全康環(huán)保:摘要：德國某污水處理廠(chǎng)采用一套可移動(dòng)的水處理系統Actiflo?Carb去除出水中的有機微污染物，該處理系統由活性炭反應池和高效沉淀池（Actiflo?）組成，所用粉末活性炭為雅克比公司生產(chǎn)的Aquasorb MP23。選取24種有機微污染物作為目標去除對象，在4種不同的工況條件下進(jìn)行中試。結果顯示，大部分有機微污染物在15g/m3的粉末活性炭投加量下，就可以達到60%以上的去除率；當粉末活性炭投加量為50g/m3時(shí)，去除率可超過(guò)80%；對卡巴咪嗪（抗癇劑）和美托洛爾（β阻斷劑）的去除率最高，平均去除率分別可達到93%和97%。中試結果表明，Actiflo?Carb可有效、高效地去除生物處理工藝出水中的有機微污染物。

有機微污染物大部分為人類(lèi)活動(dòng)所產(chǎn)生，其普遍存在于污水、水源水體（地下水、地表水）中，甚至在飲用水中也能檢測到痕量有機微污染物。大量研究證實(shí)，大部分現有污水處理廠(chǎng)對這類(lèi)污染物無(wú)能為力。歐盟環(huán)境委員會(huì )從2000年就開(kāi)始著(zhù)手定義歐洲水域需遵守的微污染物排放標準優(yōu)先級清單，2008年確定了33種物質(zhì)，到2013年擴大到45種。在2018年，歐盟開(kāi)始在歐洲水域對10種微污染物進(jìn)行檢測。在法國，據有關(guān)報告，部分針對微污染物的研究公司已經(jīng)實(shí)現對污水處理廠(chǎng)進(jìn)出水質(zhì)的監控，以確定主要的污染物種類(lèi)，盡可能在污水廠(chǎng)上游減少微污染物排放源。除歐盟外，只有瑞士和中國加強了對污水處理廠(chǎng)出水中有機微污染物和COD濃度的要求。即使現有的物理化學(xué)處理方法和生物處理方法能去除城鎮污水中的部分有機微污染物，但在出水中，甚至在受納水體中，仍然存在著(zhù)大量的此類(lèi)污染物。在后期，它們還會(huì )在給水處理廠(chǎng)的進(jìn)水中被再次檢測到。因此，通過(guò)三級或者四級處理，在污水處理廠(chǎng)出水排放之前就把這些微污染物去除是最明智的舉措。

近幾年，為去除有機微污染物或者降低其濃度，各種工藝蓬勃發(fā)展。威立雅也在歐洲各污水廠(chǎng)開(kāi)展多項測試，以證實(shí)其技術(shù)的有效性。選取德國某污水處理廠(chǎng)，對其出水中的有機微污染物進(jìn)行了一系列的去除中試，之所以選擇此污水廠(chǎng)，主要有以下原因：首先，該污水廠(chǎng)前段生物處理工藝也為威立雅經(jīng)典工藝，出水水質(zhì)明確可控；其次，該污水廠(chǎng)正值升級改造可行性研究時(shí)期，有此調查需求；同時(shí)，威立雅對其技術(shù)功能及應用有條件進(jìn)行緊密監控，使針對微污染物的處理效果表現得更為精準。

1 污水處理廠(chǎng)簡(jiǎn)介及測試裝置

1.1 德國污水處理廠(chǎng)簡(jiǎn)介

該污水處理廠(chǎng)的處理能力為250 000人口當量，其主要工藝為生物濾池（Biostyr?）。進(jìn)水一部分為相當于約130 000人口當量的市政污水，另一部分為相當于約120 000人口當量的工業(yè)廢水。旱季時(shí)期的平均流量為33 000m3/d。污水處理廠(chǎng)的工藝流程如圖1所示。

為了減少出水中COD及有機微污染物的含量，首先對3種可能的處理工藝進(jìn)行了可行性研究：顆?；钚蕴?、粉末活性炭和臭氧。對其運行成本計算比較之后可得：①顆?；钚蕴窟^(guò)濾需要的費用為1 418 200歐元/年；②將現有的Actiflo?構筑物進(jìn)行改造，改造成Actiflo? Carb，并投加粉末活性炭，運行費用為810 000歐元/年；③采用臭氧設備的費用在前兩者之間，為1 102 700歐元/年。

考慮到后期合理的運行費用以及改造現有構筑物的便利，決定采用粉末活性炭方案。Actiflo? Carb技術(shù)因為需要的土建改動(dòng)最小，以及增加活性炭接觸池的可行性也已被確認，而得以實(shí)施。確定方案后，污水處理廠(chǎng)采用Actiflo? Carb進(jìn)行了一系列中試?，F有處理工藝對有機微污染物的去除率僅為20%～30%，后續增加Actiflo? Carb處理單元后，總去除率目標是達到80%。

1.2 可移動(dòng)式Actiflo? Carb工藝

可移動(dòng)式Actiflo? Carb工藝原理（可移動(dòng)水服務(wù)設備）如圖2所示。由于其形成的絮體較重，Actiflo?工藝沉淀區的上升流速可達到傳統斜板沉淀池的10倍以上。在該可移動(dòng)處理單元內部，進(jìn)水的處理順序如下：第一步為粉末活性炭投加池，即接觸池。在該池中，粉末活性炭和原水實(shí)現接觸，使得微污染物和有機物被吸附。第二步為快速攪拌池，即混凝池。在該池中，投加混凝劑FeClSO4。第三為慢速攪拌池，即絮凝池。在該池中，投加絮凝劑和微砂。

每個(gè)反應池都配有立式攪拌器。微砂在絮凝池前部投加，可促進(jìn)粉末活性炭-污泥-微砂這類(lèi)復雜絮體的產(chǎn)生，使下游實(shí)現高速沉淀。復雜絮體在沉淀池底部聚集，由泵送往水力旋流器。水力旋流器可將微砂分離，并重新投加到絮凝池。而粉末活性炭則收集在分離箱內，然后重新投加到接觸池。沉淀后出水由位于沉淀池上部的集水槽進(jìn)行收集。得益于粉末活性炭-污泥-微砂形成的高密度混合體，沉淀區的哈真速度有了很大提高，因此，鏡面速度可以提高至45～80m/h。

中試的可移動(dòng)水服務(wù)設備的安裝流量為50m3/h；測試中鏡面速度為25～40m/h；反應時(shí)粉末活性炭的接觸時(shí)間為15～30min。

試驗用粉末活性炭的中位直徑D50為10μm，比表面積（BET）為1100m2/g，表觀(guān)密度為300 kg/m3；活性炭在接觸池中的濃度為1.2～1.5g/L，活性炭投加濃度約為15～50g/m3。

1.3 有機微污染物選擇

根據德國本地特點(diǎn)，以及在終端排放的水環(huán)境中所測得的濃度，確定24種有機微污染物為研究對象，這些物質(zhì)均在歐盟環(huán)境委員會(huì )制定的微污染物清單之列，包括：4種化學(xué)物質(zhì)（1種餐具清潔劑中添加的緩蝕劑苯并三唑和3種殺蟲(chóng)劑）、4種醫用指示劑（主要用于抗菌和放射治療）、16種代表了不同類(lèi)別的藥物制劑（3種止痛類(lèi)藥物、3種避孕藥、2種抗生素、1種抗癇藥物、2種精神藥品、4種β阻斷劑和1種降血脂藥物）。

2 檢測結果

2.1 現有處理工藝的出水水質(zhì)

該污水廠(chǎng)現有處理工藝出水的常規水質(zhì)指標如下：TSS<20 mg/L，濁度<15 NTU，COD為35～50 mg/L，色度為<40度，UV254平均值為0.15 cm-1。

現有處理工藝出水中24種有機微污染物的檢測結果如表1所示?？梢钥闯?，這24種有機微污染物的檢測濃度差異較大。有些微污染物，如碘美普爾、泛影碘酸和苯并三唑，濃度較高；而有些微污染物，如異丙隆、碘普羅胺、激素類(lèi)（17-α-炔雌醇、17-β-雌二醇和雌激素酮）、安定劑，濃度較低、低于檢測限。美托洛爾、雙氯芬酸和碘異酞醇的濃度則大大超過(guò)了通常在法國污水處理出水中的檢測值；其他微污染物，如酰胺咪嗪、克拉霉素、磺胺甲惡唑和去甲羥基安定，檢出濃度與法國大部分污水廠(chǎng)出水相近。

2.2 Actiflo? Carb工藝對有機微污染物的去除效果

試驗用粉末活性炭的飽和處理率為0.3gCOD/g。選取6種不同類(lèi)別的微污染物，分別在4種不同的試驗條件下考察Actiflo? Carb工藝對有機微污染物的去除效果。6種微污染物分別為：苯并三唑（工業(yè)用化學(xué)物質(zhì)），泛影酸鹽、碘美普爾和碘異酞醇（放射用造影劑），雙氯芬酸（抗炎性止痛藥），美托洛爾（β阻斷劑）。4種試驗條件如下：工況一，凈化速度為25 m/h，粉末活性炭投加量為50g/m3；工況二，凈化速度為25 m/h，粉末活性炭投加量為15g/m3；工況三，凈化速度為40 m/h，粉末活性炭投加量為15 g/m3；工況四，凈化速度為40 m/h，粉末活性炭投加量為50 g/m3。

2.2.1 對苯并三唑的去除效果

不同試驗條件下Actiflo? Carb工藝對苯并三唑的去除效果如圖3所示。當粉末活性炭投加量為50g/m3時(shí)，對苯并三唑的去除率在90%以上；當粉末活性炭投加量降到15g/m3時(shí)，對苯并三唑的去除率仍能達到80%～90%。

2.2.2 對泛影酸鹽的去除效果

Actiflo? Carb工藝對放射用造影劑泛影酸鹽的去除效果如圖4所示。泛影酸鹽在污水廠(chǎng)現有工藝出水中的檢出濃度最高達到29μg泛影酸鹽/L左右，但使用粉末活性炭去除泛影酸鹽收效甚微。當粉末活性炭投加量較高（50g/m3）時(shí)，對泛影酸鹽的去除率基本在30%～40%之間；而當粉末活性炭投加量降低至15g/m3后，去除率只有5%～10%。由此可知，粉末活性炭對泛影酸鹽的吸附效率很低。

2.2.3 對碘美普爾的去除效果

Actiflo? Carb工藝對碘美普爾的去除效果如圖5所示。碘美普爾也屬于放射用造影劑類(lèi)，但與泛影酸鹽不同，當粉末活性炭投加量較高（50g/m3）時(shí)，碘美普爾能被較好地吸附，去除率可以達到50%～60%；而當粉末活性炭投加量為15g/m3時(shí)，去除率也可以達到20%～35%。

2.2.4 對碘異酞醇的去除效果

碘異酞醇是一種水溶性物質(zhì)，無(wú)離子性，且低滲透壓。試驗結果表明，在高粉末活性炭投加量（50g/m3）下，碘異酞醇可以被較好地吸附，去除率可達到75%～92%。

2.2.5 對美托洛爾和雙氯芬酸的去除效果

美托洛爾是β阻斷劑類(lèi)中的一種藥物，通常被用作心臟類(lèi)疾病的治療和慢性頭疼（偏頭疼）的預防Actiflo? Carb工藝對美托洛爾具有較好的去除效果，當粉末活性炭投加量為15g/m3時(shí)，去除率就能達到95%（見(jiàn)圖6）。

雙氯芬酸是治療炎癥及疼痛癥的主要用藥。試驗結果表明，當粉末活性炭投加量為50g/m3時(shí)，雙氯芬酸的去除率在80%～95%之間；當粉末活性炭投加量下降至15g/m3時(shí)，去除率也有一定的下降，在60%～80%之間。該試驗結果與在其他污水廠(chǎng)進(jìn)行的試驗結果基本一致。

3 討論

根據以上中試結果可知，粉末活性炭對泛影酸鹽的吸附效果最差，對雙氯芬酸的吸附效果尚在接受范圍之內，對美托洛爾的吸附效果最好。粉末活性炭對有機微污染物的去除效果可能與每種分子的正辛醇/水分配系數有關(guān)。泛影酸鹽的正辛醇/水分配系數為負值（-1.28），而雙氯芬酸和美托洛爾的則比較高（分別為4.18和1.88）。不過(guò)，分子大小，CO、NH、CCl等基團，以及帶電量也都會(huì )影響微污染物的去除效果。

至于其他有機微污染物，根據其隸屬的不同類(lèi)別總結了在不同實(shí)驗條件下的去除效果，如圖7所示。工業(yè)用化學(xué)品、抗生素、抗癇劑、精神藥物、β阻斷劑以及降血脂藥物都有超過(guò)80%的去除率；卡巴咪嗪（抗癇劑）和美托洛爾（β阻斷劑）的平均去除率達到了93%和97%，是所有微污染物中去除率最高的；造影劑的去除率較差，粉末活性炭的投加量必須達到50g/m3才能使其去除率達到80%，而這些造影劑在現有工藝出水中的檢出濃度是非常高的（高于20μg/L）。

綜上， Actiflo? Carb工藝可有效去除有機微污染物。大部分污染物在15g/m3的粉末活性炭投加量下，就可以達到60%以上的去除率；當粉末活性炭投加量為50g/m3時(shí)，去除率可超過(guò)80%。所以，若后期設備投入正式使用，粉末活性炭投加量將極有可能設在25～30g/m3之間。當然，這一投加量下的處理效果，還需考慮進(jìn)水水質(zhì)，以及不同供貨商所提供的粉末活性炭質(zhì)量。這也解釋了在高有機微污染物濃度下，德國以及瑞士的現行法規以去除率80%為指導參數的原因。由此推斷，該污水處理廠(chǎng)的污水水質(zhì)比較特殊，投加大量的粉末活性炭，是進(jìn)水有機微污染物濃度太高所致。

4 結論

①可移動(dòng)Actiflo? Carb可有效去除有機微污染物。大部分有機微污染物在15g/m3的粉末活性炭投加量下，可達到60%以上的去除率；當粉末活性炭投加量為50g/m3時(shí)，去除率可超過(guò)80%。有機微污染物的來(lái)源非常多樣化，本研究只針對粉末活性炭的吸附效果做了大致的鑒別。事實(shí)上，在不同的粉末活性炭投加量下，對各種有機微污染物的去除率從40%到超過(guò)90%不等。下一步可繼續研究為得到期望的去除效果，在實(shí)際工業(yè)應用中粉末活性炭投加量的建議值。

②為了證明在污水廠(chǎng)出水終端（生物處理后沉淀出水）增加粉末活性炭處理單元的效果，在其他三地也進(jìn)行了一系列比較試驗。事實(shí)證明，對生物處理出水而言，粉末活性炭在提高有機微污染物去除率上是最有效的選擇。這主要是因為通常生物處理出水中的總有機碳（TOC）濃度已經(jīng)非常低，與有機微污染物的競爭已經(jīng)明顯減少。

③得益于其高效性和靈活性，可移動(dòng)水服務(wù)設備Actiflo? Carb是處理復雜水質(zhì)和保護污水處理廠(chǎng)排水受納水體的理想工具。并且，由于含有混凝處理，該設備可進(jìn)一步減少剩余磷（正磷酸鹽）和總懸浮顆粒。最后，該設備對UV254的去除率也有明顯提高，這就允許在出水消毒處可使用紫外消毒，使整個(gè)工藝的處理效果更好。