摘要：隨著水資源日益緊缺、水質(zhì)惡化，原水嗅味問題成為我國自來水廠迫切關(guān)注的水質(zhì)問題。本研究對北京市地表水水源突發(fā)嗅味問題進行了較為全面的分析，確定2－MIB為水體主要致嗅物質(zhì)。常規(guī)工藝不能有效解決嗅味問題，采用粉末活性炭可以有效地吸附嗅味物質(zhì)，經(jīng)試驗研究及運行驗證， 在原水2-MIB濃度100ng/L以上的條件下，可將出廠水2-MIB濃度控制在10ng/L以下，解決了因嗅味引起的用戶投訴。

關(guān)鍵詞：嗅味；2-MIB；粉末活性炭；常規(guī)處理；

引言
   
隨著生活水平的提高，人們對飲用水的質(zhì)量提出了更高的要求。合乎需要的飲用水必須擁有良好的視覺、嗅覺和味覺。水的感官性狀是人們對飲用水質(zhì)量的直觀判斷，是評價水質(zhì)的重要依據(jù)。感官性狀指標包括：水的色度、嗅味、和混濁度1。而嗅和味是人類評價飲用水質(zhì)量的最早的參數(shù)，因為它能被飲用者最直觀地判斷2。飲用水中出現(xiàn)令人討厭的氣味是一個全球性的問題，在美洲、澳洲、歐洲、非洲和亞洲的飲用水中普遍存在異味問題，國外在飲用水中嗅味研究方面起步早，在嗅味分析檢測方法，水源地污染源種類及其成因和去除技術(shù)研究方面都取得了很多成果。早在1993年，日本便規(guī)定了采用粉末活性炭處理2-MIB和Geosmin濃度為20ng/L，活性炭濾池出水濃度為10ng/L3。在給水廠處理嗅味的常用方法有粉末炭吸附和臭氧氧化。第九水廠原水取自密云水庫。隨著水庫蓄水量的逐年減少，水庫富營養(yǎng)化程度加劇，在2002年9月曾經(jīng)發(fā)生局部水華現(xiàn)象，出廠水嗅味一度達到一級，用戶反映強烈。后經(jīng)試驗研究，確定了高錳酸鉀預(yù)氧化技術(shù)去除嗅味，出廠水基本無味，用戶反映有所緩解。2005年8月，自來水公司陸續(xù)接到用戶投訴，并有上升趨勢，雖經(jīng)提高高錳酸鉀投藥量，仍不能徹底解決管網(wǎng)水嗅味問題。為此，第九水廠采用粉末炭與活性炭濾池聯(lián)用技術(shù)對飲用水中嗅味開展處理研究，同時，與高錳酸鉀和臭氧預(yù)氧化進行技術(shù)比較，最終確定了粉末炭吸附工藝并建立應(yīng)急處理方案，改善了出廠水水質(zhì)。

1原水嗅味問題

1.1原水藻類分析

富營養(yǎng)化水體發(fā)生異嗅的藻類和放線菌在新陳代謝過程中產(chǎn)生的發(fā)臭物使水體產(chǎn)生異嗅2。通過對密云水庫長期監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)藻類高發(fā)期為春秋兩季，尤以秋季最高。見圖1。同樣嗅味投訴事件的出現(xiàn)也具有一定的規(guī)律性，春秋季節(jié)多發(fā)，且秋季尤其明顯。

由圖1可見雖然2002年藻類總數(shù)較2004年少，但由于藍藻數(shù)量占藻類總數(shù)的30%以上，引起了出廠水嗅味問題。而2004年9月藻類以硅藻為主，占77%，藍藻占19%。在工藝中通過提高高錳酸鉀投加量，提高加藥量強化混凝沉淀工藝后，便可控制出廠水嗅味，用戶投訴很少。

2005年由于改變藻類的監(jiān)測方法，藻類總體數(shù)量較往年下降了4倍左右。根據(jù)對密云水庫藻類品種的分析可以發(fā)現(xiàn)在藍綠藻衰退后和上升階段，用戶嗅味反映最強烈，與相關(guān)研究成果規(guī)律相同2、6。

1.2水庫原水中的嗅味物質(zhì)分析

目前，已被查明的致嗅物質(zhì)主要是2-MIB（二甲基異莰醇）和Geosmin（土臭素）。為更好的應(yīng)對原水嗅味問題，通過對水庫水中嗅味物質(zhì)進行分析，發(fā)現(xiàn)原水2-MIB為主要致嗅物質(zhì)6。取水庫原水經(jīng)SDE富集后，通過GC-MS進行定性和定量分析，結(jié)果如表1所示。

國內(nèi)對嗅味物質(zhì)無量化標準，參考日本飲水標準，嗅味物質(zhì)2-MIB、Geosmin應(yīng)達到10ng/L以下；法國相關(guān)資料認為當(dāng)2-MIB 濃度在5ng/L時便會產(chǎn)生2級嗅閾值3，因此對5－10ng/L的嗅味物質(zhì)含量人便可感知。由表1可以確定，2005年原水9月初水庫原水2-MIB濃度高達100 ng/l以上，Geosmin濃度較低，水庫水致嗅物質(zhì)以2-MIB為主，高出日本標準10余倍。2-MIB經(jīng)過九廠常規(guī)＋活性炭對2-MIB的處理未能達到10ng/L以下，本年度出廠水和管網(wǎng)水主要致嗅物質(zhì)為2-MIB，Geosmin對出廠水嗅味貢獻較小。  

2 主要處理技術(shù)與效果評估

2.1常規(guī)＋活性炭處理流程對2-MIB的去除效果

第九水廠設(shè)計供水能力150萬m3/日，分三期建設(shè)，水處理工藝均為常規(guī)加活性炭深度處理工藝。一期原水為回流水和密云水庫水：機械加速澄清池、煤砂虹吸濾池和活性炭濾池。二、三期處理水庫水：波形板反應(yīng)沉淀池、氣水反沖煤濾池、炭濾池。

全廠生產(chǎn)工藝流程如圖3所示：

由于2005年9月初期，用戶對嗅味的反映主要集中在一期供水范圍，便對一期各生產(chǎn)環(huán)節(jié)進行嗅味物質(zhì)檢測。見表2。發(fā)現(xiàn)，混合了回流水的一期進水中2-MIB濃度高達280 ng/l。由于生產(chǎn)回流水包括污泥上清液和反沖排水上清液，兩水源中濃縮了較高濃度的嗅味物質(zhì)，活性炭濾池難以全部吸附處理，導(dǎo)致出廠水嗅味濃度較高。原水經(jīng)過混凝沉淀、過濾等常規(guī)水處理單元時對MIB去除效率低54％。通過高錳酸鉀預(yù)氧化、調(diào)整混凝藥劑的投加量，很難將溶解性的嗅味物質(zhì)去除。雖然經(jīng)過活性炭工藝的吸附，水廠常規(guī)＋活性炭工藝對對2-MIB等嗅味物質(zhì)去除率達到90％，但仍不能達到將炭后水MIB降到10ng/l以下的滿意效果3。

2.2 回流水質(zhì)對原水水質(zhì)的影響  
 
通過表2看出，混合有回流水的一期進廠水，嗅味物質(zhì)濃度增加幅度非常大，說明反沖水中含有高濃度的MIB。由于反沖洗排水約90％的上清液回流至配水井，占一期處理水量的10％以上，因此研究回流水中嗅味物質(zhì)的變化規(guī)律有重要的意義。

由于一期進水嗅味物質(zhì)比原水濃度高將近一倍，再次對炭池反沖洗排水進行檢測，結(jié)果如表3所示。反沖初始2-MIB濃度較高，說明水沖也可以起到釋放活性炭吸附的污染物，恢復(fù)部分炭吸附能力的作用?；诜治鼋Y(jié)果，決定將炭池反沖周期由原6天一次縮短到3天一次，緩解由于炭吸附飽和后的嗅味穿透。

由表中數(shù)據(jù)可以看出，污泥上清液較回流水中嗅味物質(zhì)含量低，是否與污泥停留時間較長，受到微生物的降解有關(guān)有待進一步研究。

2.3粉末活性炭應(yīng)急處理方案研究

2.3.1處理水中嗅味物質(zhì)技術(shù)方案比選

臭氧預(yù)氧化技術(shù)應(yīng)用于改善飲用水的嗅味，去除色度和農(nóng)藥等有機污染物，但由于設(shè)備龐大，耗電量高在國內(nèi)較少使用。針對嗅味物質(zhì)進行臭氧氧化試驗，臭氧投加量最高2mg/L。

由圖4可以看出，預(yù)臭氧對MIB和geosmin的去除效率較低，在預(yù)臭氧投量達1.5ppm條件下，MIB和geosmin僅能去除25％左右。從試驗結(jié)果和設(shè)備購置周期的角度分析，臭氧氧化技術(shù)不宜作為應(yīng)急技術(shù)方案。

高錳酸鉀預(yù)氧化技術(shù)是第九水廠2002年開始使用，經(jīng)上述對進廠水嗅味物質(zhì)分析結(jié)果證明，此項技術(shù)已不能滿足2005年秋季的水質(zhì)處理要求。
粉末活性炭是一種具有多孔結(jié)構(gòu)、巨大比表面積和吸附能力的粉狀炭。通常采用碳源豐富的木材、煤、骨等材料制成。投加粉末活性炭是飲用水處理中常用的手段之一，具有悠久的歷史，技術(shù)成熟。早在1927年，美國便采用粉末炭去除水中的苯酚，80年代，有近200家水廠使用粉末炭控制嗅味。我國在1967年便使用活性炭脫色去味，在日本粉末炭的應(yīng)用更為廣泛。粉末炭對于飲用水中大部分有機污染物、有機臭味物質(zhì)的去除具有廣泛適用性。同時，粉末活性炭由于使用方便，可以根據(jù)飲用水嗅味的實際情況決定短期或應(yīng)急措施處理藻類爆發(fā)期的嗅味問題。粉末活性炭直接投加到水中，與有機污染物吸附后，可經(jīng)混凝沉淀和過濾分離出來4、5。由此，確定采用粉末活性炭作為處理九廠嗅味問題的應(yīng)急處理措施。

2.3.2粉末炭選型

在粉末炭選型時，煤質(zhì)活性炭比木質(zhì)炭更易沉降，而且價格便宜。根據(jù)九廠在用的顆?；钚蕴恐笜舜_定了粉炭指標參數(shù)，粒徑為200目。通過對兩家炭廠生產(chǎn)的煤質(zhì)粉末炭進行嗅味物質(zhì)吸附試驗，發(fā)現(xiàn)相同指標的SX炭效果較優(yōu)，高濃度吸附效果比NX炭顯示出更強的優(yōu)勢。隨著吸附時間的延長，兩種炭的差異逐漸縮小，見圖5

2.3.3確定粉末炭投加點

粉炭投加點可設(shè)在水源處、混凝前和濾池前7。通過進行粉末炭對不同嗅味物質(zhì)吸附動力學(xué)試驗曲線，可以看出MIB需要較長時間進行吸附才能達到平衡。雖然粉末炭對這些痕量目標化合物的去除主要在1小時之內(nèi)的吸附，之后的吸附速率有所降低，但如有條件延長吸附時間將會使嗅味物質(zhì)濃度進一步降低，提高吸附效率，見圖6。據(jù)此，九廠應(yīng)考慮在密云取水站投加，以延長粉末炭對嗅味物質(zhì)的吸附時間。

2.3.4確定粉末炭投加量

針對原水2-MIB含量進行投加量試驗，并進一步驗證接觸時間、炭選擇試驗結(jié)果，如圖7，圖8。

由圖7、圖8可以看出，為保證充分利用PAC的吸附能力，延長PAC在工藝中的接觸時間是非常必要的；同樣，與動力學(xué)結(jié)果一致，山西PAC吸附效果優(yōu)于寧夏PAC，但對geosmin的效果影響不大。

MIB和geosmin在天然水體中的去除率與其初始濃度無關(guān)，根據(jù)需要降低到的目標濃度，利用吸附特性曲線，計算出實際需要的PAC投加量。粉末炭投加量與嗅味關(guān)系試驗圖可知，在一個給定的粉末炭投加量和吸附時間后，痕量嗅味物質(zhì)的去除率與開始濃度無關(guān)，必須考慮過量投加。經(jīng)試驗15mg/l與20mg/l粉末炭的處理效果相當(dāng)，投加量確定15mg/L，見圖9。凈水藥劑采用聚合氯化鋁，投加率20mg/L，即使在粉末炭投量稍少的情況下嗅味仍為一級弱，去除嗅味效果穩(wěn)定。

以上試驗表明，采用15 mg/L 的SX粉末活性炭，投加點置于密云取水站，經(jīng)過18小時長距離管道吸附輸送到凈配水廠，凈水藥劑投加率20 mg/L提高沉淀效果，確定了對原水主要致嗅物質(zhì)2-MIB的初步技術(shù)參數(shù)。

2.4粉末炭中試試驗結(jié)果

為考察投加粉末炭對后續(xù)處理工藝-濾池的影響，進一步開展了中試運行試驗。結(jié)果證明粉末炭與適當(dāng)?shù)幕炷齽┦褂脤罄m(xù)工藝影響不大，在濾池過濾后嗅味即可降低到一級弱或無，效果非常明顯。即使濾后出水含有較低濃度嗅味物質(zhì)也會被活性炭濾池吸附，進一步提高水質(zhì)。

中試試驗條件：
水量：5m3/h連續(xù)運行
采用進廠水為試驗原水，原水中已投加高錳酸鹽復(fù)合劑1.2mg/L
混合池：將粉末活性炭制成乳液后再進行投加，投加率15mg/L；PACL20mg/L；接觸時間30sec
反應(yīng)時間：10min，三級機械攪拌
沉淀時間：60min

實驗結(jié)果：

如圖10、圖11所示，原水投加15mg/L的粉末炭，經(jīng)沉淀過濾工藝去除對嗅味和UV254去除效果非常明顯，平均煤后嗅味去除率達到80%；UV254達到50%以上。圖12顯示了適合的凈水藥劑投加量，對加炭原水濁度去除效果達到70%，煤池出水濁度可以控制在0.2NTU以下。

任何技術(shù)方案的實施，都必須對現(xiàn)有水廠生產(chǎn)工藝不能有過大的擾動。濾池的濾程和出水濁度是直接關(guān)系到技術(shù)參數(shù)的可靠性和可實施性。由圖13可見，投加粉末炭與未加試驗條件對照，雖然對濾池濾程無縮短的影響，相反有延長的趨勢。通過加藥絮凝過程，炭顆粒與藥劑形成絮體的顆粒比一般絮體比重大，有利于沉淀。根據(jù)濾池水頭損失增長趨勢來看，達到36小時反沖周期的可能性很大。因此投加粉末炭對濾池濾程和出水濁度無明顯負面影響，建議生產(chǎn)中投加15mg/L粉末炭，凈水藥劑PAC20mg/L。

2.5 粉末活性炭的生產(chǎn)應(yīng)用與實際效果

2.5.1 粉末炭的投加

粉末活性炭可采用干法和濕法投加兩種方式。干法投加利用水射器將粉末炭投入水中，濕法投加則將粉末炭配成乳液加注。由于時間緊迫，沒有條件購置溶炭攪拌和加藥設(shè)備實現(xiàn)濕法投加，在應(yīng)急生產(chǎn)應(yīng)用中利用水射器將粉末炭與水混合制漿后，加入原水輸水管路，見圖14。由于水中余氯與粉末炭發(fā)生氧化還原反應(yīng)，減少粉末炭對目標化合物的去除率，進廠水應(yīng)停止預(yù)加氯。

2.5.2 粉末炭投加效果
   
經(jīng)過靜態(tài)試驗、中試連續(xù)試驗，最終于9月21日及時向密云調(diào)流閥后投加了15 mg/l的粉末炭，經(jīng)十幾個小時的輸送，次日上午10：00到達凈配水廠。濾池濾程略有縮短，其它各項水質(zhì)指標均正常，符合水質(zhì)標準。由此管網(wǎng)水水質(zhì)有了極大的改觀，用戶反映由開始的每日二十余個降低到無，比較圓滿的解決了管網(wǎng)水嗅味的問題。
9月26日管網(wǎng)水檢測MIB濃度為6.5ng/l，無嗅味，到了預(yù)期的目的。25日開始便無用戶反映，粉末活性炭處理突發(fā)嗅味效果令人滿意，見圖15。
 
3結(jié)論與建議

3.1結(jié)論
1）2005年水庫原水主要致嗅物質(zhì)為2-MIB（二甲基異莰醇），采用高錳酸鉀預(yù)氧化，常規(guī)處理與活性炭濾池工藝不能滿意去除水中高濃度的嗅味物質(zhì)。
2）確定了原水投加粉末炭延長吸附時間提高吸附效果，與現(xiàn)有活性炭深度處理工藝形成雙重水質(zhì)保障的應(yīng)急技術(shù)措施。
3）通過粉末炭對嗅味物質(zhì)吸附特性曲線，確定粉末炭選炭方法和投加量計算方法。
4）研究得出了在嗅味高發(fā)期，及時調(diào)整炭池反沖，回流水對嗅味物質(zhì)具有富集作用的結(jié)論。

3.2建議
1）建議粉末活性炭技術(shù)應(yīng)作為地表水廠常備技術(shù)措施，應(yīng)對水體突發(fā)嗅味和有機污染物對水質(zhì)的影響。
2）回流水量占進廠水量的5％，水質(zhì)惡化期間對水廠工藝處理效果影響巨大，必須盡快加以單獨處理。
3）繼續(xù)深入系統(tǒng)地研究嗅味發(fā)生規(guī)律，建立嗅味發(fā)生預(yù)警系統(tǒng)，及時采用粉末炭進行處理，避免再次引起被動。
4）考察粉末炭在輸水管道中的沉積狀況。

參考文獻
1）《生活飲用水衛(wèi)生標準》（DB5749-85）
2）《微污染水源水處理》 王占生 劉文君  中國建筑工業(yè)出版社 P43
3）《國際飲用水水質(zhì)標準匯編》（日本生活飲用水水質(zhì)標準）1993.1.1 張金松 范曉軍 中國建筑工業(yè)出版社
4）《飲用水強化處理技術(shù)》高乃云 嚴敏 樂林生等 化學(xué)工業(yè)出版社
5）《當(dāng)代給水與廢水處理原理》許保玖 龍騰銳  高等教育出版社
6）《水源異臭和給水除臭》謝志平 中國城鎮(zhèn)供水協(xié)會安徽分會
70《Water Treatment Plant Design》 （Third Edition，American）
 

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