陶昱明，周冰潔，耿 冰，戈夢(mèng)青，林 濤，陶 輝

(1.南京市給排水工程設(shè)計(jì)院有限公司，江蘇南京 210004；2.上海城市水資源開(kāi)發(fā)利用國(guó)家工程中心有限公司，上海200082；3.河海大學(xué)環(huán)境學(xué)院，江蘇南京 210098；4.河海大學(xué)淺水湖泊綜合治理與資源開(kāi)發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京 210098)

與含碳消毒副產(chǎn)物(C-DBPs)相比，含氮消毒副產(chǎn)物(N-DBPs)在飲用水中的濃度較低，但在低含量下，N-DBPs具有比C-DBPs更高的遺傳毒性和基因毒性[1-3]，對(duì)人類(lèi)健康有更大的危害，因此，N-DBPs得到廣泛關(guān)注[4]。鹵代乙酰胺(HAcAms)和鹵代乙腈(HANs)是主要的N-DBPs，而其中的二氯乙酰胺(DCAcAm)和二氯乙腈(DCAN)是最主要的部分，也是當(dāng)今的研究熱點(diǎn)[5]。

N-DBPs一旦生成便難以去除，且后氯化產(chǎn)生的N-DBPs將不再經(jīng)過(guò)其他工藝處理而直接進(jìn)入管網(wǎng)。因此，N-DBPs的去除方式主要是對(duì)其前體物的去除，需在進(jìn)入消毒工藝前，盡可能去除N-DBPs的前體物質(zhì)。飲用水處理中的常規(guī)工藝主要去除的是渾濁度、非溶解性有機(jī)物，以保證飲水的微生物安全，但對(duì)有機(jī)物等物質(zhì)的去除能力非常有限，而一些有機(jī)物正是對(duì)人體健康造成嚴(yán)重危害的N-DBPs的前體物[6-12]。尤其當(dāng)水源遭受污染，又或?qū)︼嬎|(zhì)有更高要求時(shí)，常規(guī)處理更無(wú)法達(dá)到人們的要求，因此，需對(duì)飲用水進(jìn)行深度處理。目前，在飲用水深度處理工藝中，應(yīng)用最廣泛的是臭氧-生物活性炭(O3-BAC)技術(shù)。O3-BAC技術(shù)通過(guò)活性炭吸附和附著在活性炭上的微生物的生物降解共同作用，能夠較好地提高有機(jī)物的去除效果，減少消毒副產(chǎn)物的前體物，從而減少消毒副產(chǎn)物的生成，控制飲用水中消毒副產(chǎn)物的量，最終保障人類(lèi)及其他生物的健康與安全。

目前，生物活性炭濾池的應(yīng)用主要有：用于常規(guī)處理的砂濾之后的臭氧下向流生物活性炭(O3-DBAC)工藝和用于常規(guī)處理的沉淀池后的臭氧上向流生物活性炭(O3-UBAC)工藝。O3-DBAC工藝由于其較好的過(guò)濾能力和簡(jiǎn)單性得到廣泛應(yīng)用[13]，然而從實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，O3-DBAC濾池具有水頭損失大、炭層生物量沿程分布不均勻等缺點(diǎn)，從而限制了廣泛應(yīng)用[14]。為了使基于活性炭的工藝更加成熟，出現(xiàn)了一種位于沉淀池與砂濾池之間的O3-UBAC新工藝。O3-UBAC濾池由于其采用自下而上的水流方式，使得活性炭在一定的上升流速下始終處于膨脹狀態(tài)，活性炭上新生物膜的生長(zhǎng)和老化生物膜的脫落也始終保持動(dòng)態(tài)平衡，這提供了良好的傳質(zhì)條件和較高的生物活性。因此，O3-UBAC工藝能夠有效去除水中的有機(jī)物，從而有效控制最終出廠水中DBPs的含量。然而，研究表明[15]，O3-UBAC工藝的去除效果受活性炭結(jié)構(gòu)性質(zhì)、進(jìn)水渾濁度、反沖洗方式、濾池運(yùn)行參數(shù)、前處理等因素的影響較大。另外由于固城湖水源水質(zhì)隨季節(jié)變化較大，一年中夏季藻類(lèi)的暴發(fā)和初冬蟹塘排水會(huì)導(dǎo)致水廠原水水質(zhì)的惡化。因此，在實(shí)際運(yùn)行中還需考慮水廠原水水質(zhì)及自身運(yùn)行工況等條件，以達(dá)到最佳處理效果。有必要開(kāi)展O3-UBAC工藝對(duì)含氮消毒副產(chǎn)物前體物去除效能的優(yōu)化研究，為水廠深度處理改造和生產(chǎn)運(yùn)行提供依據(jù)和技術(shù)支撐。本研究針對(duì)以微污染湖水為原水的水質(zhì)季節(jié)變化，以典型N-DBPs的去除為目標(biāo)，對(duì)O3-DBAC工藝的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以確定最佳運(yùn)行工況。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置

本研究在GC水廠搭建的中試試驗(yàn)裝置中進(jìn)行，如圖1所示，設(shè)置2個(gè)并聯(lián)的平行試驗(yàn)生物活性炭濾柱。沉淀水通過(guò)離心泵的提升作用使其以10 m/h進(jìn)入臭氧接觸柱。其中，臭氧接觸柱的直徑為27 cm，有效水深為3 m，水力停留時(shí)間為10 min。臭氧發(fā)生器所產(chǎn)生的臭氧以氣泡的形式從臭氧接觸柱底部進(jìn)入。UBAC濾柱由有機(jī)玻璃材料制成，其高度為3.5 m，直徑為0.28 m。在濾柱底部填有20 cm 礫石作為承托層，承托層上填有均2 m的20～40目顆粒碎活性炭，其基本性狀參數(shù)如表1所示。UBAC濾池采用氣水聯(lián)合沖洗，氣沖強(qiáng)度為10 L/(m2·s)，氣沖時(shí)間為5 min。

圖1 中試試驗(yàn)裝置示意圖Fig.1 Schematic Diagram of Pilot Scale Test Equipment

1.2 分析方法

取樣后，除用于渾濁度和顆粒數(shù)的檢測(cè)外，其余水樣均立即用0.45 μm的水性微濾膜進(jìn)行過(guò)濾，過(guò)濾后的水樣保存在4 ℃的環(huán)境中以待檢測(cè)。

表1 活性炭性能參數(shù)Tab.1 Performance Parameters of Activated Carbon

在本試驗(yàn)指標(biāo)檢測(cè)中，每個(gè)濃度水平的樣品按照同樣條件測(cè)定3次，最終結(jié)果取平均值，并對(duì)所有結(jié)果進(jìn)行誤差分析。

1.2.1 常規(guī)指標(biāo)的分析方法

CDON=CTDN-C1-C2

(1)

其中：CDON——DON的濃度，mg/L；

CTDN——TDN的濃度，mg/L；

1.2.2 上向流生物活性炭膨脹率的分析方法

活性炭膨脹率的測(cè)定，通過(guò)調(diào)節(jié)上向流生物活性炭的上升流速，使活性炭處于不同程度的膨脹狀態(tài)，待其穩(wěn)定，測(cè)定其膨脹高度，從而計(jì)算膨脹率。活性炭膨脹率計(jì)算如式(2)。

(2)

其中：P——活性炭膨脹率；

Y0——活性炭未膨脹時(shí)高度，m；

Y——活性炭膨脹狀態(tài)高度，m。

1.2.3 N-DBPs FP的分析方法

測(cè)定N-DBPs FP時(shí)，采用充分氯化的方法使水樣中的前體物能夠最大化地轉(zhuǎn)化成消毒副產(chǎn)物，以備后續(xù)上機(jī)檢測(cè)[16]。將水樣放入棕色玻璃瓶中進(jìn)行氯化，氯化采用的消毒液為次氯酸鈉溶液，有效氯投加量如式(3)。

C=3C3+ 7.6C1+ 10

(3)

其中，C——有效氯投加量，mg/L；

C3——DOC的濃度，mg/L。

加氯消毒后，搖勻，充分混合，將其密封避光保存在(25±2) ℃下，24 h。然后用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的亞硫酸鈉溶液作為淬滅劑，中和水樣中的余氯，使反應(yīng)終止。

1.2.4 DCAN FP的分析方法

取30 mL氯化后的水樣進(jìn)行液液萃取，向水樣中加入3 g無(wú)水硫酸鈉，立即振蕩使其完全溶解，便于更好地提取水體中的DCAN。接著加入3 mL甲基叔丁基醚，密封振蕩5 min使之混合均勻，然后靜置10 min，實(shí)現(xiàn)萃取過(guò)程。待萃取劑與水樣分層后，取1 mL上部萃取劑至棕色氣相檢測(cè)瓶中，采用氣相色譜與微型電子捕獲檢測(cè)器μ-ECD結(jié)合進(jìn)行檢測(cè)[17]。進(jìn)樣量為2 μL，色譜分析柱采用HP-5毛細(xì)管柱，載氣為高純氮?dú)?；氣相色譜進(jìn)樣口溫度為250 ℃，微型電子捕獲檢測(cè)器溫度為300 ℃，進(jìn)樣分流比為2∶1；柱箱升溫程序：初始溫度為40 ℃，保持4 min，而后以20 ℃/min升溫至170 ℃，最后在170 ℃保持2 min。

1.2.5 DCAM FP的分析方法

同樣取30 mL氯化后的水樣進(jìn)行液液萃取，向水樣中加入3 g無(wú)水硫酸鈉，立即振蕩使其完全溶解。接著加入3 mL乙酸乙酯，密封振蕩5 min使之混合均勻，然后靜置10 min，實(shí)現(xiàn)萃取過(guò)程。待萃取劑與水樣分層后，取1 mL上部萃取劑至棕色氣相檢測(cè)瓶中，采用安捷倫7890B型氣相色譜與微型電子捕獲檢測(cè)器結(jié)合進(jìn)行檢測(cè)[18]。進(jìn)樣量為2 μL，色譜分析柱采用HP-5(30 m×0.25 mm×0.1 μm)毛細(xì)管柱，載氣為高純氮?dú)?；氣相色譜進(jìn)樣口溫度為235 ℃，微型電子捕獲檢測(cè)器溫度為250 ℃，采用無(wú)分流進(jìn)樣；柱箱升溫程序：初始溫度為80 ℃，保持5 min，而后以40 ℃/min升溫至150 ℃，最后在150 ℃保持1 min。

2 結(jié)果與討論

2.1 最佳臭氧投加量的確定

臭氧的氧化作用可以將水中大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化為小分子有機(jī)物，而后者正是含氮消毒副產(chǎn)物的主要前驅(qū)物[19]，這部分有機(jī)物被生物活性炭工藝有效去除是后續(xù)水質(zhì)安全保障的關(guān)鍵。為了研究臭氧投加量對(duì)O3-UBAC工藝的影響，確定最佳臭氧投加量，保持上升流速為8 m/h，反沖洗周期為9 d，水沖洗歷時(shí)40 min的條件不變，春季和秋季臭氧投加量在0.8、1.0、1.2、1.5 mg/L和1.6 mg/L，冬季和夏季臭氧投加量在1.0、1.2、1.5、1.6 mg/L和1.8 mg/L的條件下，研究春夏秋冬四季中O3-UBAC工藝對(duì)常規(guī)指標(biāo)(CODMn、DOC、DON)和N-DBPs(DCAN和DCAM)FP的去除效能，研究結(jié)果如圖2和圖3所示。

圖2 四季中不同臭氧投加量條件下O3-UBAC工藝出水常規(guī)指標(biāo)變化規(guī)律Fig.2 Variation of Effluent Conventional Index of O3-UBAC Process under Different Ozone Dosage during Four Seasons

圖3 不同臭氧投加量條件下不同季節(jié)O3-UBAC工藝對(duì)DCANFP和DCAMFP去除規(guī)律Fig.3 Variation of DCANFP and DCAMFP Removal Rules of O3-UBAC Process under Different Ozone Dosage during Four Seasons

由圖3可知，在春夏秋冬四季中，隨著臭氧投加量的增加，O3-UBAC工藝對(duì)DCANFP和DCAMFP的去除率均呈現(xiàn)先增后減的整體趨勢(shì)，其季節(jié)變化規(guī)律與上述DON隨臭氧投加量的季節(jié)變化規(guī)律有良好的相關(guān)性，這一結(jié)果符合DON是N-DBPs的總前體物的說(shuō)法。這主要是由于臭氧能夠?qū)⒋蠓肿佑袡C(jī)物氧化為小分子有機(jī)物，提高可生化性，使其更易被活性炭吸附，同時(shí)，臭氧氧化還能夠提高生物活性炭上的生物活性，有利于活性炭生物降解。但臭氧投加量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致剩余臭氧抑制活性炭上微生物的生長(zhǎng)，降低生物降解作用，從而降低生物活性炭的去除效能[7]。在春季和秋季，當(dāng)臭氧投加量從0.8 mg/L增加到1.2 mg/L時(shí)，O3-UBAC工藝對(duì)DCANFP的平均去除率從33.15%和31.82%增加到58.27%和56.67%，對(duì)DCAMFP的平均去除率從24.63%和22.19%增加到51.25%和50.83%；而在夏季藻類(lèi)暴發(fā)時(shí)，當(dāng)臭氧投加量從1.0 mg/L增加到1.6 mg/L時(shí)，O3-UBAC工藝對(duì)DCANFP和DCAMFP的平均去除率分別從35.22%和26.97%增加到62.22%和58.65%；在冬季蟹塘排水期，當(dāng)臭氧投加量從1.0 mg/L增加到1.5 mg/L時(shí)，O3-UBAC工藝對(duì)DCANFP和DCAMFP的平均去除率分別從30.22%和18.56%增加到49.68%和41.35%。隨后，臭氧投加量再增加，O3-UBAC工藝對(duì)DCANFP和DCAMFP的去除率逐漸降低。因此，綜合不同臭氧投加量下臭氧生物活性炭對(duì)CODMn、DOC、DON、DCANFP和DCAMFP的去除情況，春季和秋季宜控制臭氧投加量為1.2 mg/L，夏季宜控制臭氧投加量為1.6 mg/L，冬季控制臭氧投加量為1.5 mg/L，這樣能夠大大減小后續(xù)加氯消毒產(chǎn)生含氮消毒副產(chǎn)物的風(fēng)險(xiǎn)，從而有效控制出水中DCAN和DCAM的含量。

2.2 最佳上升流速的確定

UBAC濾池由于其進(jìn)水采用上向流形式而不同于常規(guī)濾池，其在一定的上升流速作用下，活性炭層處于膨脹流化狀態(tài)。研究表明[15]，上升流速達(dá)到一定速度(水力學(xué)通常稱(chēng)之為最小流化速度)之前，活性炭層不發(fā)生明顯的膨脹。隨著上升流速的增加，活性炭層會(huì)逐漸開(kāi)始發(fā)生明顯的膨脹現(xiàn)象。本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，活性炭膨脹率與上升流速具有較好的線性關(guān)系。如圖4所示，當(dāng)水溫為20 ℃時(shí)，R2=0.996 7；當(dāng)水溫為27 ℃時(shí)，R2=0.998 2，這與前人研究結(jié)果一致[20]。同時(shí)，還可以看出，同一濾速下膨脹率隨溫度的升高而降低。

圖4 20×40目活性炭膨脹率與上升流速的關(guān)系Fig.4 Relationship between Expansion Rate of 20×40 Mesh Activated Carbon and Upflow Velocity

為了研究上升流速對(duì)O3-UBAC工藝的影響，確定最佳上升流速，保持冬季臭氧投加量為1.5 mg/L、春秋季臭氧投加量為1.2 mg/L、夏季臭氧投加量為1.6 mg/L，反沖洗周期為9 d，水沖洗歷時(shí)40 min的條件不變，冬季上升流速在7.0、8.0、9.0、10.0、11.0 m/h和11.5 m/h，春、夏、秋季上升流速在8.0、9.0、10.0、11.0、11.5 m/h和12.0 m/h條件下，研究春夏秋冬四季中O3-UBAC工藝的凈化效能，研究結(jié)果如圖5和圖6所示。

圖5 四季中不同上升流速下O3-UBAC工藝濾池出水常規(guī)指標(biāo)變化規(guī)律Fig.5 Variation of Effluent Conventional Index of O3-UBAC Process under Different Upflow Velocity during Four Seasons

圖6 不同上升流速條件下不同季節(jié)O3-UBAC工藝對(duì)DCANFP和DCAMFP去除規(guī)律Fig.6 Variation of DCANFP and DCAMFP Removal Rules of O3-UBAC Process under Different Upflow Velocity during Four Seasons

由圖5可知，隨著上升流速的增加，炭池出水渾濁度先降低后趨于穩(wěn)定，這是由于在較小流速下，上向流生物活性炭濾池膨脹率較低，活性炭與水體接觸面積較小，不能很好地吸附進(jìn)水中顆粒物，對(duì)水質(zhì)起不到很好的攔截作用；但當(dāng)冬季上升流速超過(guò)8.0 m/h、春秋季上升流速超過(guò)9.0 m/h、夏季上升流速超過(guò)11.0 m/h時(shí)，過(guò)高的上升流速使得炭層膨脹率過(guò)高，出水中會(huì)帶有部分細(xì)小顆粒活性炭，即出現(xiàn)“跑炭”現(xiàn)象，從而使得炭池出水中渾濁度升高，顆粒物數(shù)量增多。對(duì)于CODMn而言，在冬季上升流速為8.0 m/h、春秋季上升流速為9.0 m/h、夏季上升流速為10.0～11.0 m/h時(shí)，活性炭濾池出水中其濃度最低。同時(shí)，研究表明[21]，上升流速越小，上向流活性炭濾池在運(yùn)行過(guò)程中水頭損失也隨之減小。因此，鑒于上向流活性炭池出水渾濁度和有機(jī)物的去除情況以及減少水頭損失的影響，優(yōu)化控制O3-UBAC濾池的冬季上升流速為8.0 m/h、春秋季上升流速為9.0 m/h、夏季上升流速為10.0 m/h。

由圖6可知，春夏秋冬四季中，O3-UBAC工藝對(duì)DCANFP和DCAMFP的去除率均隨著上升流速的增加，整體呈現(xiàn)先升高后穩(wěn)定再降低。當(dāng)冬季上升流速為8.0 m/h、春秋季上升流速為9.0 m/h、夏季上升流速為10.0～11.0 m/h時(shí)，O3-UBAC工藝對(duì)DCANFP和DCAMFP的去除率達(dá)到最高。冬、春、夏、秋季O3-UBAC工藝對(duì)DCANFP和DCAMFP的平均去除率分別穩(wěn)定在51.42%、61.67%、63.51%、59.23%和52.14%、56.89%、58.65%、55.83%左右，隨后上升流速再增加，O3-UBAC工藝對(duì)DCANFP和DCAMFP的去除率明顯下降。因此，夏季的最佳上升流速大于冬季的最佳上升流速，這是由于隨著水溫的升高，水的黏度降低，活性炭的膨脹度率降低，為了達(dá)到活性炭層的理想膨脹流化狀態(tài)，上升流速需增大。綜合考慮上升流速的變化對(duì)O3-UBAC工藝去除渾濁度、CODMn、DCANFP和DCAMFP等指標(biāo)的影響，從優(yōu)化角度出發(fā)，冬季最佳上升流速為8.0 m/h、春秋季最佳上升流速為9.0 m/h、夏季最佳上升流速為10.0 m/h。

2.3 最佳反沖洗周期的確定

為了研究反沖洗周期對(duì)O3-UBAC工藝的影響，確定最佳反沖洗周期，保持冬季臭氧投加量為1.5 mg/L、上升流速為8 m/h，春秋季臭氧投加量為1.2 mg/L、上升流速為9 m/h，夏季臭氧投加量為1.6 mg/L、上升流速為10 m/h，水沖洗歷時(shí)40 min的條件不變，對(duì)O3-UBAC濾池出水進(jìn)行2周的水質(zhì)監(jiān)測(cè)，研究春夏秋冬四季中O3-UBAC工藝對(duì)常規(guī)指標(biāo)(渾濁度、CODMn)和N-DBPs(DCAN和DCAM)FP的去除效能，研究結(jié)果如圖7和圖8所示。

圖7 四季中不同反沖洗周期下O3-UBAC工藝濾池出水常規(guī)指標(biāo)變化規(guī)律Fig.7 Variation of Effluent Conventional Index of O3-UBAC Process under Different Backwash Cycle during Four Seasons

圖8 不同反沖洗周期條件下不同季節(jié)O3-UBAC工藝對(duì)DACNFP和DCAMFP去除規(guī)律Fig.8 Variation of DCANFP and DCAMFP Removal Rules of O3-UBAC Process under Different Backwash Cycle during Four Seasons

由圖7可知，冬、春、夏和秋季，從渾濁度指標(biāo)上看，隨著炭池運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，出水渾濁度先逐漸降低到最低值，然后開(kāi)始有所升高。這是由于隨著反沖洗周期的延長(zhǎng)，活性炭上堆積的老化微生物越多，活性炭孔隙變小，從而影響活性炭的吸附和截留作用。從CODMn指標(biāo)來(lái)看，隨著炭池運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，其變化趨勢(shì)大致相同，在春秋季運(yùn)行11 d和冬夏季運(yùn)行9 d的情況下，其在炭池出水中濃度基本達(dá)到最低值，運(yùn)行時(shí)間再繼續(xù)延長(zhǎng)，由于脫落的老化生物膜在炭池中逐漸堆積，使得出水中CODMn濃度開(kāi)始升高。

由圖8可知，在春季和秋季，反沖洗周期延長(zhǎng)至11 d時(shí)，O3-UBAC工藝對(duì)DCANFP和DCAMFP的去除率處于穩(wěn)定狀態(tài)，而后再延長(zhǎng)反沖洗周期，O3-UBAC工藝對(duì)DCANFP和DCAMFP的去除率開(kāi)始降低。這是由于隨著炭池運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，活性炭上堆積的老化生物膜和其他污染物使得活性炭孔隙變小，降低了活性炭的吸附作用，同時(shí)，老化的生物膜逐漸脫落，使得活性炭的生物降解有機(jī)物的能力降低。在夏季和冬季，O3-UBAC工藝對(duì)DCANFP和DCAMFP的去除效果隨反沖洗周期延長(zhǎng)，整體上同樣呈現(xiàn)上述趨勢(shì)，但反沖洗周期從第9 d開(kāi)始，再延長(zhǎng)反沖洗周期，O3-UBAC工藝對(duì)DCANFP和DCAMFP的去除率開(kāi)始降低。這主要是由于G水廠的水源地——固城湖，在夏季會(huì)出現(xiàn)藻類(lèi)暴發(fā)和初冬時(shí)存在蟹塘排水現(xiàn)象，導(dǎo)致處理水中的N-DBPs前體物大量增加，增加活性炭池運(yùn)行的負(fù)荷，從而較春季和秋季縮短了反沖洗周期。因此，綜合考慮渾濁度、CODMn、DCANFP和DCAMFP等指標(biāo)，基于中試裝置的試驗(yàn)，研究結(jié)果表明：考慮O3-UBAC濾池的優(yōu)化反沖洗周期，春季和秋季為11 d，夏季和冬季為9 d。

2.4 最佳反沖洗時(shí)間的確定

反沖洗的目的在于排出濾層中去除的雜質(zhì)，較短的反沖洗時(shí)間無(wú)法將濾層中截留的雜質(zhì)充分排出，而較長(zhǎng)的水沖時(shí)間會(huì)浪費(fèi)大量水資源。因此，為了達(dá)到?jīng)_洗效果，同時(shí)，減少水廠用水量，節(jié)約運(yùn)行成本，需進(jìn)行O3-UBAC濾池反沖洗時(shí)間優(yōu)化，以確定最優(yōu)化的反沖洗運(yùn)行時(shí)間。通過(guò)中試裝置設(shè)置反沖洗水沖時(shí)間分別為10、15、20、30、40、50 min，進(jìn)行反沖洗水沖時(shí)間的優(yōu)化試驗(yàn)，結(jié)果如圖9所示。

圖9 四季中不同反沖洗時(shí)間O3-UBAC工藝出水中常規(guī)指標(biāo)變化規(guī)律Fig.9 Variation of Effluent Conventional Index of UBAC Process under Different Backwash Time during Four Seasons

結(jié)果表明，水沖洗30 min后出水渾濁度變化不明顯，并與穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的出水渾濁度較接近。其中，水沖洗40 min和水沖洗50 min出水后渾濁度幾乎不變，同時(shí)，UV254和CODMn的去除率也基本不變。因此，針對(duì)渾濁度和常規(guī)有機(jī)物指標(biāo)(UV254、CODMn)，反沖洗水沖時(shí)間建議控制在30～40 min。

進(jìn)一步研究反沖洗時(shí)間在10～50 min時(shí)，出水中典型N-DBPsFP的變化，從而確定最優(yōu)反沖洗時(shí)間，結(jié)果如圖10所示。由圖10可知，隨反沖洗時(shí)間的增長(zhǎng)，O3-UBAC工藝對(duì)DCANFP和DCAMFP去除率先升高后穩(wěn)定，在水沖洗30 min后，隨反沖洗時(shí)間的延長(zhǎng)，其去除率基本穩(wěn)定。因此，從優(yōu)化的角度綜合考慮，O3-UBAC濾池的反沖洗水沖時(shí)間為30 min。

圖10 四季中不同反沖洗時(shí)間O3-UBAC工藝出水中DCANFP和DCAMFP變化規(guī)律Fig.10 Variation of DCANFP and DCAMFP of Effluent of UBAC Process under Different Backwash Time during Four Seasons

3 結(jié)論

針對(duì)不同季節(jié)水質(zhì)變化，綜合考慮渾濁度、CODMn、DOC、DON、DCANFP和DCAMFP等指標(biāo)的去除效果，依托中試試驗(yàn)裝置，選取臭氧投加量、上升流速/濾速、反沖洗周期和反沖洗時(shí)間等主要運(yùn)行參數(shù)，對(duì)O3-UBAC工藝和O3-DBAC工藝進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到對(duì)有機(jī)物，特別是DBPs前體物有效控制的目的。O3-UBAC工藝的最佳臭氧投加量、最佳上升流速和最佳反沖洗周期受季節(jié)變化影響，在春季和秋季時(shí)，最佳臭氧投加量為1.2 mg/L，最佳上升流速為9 m/h，最佳反沖洗周期為11 d；在夏季藻類(lèi)暴發(fā)時(shí)，最佳臭氧投加量為1.6 mg/L，最佳上升流速為10 m/h，最佳反沖洗周期為9 d；在初冬蟹塘排水時(shí)，最佳臭氧投加量為1.5 mg/L，最佳上升流速為8 m/h，最佳反沖洗周期同夏季，為9 d。春夏秋冬四季O3-UBAC工藝的最佳水反沖洗時(shí)間30 min。