净水工艺对水中可生物降解有机物去除的研究

净水工艺对水中可生物降解有机物去除的研究*吴红伟石振清王占生提要探讨了常规处理与活性炭组合工艺和生物陶粒与常规处理的组合工艺对水中可生物降解有机物BDOC、可生物同化有机碳AOC的去除效果。通过试验得出:各处理单元对AOC和BDOC有不同的去除效果,新活性炭因其吸附作用对AOC的去除率稳定在20%左右,对BDOC的去除率为38·44%;生物陶粒对AOC和BDOC都具有较高的去除率。因此初步认为生物陶粒和活性炭单元是获得生物稳定的饮用水的有效处理单元。关键词AOCBDOC生物稳定性净水工艺由于饮用水源污染日益严重,导致饮用水水质不断恶化,进入水体中种类繁多的有机物绝大部分是对人体有害的。而常规净水工艺处理后的出厂水中往往含有可生物降解的有机物,它是异养细菌生长繁殖所需的营养基质,使未被消毒杀死的细菌或其它途径进入给水管网的细菌重新生长[1~2],使用户水色度和浊度上升,细菌数增加,导致水质的二次污染[3]。本研究的目的就是从净水工艺出发,寻求能有效去除水中可生物降解有机物的处理单元或流程,以提高水的生物稳定性。1试验部分1·1试验装置与流程试验装置如图1。设计参数如表1。流程1:原水→混凝沉淀→砂滤→活性炭→出水流程2:原水→生物陶粒柱→砂滤→活性炭→出水*本研究受国家自然科学基金(59878024)和北京市科委基金资助1·2生物陶粒柱的挂膜生物陶粒柱采用接种挂膜法。1·3试验参数的测定AOC为可生物同化有机碳,是可生物降解有机物中被微生物转化成其自身菌体的那一部分,是细菌直接用以新陈代谢的物质和能量来源。测定水中AOC的浓度可反映饮用水的生物稳定性,饮用水的生物稳定性是指水中可生物降解有机物支持异养细菌生长的潜力。AOC的测定方法由荷兰的VanderKooij博士首先提出[4],这种方法以饮用水中普遍存在的荧光假单胞菌P17(FluorescentPseudomonads)和一种螺旋菌NOX为测试菌,以乙酸钠作为标准基质,对生长到静止期时的细菌进行平板计数,根据不同乙酸钠浓度和在此浓度下两种菌达到生长静止期的数量作标准曲线,求出其生长因子。然后再根据待测水样中接种的P17和NOX生长菌落数和生长因子求出AOC浓度。在这方面研究较为领先的荷兰和美国学者认为[5]:在没有加氯的情况下,AOC10μg乙酸碳/L~20μg乙酸碳/L的饮用水为生物稳定的水;在加氯的情况下,AOC50μg乙酸碳/L~100μg乙酸碳/L的水为生物稳定的饮用水。AOC越低,水的生物稳定性越好,反之水的生物稳定性越差,越容易引起微生物的生长。BDOC为可生物降解的溶解性有机碳,测定方法采用动态循环法[6]:让待测水样不断循环通过具有生物活性的颗粒载体,使水中可被生物降解的有机物充分分解,直至反应器出水的DOC值保持恒定或达到最低值,在此过程中以一定的时间间隔测定水样的DOC值,最初的DOC值与最低的DOC值之差即为BDOC。2结果与讨论2·1常规工艺+活性炭组合工艺(流程1)的试验结果流程1的AOC测定结果如表2所示。各处理单元对AOC、AOC-P17及AOC-NOX的去除率如表3所示。注:单位为μg乙酸碳/L。注:单位为%。从表2、表3中可看出:(1)原水中AOC的主要构成成分是AOC-P17。(2)常规处理对AOC的去除率为28·90%,具有一定的去除效果,但很有限。这可能是由于混凝剂容易与大分子的腐殖质螯合,而不容易与小分子的有机物结合,因此混凝沉淀对去除悬浮物、胶体物质很有效,但对有机物的去除效果则不佳。砂滤使AOC-NOX增大的原因可能是反冲洗不彻底,少量粘附在砂子上的有机物重新溶于水中,而且这些有机物大部分是螺旋菌NOX可利用的物质。经活性炭吸附后,AOC降为117μg乙酸碳/L,去除效果达到了46·33%。虽然尚未满足出水稳定的要求,但由于本工艺处于初期运行阶段,活性炭属于新炭,还没有发挥其运行一段时间后长有微生物的降解作用,随着运行时间的增加,活性炭上附着有微生物,出水AOC值应该会更低一些,再经过适当的消毒方式,达到小于100μg乙酸碳/L的标准是可能的。(3)可以初步认为,在常规工艺和生物炭工艺运行良好(包括生物活性稳定)时,当原水AOC值在200μg乙酸碳/L左右,组合工艺的出水可以达到生物稳定的要求(即出水AOC值小于100μg乙酸碳/L)。2·2生物陶粒组合工艺(流程2)的试验结果2·2·1流程2的BDOC测定结果(表4)从表4中可看出:(1)原水BDOC占DOC的34·22%,具有较好的可生化性。(2)在各处理单元中,生物陶粒柱对BDOC的去除率为60·00%,发挥了较好的作用,具有较强的生物降解能力。(3)砂滤单元对BDOC的去除率只有5·56%,基本上没有生物降解能力。活性炭单元由于具有较好的吸附作用,对BDOC的去除率达到了33·82%,但由于尚无生物膜生长,活性炭单元的去除能力还有较大的余量。(4)组合工艺对BDOC的去除率为75·00%,出水BDOC值为0·45mg/L,考虑到活性炭的作用尚未充分发挥,可以认为组合工艺对水体中BDOC具有较好的去除能力。2·2·2流程2的AOC测定结果AOC分析结果如表5所示。各处理单元对AOC的去除率如表6所示。从表5、表6中可看出:(1)砂滤和活性炭单元对AOC的去除率不高,整个工艺对AOC的去除主要是通过生物陶粒柱的生物降解作用完成的。(2)虽然整个工艺出水的AOC值仍高于100μg乙酸碳/L,尚未达到生物稳定的要求,但随着活性炭上附着的生物膜的生长,出水是可以达到生物稳定的。活性炭对AOC的去除有一定的效果,但总的来说不如生物陶粒的好,而且它对AOC-NOX的去除要比对AOC-P17的高。这主要是因为活性炭运行时间不够,没有形成丰富的生物膜,它在这里发挥的作用主要是物理吸附,而没有生物作用,因此活性炭的作用没有得到大的发挥;同时也说明活性炭对AOC-NOX的去除主要靠吸附作用,而对AOC-P17的去除主要靠生物作用。(3)可以初步认为,在生物陶粒组合工艺运行良好时,当原水水质的AOC大于350μg乙酸碳/L时,组合工艺的出水可以达到生物稳定。3结论(1)常规处理对AOC有一定的去除能力,但由于AOC和BDOC属于可生物降解的有机物,因此常规处理的去除效果不如生物陶粒的好。(2)生物炭因其很好的吸附作用和其上面附着的生物膜的降解作用,已成为去除水中可生物降解有机物的有力手段。(3)生物陶粒与生物炭单元是取得生物稳定的饮用水的重要处理单元。(4)对于水质较好的水源水(AOC在200μg乙酸碳/L左右)可采用常规工艺结合生物炭处理,从而得到生物稳定的饮用水。(5)对于水质较差,但有较好的可生化性的水源水(AOC大于350μg乙酸碳/L),可采用常规工艺结合生物预处理和生物炭,而得到生物稳定的饮用水。参考文献1Huck,PM.MeasurementofBiodegradableOrganicMatterandBac-terialGrowthPotentialinDrinkingWater.JAWWA,1990,82(7):78~862Lechevallier,MW.ColiformRegrowthinDrinkingWater:ARe-view.JAWWA,1990,82(11):74~863齐宇,等·自来水输送过程中的水质变化·给水排水技术动态,1997(3):52~554VanderKooijetal.DeterminingtheConcentrationofEasilyAssimi-lableOrganicCarboninDringkingWater.JAWWA,1982,74(10):540~5455Lechevallier,MWetal.DevelopmentofaRapidAssimilableOrgan-icCarbonMethodforWater.AppEnvirMicro,1993,59(5):1526~15316FriasJetal.AMethodfortheMeasurementofBiodegradableOr-ganicCarboninWaters.WaterResearch,1992,26(2):255~258○作者通讯处:100084清华大学环境科学与工程系电话:[phone]收稿日期:1999-4-518给水排水Vol·25No·71999