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家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200092； 2-日本國立岐阜大學(xué)工學(xué)部土木工學(xué)科, 3-日本國立岐阜大學(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。對三種不同氧化物涂層砂和未涂層砂對天然有機(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　過濾 DOC UV254 CODMn

1. 簡介

　　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)，對其吸附NOM的容量沒有任何影響。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濾對水中的天然有機(jī)物的去除率進(jìn)行了研究和評價(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，采用等水頭減速過濾進(jìn)行微污染水源的直接過濾除有機(jī)物實(shí)驗(yàn)。具體測定分析項(xiàng)目見表1。

表1 測試項(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微污染水源（渾濁度在20 NTU左右）的直接過濾中，初始濾速為4.5 m/h，變速過濾， 測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 隨過濾時(shí)間的變化。從圖中可見，盡管天然河水水質(zhì)變化很大，但B型涂鐵砂在過濾過程中，對 UV254、DOC和CODMn 的去除效果明顯地優(yōu)于未涂層砂。曲線的波動是由于原水水質(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 隨過濾時(shí)間的變化見圖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，過濾過程中，裂縫越來越寬（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)物的變化見圖7-9。從圖中可以看到，對于表征有機(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型涂鐵砂相同過濾條件下，涂鋁砂的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過60多小時(shí)過濾，涂鋁砂和未涂層砂經(jīng)沖洗之后，進(jìn)行再過濾，從濾后水中的 UV 254 和 DOC 以及 COD Mn 隨過濾時(shí)間的變化可以看出，涂鋁砂對有機(jī)物的去除效果仍然優(yōu)于未涂層砂。
　　總之，對于有機(jī)物去除效果的研究中，無論是 60 多小時(shí)連續(xù)過濾還是沖洗過后的再過濾，涂鋁砂和未涂層石英砂濾后水中 UV254 、 DOC 和 COD Mn 的剩余量曲線在開始過濾若干小時(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)物仍會透過覆蓋層，進(jìn)入濾料表面而被吸附去除。

　　通過對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理與計(jì)算可以得到，經(jīng) 10h 過濾，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。但無論哪一種氧化物涂層砂，對天然有機(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濾性能研究 . 中國給水排水，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