用分子量法对青甸湖水源水中有机物分布及去除的研究

　一、概况

　　青甸湖位于绍兴市区以西，录属鉴湖水系，水量丰富，是绍兴市自来水总公司西郭水厂的取水源。近年来由于多种原因，湖水水质逐年恶化，有机物及藻类含量较高，呈富营养化状态。
　　由于有机污染引起的滤池堵塞，净水成本增加，消毒副产物增多以及管网水中细菌再繁殖等问题，对传统的净水工艺提出挑战，为此绍兴水司与清华大学环境工程系合作，建立生物处理小试工艺，对青甸湖水源水中有机物的去除进行研究。据资料反馈，针对水中有机物，目前可采用测定分子量大小及分布、Ames试验致突变物、可同化有机物（AOC）等手段对其进行研究。而有机物的形态及大小是影响有机物在水中的物理、化学及生物化学行为的重要因素，了解水中有机物的分子量分布及特性是净水工艺研究的有力依据。因而，本文通过测定不同分子量的有机物的分布情况，对小试工艺各单元对不同分子量有机物的去除情况进行了研究。

　　二、小试工艺及分子量测定方法

　　（一）小试工艺
　　1、工艺流程：根据青甸湖水源水有机物含量高，呈富营养化状态的水质特点，在绍兴市自来水总公司青甸湖取水口建立了一套小试装置，其流程如图2-1所示：

　　2、工艺设备：
　　（1）水泵DBZ-250-28-40型
　　（2）空压机：V-0.67/7型
　　（3）高位水箱：0.5×0.5×0.5M³
　　（4）混合池反应：¢140mm,高0.23m
　　（5）斜板沉淀池：1.3×0.3×0.7M³,斜板0.3×0.3M²,斜板间距0.1m
　　（6）调节水箱：0.5×0.5×0.5M³
　　（7）生物陶粒柱：¢230mm,高4m，陶粒层厚2m
　　（8）砂滤柱：¢100mm，高4m,0.8～1.0mm均质滤砂，滤层厚1.2m
　　(9)活性炭吸附柱：¢100mm，活性炭层高1.2m,ZJ-15型炭
　　3、运行参数
　　（1）陶粒柱：滤速4m/h；反冲周期7天；反冲强度气为151/m².s、水为10～151/m².s。
　　（2）活性炭：接触时间10min;滤速10m/h。
　　（二）测定方法
　　有机物分子量分布的测定采用膜过滤法。采用一系列超滤膜，通过级级过滤，得到不同分子量下的溶液，进一步测定溶液的有机物特性，从而获得待测水样不同分子量下有机物的特性。（具体由清华大学环境工程实验室测定）

　　三、实验结果及分析

　　（一）实验结果： 
　　1、原水及各单元出水中小于某一分子量的有机物的分布（含量）见表3-1及图3-2。

表3-1 原水及各单元工艺出水小于某一分子量有机物分布分子量（D）原水DOC混凝沉淀出水DOC生物陶粒出水DOC活性炭出水DOC绝对值（mg/l占总量的百分比（%）绝对值（mg/l)占总量的百分比（%）绝对值（mg/l)占总量的百分比（%）绝对值（mg/l)占总量的百分比（%）〈5001.67033.61.61034.00.66519.80.55728.1〈1K2.54051.13.19067.31.77352.80.72436.6〈3K3.99080.34.40092.82.78082.81.04052.5〈10K4.68094.24.70099.22.90186.41.75088.4〈100K4.970100.04.740100.03.358100.01.980100.0

　　2、原水及各单元工艺出水中不同分子量区间有机物分布（含量）见表3-3及图3-4。

表3-3 原水有各单元工艺出水中不同区间有机物分布分子量区间原水DOC混凝沉淀出水DOC生物陶粒出水DOC活性炭出水DOC绝对值（mg/l占总量的百分比（%）绝对值（mg/l)占总量的百分比（%）绝对值（mg/l)占总量的百分比（%）绝对值（mg/l)占总量的百分比（%）0-500D1.67033.61.61034.00.66519.80.55728.1500D-1K0.87017.51.58033.31.10833.00.1477.41K-3K1.45029.21.21025.51.00730.00.31616.03K-10K0.69013.90.3006.30.1213.60.71035.910K-100K0.2905.80.0400.80.45713.60.23011.6

　

　 3、各单元工艺对不同分子量有机物的去除能力见表3-5。

分子量区间原水DOC混凝沉淀出水DOC生物陶粒出水DOC活性炭出水DOC工艺总去除率数值（mg/1）数值（mg/1）去除率（%）数值（mg/1）去除率（%）数值（mg/1）去除率（%）（%）0-500D1.6701.6103.60.66558.70.55716.266.6500D-1K0.8701.580~1.10829.90.14786.783.11K-3K1.4501.21016.61.00716.80.31668.678.23K-10K0.6900.30056.50.12159.70.710~~10K-100K0.2900.04086.20.457~0.23049.720.7

　　四、试验结果分析

　　1、出表3-1、3-3及图3-2、3-4可看出青甸湖水源水有机物含量很高（＜100KD的有机物DOC值近5mg/1＞），有机物污染严重，其有机物主要是分子量小于3000道尔顿的有机物，而其中500D以下和1KD~3KD之间的有机物含量较高。
　　2、出表3-3、3-5及图3-4可以清楚地看出各分子量区间有机物在各单元中的去除情况：
　　(1)、分子量为0~500D的有机物主要在生物处理单元去除。生物处理对这部分有机物的去除率为58.7%；从小试工艺对这部分有机物的总去除率为66.6%及这部分有机物在总溶解性有机物中所占比例来看，同样说明生物处理对其去除能力最强。
　　(2)、分子量为500D~1KD的有机物主要经活性炭（GAC）吸附去除，GAC对其的去除达86.7%。生物生理对其也有一定的去除（近30%）。小试工艺对其总的去除率为83.1%。
　　（3）、分子量为1KD~3KD的有机物主要经过GAC吸附去除，GAC对其的去除近70%。混凝沉淀对其有较低的去除（近17%）。小试工艺对其总的去除率为78.2%。
　　（4）、分子量为3KD~10KD的有机物主要经混凝沉淀及生物处理去除，混凝沉淀及生物处理对其去除率分别为56.5%、60%。小试工艺使此部分有机物有少量增加。
　　（5）、分子量为10KD~100KD的有机物主要经混凝土沉淀去除，混凝沉淀对其去除率为86.2%。而生物处理使此部分有机物增，经GAC后又有部分去除，小试工艺对其总的去除仅为20.7%。可见，对于此部分有机物的去除，生物处理应置于混凝沉淀之前，以提高整个工艺的去除效率。
　　3、各单元工艺对不同分子量有机物的去除具有互补性。出表3-5可以看出：混凝沉淀主要去除分了量>10KD的有机物；生物处理的有效作用区间是分子量为<500D及在3KD~10KD之间的有机物，前者靠微生物的同化作用，后者靠生物的膜的吸附作用去除；GAC对分子量在500K~3KD的有机物吸附非常有效。可见，各单元工艺对溶解性有机物的去除具有明显的互补性，没哪一种单元工艺对有机物具有广谱的去除能力，因而当水源水中有机物分布较均匀时，需要将各单元工艺组合起来，才能有效去除各种分子量的有机物，提高整个工艺对有机物的整体去除效率。

　　五、结论

　　在对水源水及小试工艺各单元出水有机物分布（含量）分析的基础上，可得出如下结论：
　　1、青甸湖水源水有机物含量很高，有机物污染严重，其有机物主要是分子量小于3000道尔顿的有机物，而其中500D以下和1KD~3KD之间的有机物含量较高。
　　2、分子量为0~500D的有机物主要在生物陶料单元去除；分子量为500D~3KD的有机物主要经活性炭（GAC）吸附去除；分子量为3KD~10KD的有机物主要经混凝沉淀及生物陶料单元去除；分子量为10KD~100KD的有机物主要经混凝沉淀去除。
　　3、各单元工艺对溶解性有机物的去除具有明显的互补性，没哪一种单元工艺对有机物具有广谱的去除能力，当水源水中有机物分布较均匀时，需要将各单元工艺组合起来，才能有效去除各种分子量的有机物，从而提高整个工艺对有机物的整体去除率。

　　主要参考文献：

　　1、《绍兴市青甸湖饮用水处理工艺及水质分析》曹丽丽 清华人学环境工程系
　　2、《水质分析大全》 张宏陶主编 科学技术出版社重庆分社