜ｌ　Ｋ的有　机物并没有增长。ｕＶ　数值虽有上升，但相比ＴＯＣ来说，ｆ＝　升幅度并不大。以上分析说明，两种原水在臭氧化以后，＜ｌＫ　的分子量均没有明显的变化。　分子量分级的数据表明，臭氧的强力氧化作用将水中　复杂的大分子有机物分解成次级小分子产物如羧酸、醇、醛、　乙二酸、丙二酸等，因此较小分子量的有机物ＴＯＣ上升［６１。　但臭氧的氧化能力并不是无限的，从实验数据来看，基本上　大分子有机物转化到ｌＯ　Ｋ一３　Ｋ分子量就基本不会再降低　了，转化成＜１　Ｋ的有机物比例很小。从ｕＶ　的值来看，＜３Ｋ　的ｕｖ　值比原水的要低，这说明含苯环的腐殖酸类物质，在　臭氧的强氧化作用下开环生成的物质以不含”大Ⅱ键”的物　质居多．不饱和的烯类物质较少。所以水体芳香度减小『７１。　后臭氧Ｔ艺设在砂滤池以后，潘陛炭滤池以前。由于混凝沉　淀、砂滤作用主要去除较大分子量的有机物，所以，两个水厂砂滤　池　水的有机物组成以小分子量有机物为主，大分子量范围的有　机物含量较低，经过臭氧皮　理后，各分子量段总有机碳含量并未有　明显的变化，但各段ｕｖ　的值有一定幅度的下降，这表明致　维普资讯 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２００６年３４卷第６期　广州化工　．３１．　ｕＶ　物质被进一步去除，水体芳香度有所上升。　物在本实验剂量下的臭氧作用下，结构变化明显。矿化效果　以上的数据说明，有机物在臭氧作用下，结构变化明　不高。　显，但矿化效果并不高。臭氧氧化使水体有机物分子量变小，　（３）臭氧氧化能有效去除致ｕＶ拟物质，从而使原水芳　但不能使有机物进一步氧化至１　Ｋ以下，同时总体上降低了　香度降低。　致ｕＶ　物质，水体芳香度上升。但总体ＤＯＣ去除率并不高。　３结论　参考文献　Ｒｅｃｈｏｗ　Ｄ　Ａ，Ｓｉｎｇｅｒ　Ｐ　Ｃ．Ｔｈｅ　ｒｅｍｏｖａｌ　ｏｆ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｈａｌｉｄｅ　ｐｒｅｃｕｒ－　（１）在经历臭氧氧化工艺以后，水中有机物的组成有较　８１２１１＂８　ｂｙ　ｐｒｅｏｚｏｎａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｌｕｍ　ｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＪＡＡＷＡ　Ａｓｓｏｃ，　大的改变。水质较差。水中有机质含量较高的原水。在臭氧预　ｌ９８４，７６，（４１：１５ｌ￣１５７．　氧化以后，＞３０　Ｋ、１０　Ｋ～３　Ｋ分子量区域的ＴＯＣ会有较大幅　Ａｍｙ　Ｇ　Ｌ，ｅｔ　１ａ．Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　Ｓｉｚｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ　ｏｒｇａｎｉｃ　度的降低，而１０　Ｋ一３０　Ｋ、３　Ｋ一１　Ｋ区域的ＴＯＣ有明显的上　ｍａｔｔｅｒ［Ｊ］．ＪＡＷＷＡ　Ａｓｓｏｃ．１９９２，８４（６）：６７—７５．　升；对于原水水质较好，水中有机物组成主要为小分子量　Ｍａｒｃ　Ｅｄｗａｒｄ。Ｍａｒｋ　Ｍ　Ｂｅ￣ａｍｉｎ．Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ｐｒｅｏｚｏｎａｔｉｏｎ　ｏｎ　ＮＯＭ的原水来说．１０　Ｋ一３　Ｋ分子量区域总体表现为分子量　Ｃｏａｇｕｌａｎｔ—ＮＯＭ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＪＡＷＷＡ，１９９２，８４（８）：６３．　Ｒｏｂｅｒｔ　Ｌ　Ｓｉｎｓａｂａｕｇｈ。ｅｔ　ａ１．Ｒｅｍｏｖａｌ　ｏｆ　ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｃａｒｂｏｎ　较大的有机物被降解成分子量相对小的有机物．水体的芳香　ｂｙ　ｃｏａｇｕｌｍｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｉｒｏｎ　ｓｕｆａｔｅ．Ｊｏｕｒ．ＡＷＷ九１９８６ｍ　７８（５）；７４￣８２．　度减小。　华耀祖，等．超滤技术与应用，北京：化学工业出版社工业装备　（２）分子量分级的结果显示，水体中：有机物成分在经过　预信息Ｔ程出版中心，２００４，１：１０９．　预氧化处理后发生了明显变化，总体趋势为大分子量的有机　Ｇａｒｙ　Ｌ　Ａｍｙ，ｅｔ　ａ１．Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　ｓｉｚｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ　物被分解成为分子量较小（＞３　Ｋ）的次级有机物，但臭氧的氧　ｏｒｇａｎｉｃ　ｍａｔｔｅｒ［Ｊ】＿Ｊｏｕｒ　ＡＷＷＡ，１９９２，８４（６）：６７—７５．　化能力并不是无限的，被成功分解成＜１　Ｋ的有机物较少，经　董秉直，等．用有机物分子量分布变化评价不同处理　法去除　过臭氧预处理的水样与原水的总有机碳含量相近，说明有机　有机物的效果．水处理技术。２００３，２９（３）．　Ⅲ