飲用水所面臨的挑戰(zhàn)越來越大。雖然對(duì)飲用水中的細(xì)菌、原生動(dòng)物和病毒進(jìn)行消毒的方法已經(jīng)很成熟，但是在飲用水中檢測(cè)到的某些令人擔(dān)憂的化學(xué)污染物已經(jīng)對(duì)傳統(tǒng)的水處理方法提出了挑戰(zhàn)，其中許多污染物可能影響公眾健康。

以1,4二噁烷為例，它是一種穩(wěn)定化合物，由于過去工業(yè)領(lǐng)域的不當(dāng)處理，造成在地下含水層中經(jīng)常能檢測(cè)到這種污染物。雖然1,4二噁烷通常在空氣中存在的時(shí)間很短，但由于其在水中的高穩(wěn)定性，使其難以從受污染的地下水中去除。最終，1,4二噁烷被認(rèn)為會(huì)形成大量的羽流污染，可以通過地下水含水層遷移，并有可能在取井中富集。

1,4二噁烷對(duì)健康的影響及相應(yīng)法規(guī)

美國環(huán)境保護(hù)署(United States Environmental Protection Agency) 將1,4二噁烷列為潛在的人類致癌物，其在飲用水中的濃度為0.35μg/L，代表著百萬分之一的致癌風(fēng)險(xiǎn)水平。目前聯(lián)邦政府還沒有規(guī)定飲用水中1,4二噁烷的最高污染物水平(MCL)，但密歇根州等幾個(gè)州已經(jīng)制定了自己的指導(dǎo)和報(bào)告標(biāo)準(zhǔn)。紐約州和新罕布什爾州是美國兩個(gè)正在制定1,4二噁烷管制限制的州。

用活性炭過濾器處理1,4二噁烷

顆粒活性炭(GAC)是在高溫和氧化作用下制成的表面多孔性顆粒。這些孔增加了碳的表面積，為污染物的吸附提供了容留空間。通過GAC吸附可以有效去除水中的許多污染物。然而，1,4二噁烷在水中的高溶性抑制了吸附，顯著降低了GAC過濾器的有效性。與其他污染物相比，1,4二噁烷穿透GAC過濾器的速度更快，從而導(dǎo)致更頻繁地更換過濾器的介質(zhì)。

用紫外技術(shù)處理1,4二惡烷

利用紫外線(UV)高級(jí)氧化工藝(UV AOP)去除污染物并不像GAC那樣只是從水中轉(zhuǎn)移污染物。相反，紫外線單獨(dú)或與氧化劑結(jié)合會(huì)破壞化學(xué)鍵，從而消解水中的化學(xué)污染物。

當(dāng)紫外光照射入水中時(shí)，它可以被目標(biāo)污染物直接吸收，也可以與某些氧化劑相互作用，產(chǎn)生強(qiáng)大的自由基，這些自由基可以迅速與可氧化污染物相互作用并分解，包括但不限于1,4二噁烷。UV AOP也可以同時(shí)處理多種污染物。例如，一個(gè)處理揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)的工廠，如三氯乙烯(TCE)或四氯乙烯(PCE)，除了去除這些污染物，同時(shí)也可去除1,4二噁烷。

UV AOP是否可以增加到GAC處理工藝中，來處理那些難以處理的污染物，如1,4二噁烷？

是的。如果最終在GAC出水中檢測(cè)到1,4二噁烷，那么設(shè)計(jì)用于去除VOCs(如TCE或PCE)的GAC過濾器的處理廠需要考慮納入U(xiǎn)V AOP工藝。由于UV AOP是一個(gè)化學(xué)分解過程，沒有過濾器吸附飽和或污染物穿透濾層的問題。UV AOP產(chǎn)生的氧化自由基很容易與即使是很小分子量的污染物如1,4二噁烷發(fā)生反應(yīng)，并將其降解為無害的成分。

氧化劑淬滅在UV AOP中的重要性

一些用于UV AOP的氧化劑，如過氧化氫，不會(huì)被紫外線完全轉(zhuǎn)化成自由基，任何未轉(zhuǎn)化的氧化劑通常需要在進(jìn)入配水系統(tǒng)前從處理過的水中除去。這種去除殘余氧化劑的過程稱為“淬滅”。

GAC是一種推薦選擇的淬滅工藝，以降解殘留的氧化劑。這是通過GAC介質(zhì)表面的自然催化活性來完成的。GAC也被證明與一些氧化劑反應(yīng)產(chǎn)生更多的氧化自由基，這也可以促進(jìn)淬滅。由于這些機(jī)制，與直接吸附1,4二噁烷或其他污染物的過濾器相比，用于氧化劑淬滅的GAC過濾器通常更有效，需要更小的空床接觸時(shí)間(EBCT)。此外，由于微生物在GAC上自然生物生長而轉(zhuǎn)化為生物活性炭(BAC)，生物催化活性增強(qiáng)了氧化劑的猝滅，從而延長了GAC的使用壽命。

現(xiàn)有的GAC過濾器能否用于氧化劑淬滅

是的。鼓勵(lì)整合用于直接吸附污染物的現(xiàn)有GAC設(shè)施重新使用在UV AOP處理后，將其用于氧化劑淬滅。這一改造過程將化學(xué)污染物的主要處理分配給UV高級(jí)氧化系統(tǒng)，GAC作用轉(zhuǎn)化為工作強(qiáng)度更低的氧化劑淬滅功能。在不改變現(xiàn)有過濾器的尺寸或床體體積的情況下，可以方便地對(duì)GAC進(jìn)行再利用，當(dāng)這個(gè)過程完成后，再利用的GAC過濾器只需要較少的介質(zhì)替換。

案例分享

位于特拉華州的llangolen井區(qū)由Artesian Resources管理，最大處理能力為220萬加侖/天。化學(xué)污染物包括二(2-氯乙基)醚(BCEE)，其在2000年被發(fā)現(xiàn)，最初通過安裝GAC過濾器減輕污染。到2013年，井區(qū)也發(fā)現(xiàn)了1,4二噁烷。為了處理井區(qū)的水，每年需要對(duì)三條管線上的兩個(gè)GAC過濾器更換介質(zhì)，總運(yùn)營成本為每年36萬美元。

在蘭戈倫井區(qū)增設(shè)了紫外AOP系統(tǒng)，作為一種處理1,4二噁烷和BCEE的方法，現(xiàn)有的GAC過濾器在紫外AOP系統(tǒng)后并重新用于淬滅殘余的作為氧化劑的過氧化氫。自2014年10月站點(diǎn)調(diào)試以來，UV AOP系統(tǒng)一直將1,4二噁烷濃度保持在預(yù)期限度以下，每年維護(hù)GAC過濾器的成本減少了30萬美元以上。