摘要：將自來水廠濾池石英砂濾料更換為活性無煙煤，對比了石英砂、活性無煙煤濾料過濾對水中有機物的去除效果，以及這兩種濾料控制三鹵甲烷生成的效果。結果表明，將石英砂濾料更換為活性無煙煤濾料，可將CODMn平均去除率由18%提高至46%，UV254平均去除率由6%提高至58%，從而降低THMs前體物含量，使得THMFP的平均去除率由9%提高至42%。
三鹵甲烷（THMs）是飲用水處理過程中氯化消毒產生的一類主要副產物，為可疑性致癌物質。THMs一般認為是氯與腐殖酸、富里酸等消毒副產物前體物（DBPP）反應而生成的，降低水中DBPP的方法有強化混凝法、化學氧化法、活性炭吸附法等。
活性無煙煤是普通的無煙煤濾料經過特殊程序的活化制備的，具有豐富的多孔結構，有利于吸附水中有機物。本文在生產性試驗的規模上對比研究了石英砂、活性無煙煤濾料過濾對DBPP的去除效果，從而控制THMs的生成，為水廠的改造提供技術參考。
1.試驗部分
1.1 試驗方法
將南方某水廠兩格快濾池石英砂濾料更換為活性無煙煤，處理水量為10000m3/d，濾速均為8m/h。石英砂濾料有效濾徑D10=0.90mm，濾層厚度為1.2m；活性無煙煤濾層粒徑0.8~2.0mm，厚度為1.2m，碘吸附值，在運行初期測定為680mg/g，運行一年后測定為650mg/g。濾池反沖洗周期與強度為：水沖洗周期48h，水沖強度15L/s m2，水沖時間10min；氣水沖洗周期7d，氣沖強度10L/s m2，氣沖時間2min。 該生產性試驗濾池不間斷連續運行一年時間，定期監測耗氧量（CODMn）、 UV254等有機物指標、三鹵甲烷生成勢潛能（THMFP）。
1.2 檢測指標
THMs：Tekmar 3100吹掃-捕集濃縮器富集進樣，Agilent 7890A-5975C氣相色譜-質譜聯用儀檢測三氯甲烷、二氯一溴甲烷、一氯二溴甲烷和三溴甲烷，THMs為這四種消毒副產物濃度之和。
THMFP：間接表征水中THMs前體物的多少。THMFP測定是在高投氯量和長時間反應的條件下，水樣能生成THMs的多少。THMFP的測定參照美國標準方法。
CODMn：酸性高錳酸鉀滴定法。
UV254：水樣經0.45um的濾膜過濾以去除顆粒物質引起的干擾，然后在紫外分光光度計上測定其在254nm波長單位比色皿光程下的紫外吸光度。
2.結果與討論
2.1 兩種濾料對CODMn的去除效果
生產性試驗不間斷運行期間，定期監測濾池待濾水、石英砂濾池出水、活性無煙煤濾池出水的CODMn指標，結果如圖1、表1所示。
表1 石英砂、活性無煙煤濾料對CODMn的去除效果統計表（單位：mg/L）
| CODMn | 待濾水 | 活性無煙煤濾池出水 | 砂濾池出水 |
| 最大值 | 2.77 | 1.50 | 2.18 |
| 最小值 | 1.07 | 0.43 | 0.88 |
| 均值 | 1.59 | 0.84 | 1.31 |
從圖1、表1可以看出，連續運行期間，活性無煙煤濾池出水的CODMn均小于石英砂濾池出水，活性無煙煤對CODMn的平均去除率達46%，而石英砂僅為18%。這說明，活性無煙煤與活性炭一樣，具有較高的吸附活性，能夠顯著去除水中有機物。
2.2 兩種濾料對UV254的去除效果
生產性試驗不間斷運行期間，定期監測濾池待濾水、石英砂濾池出水、活性無煙煤濾池出水的UV254指標，結果如圖2、表2所示。
表2 石英砂、活性無煙煤濾料對UV254的去除效果統計表（單位：cm-1）
| UV254 | 待濾水 | 活性無煙煤濾池出水 | 砂濾池出水 |
| 最大值 | 0.058 | 0.028 | 0.045 |
| 最小值 | 0.020 | 0.001 | 0.020 |
| 均值 | 0.031 | 0.013 | 0.029 |
紫外吸光度與DBPP含量有密切關系。通常的DBPP都含有苯環結構，會吸收與其濃度成正比的紫外輻射。UV254是指在254nm波長下水中的紫外吸光度，作為衡量有機物含量的一項重要參數，可以用作THMs前體物含量的替代參數。從圖2、表2可以看出，連續運行期間，活性無煙煤濾池出水的UV254均遠小于石英砂濾池出水，活性無煙煤對UV254的平均去除率達58%，而石英砂對UV254的去除率僅為6%。
2.3 兩種濾料控制THMs生成的效果
生產性試驗不間斷運行期間，定期監測濾池待濾水、石英砂濾池出水、活性無煙煤濾池出水的THMFP，結果如圖3、表3所示。
表3 石英砂、活性無煙煤濾料對去除THMFP效果統計表（單位：ug/L）
| THMFP | 待濾水 | 活性無煙煤濾池出水 | 砂濾池出水 |
| 最大值 | 224.88 | 123.28 | 199.82 |
| 最小值 | 100.59 | 46.92 | 82.71 |
| 均值 | 149.32 | 87.04 | 136.44 |
從圖3、表3可以看出，連續運行期間，活性無煙煤濾池出水的THMFP均遠小于石英砂濾池出水，活性無煙煤對THMFP的平均去除率達42%，而石英砂僅為9%。這說明，活性無煙煤與活性炭一樣，具有較高的吸附活性，能夠顯著去除水中有機物。這可能是活性無煙煤濾料具有豐富的孔隙結構和較大的比表面積，THMs前體物通過與濾料表面的的靜電引力、范德華力及氫鍵、配位鍵等得到了吸附去除。而石英砂濾料表面光滑，無孔隙結構，去除THMs前體物的效果不明顯。THMFP去除的結果與CODMn和UV234的去除規律相一致。
3.結論
生產性試驗連續運行監測的水質數據表明，將石英砂濾料更換為活性無煙煤濾料，可將COD平均去除率由18%提高至46%，UV254平均去除率由6%提高至58%，從而降低THMs前體物含量，使得THMFP的平均去除率由9%提高至42%。運行一年后，活性無煙煤濾料的碘吸附值由680mg/g下降為650mg/g，下降不明顯，對CODMn和UV254的去除率運行初期下降較快，兩個月后基本趨于穩定。活性無煙煤濾料價格約為6000元/噸，與活性炭濾料相比具有成本優勢，用于城鎮給水處理行業暫無相關標準，若要取得較好的有機物去除效果，活性無煙煤碘吸附值要不低于600mg/g。
