朱 琦，劉冬梅，崔福義，方 蕾，王 睿

(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)城市水資源與水環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150090，zhuqihit@163.com;2.黑龍江大學(xué)化學(xué)化工與材料學(xué)院，哈爾濱 150080;3.哈爾濱學(xué)院生命科學(xué)與化學(xué)學(xué)院，哈爾濱 150086)

活性炭向生物活性炭轉(zhuǎn)化過(guò)程中溴酸鹽的控制

朱 琦1，2，劉冬梅1，崔福義1，方 蕾3，王 睿1

(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)城市水資源與水環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150090，zhuqihit@163.com;2.黑龍江大學(xué)化學(xué)化工與材料學(xué)院，哈爾濱 150080;3.哈爾濱學(xué)院生命科學(xué)與化學(xué)學(xué)院，哈爾濱 150086)

為了比較活性炭與生物活性炭對(duì)溴酸鹽的去除效果，采用水廠中試模型試驗(yàn)考察了活性炭表面的生物量及溴酸鹽去除率的變化.結(jié)果表明:新鮮活性炭對(duì)溴酸鹽的去除率為57.1%，在活性炭向生物活性炭轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，隨著活性炭表面生物量的增加，炭柱對(duì)溴酸鹽的去除效果逐漸提高.經(jīng)過(guò)8個(gè)月的中試模型連續(xù)運(yùn)行，溴酸鹽的去除率提高至75.4%，成熟生物活性炭對(duì)溴酸鹽的去除效果穩(wěn)定，從而證明生物活性炭比活性炭更有利于溴酸鹽的去除.

活性炭;生物活性炭;溴酸鹽;生物量

在飲用水處理工藝中，臭氧—生物活性炭工藝作為深度處理工藝已經(jīng)在一些凈水廠應(yīng)用.若原水中含有一定濃度溴離子，在臭氧氧化過(guò)程中很可能生成潛在致癌性副產(chǎn)物溴酸鹽［1－4］.有研究表明，活性炭可以將BrO3－還原為Br－［5］，而生物活性炭對(duì)溴酸鹽的控制能力有相互矛盾的觀點(diǎn)，有研究者認(rèn)為生物活性炭對(duì)溴酸鹽去除作用很?。?－7］;也有人認(rèn)為溴酸鹽可以通過(guò)生物活性炭去除［8－10］.為此，本研究以松花江水作為原水，通過(guò)中試試驗(yàn)考察了活性炭轉(zhuǎn)化為生物活性炭的過(guò)程中溴酸鹽控制能力的變化，對(duì)于保障我國(guó)東北地區(qū)水質(zhì)安全有一定的借鑒意義.

1 實(shí)驗(yàn)裝置和分析方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

試驗(yàn)在哈爾濱易和凈水廠的凈水間開(kāi)展，松花江水經(jīng)過(guò)凈水間的混凝、沉淀、過(guò)濾工藝后，由水泵提供動(dòng)力，將濾后水送至高位水箱，通過(guò)蠕動(dòng)泵向高位水箱中投加試驗(yàn)所需的溴離子.高位水箱向臭氧接觸柱供水，由臭氧發(fā)生器向臭氧反應(yīng)柱供臭氧.臭氧反應(yīng)柱內(nèi)徑280 mm，高度3.5 m，采用鈦板布?xì)?，孔?0～40 μm，處理水量1.50 m3/h，停留時(shí)間15 min.活性炭濾柱采用有機(jī)玻璃材質(zhì)，3個(gè)炭柱并聯(lián)，內(nèi)徑280 mm，高度4 m，處理水量1.50 m3/h.炭柱下部有粒徑2～8 mm的石英砂墊層，炭種為寧夏太西活性炭廠生產(chǎn)的ZJ－15型煤質(zhì)炭，Φ1.5±0.2 mm，長(zhǎng)度2～6 mm.在每個(gè)炭柱上設(shè)置7個(gè)取樣點(diǎn)，可以采集不同接觸時(shí)間的水樣.試驗(yàn)流程如圖1所示.

圖1 中試試驗(yàn)流程圖

1.2 儀器和分析方法

溴酸鹽濃度的檢測(cè)采用離子色譜法，DIONEXDX－3000型離子色譜儀(帶有EG40淋洗液自動(dòng)發(fā)生器)，IonPac AS23陰離子分析柱(2×250 mm)，30 mmol/L KOH 淋洗液，流速0.9 mL/min，進(jìn)樣體積50 μL.試驗(yàn)采用OZAT?CFS－3A型臭氧發(fā)生器提供臭氧，原料氣為空氣，額定產(chǎn)氣量10 g O3/h.由BT00—100M型蠕動(dòng)泵投加試驗(yàn)所需的溴離子，采用磷脂法測(cè)定活性炭表面的生物量.試驗(yàn)期間的濾后水水質(zhì)情況見(jiàn)表1.

表1 中試試驗(yàn)期間的濾后水水質(zhì)

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 新炭對(duì)溴酸鹽的控制效果

為了考察活性炭向生物活性炭轉(zhuǎn)化過(guò)程中對(duì)較高濃度溴酸鹽的控制效果，試驗(yàn)選擇溴離子質(zhì)量濃度為400 μg/L，投加4 mg/L臭氧，接觸反應(yīng)15 min，生成的 BrO3－質(zhì)量濃度為 30 ～35 μg/L.由圖2可知，3個(gè)活性炭柱對(duì)溴酸鹽的控制效果一致，溴酸鹽的去除量隨著接觸時(shí)間的增加而增加，出水溴酸鹽的平均去除率為57.1%，活性炭對(duì)溴酸鹽的去除效果比較穩(wěn)定.

圖2 活性炭接觸時(shí)間與溴酸鹽去除量的關(guān)系

2.2 生物活性炭形成過(guò)程中對(duì)溴酸鹽的控制效果

由圖3可見(jiàn)，臭氧氧化后生成的BrO3－質(zhì)量濃度均在30 μg/L以上，前2個(gè)月活性炭柱出水的BrO3－質(zhì)量濃度 ＞10 μg/L，然后逐漸降低至10 μg/L以下，達(dá)到了我國(guó)生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)［11］.連續(xù)運(yùn)行的炭柱對(duì)溴酸鹽的去除作用比較明顯，隨著中試模型連續(xù)運(yùn)行時(shí)間的增加，溴酸鹽的去除效果呈逐漸提高的趨勢(shì).從圖4可以看出，在8個(gè)月內(nèi)，活性炭表面的生物量逐漸增多，并且在7個(gè)月后生物量增速趨緩，表明生物活性炭逐漸形成.炭柱對(duì)溴酸鹽的去除率隨著生物量的增多而逐漸增大，從初始的57.1%提高至第8個(gè)月的75.4%，這是由于在活性炭表面逐漸增多的微生物起到了一定的作用.

圖3 活性炭向生物活性炭轉(zhuǎn)化過(guò)程中BrO3－的去除情況

圖4 活性炭表面生物量及溴酸鹽去除率的變化

2.3 成熟生物性炭對(duì)溴酸鹽的控制效果

生物活性炭技術(shù)是去除水中污染物最有效的技術(shù)之一［12］，在中試模型連續(xù)運(yùn)行8個(gè)月以后，繼續(xù)檢測(cè)活性炭表面生物量及出水溴酸鹽的變化，其效果見(jiàn)圖5.可知，在隨后的4個(gè)月內(nèi)，活性炭表面生物量變化不大，表明生物膜在活性炭表面已經(jīng)成熟.生物活性炭對(duì)溴酸鹽的去除效果比較穩(wěn)定，對(duì)于初始質(zhì)量濃度為30 μg/L左右的溴酸鹽的去除率分別是75.2%、74.9%、75.9%、75.3%，這表明生物活性炭技術(shù)可作為控制溴酸鹽的有效技術(shù)應(yīng)用于水處理中.

圖5 成熟生物活性炭表面生物量及溴酸鹽去除率的變化

3 結(jié)論

1)新鮮活性炭對(duì)溴酸鹽有一定的控制效果，在活性炭向生物活性炭轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，活性炭表面生物量的增加使得炭柱對(duì)溴酸鹽的去除能力逐漸增強(qiáng)，成熟生物性炭對(duì)溴酸鹽的去除效果好而且比較穩(wěn)定.

2)對(duì)于含溴水源水，生物活性炭技術(shù)可以作為控制溴酸鹽的有效技術(shù)應(yīng)用于臭氧氧化技術(shù)之后.

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［12］孫國(guó)芬，喬鐵軍，劉曉飛，等.生物活性炭技術(shù)中生物量的變化和影響［J］.水處理技術(shù)， 2007，7(33):44.

Bromate control during transformation process from granular activated carbon to biological activated carbon

ZHU Qi1，2，LIU Dong－mei1，CUI Fu－yi1，F(xiàn)ANG Lei3，WANG Rui1

(1.State Key Laboratory of Urban Water Resource and Environment，Harbin Institute of Technology，Harbin 150090，China，zhuqihit@163.com;2.School of Chemistry and Material Sciences，Heilongjiang University，Harbin 150080，China;3.College of Life and Chemistry，Harbin University，Harbin 150086，China)

In order to compare the bromate removal effect of activated carbon with that of biological activated carbon，by making pilot－scale test，the changes of biomass on activated carbon surface and bromate removal rate were investigated.The results indicated that the bromate removal rate of new activated carbon was 57.1%，and as the biomass increased，the removal effect of bromate was improved gradually during transformation process from granular activated carbon to biological activated carbon.After 8 months，the bromate removal rate achieved 75.4%and the concentration of bromate could be controlled by biological activated carbon steadily，which proved that biological activated carbon was more suitable for bromate removal than granular activated carbon.

granular activated carbon;biological activated carbon;bromate;biomass

TU991.2

A

0367－6234(2010)06－0904－03

2010－03－10.

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(50808052);

國(guó)家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體項(xiàng)目(50821002).

朱 琦(1980—)，男，講師，博士研究生;

崔福義(1958—)，男，教授，博士生導(dǎo)師.

(編輯 趙麗瑩)