高乃云1 李富生2 湯淺晶3 徐迪民1 范瑾初1 嚴(yán)煦世1
(1-同濟(jì)大學(xué) 污染控制與資源化研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200092； 2-日本國(guó)立岐阜大學(xué)工學(xué)部土木工學(xué)科, 3-日本國(guó)立岐阜大學(xué)流域環(huán)境研究中心；岐阜市柳戶1番1, 501-11933)

　　摘要 氧化物涂層砂，比表面積增加，吸附容量增大，使石英砂表面電荷的帶電性質(zhì)改變，有利于水中天然有機(jī)物的去除。對(duì)三種不同氧化物涂層砂和未涂層砂對(duì)天然有機(jī)物的去除性能進(jìn)行了比較試驗(yàn)，證明涂鋁砂和B型涂鐵砂對(duì)水中天然有機(jī)物的去除效果優(yōu)于A型涂鐵砂；而三種涂層砂均優(yōu)于 未涂層砂 。
　　關(guān)鍵詞 氧化物涂層砂 天然有機(jī)物 變性濾料　過(guò)濾 DOC UV254 CODMn

1. 簡(jiǎn)介

　　Chang 等人利用氧化鐵涂層砂和氧化鐵涂層橄欖石進(jìn)行去除有機(jī)物研究 [1] 。他們發(fā)現(xiàn)，在中性pH條件下，氧化鐵涂層橄欖石可有效地吸附天然有機(jī)物（NOM）；水中存在Ca²⁺ 、Mg²⁺ 、Cl^-、SO₄^2－和HCO₃^－離子，甚至在氧化物濃度很高時(shí)，對(duì)其吸附NOM的容量沒(méi)有任何影響。他們認(rèn)為，氧化鐵涂層砂也是去除NOM的有效吸附劑，但只有在較酸性pH值條件下，效果最好。本文主要采用三種不同的氧化物涂層砂和未涂層石英砂過(guò)濾對(duì)水中的天然有機(jī)物的去除率進(jìn)行了研究和評(píng)價(jià)。

２．濾料和試驗(yàn)

　　氧化物涂層砂的制備 配制 600 ml 2.5M 的三氯化鐵溶液于三角玻璃燒杯中，將 1200 ml 體積的石英砂（ 0.5～1.0 mm 粒徑，經(jīng)預(yù)處理）倒入，混合均勻，置入 110 ℃烘箱中，每小時(shí)攪動(dòng)一次，大約烘 3 h 。然后進(jìn)行高溫制備，于室溫空氣中冷卻，用蒸餾水沖洗至干凈，涂層后烘干的石英砂表面變成暗紅色。這種通過(guò)高溫階段制備的涂層砂稱為B型涂鐵砂（即 IOCS-B）。涂鋁砂（AOCS）采用堿性沉積法，詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)3。A型涂鐵砂（IOCS-A）亦采用堿性沉積法，制備方法類似于涂鋁砂。
　　試驗(yàn)裝置和原水 本試驗(yàn)裝置采用重力式系統(tǒng)，流程為：

　　水箱（設(shè)有勻速攪拌裝置）→恒位箱→濾柱→出水（旁通管取樣）

　　過(guò)濾原水取自盛夏的同濟(jì)大學(xué)校園內(nèi)三好塢天然河水,屬于污染水源，河水顏色發(fā)綠(含藻類很多)，再加入等量的自來(lái)水，形成類似低濁度的微污染水源，渾濁度一般在20NTU左右，含有大量的天然有機(jī)物。
　　試驗(yàn)方法和測(cè)試 分別將變性濾料和石英砂裝入濾料高度為 70cm 的兩個(gè)濾柱中 ( 濾柱直徑為 32mm) ，在不投加任何混凝劑的條件下，原水從攪拌水箱重力流至恒位箱，然后再重力流至濾柱，采用等水頭減速過(guò)濾進(jìn)行微污染水源的直接過(guò)濾除有機(jī)物實(shí)驗(yàn)。具體測(cè)定分析項(xiàng)目見(jiàn)表1。

表1 測(cè)試項(xiàng)目和儀器或方法
Table Testing items and instruments or method

３.試驗(yàn)結(jié)果和討論

　　B型涂鐵砂 在 B型涂鐵砂與未涂層石英砂對(duì)微污染水源（渾濁度在20 NTU左右）的直接過(guò)濾中，初始濾速為4.5 m/h，變速過(guò)濾， 測(cè)定濾柱出水中的有機(jī)物含量。由于原水中含有種類繁多的微量有機(jī)污染物，分別測(cè)定比較困難，實(shí)驗(yàn)中采用UV254、DOC和COD Mn 三種參數(shù)表示水中有機(jī)物含量變化。圖1－3 分別為B型涂鐵砂和未涂層砂濾后水中的UV254、DOC和CODMn 隨過(guò)濾時(shí)間的變化。從圖中可見(jiàn)，盡管天然河水水質(zhì)變化很大，但B型涂鐵砂在過(guò)濾過(guò)程中，對(duì) UV254、DOC和CODMn 的去除效果明顯地優(yōu)于未涂層砂。曲線的波動(dòng)是由于原水水質(zhì)隨時(shí)間的變化所造成。

　　A型涂鐵砂 在與 B型涂鐵砂去除有機(jī)物的相同試驗(yàn)條件下，A型涂鐵砂濾后水中的UV254、DOC和CODMn 隨過(guò)濾時(shí)間的變化見(jiàn)圖4－6。從這些圖中可看出，雖然在一定時(shí)間內(nèi)，A型涂鐵砂對(duì)有機(jī)物的去除優(yōu)于石英砂，但持續(xù)時(shí)間較短，二者去除效果較快地趨于接近。而且UV254 、DOC和COD Mn 曲線變化趨勢(shì)類似。因此，UV254、DOC、CODMn 三個(gè)有機(jī)物的參數(shù)一致表明，A型涂鐵砂對(duì)有機(jī)物的去除雖然在一定時(shí)間內(nèi)優(yōu)于石英砂，但持續(xù)時(shí)間較短，明顯的不及B型涂鐵砂。這是因?yàn)锳型涂鐵砂采用堿性沉積法制備，pH 值較高，不利于有機(jī)物的去除[1] ；而且A型涂鐵砂涂層有裂縫，過(guò)濾過(guò)程中，裂縫越來(lái)越寬（從電子掃描電鏡照片上看到），機(jī)械強(qiáng)度較差，涂層易衰減性脫落，耐久性較差所致。

　　涂鋁砂 在與 B型涂鐵砂和A型涂鐵砂相同過(guò)濾條件下，涂鋁砂和未涂層石英砂濾后水中有機(jī)物的變化見(jiàn)圖7-9。從圖中可以看到，對(duì)于表征有機(jī)物含量的三個(gè)參數(shù)（UV 254 、DOC和COD Mn ）的去除，涂鋁砂均明顯的優(yōu)于未涂層砂，而且也優(yōu)于A型涂鐵砂。

　　參考文獻(xiàn) 3中，在與B型涂鐵砂和A型涂鐵砂相同過(guò)濾條件下，涂鋁砂的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)60多小時(shí)過(guò)濾，涂鋁砂和未涂層砂經(jīng)沖洗之后，進(jìn)行再過(guò)濾，從濾后水中的 UV 254 和 DOC 以及 COD Mn 隨過(guò)濾時(shí)間的變化可以看出，涂鋁砂對(duì)有機(jī)物的去除效果仍然優(yōu)于未涂層砂。
　　總之，對(duì)于有機(jī)物去除效果的研究中，無(wú)論是 60 多小時(shí)連續(xù)過(guò)濾還是沖洗過(guò)后的再過(guò)濾，涂鋁砂和未涂層石英砂濾后水中 UV254 、 DOC 和 COD Mn 的剩余量曲線在開(kāi)始過(guò)濾若干小時(shí)內(nèi)，去除率相差較大；但在若干小時(shí)以后，曲線幾乎都是相互平行的。其原因是，雖然變性濾料表面被懸浮物覆蓋，但水中溶解性有機(jī)物仍會(huì)透過(guò)覆蓋層，進(jìn)入濾料表面而被吸附去除。

　　通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理與計(jì)算可以得到，經(jīng) 10h 過(guò)濾，涂鋁砂濾后水比未涂層砂出水的 UV254 平均低 14.8% ；DOC低18.6%；CODMn低26.7%。過(guò)濾34h 后，涂鋁砂的出水UV254 比未涂層砂平均低8.6%；DOC低 10.2%；CODMn 低 22.7% 。過(guò)濾 69h 后，涂鋁砂的出水 UV254比未涂層砂平均低8.0% ；DOC低11.2%；CODMn 低 19.2%。

　　由于 UV 254 是非揮發(fā)性總有機(jī)碳和三鹵甲烷前體物的良好替代參數(shù)。它的去除，其意義比 COD Mn 更大。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，即本研究所測(cè)定的濾后水中的 UV 254 和 DOC值，可以得到 UV 254 和 DOC 的相關(guān)關(guān)系為：

DOC / UV 254 ? 41.81

4. 結(jié)論

　　經(jīng)試驗(yàn)證明，三種不同的涂層砂對(duì)有機(jī)物的去除率，利用堿性沉積方法制備的 A 型涂鐵砂不及高溫條件下產(chǎn)生的 B 型涂鐵砂和堿性沉積法制備的涂鋁砂。但無(wú)論哪一種氧化物涂層砂，對(duì)天然有機(jī)物的去除率都高于未涂層石英砂（原砂）。試驗(yàn)表明，反沖洗之后，對(duì)天然有機(jī)物的去除效果，涂層砂仍舊優(yōu)于未涂層砂。在本試驗(yàn)的條件下，得到溶解性有機(jī)物（ DOC ）值是紫外吸光度（ UV 254 ）測(cè)定數(shù)據(jù)的約 42 倍。

參考文獻(xiàn)

1. Chang Y,et al.,Iron Oxide-coated Media for NOM Sorption and Particulate Filtration, J.AWWA, 1997, 89(5):100-113.
2. Mcmeen C. R., et al., NOM Removal by Slow Sand Filtration Through Coated Olivine, J.AWWA, 1997,89(2):57-71.
3. 高乃云、徐迪民、范瑾初、嚴(yán)煦世，氧化鋁涂層改性石英砂過(guò)濾性能研究 . 中國(guó)給水排水，1999, 15 （3）：8－10。

《 上海環(huán)境科學(xué) 》 2002 年 第 4 期
發(fā)表時(shí)間： 2002-4