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預(yù)處理指的是在常規(guī)工藝之前，采用適當(dāng)?shù)姆椒▽?duì)原水中的污染物進(jìn)行處理，強(qiáng)化常規(guī)工藝對(duì)水中污染物的去除，以減輕后續(xù)工藝的運(yùn)行負(fù)荷，提高自來(lái)水廠整體工藝對(duì)污染物的去除效果。

本研究通過(guò)自來(lái)水廠實(shí)際的生產(chǎn)性試驗(yàn)，結(jié)合有機(jī)物相關(guān)指標(biāo)、三維熒光光譜以及熒光區(qū)域積分方法（FluorescenceRegionalIntegration,FRI）分析不同的預(yù)處理方法對(duì)有機(jī)物的去除效果，為自來(lái)水廠的運(yùn)行與管理提供技術(shù)支持。

01試驗(yàn)方法

1.1水處理工藝與不同的預(yù)處理方法

南方某自來(lái)水廠設(shè)計(jì)規(guī)模為110萬(wàn)m3/d，分為3期工藝，每期工藝流程以及設(shè)計(jì)參數(shù)基本相同。該水廠采用常規(guī)水處理工藝，如圖1所示。對(duì)該水廠3期工藝設(shè)置不同的預(yù)處理方法：①對(duì)一期工藝前投粉末活性炭+高錳酸鉀，投加量為粉末活性炭15mg/L和高錳酸鉀0.2mg/L；②對(duì)二期工藝前投高錳酸鉀，投加量為0.2mg/L；③對(duì)三期工藝進(jìn)行預(yù)氯化，投加量為0.2mg/L。

監(jiān)測(cè)期間，水樣取自該水廠各個(gè)工藝段，監(jiān)測(cè)周期為一個(gè)月，每周定期取樣一次，對(duì)相關(guān)水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)跟蹤。

1.2三維熒光光譜的測(cè)定與計(jì)算

先經(jīng)過(guò)0.45μm濾膜過(guò)濾后，采用三維熒光掃描，采用熒光分光光度計(jì)（日立，F(xiàn)7000）測(cè)定，掃描參數(shù)設(shè)置：激發(fā)波長(zhǎng)為200～400nm，步長(zhǎng)為5nm；發(fā)射波長(zhǎng)為280～550nm，步長(zhǎng)為2nm；激發(fā)和發(fā)射的狹縫寬度均為10nm；掃描速度為30000nm/min；電壓為500V；響應(yīng)時(shí)間為0.1s。以純水作為空白，減少拉曼散射的影響；將一級(jí)瑞利和二級(jí)瑞利散射上方區(qū)域熒光數(shù)據(jù)置零，以減少瑞利散射的影響。三維熒光掃描數(shù)據(jù)采用Sigmaplot12軟件繪制。

1.3其他指標(biāo)的檢測(cè)

采用高錳酸鉀法測(cè)定CODMn；采用島津TOCVCPH總有機(jī)碳分析儀測(cè)定TOC；水樣經(jīng)0.45μm濾膜過(guò)濾后，采用紫外可見分光光度計(jì)測(cè)定UV254。

02結(jié)果與討論

2.1有機(jī)物的去除效果

不同的預(yù)處理方法對(duì)有機(jī)物的去除效果如圖2~圖4所示。

原水的TOC為1.614mg/L，一、二、三期工藝待濾水TOC分別為1.248mg/L、1.404mg/L和1.458mg/L。圖2數(shù)據(jù)顯示，一期工藝各工藝段出水TOC明顯低于二期和三期工藝。

原水的CODMn為3.03mg/L，一、二、三期工藝待濾水CODMn分別為1.69mg/L、1.72mg/L和1.83mg/L。從CODMn的數(shù)據(jù)來(lái)看，一期和二期工藝待濾水CODMn相差甚少，說(shuō)明對(duì)氧化性物質(zhì)的去除主要靠高錳酸鉀的強(qiáng)氧化作用；而三期待濾水CODMn高于一、二期，說(shuō)明在相同投加量的情況下，高錳酸鉀的氧化性強(qiáng)于氯氣。圖3數(shù)據(jù)顯示，各期工藝預(yù)處理后對(duì)CODMn的去除效果相差不遠(yuǎn)，一期略優(yōu)于二期和三期工藝。

原水的UV254為0.036cm-1，一、二、三期工藝待濾水UV254分別為0.020cm-1,0.023cm-1和0.026cm-1。從UV254的數(shù)據(jù)來(lái)看，一期待濾水的UV254低于二期，這說(shuō)明有部分含有芳香烴、雙鍵或羥基的共軛體系的有機(jī)物質(zhì)經(jīng)高錳酸鉀氧化后，進(jìn)一步被粉末活性炭吸附去除；而二期待濾水的UV254低于三期，說(shuō)明在相同投加量的情況下，高錳酸鉀對(duì)UV254去除效果優(yōu)于氯氣。圖4顯示，一期工藝各工藝段出水UV254明顯低于二期和三期工藝。

2.2三維熒光光譜

三維熒光光譜技術(shù)是一種快速有效的水質(zhì)監(jiān)測(cè)手段，當(dāng)遇到水源水質(zhì)突發(fā)污染時(shí)，它能準(zhǔn)確判定水中污染物質(zhì)的類別以及定量分析。目前，三維熒光光譜技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于環(huán)境領(lǐng)域中溶解性有機(jī)物的定性與定量分析。圖5為原水和一、二、三期工藝的待濾水三維熒光光譜。從圖5可知，原水水樣三維熒光光譜有3個(gè)明顯的熒光峰，分布在Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)和Ⅳ區(qū)，指示原水的主要污染物為含有BOD5的含苯環(huán)類蛋白物質(zhì)、富里酸類物質(zhì)以及微生物代謝蛋白物質(zhì)等。一期工藝經(jīng)過(guò)預(yù)處理和混凝沉淀后，一期待濾水三維熒光光譜顯示Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)和Ⅳ區(qū)污染物質(zhì)都得到了一定去除，而二期和三期工藝經(jīng)過(guò)預(yù)處理和混凝沉淀后，對(duì)特征污染物的去除并不明顯。從最大熒光強(qiáng)度也可以說(shuō)明一期工藝對(duì)原水的熒光溶解性有機(jī)物有很好的去除，各期工藝的待濾水三維熒光光譜中，出現(xiàn)最大熒光強(qiáng)度位于Ⅱ區(qū)，其中一期工藝待濾水最大熒光強(qiáng)度為374.9AU，明顯低于二期和三期工藝待濾水。

2.3各工藝段對(duì)熒光溶解性有機(jī)物質(zhì)的去除效果

一、二、三期工藝各熒光區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)體積去除率如圖6所示。圖6顯示的是每個(gè)處理工藝針對(duì)于上一步工藝的去除率數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示：一期工藝經(jīng)過(guò)預(yù)處理和混凝沉淀后，其待濾水5個(gè)區(qū)域的去除率達(dá)40%左右，明顯高于二期和三期的處理效果。而三期經(jīng)過(guò)預(yù)處理和混凝沉淀后處理效果最差，特別對(duì)芳香類蛋白物質(zhì)和含有BOD5的含苯環(huán)類蛋白物質(zhì)去除效果不好，這說(shuō)明預(yù)氯化并不能有效地氧化這類有機(jī)物質(zhì)。從圖6也可以看出，各期工藝砂濾池的去除效果也有差異，一期工藝砂濾池對(duì)5個(gè)區(qū)域的有機(jī)物均有去除效果，而二期、三期工藝砂濾對(duì)部分區(qū)域的有機(jī)物去除效果有出現(xiàn)負(fù)值的情況，這可能的原因跟濾池運(yùn)行時(shí)間有關(guān)，濾池運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng)，其截留的污染物質(zhì)就越多，在砂濾料表面附著的微生物就越多，這些微生物的代謝可能會(huì)產(chǎn)生一系列的溶解性有機(jī)物質(zhì)，導(dǎo)致砂濾池出現(xiàn)負(fù)的去除率。結(jié)合圖7各期各工藝段出水總積分標(biāo)準(zhǔn)體積數(shù)據(jù)可知，一期工藝經(jīng)過(guò)預(yù)處理和混凝沉淀后，其待濾水的總積分標(biāo)準(zhǔn)體積明顯小于二期和三期，且一期工藝各工藝段出水的總積分標(biāo)準(zhǔn)體積都比二期和三期要少；總的來(lái)說(shuō)，一期工藝對(duì)熒光溶解性有機(jī)物質(zhì)明顯地優(yōu)于二期和三期工藝。

通過(guò)自來(lái)水廠實(shí)際的生產(chǎn)性試驗(yàn)，對(duì)比3種不同的預(yù)處理方法對(duì)有機(jī)物的去除效果結(jié)果來(lái)看，采用粉末活性炭+高錳酸鉀聯(lián)用的預(yù)處理方式比單獨(dú)使用高錳酸鉀和預(yù)氯化的預(yù)處理方式對(duì)有機(jī)物的去除效果更佳，粉末活性炭+高錳酸鉀聯(lián)用的預(yù)處理方式值得推薦使用。有學(xué)者指出，粉末活性炭+高錳酸鉀聯(lián)合使用更為適合我國(guó)國(guó)情。高錳酸鉀和粉末活性炭聯(lián)合使用具有互補(bǔ)作用，高錳酸鉀具強(qiáng)氧化性有利于改善粉末活性炭的吸附性能，粉末活性炭可以吸附部分高錳酸鉀氧化后形成的有害氧化中間產(chǎn)物，且粉末活性炭能還原水中多余的高錳酸鉀，避免了因高錳酸鉀投加過(guò)量引起總錳超標(biāo)和色度的問(wèn)題。