受污染的飲用水水源中，含酚濃度在大多數(shù)情況下＜0.01 mg/L，為微量。對飲用水中微量 酚的去除一般有臭氧氧化法、活性炭吸附法等，但由于費(fèi)用較高，目前在我國尚難以普遍推 廣。筆者試圖采用從河流水體岸邊或底部的含水層中截取河床滲透水的“誘滲”［1］取水方式來去除水源中的微量酚，并對石英砂濾床與含水層除酚進(jìn)行了一系列的試驗(yàn)研究。

1 試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)裝置與方法

試驗(yàn)裝置為一根140mm的有機(jī)玻璃管柱，其高度可按需要調(diào)整。管柱底板上鉆有10mm的圓孔，孔隙率為25%，其上覆蓋尼龍網(wǎng)以防石英砂流失，管柱中裝填粒徑為0.5～1.2mm的石英砂。

試驗(yàn)分兩階段：第一階段采用以長江水為水源的武漢市自來水，向配水箱內(nèi)的自來水中投加 苯酚，配制成給定濃度的含苯酚原水，用水泵提升至濾柱中進(jìn)行除酚試驗(yàn)；第二階段試 驗(yàn)用水則為上述原水、生活污水、淘米水三者按2.5∶1.5∶0.5的比例配制(簡稱混合試驗(yàn)用水) 。第一、二階段的試驗(yàn)數(shù)據(jù)是濾柱分別連續(xù)運(yùn)行5d和25d后取進(jìn)、出水樣測得的，分別進(jìn)行了酚、溶解氧、pH值及水溫四個項(xiàng)目的測定，酚的濃度采用4-氨基安替比林直接光度法測定，并對濾柱中石英砂表層的菌膠團(tuán)、絲狀菌、桿菌等進(jìn)行了顯微鏡檢測。

1.2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

第一、二階段試驗(yàn)時的水溫分別為23～24 ℃、12～15 ℃；pH值為6.5～6.8；第一階段試驗(yàn)時的進(jìn) 、出水溶解氧分別為7.36～7.76mg/L、7.1～7.66mg/L，第二階段試驗(yàn)時進(jìn)、出水溶解氧分別為8.23～9.87mg/L、0.90～6.93mg/L；第一階段試驗(yàn)前期的進(jìn)、出水溶解氧幾乎一致，僅后期的出水溶解氧較之進(jìn)水略低，而第二階段試驗(yàn)開始，用顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)濾柱中石英砂表面出現(xiàn)菌膠團(tuán)之后，出水溶解氧比進(jìn)水明顯降低，最多低達(dá)90%，進(jìn)水苯酚濃度對苯酚去除率的影響見圖1。

試驗(yàn)結(jié)果分析：

① 進(jìn)水苯酚濃度對苯酚去除率的影響?yīng)?/p>

由圖1可見，在所試驗(yàn)的苯酚濃度下，石英砂濾層均有一定的除酚效果，并隨進(jìn)水苯酚濃度 降低，苯酚去除率呈顯著升高。在忽略試驗(yàn)連續(xù)時間影響的條件下，當(dāng)進(jìn)水苯酚 濃度均從0.03 mg/L降至0.008 mg/L時，經(jīng)4 m厚石英砂層滲濾后，第一、第二 試驗(yàn)階段的苯酚 去除率分別從26.67%增大到35%和從36.67%增大到45%。

② 石英砂層厚度對苯酚去除率的影響?yīng)?/p>

在進(jìn)水苯酚濃度、試驗(yàn)連續(xù)時間相同的條件下，隨著石英砂層增厚，苯酚去除率也隨之提高 (見圖2)。如在連續(xù)試驗(yàn)的第6 d，由單一試驗(yàn)用水配制的進(jìn)水苯酚濃度為0.03 mg/L條件下，分別經(jīng)1m、2m、4m厚石英砂層滲濾后，苯酚去除率相應(yīng)為20%、23.33%、26.67%。

不同厚度石英砂層的除酚試驗(yàn)結(jié)果還表明，當(dāng)進(jìn)水苯酚濃度較低(＜0.03mg/L)時，苯酚的去除基本上都是在濾柱進(jìn)水的前部分1m石英砂層中完成的，后續(xù)的生產(chǎn)試驗(yàn)也表明，石英砂層厚度進(jìn)一步增大，苯酚的去除率增加甚微，但有相同的趨勢。

③試驗(yàn)連續(xù)時間對苯酚去除率的影響?yīng)?/p>

在進(jìn)水苯酚濃度、石英砂層厚度一定的條件下，苯酚去除率隨試驗(yàn)連續(xù)時間延長而有所增大 ，如當(dāng)進(jìn)水苯酚濃度為0.008 mg/L，試驗(yàn)連續(xù)時間自第二階段試驗(yàn)的第28d到第42d時，經(jīng)1m、2m、4m石英砂層滲濾后苯酚去除率相應(yīng)從35.1%、37%和40.8%增大到38.7%、41.25%和45%(見圖3)。

由以上分析可知，進(jìn)水苯酚濃度對苯酚去除率影響顯著，而石英砂層厚度、試驗(yàn)連續(xù)時間對 苯酚去除率亦有影響，為次要影響因素。濾池及河床滲井的濾層均多為人工濾層，其滲透系 數(shù)較大，相關(guān)試驗(yàn)表明滲透系數(shù)減小，除酚效果有所提高，但單位產(chǎn)水量較低，因而本試驗(yàn) 著重研究常規(guī)濾層滲透系數(shù)的情況。至于不同試驗(yàn)水源，全部試驗(yàn)資料都證明它對苯酚去除 率基本沒有影響。

2 石英砂濾床除酚的數(shù)學(xué)模型

為建立一個與石英砂層實(shí)際除酚效果相吻合的數(shù)學(xué)模型，必須弄清試驗(yàn)過程中酚的揮發(fā)究竟 對試驗(yàn)結(jié)果有多大影響。研究表明，進(jìn)水含酚量＜300mg/L時，酚揮發(fā)量較少或極微。本試驗(yàn)進(jìn)水苯酚濃度均≯0.2 mg/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于上述值，且第一階段試驗(yàn)時的水溫為23～24℃，第二階段試驗(yàn)時還下降到12～15 ℃，故可忽略酚的揮發(fā)對試驗(yàn)結(jié)果的影響?；谇笆鰧τ绊懕椒尤コ室蛩氐姆治?，從動力學(xué)角度對石英砂層的物理化學(xué)、生物學(xué)等除酚規(guī)律進(jìn)行研究，固定某些參數(shù)，考察其他參數(shù)之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)參數(shù)之間均存在指數(shù)關(guān)系，選擇下式描述石英砂層的除酚公式：

C ＝ KC0αZβTγ (1)

式中　C ——出水苯酚濃度，mg/L
　       C0——進(jìn)水苯酚濃度，mg/L
　       Z ——石英砂層厚度，m
　       T ——試驗(yàn)連續(xù)時間，d
　       K、α、β、γ——常數(shù)及三參數(shù)的指數(shù)

對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)計(jì)算后，得到下列公式：

C＝1.49C01.11Z-0.075T-0.094 (2)

3 數(shù)學(xué)模型的驗(yàn)證與應(yīng)用

［實(shí)例1］湖北英山縣某公司在河床上建有一座井底進(jìn)水非完整河床滲井，井深為5.6m，在該井連續(xù)運(yùn)行256d測得井周河水含酚濃度為0.002mg/L時，井水含酚濃度為0.0008mg/L 。在該井連續(xù)運(yùn)行466d測得井周河水含酚濃度為0.006mg/L時，井水含酚濃度為0.002mg/L。

當(dāng)井周河水含酚濃度已知時，根據(jù)式(2)來預(yù)測井水含酚濃度，需知道垂直于河水滲濾方向 的含水層厚度。為簡便起見，通過對各種不同埋深(h)條件下的井底進(jìn)水非完整河床滲井集 水流網(wǎng)分析，得到以下關(guān)系式：

Z含＝1.72h (3)

按式(3)計(jì)算，h＝5.6m時的Z含＝9.63m，并代入式(2)得

CT＝256d＝1.49×0.0021.11×9.63-0.075×256-0.094＝0.000 75 mg/L；CT＝466d＝0.0024mg/L。

［實(shí)例2］重慶市某造船廠在長江河床上建造的井底進(jìn)水非完整河床滲井的埋深為5.0m ，在 該井投產(chǎn)運(yùn)行15 d測得井周江水酚的濃度為0.018mg/L時，井水含酚濃度為0.012 mg/L，將 h值代入式(3)求出Z含＝8.6 m后代入式(2)得C＝1.49×0.0181.11×8.6-0.075×15-0.094＝0.0114mg/L。

經(jīng)對工程實(shí)例中井水含酚濃度實(shí)測值與按式(2)計(jì)算值進(jìn)行比較，二者基本吻合，公式的精 度大致在89%～95%左右，表明式(2)較真實(shí)地反映了含水層的除酚情況。

4 石英砂層與含水層的除酚機(jī)理

4.1 對苯酚的吸附作用

粒徑為0.5～1.2mm顆粒的石英砂層與由不同粒徑顆粒構(gòu)成的各種含水層，不僅都具有巨大的表面積，而且顆粒的表面一般帶有負(fù)電荷。苯酚分子的羥基(-OH)中O的電負(fù)性為3.5，而H的電負(fù)性為2.1，因而羥基中O與H形成的共價鍵的共用電子便明顯偏向O，致使O帶部分負(fù)電 荷，H則帶部分正電荷，在顆粒表面的靜電引力作用下，苯酚分子便被顆粒表面所吸附。在第一、第二階段試驗(yàn)剛開始的頭幾天與河床滲井的投產(chǎn)初期，人工配制的含苯酚污水與受酚污染河水分別經(jīng)石英砂濾層與含水層滲濾后含酚濃度的降低，主要表現(xiàn)為顆粒表面的吸附作用。

4.2 顆粒表面吸附與微生物分解的聯(lián)合作用

據(jù)研究，大多數(shù)細(xì)菌等電點(diǎn)的pH值為3～4，而水中細(xì)菌細(xì)胞表面電荷的性質(zhì)受pH值控制，即水的pH值低于細(xì)菌等電點(diǎn)時，細(xì)菌細(xì)胞表面帶正電荷，反之則帶負(fù)電荷。試驗(yàn)時人工配制的原水接近中性水，故細(xì)菌細(xì)胞表面帶負(fù)電荷，細(xì)菌通過“類氫鍵”將酚吸附于自身表面，進(jìn)而被吸入體內(nèi)進(jìn)行分解。因此，第一、二階段試驗(yàn)的石英砂層除酚效率隨試驗(yàn)時 間延長而提高，顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)石英砂表層有膠菌團(tuán)、絲狀菌和桿菌生長。在實(shí)際工程中，含水層隨生產(chǎn)運(yùn)行時間的延長，除酚效率提高，這主要是顆粒表面吸附與微生物吸附分解作用逐 漸增強(qiáng)所致。

5 結(jié)論

① 經(jīng)石英砂濾床滲濾去除湖北英山、重慶等地受污染河水中的微量酚，獲得了良好效果。當(dāng)含酚濃度為0.006 mg/L的河水經(jīng)河床含水層滲濾，井水含酚濃度降到了0.002mg/L以下，酚去除率近70%。

②通過濾柱試驗(yàn)建立起來的石英砂濾床除酚數(shù)學(xué)模型，可用于預(yù)測受酚污染河水經(jīng)含水層滲濾進(jìn)入井后的井水含酚濃度，濾層厚度越大，除酚效果越好。

③含水層去除受污染河水中的微量酚是顆粒表面吸附與微生物吸附、分解綜合作用的結(jié)果。

④當(dāng)受微量酚污染河水經(jīng)含水層滲濾進(jìn)入井后的井水含酚濃度仍超過國家生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)時，只需酌情投加0.0001～0.0003mg/LKMnO4即可。

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