CN113754180A - 一种磷酸盐强化生物活性炭控制卤乙腈的方法及实验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磷酸盐强化生物活性炭控制卤乙腈的方法及实验方法，磷酸盐强化生物活性炭控制卤乙腈的方法包括如下步骤：S1：向生物活性炭滤池内加入地表水；S2：向生物活性炭滤池内加入磷酸盐溶液，搅拌均匀后避光反应一段时间；S3：将生物活性炭滤池内的地表水排出并进行氯消毒处理；步骤S2中磷酸盐溶液的投加浓度为0.2‑0.7mg/L，本发明与现有技术相比的优点在于：在生物活性炭滤池内加入磷酸盐溶液，能够强化生物活性炭的微生物作用，降低生物活性炭上生物膜中微生物EPS的生成量，促进生物活性炭对地表水中DOC的去除，从而有效降低含氮消毒副产物卤乙腈的生成潜能。

Description

一种磷酸盐强化生物活性炭控制卤乙腈的方法及实验方法
技术领域
本发明涉及饮用水处理技术领域，具体是指一种磷酸盐强化生物活性炭控制卤乙腈的方法及实验方法。
背景技术
消毒通常为生物活性炭工艺的下一道工艺，氯因价格低廉，便于运输、存储，具有良好的杀菌效果，能彻底氧化具有臭味的物质，因而被广泛使用，然而，人们在消毒后的水中检测到三卤甲烷和卤乙酸等常规消毒副产物，且研究表明，氯消毒后会产生对人体更有害的含氮消毒副产物，其毒性是含碳消毒副产物的30-80倍，因而卤乙腈作为典型的含氮消毒副产物，越来越受到人们的重视。
生物活性炭过滤是饮用水消毒输配之前管理、维护及增强颗粒滤料表面生物活性以去除有机和无机物的过程，生物活性炭过滤是生物过滤的一种，通常是作为源头控制消毒副产物生成的行之有效的方法，国内外诸多研究报道了生物活性炭滤池整体上对消毒副产物前体物表现出削减效果，有效控制水中消毒副产物的产生。
然而，近年来少数研究开始报道饮用水生物活性炭过滤工艺黑箱内部微生物代谢产物作为前体物的“源”，提高了某些毒性较高N-DBPs(含氮消毒副产物)的生成潜能。调查发现，北美一些水厂中生物过滤工艺中生物膜的脱落以及溶解性微生物代谢产物和藻类胞内有机质释放到水体中，导致NDMA(亚硝基二甲胺)前驱物和NDMA生成潜能明显升高。
考虑到EPS(胞外聚合物)和DOC(可溶性有机碳)是DBPs(消毒副产物)前体物的重要表征指标，那么如何降低EPS和DOC是控制含氮消毒副产物卤乙腈的关键。
发明内容
本发明提供一种磷酸盐强化生物活性炭控制卤乙腈的方法及实验方法，其能够解决的技术问题是：如何降低EPS及DOC，以使含氮消毒副产物卤乙腈的生成潜能下降。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种磷酸盐强化生物活性炭控制卤乙腈的方法，包括如下步骤：
S1：向生物活性炭滤池内加入地表水；
S2：向所述生物活性炭滤池内加入磷酸盐溶液，搅拌均匀后避光反应一段时间，以降低生物活性炭滤池中微生物EPS的生成量，促进生物活性炭对地表水中DOC的去除；
S3：将所述生物活性炭滤池内的地表水排出并进行氯消毒处理，氯消毒处理能对地表水进行杀菌除臭，且在EPS及DOC含量均降低的情况下，氯消毒时产生副产物卤乙腈的风险大大降低；
所述步骤S2中磷酸盐溶液的投加浓度为0.2-0.7mg/L。
所述步骤S2中的反应时间为12h。
所述步骤S2中的磷酸盐溶液为磷酸氢二钠溶液。
一种磷酸盐强化生物活性炭控制卤乙腈的实验方法，包括如下步骤：
S1：向反应器内加入地表水；
S2：向所述反应器内加入生物活性炭；
S3：向所述反应器内加入磷酸盐溶液；
S4：将所述反应器置于气浴摇床中避光反应一段时间，气浴摇床使反应器能够模拟出生物活性炭滤池内的反应环境，避免因反应器较小导致生物活性炭的微生物生物量和生物活性较低；
S5：将所述反应器内的地表水排出并进行氯消毒处理；
所述步骤S3中磷酸盐溶液的投加浓度为0.2-0.7mg/L。
所述步骤S4中反应器内的溶解氧浓度为7-9mg/L，使反应器内生物活性炭上的微生物能够保持较高的生物量和生物活性，接近于生物活性炭滤池内的反应状态。
所述步骤S4中的反应时间为12h。
所述步骤S3中的磷酸盐溶液为磷酸氢二钠溶液。
所述步骤S4中气浴摇床的转速为150r/min，温度为30℃，以使反应器内的溶解氧浓度能够达到7-9mg/L。
所述步骤S2中的生物活性炭为50g，取自生物活性炭滤池内表层2-5cm的活性炭，所述生物活性炭滤池运行时间为10-14m，以保证活性炭中具有丰富的生物以及生物具有较高的生物量和生物活性。
所述步骤S1中的地表水为500mL。
本发明和现有技术相比所具有的优点是：
1、在生物活性炭滤池内加入磷酸盐溶液，能够强化生物活性炭的微生物作用，降低生物活性炭上生物膜中微生物EPS的生成量，促进生物活性炭对地表水中DOC的去除，从而有效降低含氮消毒副产物卤乙腈的生成潜能；
2、磷酸盐投加量小，避免造成磷污染；
3、直接对地表水进行生物活性炭过滤处理，无任何预处理，成本低，操作简单，易于工程运用。
附图说明
图1是本发明测试时各参数的柱状图。
图2是本发明测试时各参数的柱状图。
图3是本发明测试时各参数的柱状图。
图4是本发明测试时各参数的柱状图。
具体实施方式
以下所述仅为本发明的较佳实施例，并不因此而限定本发明的保护范围，下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例，见图1至图4所示：
一种磷酸盐强化生物活性炭控制卤乙腈的方法，包括如下步骤：
S1：向生物活性炭滤池内加入河水。
S2：向生物活性炭滤池内加入磷酸氢二钠溶液，搅拌均匀后避光反应12h。
其中，作为磷酸氢二钠溶液投加浓度的第一实施例，磷酸氢二钠溶液的投加浓度为0.3mg/L，由于河水中本身含有一定的磷酸根，在生物活性炭滤池内加入磷酸氢二钠溶液后，生物活性炭滤池内地表水中磷酸根的浓度稍大于0.3mg/L；
作为磷酸氢二钠溶液投加浓度的第二实施例，磷酸氢二钠溶液的投加浓度为0.6mg/L，在生物活性炭滤池内加入磷酸氢二钠溶液后，生物活性炭滤池内地表水中磷酸根的浓度稍大于0.6mg/L。
S3：将生物活性炭滤池内的地表水排出并进行氯消毒处理。
其中，作为氯消毒处理的第一实施例，氯消毒采用次氯酸钠溶液，其投加浓度为16.3mg/L；
作为氯消毒处理的第二实施例，氯消毒采用氯胺消毒剂，其主要成分为NH2Cl一氯胺，其投加浓度为6.3mg/L，其由次氯酸钠溶液与氯化铵溶液以摩尔比1:1.2反应制得。
一种磷酸盐强化生物活性炭控制卤乙腈的实验方法，其利用上述磷酸盐强化生物活性炭控制卤乙腈的方法，模拟实际地表水处理时的状态。
实验方法包括如下步骤：
S1：选取三组反应器，反应器为棕色瓶，其容量较大于500mL，分别向三组反应器内加入500mL河水。
S2：分别向三组反应器内加入50g生物活性炭，生物活性炭取自生物活性炭滤池内的表层2-5cm的活性炭，生物活性炭滤池运行时间为10-14m。
S3：第一组反应器内不加入磷酸氢二钠溶液，第二组反应器内以0.3mg/L的投加浓度加入磷酸氢二钠溶液，第三组反应器内以0.6mg/L的投加浓度加入磷酸氢二钠溶液。
S4：分别将三组反应器置于气浴摇床中避光反应12h时间，且气浴摇床的转速为150r/min，温度为30℃，以保持反应器内的溶解氧浓度为8mg/L；
S5：分别将三组反应器内的河水排出，并经孔径为0.45μm的膜过滤后，取40mL的出水进行氯消毒处理；
其中，三组反应器的出水氯消毒采用次氯酸钠溶液消毒时，其投加浓度为16.3mg/L时，消毒时间为24h；
消毒后，测试出水中TCAN(三氯乙腈)、DCAN(二氯乙腈)、BCAN(一溴一氯乙腈)、DBAN(二溴乙腈)及HAN4(上述四种卤乙腈总和)的浓度；
以TCAN、DCAN、BCAN、DBAN及HAN4为横坐标，以其浓度为纵坐标，绘制如图1所示的柱状图，以比较INF(反应器进水)、p＝0(第一组反应器中磷酸氢二钠溶液的投加浓度)、p＝0.3(第二组反应器中磷酸氢二钠溶液的投加浓度)及p＝0.6(第三组反应器中磷酸氢二钠溶液的投加浓度)时的各参数。
三组反应器的出水氯消毒采用氯胺消毒剂消毒时，其投加浓度为6.3mg/L时，消毒时间为72h，且其由次氯酸钠溶液与氯化铵溶液以摩尔比1:1.2反应制得；
消毒后，测试出水中TCAN(三氯乙腈)、DCAN(二氯乙腈)、BCAN(一溴一氯乙腈)、DBAN(二溴乙腈)及HAN4(上述四种卤乙腈总和)的浓度；
以TCAN、DCAN、BCAN、DBAN及HAN4的名称为横坐标，以其浓度为纵坐标，绘制如图2所示的柱状图，以比较INF(反应器进水)、p＝0(第一组反应器中磷酸氢二钠溶液的投加浓度)、p＝0.3(第二组反应器中磷酸氢二钠溶液的投加浓度)及p＝0.6(第三组反应器中磷酸氢二钠溶液的投加浓度)时的各参数。
根据图1及图2可知，p＝0.3及p＝0.6时，出水中的卤乙腈生成潜能显著低于INF及p＝0，且p＝0.6时，出水中的卤乙腈生成潜能最低，从而证明了磷酸盐溶液能够降低卤乙腈的生成潜能。
由于EPS主要由PN(蛋白)及PS(多糖)构成，因此在磷酸氢二钠溶液投加前和反应12h后，测定生物活性炭上生物膜中的PN和PS含量，以得到磷酸盐强化前后生物活性炭上生物膜的EPS含量以及PN与PS的比值：
以磷酸氢二钠溶液的反应时间t＝0h、t＝12h为横坐标，以测定的PN及PS浓度为纵坐标，绘制如图3所示的柱状图，以比较p＝0(第一组反应器中磷酸氢二钠溶液的投加浓度)、p＝0.3(第二组反应器中磷酸氢二钠溶液的投加浓度)及p＝0.6(第三组反应器中磷酸氢二钠溶液的投加浓度)时的各参数；
由图3可知，p＝0.3及p＝0.6时，出水中的PN及PS显著低于p＝0时，且p＝0.6时，出水中的PN及PS的浓度最低，从而证明了磷酸盐溶液能够减少生物活性炭上生物膜中微生物EPS的生成量，降低卤乙腈的生成潜能。
以p＝0(第一组反应器中磷酸氢二钠溶液的投加浓度)、p＝0.3(第二组反应器中磷酸氢二钠溶液的投加浓度)及p＝0.6(第三组反应器中磷酸氢二钠溶液的投加浓度)为横坐标，以PN与PS的比值为纵坐标，绘制如图4所示的柱状图，以比较磷酸氢二钠溶液反应时间t＝0h及t＝12h时的各参数；
由图4可知，p＝0.3及p＝0.6时，反应后出水中PN与PS的比值明显高于p＝0时，且p＝0.6时，PN与PS的比值最高，由于PN/PS的比值越大，生物活性炭上产生的微生物絮体越多，而微生物絮体上含有较多的吸附位点，能够较好的去除水中包括消毒副产物前体物在内的溶解性有机物，从而证明了磷酸盐溶液能够强化生物活性炭的微生物作用，促进生物活性炭对地表水中DOC的去除，有效降低卤乙腈的生成潜能。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种磷酸盐强化生物活性炭控制卤乙腈的方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：向生物活性炭滤池内加入地表水；
S2：向所述生物活性炭滤池内加入磷酸盐溶液，搅拌均匀后避光反应一段时间；
S3：将所述生物活性炭滤池内的地表水排出并进行氯消毒处理；
所述步骤S2中磷酸盐溶液的投加浓度为0.2-0.7mg/L。
2.根据权利要求1所述的一种磷酸盐强化生物活性炭控制卤乙腈的方法，其特征在于：所述步骤S2中的反应时间为12h。
3.根据权利要求1或2所述的一种磷酸盐强化生物活性炭控制卤乙腈的方法，其特征在于：所述步骤S2中的磷酸盐溶液为磷酸氢二钠溶液。
4.一种磷酸盐强化生物活性炭控制卤乙腈的实验方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：向反应器内加入地表水；
S2：向所述反应器内加入生物活性炭；
S3：向所述反应器内加入磷酸盐溶液；
S4：将所述反应器置于气浴摇床中避光反应一段时间；
S5：将所述反应器内的地表水排出并进行氯消毒处理；
所述步骤S3中磷酸盐溶液的投加浓度为0.2-0.7mg/L，所述步骤S4中反应器内的溶解氧浓度为7-9mg/L。
5.根据权利要求4所述的一种磷酸盐强化生物活性炭控制卤乙腈的实验方法，其特征在于：所述步骤S4中的反应时间为12h。
6.根据权利要求4所述的一种磷酸盐强化生物活性炭控制卤乙腈的实验方法，其特征在于：所述步骤S3中的磷酸盐溶液为磷酸氢二钠溶液。
7.根据权利要求4、5或6所述的一种磷酸盐强化生物活性炭控制卤乙腈的实验方法，其特征在于：所述步骤S4中气浴摇床的转速为150r/min，温度为30℃。
8.根据权利要求4所述的一种磷酸盐强化生物活性炭控制卤乙腈的实验方法，其特征在于：所述步骤S2中的生物活性炭为50g，取自生物活性炭滤池内的表层活性炭，所述生物活性炭滤池运行时间为10-14m。
9.根据权利要求4所述的一种磷酸盐强化生物活性炭控制卤乙腈的实验方法，其特征在于：所述步骤S1中的地表水为500mL。
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