纯水设备行业技术动态：ACTFil与中科院合作对河北某训练基地用水脱色分析

纯水设备技术动态：地下水色度问题的探讨

一、起因：

华北地区某基地采用深井作为其水源。井深为-400m，深井泵下潜深度为-100m；套管为0～-300m，花管为-300m～-400m。原水颜色发黄。

按照传统的水处理工艺流程（快速凝聚→介质过滤→活性碳过滤→一次消毒→精密过滤→二次消毒）处理后，除色度 (原水色度为34度，处理后降到17～20度，但仍大于国家规定的15度) 外，其余各项指标均符合国家生活饮用水规定。色度未符合规定。对产生本水样色度的常规成分如：铁、锰、铜、COD、胺氮等的反复检测，均未发现异常。检验结果如下：

之后，作了多次工艺调整，如下：

1. 调整一次消毒为氧化消毒；

2. 调整活性碳；

3. 调整前级过滤介质；

4. 调整精密过滤介质。

经上述调整后，色度仍未好转。

于是，克服困难，开始进行了一系列有关实验，具体过程如下：

二、实验分析：

第一阶段（广泛性实验）：

1. 常规实验：

针对上述情况，经多次现场调整后，由国家卫生检验部门检测，但仍找不到产生本水样色度的具体成分。

而水的色度却有变化：

2. 强氧化实验：

在现场及ACTFil实验室，分别取原水水样及产品水样，均加入过量氧化剂后，静置一小时，产生微量白色及红棕色沉淀后，水样褪色、变清。

第二阶段（针对性实验）：

3. 强酸化实验：

在华北地区多处取样，原水样中加入硫化钠，再加入硝酸，产生白色沉淀。离心分离后溶液变清。若是无机物，则不会产生白色沉淀。

4. 紫外/可见光光谱分析见(附图1)：

上述水样，在红外光区未见异常。在可见光区出现吸收，表明色度存在。在紫外光区出现很强吸收，以及在250纳米处，出现吸收峰值。

5. 光催化实验：

光催化实验中水样发生褪色变化。

第三阶段（实验分析）：

  1). 实验1说明，产生水中色度的原因为非浊度性物质。且随色度变化，COD也跟随变化。

  2). 实验2说明，表明此色度可氧化去除。但是，处理水中残余氧化剂浓度太高，不合要求。

  3). 实验3说明，显示产生本水样色度的污染物质非无机物。结合实验1、2说明，该物质为可氧化性有机物。

  4). 实验4说明，有具有芳香核的有机物质存在。光谱显示产生本水样色度的污染物质为具有芳香核的有机物。

  5). 实验5说明，该物质为可光催化分解的高分子有机物。

  6). 综合实验结合国外资料分析，说明了产生本水样色度的有机污染物的含量很少，但能产生较大的色度，从而排除了绝大多数产生色度的有机污染物的存在。对实验性状、基地、基地周围及华北地区地质水文等情况综合分析，初步判别，产生本水样色度的此有色污染物质为腐殖酸（humic acid）。腐殖酸来源于地层、土壤、肥料、植物生长激素、杀虫剂、除草剂、土壤改良剂等。进一步分析，判断为黄腐酸，又称富啡酸（fulvic acid），是腐殖酸中的一种。黄腐酸含有碳、氢、氮、氧等元素，具有芳香核、羟基、羧基、羰基、醌基、甲氧基等活性基团。其分子结构十分复杂，有关报道很多，但尚未得到统一结论。但是，可以明确指出的是其具有很多杂环。黄腐酸具有弱酸性、亲水性、离子交换性、络合性、氧化还原性及生理活性。

三、工艺试验：

鉴于上述分析，查询国内外资料，目前还没有专门针对受腐殖酸污染的水源，进行除腐殖酸脱色的应用实例。咨询美国Rohm & haas公司，其建议采用Amberjet 402 Cl及Amberjet 958 Cl树脂，进行专门针对黄腐酸污染的作吸附试验。

1. A试验：

取18ml Amberlite402 Cl 放在专用设备中，加入原水作吸附实验。

在实验初期、中期及终了对处理过的水分别各取样600ml。

2. B试验：

取16ml Amberlite958 Cl 放在专用设备中，加入原水作吸附实验。

在实验初期、中期及终了对处理过的水分别各取样600ml。

3. 实验室对水样作分析检测，结果如下：

4. 试验分析：

A试验：

共处理水量：Va=250 ml×60=15000 ml

所用树脂量：va=18 ml

处理能力= Va/va=15000/18= 833倍

系统设计吸附剂装填量为0.8 m³

换算处理能力 = 0.8 m3×833 ≈ 666 m³/次

B试验：

共处理水量：Va=250 ml×58=14500 ml

所用树脂量：va=16 ml

处理能力=Va/va =14500/16 = 906倍

系统设计吸附剂装填量为0.8 m³

换算处理能力 = 0.8 m³×906 ≈ 720 m³/次

四、相关看法：

鉴于上述一系列实验可见：要脱色，处理方法有许多，大体如下：

1. 化学氧化法：

有效，但运行成本高，而且异味太大。

2.反渗透法：

效果好，成本很贵。

3.吸附法：

1). 活性碳吸附法：有效，效果不好。

2). 硅藻土吸附法：有效，无法再生、效果不好。

3). 树  脂吸附法：效果合适、可再生，成本适中。

但是，作为一项实验可以不考虑效果与成本核算。可是，作为一项工程项目就必须考虑效果与成本核算。

五、实验结果：

1. 综上所述，经紫外光谱分析等相关实验证明：华北地区深井水中含有有机物腐殖酸（humic acid）中的一种类型黄腐酸，又称富啡酸（fulvic acid），该有机物污染引起了水中的色度。

2. 此前，国内外还没有专门针对受腐殖酸污染的水源，进行除腐殖酸脱色的应用实例。

3. 富啡酸（fulvic acid）此成份在国家标准限制表之外。

4. 经过针对性实验，树脂吸附法具有效果合适、可再生，成本适中等优点，建议采用。

5. 主要成本：

1). 吸附剂折合成本：0.3元/吨水

2). 再生剂折合成本：0.6元/吨水

3). 设备折旧合成本：0.1元/吨水

4). 电耗等折合成本：0.5元/吨水

5). 脱色水折合成本：1.5元/吨水

6. 自来水价格为：

1). 民用自来水价格：2.0元/吨水

2). 单位自来水价格：3.2元/吨水