在水資源的綜合利用中，采用污水深度處理工藝對污水處理廠的二級出水進(jìn)行處理，然后將處理水作為再生水進(jìn)行回用已經(jīng)占有重要地位〔5, 6, 7〕。但在常規(guī)的凈水工藝中，色度是較難降低的指標(biāo)。常用的生物處理法對構(gòu)成色度的腐殖質(zhì)降解效果不理想〔8- 9〕。要想達(dá)到出水回用的標(biāo)準(zhǔn)，還需要在出水中加入大量的達(dá)標(biāo)水。
目前國內(nèi)外對處理色度技術(shù)的研究一般是用色度去除率進(jìn)行宏觀表征，而很少從引起色度的具體物質(zhì)出發(fā)研究色度關(guān)聯(lián)物質(zhì)的去除和變化。因此，筆者選擇天津某污水廠的二級出水為研究對象，從官能團(tuán)結(jié)構(gòu)、有機(jī)物組分、分子質(zhì)量分布等角度研究雙氧水-活性炭工藝處理二級出水過程中的色度變化，為今后的污水回用行業(yè)及再生水公司處理不同水質(zhì)的污水色度提供理論參考，使工藝運(yùn)行更加經(jīng)濟(jì)科學(xué)。
1 材料和方法
1.1 實(shí)驗用水
實(shí)驗用水為天津某污水廠二沉池出水，水質(zhì)呈淡黃色，弱堿性，其主要水質(zhì)指標(biāo)見表 1。
1.2 儀器和材料
儀器：PFX195 自動色度儀，英國羅威朋；UV- 2550 型紫外-可見分光光度計，日本島津。
材料：30%雙氧水，粉末活性炭，超濾膜。
1.3 分析(Analyse)項目(xiàng mù)
CODCr 采用美國APHA 規(guī)定(guī dìng)的標(biāo)準(zhǔn)測定方法測定，pH 用電極（electrode）為CST25421C 的pH 計測定，UV254 采用紫外-可見分光光度計測定，色度用色度測定儀測定；a的測定方法：將水樣用0.45 μm 濾膜過濾，采用紫外-可見分光光度計，測定其在波長355 nm 處的吸光度，并做散射校正〔11〕。
2 實(shí)驗（experiment)結(jié)果與討論
2.1 雙氧水投加量對色度去除效果影響
在7 個100 mL 燒杯中分別投加水樣50 mL，分別加入0.5、1.5、3.0、5.0、10.0、25.0、50 mLH2O2，進(jìn)行磁力攪拌，時間為30 min，靜置30 min 后測定水中色度，考察雙氧水投加量對色度篩除率的影響，見 圖 1。
圖 1 H2O2投加量與出水色度的關(guān)系
從圖 1 可見，當(dāng)雙氧水投加量＜25 mL 時，隨著雙氧水投加量的增加，色度去除率隨之增加，達(dá)到最大去除率后，繼續(xù)投加雙氧水，色度去除率基本不變，甚至有所減低。分析其原因是過量的雙氧水消耗了?OH。因此在水樣體積為50 mL 時，綜合考慮成本后選擇雙氧水的最佳投加量為10 mL，即雙氧水最佳投加比為200 mL/L。
2.2 反應(yīng)時間對色度去除效果的影響(influence)
在7 個100 mL 燒杯中分別投加水樣50 mL，加入10 mLH2O2 進(jìn)行磁力攪拌，攪拌時間分別為
30、 60、90、120、150、180、210 min，靜置30 min 后測定水中色度。反應(yīng)時間從30 min 增至150 min 時，色度去除率從17.5%提高至45%，隨著反應(yīng)時間的延長，色度去除率增加明顯。但超過150 min 后，色度去除率僅提高了2.5%，因此選擇最佳反應(yīng)時間為150 min。
2.3 pH 對色度去除效果的影響(influence)
在100 mL 燒杯中分別投加水樣50 mL，加入 10 mLH2O2，攪拌150 min，然后用0.1 mol/L 的HCl 和1 mol/L 的NaOH 溶液調(diào)節(jié)pH，考察不同pH 下色度篩除率，見圖 2。
圖 2 pH 與出水色度的關(guān)系
由圖 2 可知，pH 對色度去除有較大影響。中空纖維膜紡絲機(jī)外形像纖維狀，具有自支撐作用的膜。它是非對稱膜的一種，其致密層可位于纖維的外表面／如反滲透膜，也可位于纖維的內(nèi)表面(如微濾膜和超濾膜)。對氣體分離膜來說，致密層位于內(nèi)表面或外表面均可。pH 為 6.24~9.85 時，隨著pH 升高，色度去除率降低（reduce)。其中， pH 從6.24 升到8.21，色度去除率從47.50%下降(descend)到 40%，pH 繼續(xù)上升，色度去除率略有下降，當(dāng)pH 為 9.85 時，色度去除率為37.5%。原因可能是：較低的 pH 環(huán)境阻止了?OH 的無效分解，而?OH 是水溶液中最強(qiáng)的氧化劑之一，它可以破壞有色溶解性有機(jī)物的發(fā)色官能團(tuán)，并且雙氧水在較低的pH 下比較穩(wěn)定（解釋:穩(wěn)固安定；沒有變動)；但雙氧水在酸性環(huán)境下反應(yīng)速率較低，因此綜合考慮并照顧到藥劑成本，選擇雙氧水降解色度最佳的pH 為7.38。
2.4 雙氧水-活性炭工藝對色度的降解效果
根據(jù)前面的實(shí)驗結(jié)果，在100 mL 燒杯中投加水樣50 mL，并加入10 mLH2O2 攪拌150 min，pH 為 7.38，然后加入80 mg 活性炭，置于恒溫?fù)u床中，反應(yīng)6 h 后，用濾紙(Filter Paper)過濾并過0.45 μm 的微濾膜，測定反應(yīng)前后的色度、a，結(jié)果見表 2。
從表 2 可以得出： 雙氧水-活性炭工藝對色度的去除效果顯著（striking），明顯高于單獨(dú)的雙氧水工藝，產(chǎn)生了良好的協(xié)同去除效果。膜生物反應(yīng)器膜分離技術(shù)與生物處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合之新型態(tài)廢水處理系統(tǒng)。以膜組件取代傳統(tǒng)生物處理技術(shù)末端二沉池，在生物反應(yīng)器中保持高活性污泥濃度，提高生物處理有機(jī)負(fù)荷，從而減少污水處理設(shè)施占地面積，并通過保持低污泥負(fù)荷減少剩余污泥量。主要利用沉浸于好氧生物池內(nèi)之膜分離設(shè)備截留槽內(nèi)的活性污泥與大分子有機(jī)物。膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)內(nèi)活性污泥（MLSS）濃度可提升至8000~10,000mg/L，甚至更高；污泥齡(SRT)可延長至30天以上。分析其原因可能是：雙氧水高級氧化產(chǎn)生的?OH 具有極強(qiáng)的氧化能力，把大分子難降解物質(zhì)降解成小分子有機(jī)物，既改變了水中有機(jī)分子的結(jié)構(gòu)形態(tài)，達(dá)到對水質(zhì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化（optimalize），又提高了有機(jī)物進(jìn)入活性炭較小空隙的可能性，進(jìn)而提高了活性炭的脫色效果。
雙氧水-活性炭工藝對UV254 表征的含苯環(huán)難降解有機(jī)物和a表征的有色溶解性有機(jī)物的篩除效果明顯，從而引起色度的顯著下降。
2.5 分子質(zhì)量分布特征
對原水和經(jīng)過雙氧水―活性炭工藝去除的水樣，通過0.45 μm 微濾膜進(jìn)行逐級膜過濾，測定步驟和結(jié)果見圖
3、圖 4。
圖 3 分子質(zhì)量分布的測定步
圖 4 色度的分子質(zhì)量分布
色度的分子質(zhì)量分布特征。中空纖維膜紡絲機(jī)通過膜技術(shù)進(jìn)行水處理，應(yīng)用于制藥、釀造、餐飲、化工、市政污水回傭、醫(yī)院、小區(qū)污水會用、造紙等生產(chǎn)生活污水處理。膜分離技術(shù)是一種廣泛應(yīng)用于溶液或氣體物質(zhì)分離、濃縮和提純的分離技術(shù)。膜壁微孔密布，原液在一定壓力下通過膜的一側(cè)，溶劑及小分子溶質(zhì)透過膜壁為濾出液，而大分子溶質(zhì)被膜截留，達(dá)到物質(zhì)分離及濃縮的目的。膜分離過程為動態(tài)過濾過程，大分子溶質(zhì)被膜壁阻隔，隨濃縮液流出，膜不易被堵塞，可連續(xù)長期使用。
由圖 4 可看出： 原水色度主要分布在表觀分子質(zhì)量＞100 ku 和＜1 ku 的溶解性有機(jī)物，主要是腐殖質(zhì)和小分子難降解有機(jī)物。經(jīng)過雙氧水氧化降解后， 5~100 ku 之間的色度明顯被降解，產(chǎn)生了許多小分子有色溶解性有機(jī)物，導(dǎo)致1~5 ku 之間的色度有所增加，＜1 ku 的色度也去除明顯。經(jīng)過活性炭（acticarbon）脫色后，3 ku 以下的色度也得到有效去除。
UV254 的分子質(zhì)量分布特征。
UV254 的分子質(zhì)量分布見圖 5。圖 5 可以看出，原水的UV254 主要分布在表觀分子質(zhì)量＜1ku 區(qū)間，占總?cè)芙庑杂袡C(jī)物UV254 的73.90%。雙氧(Oxygen)水對各個分子質(zhì)量區(qū)間的UV254 都有降解，但分子質(zhì)量在1~ 3 ku 范圍(fàn wéi)的UV254 有少量增加，＜1 ku 區(qū)間降解不明顯。經(jīng)過活性炭處理后，各個區(qū)間都得到明顯降低。
圖 5 UV254的分子質(zhì)量分布
a的分子質(zhì)量分布特征
a的分子質(zhì)量分布見圖 6。
圖 6 a的分子質(zhì)量分布
由圖 6 得出，a表征的CDOM 分布與色度分布基本一致，驗證了CDOM 是色度關(guān)聯(lián)物質(zhì)的主要組分。雙氧水工藝降低了整個范圍(fàn wéi)的CDOM，尤其對于3~100 ku 范圍的CDOM，降低效果顯著，雙氧水工藝起到了預(yù)氧化作用，后續(xù)的活性炭工藝對 3 ku 以下的CDOM 去除效果明顯。具體參見
3 結(jié)論
原水中的色度主要分布在表觀分子質(zhì)量＞ 100 ku 和＜1 ku 范圍，即大分子的腐殖質(zhì)類有機(jī)物和小分子的難降解類有機(jī)物。
CDOM 分子質(zhì)量分布變化與色度分子質(zhì)量分布變化基本一致，表明水樣中CDOM 對色度起到主要貢獻(xiàn)作用，水樣中的CDOM 主要由腐殖質(zhì)組成。
高級氧化技術(shù)中，單獨(dú)的雙氧水工藝對色度降解效果有限，主要是對小分子難降解有機(jī)物去除效果有限，活性炭脫色效果較好，但雙氧水-活性炭能產(chǎn)生協(xié)同作用，明顯降低了分子質(zhì)量＜3 ku 的色度，色度去除率為95%，相比雙氧水工藝色度去除率提高了1 倍多。
