Dorota Holc, Alina Pruss, Małgorzata Komorowska-Kaufman
Poznan University of Technology
Streszczenie
Naturalna materia organiczna (NOM), czyli substancje organiczne występujące w wodach naturalnych, to heterogeniczna mieszanina związków, wciąż nieodkryta z chemicznego punktu widzenia. Standardowe wskaźniki jakości wody, takie jak chemiczne zapotrzebowanie na tlen (ChZT), rozpuszczony węgiel organiczny, absorbancja UV254, pH i inne, nie dostarczają wystarczających informacji o charakterze NOM, takich jak masa molowa, czy hydrofobowość. Do scharakteryzowania NOM coraz bardziej przydatna okazuje się absorbancja UV dla różnych długości fal.
Absorpcja UV jest popularnym i względnie prostym wskaźnikiem określającym zawartość zanieczyszczeń organicznych w wodzie. Grupy funkcyjne związków organicznych pochłaniających promieniowanie UV i VIS to chromofory. Uważa się, że różne chromofory są identyfikowane przez różne długości fal. Absorbancja UV przy długości 220 nm jest związana zarówno z chromoforami karboksylowymi jak i aromatycznymi, podczas gdy absorpcja UV przy długości 254 nm jest typowa dla grup aromatycznych o różnych stopniach aktywności. Na podstawie wartości absorbancji można określić całkowitą zawartość rozpuszczonego węgla organicznego i związków organicznych o wysokiej zawartości pierścieni aromatycznych, które uważa się za prekursory ubocznych produktów dezynfekcji lub utleniania. Zauważono także, że zależności występujące między dwoma różnymi długościami fal, jak na przykład: 254 nm/204 nm, 254 nm/436 nm, czy 250 nm/365 nm, pomagają w charakteryzowaniu NOM.
W artykule przedstawiono wyniki badań nad wykorzystaniem absorbancji UV o różnych długościach fal do interpretacji przekształceń związków organicznych w biologicznie aktywnych filtrach węglowych (BAF). Analiza tych wyników stanowi uzupełnienie informacji opublikowanych w 2016 roku (Holc i in. 2016a, b).
Badania nad efektywnością usuwania związków organicznych w procesie biofiltracji prowadzono w skali pilotowej. Stanowisko badawcze stanowiły dwie kolumny filtracyjne o średnicy 100 mm oraz wysokości 3,0 m, wypełnione granulowanym węglem aktywnym WG-12. Filtry zasilano dechlorowaną wodą wodociągową. Kolumny filtracyjne różniły się między sobą sposobem aktywacji złoża filtracyjnego. Skuteczność eliminacji substancji organicznych z wody oceniano za pomocą następujących parametrów: pH, tlen rozpuszczony, zasadowość, utlenialność, OWO, absorbancję UV dla kilku długości fal: 204 nm, 254 nm, 365 nm i 436 nm.
W trakcie prowadzonych badań zauważono, że w wyniku filtracji wody przez złoże BAF, wartość absorbancji UV254 obniżyła się nawet do 0 cm-1, co świadczy o bardzo wysokiej efektywności usuwania zanieczyszczeń organicznych. W trakcie przeprowadzonych badań zaobserwowano także korelację między wartościami absorbancji mierzonymi dla różnych długości fal. W obu kolumnach filtracyjnych odnotowano bardzo niskie wartości stosunku absorbancji: UV254/UV204 i UV254/UV436, co wskazuje na skuteczne usuwanie aromatycznych związków organicznych z wody poprzez biodegradację.
Słowa kluczowe
biofiltracja, filtry biologicznie aktywne, związki organiczne, badania technologiczne w skali pilotowej, absorbancja UV
The Possibility of Using UV Absorbance Measurements to Interpret the Results of Organic Matter Removal in the Biofiltration Process
Abstract
Natural organic matter (NOM) found in natural waters, is a heterogeneous mixture of compounds, still undiscovered from a chemical point of view. Standard water quality indicators, such as chemical oxygen demand (COD), dissolved organic carbon (DOC), UV254, pH and others, do not provide information about the nature of NOM, such as molar mass or hydrophobicity. UV absorbance at different wavelengths is becoming more and more useful for characterizing NOM.
UV absorption is a popular and relatively simple indicator determining the content of organic pollutants in water. The functional groups of organic compounds absorbing UV and VIS radiation are chromophores. It is believed that different chromophores are identified by different wavelengths. The UV absorbance at 220 nm is associated with both carboxylic and aromatic chromophores, while UV absorption at 254 nm is typical of aromatic groups with different degrees of activity. From the absorbance it is possible to determine the total content of dissolved organic carbon and organic compounds with a high content of aromatic rings that are precursors of by-products of disinfection or oxidation. It was also noticed that the relationships between two different wavelengths, such as: 254 nm/204 nm, 254 nm/436 nm, or 250 nm/365 nm, can characterize NOM.
This article, presents the results of research on the use of UV absorbance at different wavelengths to interpret transformations of organic compounds in biologically active carbon filters (BAF). The analysis of these results complements the information published in 2016 (Holc et al 2016a, b).
Research on the effectiveness of organic compounds removal in the biofiltration process was carried out on a pilot scale. The test stand consisted of two filtration columns with a diameter of 100 mm and a height of 3.0 m, filled with granulated activated carbon WG-12. The filters were fed with dechlorinated tap water. The filter columns differed from each other in the manner of activation of the filter bed. The effectiveness of organic substances elimination from water was assessed using the following parameters: pH, dissolved oxygen (DO) concentration, alkalinity, chemical oxygen demand (COD KMnO4), total organic carbon (TOC) and UV absorbance for the following wavelengths: 204 nm, 254 nm, 365 nm and 436 nm.
In the research, it was noticed that as a result of filtration of water through the BAF bed, the absorbance value of UV254 decreased even to 0 cm-1, which indicates very high efficiency of removing organic pollutants. During the research, was observed the correlation between the absorbance value measured at different wavelengths. There were very low values of the absorbance ratio: UV254/UV204 and UV254/UV436 in both filter columns, which indicates effective removal of aromatic organic compounds from water through biodegradation.
Keywords
biofiltration, biologically active filter (BAF), organic compounds, pilot scale technological investigation, UV absorbance
Pełny tekst / Full text
PDF (English)
