丁路明 石炳瑞 尚菲
山东农业大学 水利土木工程学院，山东 泰安271018
摘要：近年来，随着水体富营养化日益加剧，导致藻类季节性大量繁殖，而在其生长、繁殖、代谢过程中会产生嗅味污染，这不但影响了饮用水的感官，也对人体的健康造成了一定的危害性，引发了供水危机，严重威胁着国家公共安全体系。而在藻类致嗅风险中，土臭素（GSM）和二甲基异崁醇（2-MIB）所引发的饮用水嗅味污染是当下重中之重。现行的水处理工艺对两种嗅味的去除效率较低，同时存在占地面积大，溴酸盐消毒副产物等风险。针对此种现状，UV/H2O2高级氧化技术不但可以有效去除GSM、2-MIB，还可以弥补上述不足，因而备受青睐。
通过中试研究发现UV/H2O2中试系统在长期稳定运行下，对GSM、2-MIB的去除效果比较稳定，在背景浓度为150ng/L的时候，出水浓度均在检出限以下，同时通过其他常规指标包括pH、UV254、浊度等，发现水质良好。而三卤甲烷生成势却略有升高，但均符合《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006)。通过三维荧光分析来看，UV/H2O2技术在去除目标嗅味的基础，可以降解部分NOM，使水质得到提升。但是在实际应用中也存在一定的缺陷，在实际水厂中剩余的H2O2会消耗大量的余氯。
有研究指出，活性炭可以使H2O2具有良好的去除效果，因此将UV/H2O2与活性炭联用形成组合工艺，通过进一步探究发现：UV/H2O2-活性炭系统不但可以有效去除目标嗅味，UV/H2O2系统的出水经过活性炭吸附之后，还可以去除多余的H2O2，同时使水质在原有的基础进一步优化，这为实际应用提供了强有力的技术支持。
关键词：嗅味物质（GSM、2-MIB）；UV/H2O2高级氧化；中试试验装置；
1研究目的及内容
1.1研究目的
水是重要的生命物质，是人类生存和社会发展的基础。随着全球经济的迅速发展，水资源短缺与水污染问题已成为许多国家和地区发展的主要问题。饮用水水质安全是国家公共安全体系重要组成部分，与人民身体健康和社会稳定息息相关。给水常规水处理工艺的去除对象主要是水中的悬浮物、胶体和细菌等，溶解性有机物、嗅味、无机盐类均难以去除。希望通过对这门课题的研究，可以解决上述问题。
1.2研究内容
此次实验的主要活动场所为理化室和净水车间，我在暑假期间已经完成了SRT项目的小试实验部分，因此此次实验将针对中试试验装置展开操作并进行探究，探究内容包括测定不同转速、不同流量下H2O2浓度以及土臭素（GSM）和二甲基异崁醇（2-MIB）浓度的测定和GSM、2-MIB去除率的计算。
1.3国内、外研究现状和发展动态
目前 UV/H2O2-活性炭工艺国外已有较多应用案例，如 Waxahachie（TX，USA， 53 MLD）、Lucerne（CA, USA，3.8MLD）、Chicoutimi Nord（Quebec, Canada, 8MLD）等，但国内研究相对滞后，应用前景广阔。
2中试试验研究过程
2.1实验原理
UV/H2O2高级氧化技术借助紫外光的活化作用分解H2O2产生羟基自由基（·OH），依靠·OH的强氧化性分解矿化天然水体中的有机微污染物、嗅味物质，具有操作简单、价格低廉、不产生副产物等优势。UV/H2O2与活性炭联用技术中，活性炭可以去除水中残余的H2O2，并可以进一步去除水中微量有机物，同时因为H2O2的吸附，其再生周期得以延长。UV/H2O2高级氧化与活性炭过滤工艺联用，投药量与停留时间均可降低，活性炭可吸附过量的H2O2，残余的H2O2在一定程度上可促进活性炭的再生，延长其使用寿命。UV/H2O2高级氧化工艺具有操作简单，流程短，调整灵活且兼具消毒作用的特点。可直接与常规工艺相衔接，并根据进水水质的变化灵活调整紫外光强、 H2O2投加量和水力停留时间等工艺参数，进而达到高效性与经济性的统一。UV/ H2O2高级氧化工艺反应条件温和，常温常压下即可运行；所需反应时间短，几乎瞬间完成；不需新建接触池等构筑物，一次性投资较少。
.jpg)
2.2实验装置
.jpg)
2.3实验方法
由于实验室中的GSM、2-MIB不足，本次中试实验不向滤后水中投加GSM、2-MIB及仅测定原水厂滤后水中GSM、2-MIB的去除率。
（1）开启实验装置，加满水并加入150mL质量浓度30%的双氧水，调节转速和流量，取滤后水样，过5分钟后在加完过氧化氢后的取样口取样，测过氧化氢浓度，反应二十分钟后取处理后水样；变化转速，5分钟后取样测过氧化氢浓度，反应二十分钟后取处理后水样，依次调节转速进行。测滤后水样和处理后水样的土臭素和二甲基异莰醇浓度，计算去除率。
（2）开启实验装置，加满水并加入150mL质量浓度30%的双氧水，调节转速和流量，取滤后水样，变化流量，5分钟后测双氧水浓度，反应二十分钟取处理后水样，依次变化流量进行。测滤后水样和处理后水样的土臭素和二甲基异莰醇浓度，计算去除率。
.jpg)
2.3.1 H2O2浓度的检测方法
H2O2的浓度检测需要配置A、B试剂，使待测水样显色，并利用分光光度法检测，具体步骤如下：
（1）A液：用超纯水溶解20.0g苯二甲酸氢钾，将其倒入1L的容量瓶中，并用超纯水定容，然后把配好的溶液倒入棕色玻璃瓶中保存。
（2）B液：用超纯水溶解2.0g氢氧化钠，66.0g钾碘化物，0.20g粉碎的四水合钼酸铵溶解到1L的容量瓶中，并用超纯水定容到容量瓶刻度线处。配置过程中需要充分混合，将三种物质彻底溶解，配置好之后存储到棕色玻璃瓶中。
（3）分别加2.5ml A溶液和B溶液，取1ml水样，然后定容10ml的容量瓶中。
（4）将分光光度计打开并预热20min，并在351nm下用纯水校零，然后进行测定。
最后通过公式：H2O2浓度=Abs（纯水校零后的吸光度）×12.85444
.jpg)
2.3.2GSM、2-MIB浓度的检测方法
GSM 与 2-MIB待测水样经自动固相萃取仪萃取之后，利用气相色谱与质谱联用进行检测GSM 与 2-MIB，即（SPE-GC/MS 法）。自动固相萃取仪型号为 GOODSPE-6000，萃取柱采用美国热电Thermo 填料：C18 柱。水样体积为两升，质谱仪为安捷伦7000B 型 QQQ 质谱。
.jpg)
2.4实验数据处理
.jpg)
3结论
（1）滤后水和经中试试验装置消毒后的水中GSM含量极低，已达到国标，而滤后水中2-MIB含量较高，需深度处理；
（2）转速越大，及双氧水加入速率越大，过氧化氢浓度越高，单位时间内在紫外光的作用下产生的羟基自由基多，GSM、2-MIB的去除率越高；
.jpg)
紫外停留时间=流量/紫外装置体积,
紫外剂量=停留时间×光照强度,W=J/s ;mW/cm2*s=mJ/cm2.
（3）因此水流量越大，其他条件不变（双氧水加入速率，光强和紫外装置体积不变），相当于水在紫外装置内的停留时间变短，紫外剂量变小，GSM、2-MIB的去除率降低。
（4）中试试验装置流量为1.5m3/s，加药泵转速及双氧水加入速率为40%-50%，2-MIB去除率较高，中试装置运行大概最优参数：
紫外剂量400-600mj/cm2、双氧水浓度13-17mg/L（参考）。
4问题分析与项目跟进
以下是我在实验过程中的问题和误差的分析。通过这四天的实验操作和数据处理分析，自己的实验操作能力和研究能力相比上一次又有了提升，前三天做出的实验数据一直不理想，一直在寻找、发现并纠正实验过程中误差出现的原因，直到最后一天才做出理想并合理的数据，从而得出正确的实验结论。
4.1问题分析
我在此次实验过程中遇到过许多障碍，前三天得出的数据一直不理想，主要存在有以下两个问题：
（1）双氧水加入速率由高到低，而双氧水浓度逐渐增大，与假设不符；
（2）经过紫外和双氧水混合消毒后水中2-MIB的含量反而变大。
经过反复验证和分析，该问题出现的原因有以下两方面：
（1）双氧水使用时间过长，可能已经过期；
（2）A、B使用时间过长，可能已经过期。
使用刚拆封的双氧水并重新配置A、B液后实验数据合理。
4.2省级大学生创新创业训练计划项目的跟进
由于疫情原因，导致我的SRT项目一直无法持续跟进，而我的组员也无法到潍坊一同学习，作为项目负责人，我有义务将时间和精力投入到项目中去，本人也有幸通过这四天的实习进一步完善了该项目的知识体系与框架。
通过这四天的努力，目前已完成部分中试试验的探究，由于水厂滤后水中的GSM、2-MIB浓度较低，接下来将探究向滤后水中添加不同浓度的GSM、2-MIB对去除率的影响，且此次实验取样仅包含滤后水水样与出水水样，后续将探究经紫外光照射后和经过活性炭柱吸附后水中GSM、2-MIB的浓度以及去除效果，学习曲面响应法并应用相关软件确定最优工况。