水廠常規工藝去除可生物同化有機碳的研究
論文(wen)作者：吳紅偉 劉文(wen)君(jun) 張(zhang)淑(shu)琪 王占生 張(zhang)彌 徐(xu)欣 樊康平
摘(zhai)要： 研究 了小試(shi)規模的(de)(de)常規處(chu)理和實(shi)際水(shui)(shui)廠凈水(shui)(shui)工藝對(dui)可(ke)生(sheng)物同化有(you)機碳(tan)(AOC)的(de)(de)去(qu)(qu)除效果(guo)(guo)。結(jie)果(guo)(guo)表(biao)明，常規處(chu)理對(dui)AOC的(de)(de)去(qu)(qu)除波動較(jiao)大(da)(7.8?48.3，有(you)一定的(de)(de)去(qu)(qu)除效果(guo)(guo);活性炭(tan)對(dui)AOC的(de)(de)去(qu)(qu)除效果(guo)(guo)較(jiao)好，去(qu)(qu)除率達60?右。根據對(dui)具有(you)代表(biao)性的(de)(de)水(shui)(shui)廠出水(shui)(shui)調查結(jie)果(guo)(guo)，建議(yi)我國的(de)(de)飲(yin)用水(shui)(shui)AOC控制標準為200 μg乙酸碳(tan)/L。
關鍵詞：AOC 生物穩定性
可(ke)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)同化有機(ji)碳(tan)(tan)(tan)(AOC)是(shi)有機(ji)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)中(zhong)最易(yi)被(bei)微生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)合成菌(jun)(jun)體的(de)(de)(de)(de)(de)、支持異養(yang)(yang)(yang)(yang)細(xi)菌(jun)(jun)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)長(chang)繁殖最好的(de)(de)(de)(de)(de)營養(yang)(yang)(yang)(yang)基(ji)質。國外普遍采(cai)用(yong)(yong)AOC作(zuo)為反映(ying)飲(yin)用(yong)(yong)水(shui)(shui)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)穩定(ding)(ding)(ding)性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)替代(dai)參(can)數，飲(yin)用(yong)(yong)水(shui)(shui)的(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)穩定(ding)(ding)(ding)性(xing)是(shi)指飲(yin)用(yong)(yong)水(shui)(shui)中(zhong)可(ke)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)降解(jie)有機(ji)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)支持異養(yang)(yang)(yang)(yang)細(xi)菌(jun)(jun)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)長(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)潛(qian)力。水(shui)(shui)中(zhong)AOC可(ke)反映(ying)水(shui)(shui)中(zhong)細(xi)菌(jun)(jun)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)長(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)限制性(xing)營養(yang)(yang)(yang)(yang)水(shui)(shui)平(ping)，可(ke)以鑒定(ding)(ding)(ding)飲(yin)用(yong)(yong)水(shui)(shui)的(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)穩定(ding)(ding)(ding)性(xing)。在(zai)沒有加(jia)氯的(de)(de)(de)(de)(de)情(qing)況(kuang)(kuang)下，AOC<10～20 μg乙(yi)酸碳(tan)(tan)(tan)/L的(de)(de)(de)(de)(de)飲(yin)用(yong)(yong)水(shui)(shui)為生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)穩定(ding)(ding)(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)水(shui)(shui);在(zai)加(jia)氯的(de)(de)(de)(de)(de)情(qing)況(kuang)(kuang)下，AOC<50～100 μg乙(yi)酸碳(tan)(tan)(tan)/L的(de)(de)(de)(de)(de)水(shui)(shui)為生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)穩定(ding)(ding)(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)飲(yin)用(yong)(yong)水(shui)(shui)[1]。生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)不(bu)穩定(ding)(ding)(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)飲(yin)用(yong)(yong)水(shui)(shui)會使(shi)細(xi)菌(jun)(jun)在(zai)給水(shui)(shui)管網中(zhong)重新生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)長(chang)[2、3]，使(shi)用(yong)(yong)戶水(shui)(shui)色度和(he)濁度上升，細(xi)菌(jun)(jun)數增加(jia)，導(dao)致水(shui)(shui)質的(de)(de)(de)(de)(de)二次污染[4]，因此應(ying)該(gai)盡量(liang)減少(shao)出廠水(shui)(shui)中(zhong)AOC。本研究考察了小試規模的(de)(de)(de)(de)(de)常規處理和(he)實際水(shui)(shui)廠凈水(shui)(shui)工藝對(dui)AOC的(de)(de)(de)(de)(de)去除(chu)效果(guo)，并根據此試驗結(jie)果(guo)建議(yi)在(zai)近(jin)期(qi)內能實現的(de)(de)(de)(de)(de)AOC控制標準。
1 試驗部分
1.1 試(shi)驗(yan) 方(fang)法
AOC測(ce)定(ding)方法由荷蘭(lan)的(de)Van der Kooij首先(xian)提(ti)出(chu)(chu)，測(ce)定(ding)所用的(de)菌(jun)(jun)(jun)(jun)種(zhong)是從水中(zhong)(zhong)分離出(chu)(chu)來的(de)熒光假(jia)單胞菌(jun)(jun)(jun)(jun)P17和螺(luo)旋菌(jun)(jun)(jun)(jun)NOX，其(qi)中(zhong)(zhong)P17為(wei)營養(yang)多樣性細菌(jun)(jun)(jun)(jun)，但不(bu)能利用草(cao)酸類(lei)基(ji)質(zhi)，而NOX可利用草(cao)酸類(lei)基(ji)質(zhi)，因此(ci)AOC為(wei)AOC-P17與AOC-NOX之和。以乙酸鈉作為(wei)標準基(ji)質(zhi)，對(dui)生長到靜(jing)止(zhi)期(qi)時(shi)的(de)細菌(jun)(jun)(jun)(jun)進行平板計數(shu)，根據不(bu)同(tong)乙酸鈉濃度和在此(ci)濃度下兩種(zhong)菌(jun)(jun)(jun)(jun)達(da)到生長靜(jing)止(zhi)期(qi)的(de)數(shu)量(liang)作標準曲線，求出(chu)(chu)其(qi)生長因子(zi)，然(ran)后再(zai)根據待測(ce)水樣中(zhong)(zhong)接種(zhong)的(de)P17和NOX生長菌(jun)(jun)(jun)(jun)落數(shu)和生長因子(zi)求出(chu)(chu)AOC。
1.2 試(shi)驗流程(cheng)
小試(shi)以(yi)頤和園(yuan)內團城湖水(shui)(shui)(shui)為(wei)(wei)水(shui)(shui)(shui)源(yuan)，具(ju)體流程為(wei)(wei)：原水(shui)(shui)(shui)→混凝沉淀(dian)(dian)→砂濾(lv)→活(huo)性炭→出水(shui)(shui)(shui)，設計參數(shu)見表(biao)1。實(shi)際水(shui)(shui)(shui)廠(chang)(chang)試(shi)驗取J水(shui)(shui)(shui)廠(chang)(chang)、T水(shui)(shui)(shui)廠(chang)(chang)和C水(shui)(shui)(shui)廠(chang)(chang)的出廠(chang)(chang)水(shui)(shui)(shui)為(wei)(wei)測試(shi)對象(xiang)，這三個地表(biao)水(shui)(shui)(shui)源(yuan)水(shui)(shui)(shui)廠(chang)(chang)均(jun)采用(yong)常規(gui)的混凝、沉淀(dian)(dian)、過濾(lv)和活(huo)性炭的深度處(chu)理(li)。
表1 小試(shi)各裝置的設計參數
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凈水 工藝 |
尺 寸 (mm) |
填料 高度 (mm) |
填料 粒徑 (mm) |
停留 時間 (min) |
濾速 (m/h) |
| 混凝 | 150×100 | 1 | |||
| 沉淀 | 800×250×800 | 150 | |||
| 砂濾 | 100×1 900 | 800 | 1～1.5 | 10 | |
| 活性炭 | 100×2 800 | 1 500 | 1～2 | 9 | 10 |
|
2 試驗結果和討論 由于進水水質和水溫的變化，小試常規處理對AOC的去除率在17.1%～44.9%內波動，具有一定的去除效果。經活性炭處理后，AOC有較大的降低，去除率約為24.5%～40.2%，且隨著運行時間的增加，去除率也會增大。但本試驗總的運行時間并不長，活性炭尚屬于新炭，表面還沒有形成豐富的生物膜，主要靠物理吸附作用對AOC進行去除。因此當活性炭成為生物炭時，加上微生物的降解作用，組合工藝的出水AOC會更低。小試和三個地表水源水廠一年5次取樣，對AOC的去除效果見表2和表3。 表2 小試工藝的AOC測定結果 |
| 時 間 | 1998年10月 | 1998年7月 | 1998年4月 | ||||||
| 項 目 | AOC-P17 | AOC-NOX | AOC | AOC-P17 | AOC-NOX | AOC | AOC-P17 | AOC-NOX | AOC |
|
原 水 (μg乙酸碳/L) |
215 | 68 | 283 | 223 | 70 | 293 | 182 | 36 | 218 |
|
砂濾出水 (μg乙酸碳/L) |
128 | 31 | 159 | 185 | 58 | 243 | 118 | 37 | 155 |
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砂濾工藝 去除率(%) |
40.5 | 54.4 | 44.9 | 17.0 | 17.1 | 17.1 | 35.2 | -2.8 | 28.9 |
|
GAC出水 (μg乙酸碳/L) |
75 | 20 | 95 | 122 | 40 | 162 | 99 | 18 | 117 |
|
GAC工藝 去除率(%) |
41.4 | 35.5 | 40.2 | 34.0 | 31.0 | 33.3 | 16.1 | 51.4 | 24.5 |
|
組合工藝 去除率(%) |
65.1 | 70.6 | 66.4 | 45.3 | 42.8 | 44.7 | 45.6 | 50.0 | 46.3 |
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表3 實際水廠的AOC測定結果 μg乙酸碳/L |
| 時間 |
處理 工藝 |
J水廠 | T水廠 | C水廠 | ||||||
| 進水 | 出水 | 去除率(%) | 進水 | 出水 | 去除率(%) | 進水 | 出水 | 去除率(%) | ||
| 冬☆ | 組合工藝 | 221 | 130 | 41.2 | 305 | 203 | 33.4 | 298 | 263 | 11.7 |
| 春☆ | 組合工藝 | 79* | 41* | 48.1 | 343 | 121 | 64.7 | 204 | 153 | 25 |
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1997 年 夏 |
常規工藝 | 323 | 167 | 48.3 | 219 | 202 | 7.8 | 259 | 191 | 26.2 |
| 活性炭 | 167 | 115 | 31.1 | 202 | 103 | 49.0 | 191 | 108 | 43.5 | |
| 總去除 | 323 | 115 | 64.4 | 219 | 103 | 52.9 | 259 | 108 | 58.3 | |
|
1997 年 秋 |
常規工藝 | 350 | 249 | 28.8 | 270 | 231 | 14.4 | 285 | 188 | 34.0 |
| 活性炭 | 249 | 86 | 65.5 | 231 | 91 | 60.6 | 188 | 69 | 63.3 | |
| 總去除 | 350 | 86 | 75.4 | 270 | 91 | 66.3 | 285 | 69 | 75.8 | |
|
1998 年 春 |
常規工藝 | 301 | 248 | 17.6 | 329 | 275 | 16.4 | 270 | 247 | 8.5 |
| 活性炭 | 248 | 165 | 33.5 | 275 | 205 | 25.4 | 247 | 195 | 21.0 | |
| 總去除 | 301 | 165 | 45.2 | 329 | 205 | 37.7 | 270 | 195 | 27.8 | |
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注 *為AOC-NOX值； |
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從表3中看出： ① J水廠常規處理對AOC去除率為17.6%～48.3%，T水廠僅為7.8%～16.4%，C水廠約為8.5%～34.0%。和小試結果一樣，常規處理如果運行較好，對AOC有一定的處理效果，但如果水溫較低(例如春季)，混凝沉淀效果受 影響 ，則去除率將下降。J水廠處理效率較高可能與其采用煤砂雙層濾料濾池有關，煤渣的吸附作用和細菌易于在載體上附著生長的特性使其保持對AOC的良好去除。 ② 三個水廠的活性炭都使用了一年以上，因其附著有微生物，對AOC具有生物降解作用，因此均表現了對AOC較高的處理效果，特別是秋季達到60%以上，普遍比小試中的活性炭處理效果好。J水廠夏季活性炭對AOC去除率僅為秋季的一半，C水廠也明顯低于秋季，其原因可能在于夏季為殺藻投加了氯。而秋季取樣時J廠和C廠進水未預氯化，使活性炭上細菌生長環境良好。另外春季活性炭對AOC的去除效率偏低，可能也與活性炭上的細菌在水溫較低時活性下降有關。 從小試和實際水廠出水調查結果得出，常規處理對AOC的去除波動較大，一般在7.8%～48.3%內變動，這和水溫以及采用的單元工藝都有關系。活性炭對AOC的去除效果較好，其吸附作用對AOC的去除率為30%左右，當活性炭使用時間變長，有微生物的作用后，其對AOC的去除率能達到60%左右。當水源水質較好，AOC在200～300 μg/L時，常規工藝即使發揮較高的處理效果也很難使出水達到生物穩定，但再經過生物炭的深度處理，則有可能使出水AOC<100 μg/L，再經過適當的消毒方式，可使進入管網的水達到生物穩定。 |
3 我國飲用水AOC控制標準的建(jian)議(yi)
荷(he)蘭Van Der Kooij博士認為，為了(le)控制管(guan)網中異氧菌的(de)(de)生(sheng)長，出(chu)廠(chang)水AOC應<10～20 μg/L。在美(mei)國，為了(le)控制大(da)腸菌的(de)(de)生(sheng)長，建議AOC應<50～100 μg/L。Louis A.Kaplan等人對美(mei)國和加拿大(da)的(de)(de)51個水廠(chang)調(diao)查表明，95%的(de)(de)地表水源水廠(chang)和50%的(de)(de)地下水源水廠(chang)不(bu)能達到50 μg/L的(de)(de)標(biao)準，所有的(de)(de)水廠(chang)均不(bu)能達到10 μg/L的(de)(de)標(biao)準。
相對(dui)于(yu)外國(guo)(guo)(guo)(guo)，我(wo)(wo)(wo)國(guo)(guo)(guo)(guo)的(de)(de)(de)(de)(de)水(shui)源水(shui)普(pu)遍污染嚴(yan)重，處理工藝和(he)設備較(jiao)落后，在發達(da)(da)國(guo)(guo)(guo)(guo)家(jia)尚不能達(da)(da)到生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物穩定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)飲用水(shui)標(biao)(biao)準(zhun)(zhun)的(de)(de)(de)(de)(de)情況下(xia)，生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)搬硬套此標(biao)(biao)準(zhun)(zhun)是(shi)不現實(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)，因此應(ying)該針對(dui)實(shi)際(ji)情況提出(chu)一(yi)(yi)個符合我(wo)(wo)(wo)國(guo)(guo)(guo)(guo)國(guo)(guo)(guo)(guo)情的(de)(de)(de)(de)(de)AOC控制(zhi)標(biao)(biao)準(zhun)(zhun)。要(yao)準(zhun)(zhun)確(que)地(di)確(que)定(ding)這一(yi)(yi)指(zhi)標(biao)(biao)是(shi)十(shi)分困難的(de)(de)(de)(de)(de)，應(ying)該進行(xing)長(chang)期的(de)(de)(de)(de)(de)模擬管網(wang)試驗(yan)，綜合考慮加氯對(dui)AOC、細(xi)菌生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)長(chang)和(he)消毒副產物形成的(de)(de)(de)(de)(de) 影(ying)響(xiang) ，提出(chu) 科學(xue) 的(de)(de)(de)(de)(de)指(zhi)標(biao)(biao)。就 目前 研究(jiu) 而言，對(dui)水(shui)廠(chang)(chang)水(shui)質(zhi)進行(xing)實(shi)際(ji)調查(cha)是(shi)比較(jiao)有(you)效(xiao)的(de)(de)(de)(de)(de) 方(fang)法 。這一(yi)(yi)控制(zhi)標(biao)(biao)準(zhun)(zhun)的(de)(de)(de)(de)(de)確(que)定(ding)應(ying)該基于(yu)以(yi)(yi)(yi)下(xia)幾點：①根據(ju)我(wo)(wo)(wo)國(guo)(guo)(guo)(guo)國(guo)(guo)(guo)(guo)情， 參(can)考 發達(da)(da)國(guo)(guo)(guo)(guo)家(jia)的(de)(de)(de)(de)(de)經驗(yan)，以(yi)(yi)(yi)我(wo)(wo)(wo)國(guo)(guo)(guo)(guo)較(jiao)優水(shui)質(zhi)水(shui)廠(chang)(chang)為基準(zhun)(zhun)。②這一(yi)(yi)標(biao)(biao)準(zhun)(zhun)對(dui)國(guo)(guo)(guo)(guo)內大多數(shu)水(shui)廠(chang)(chang)來(lai)說目前未能達(da)(da)到，但采用一(yi)(yi)定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)處理技術后是(shi)可以(yi)(yi)(yi)達(da)(da)到的(de)(de)(de)(de)(de)。③最(zui)重要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)提出(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)控制(zhi)標(biao)(biao)準(zhun)(zhun)能真正有(you)效(xiao)地(di)防止細(xi)菌在管道(dao)中生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)長(chang)。北(bei)京市(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)水(shui)源歷(li)來(lai)被認為是(shi)國(guo)(guo)(guo)(guo)內較(jiao)好的(de)(de)(de)(de)(de)，對(dui)北(bei)京自(zi)來(lai)水(shui)的(de)(de)(de)(de)(de)普(pu)查(cha)可以(yi)(yi)(yi)作為國(guo)(guo)(guo)(guo)內這方(fang)面研究(jiu)的(de)(de)(de)(de)(de)參(can)照，表4是(shi)北(bei)京市(shi)五個水(shui)廠(chang)(chang)出(chu)廠(chang)(chang)水(shui)全(quan)年的(de)(de)(de)(de)(de)AOC實(shi)測值。
表4 各水廠的出廠水AOC值 μg乙酸(suan)碳/L
| 水廠名稱 | 冬 | 春 | 夏 | 秋 | 春 |
| J水廠 | 130 | 168 | 202 | 198 | |
| T水廠 | 203 | 121 | 191 | 193 | 342 |
| C水廠 | 263 | 153 | 201 | 235 | 247 |
| B水廠 | 108 | 116 | 176 | 230 | 217 |
| Q水廠 | 383 | 156 | 201 | 160 | 301 |
| 注 取樣時間順序為1996年冬、1997年春、1997年夏、1997年秋和1998年春。 | |||||
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表4中J水廠和B水廠分別是國內目前地表水源水廠和地下水源水廠中水質較好的代表，可以作為參照水廠。J廠出水AOC全年基本<200 μg/L；T水廠水源水是密云水庫水經京密引水渠至頤和園團城湖然后送至水廠，水質受引水渠沿途污染影響，進廠水比J廠略差，但由于采用了活性炭處理，出廠水AOC與J廠差不多，除1998年春季外也基本<200 μg/L；C水廠水源水為三家店水庫水(1998年后改為頤和園團城湖水)，其水質更差，盡管處理工藝與J和T水廠相同，有活性炭單元，出廠水AOC基本在200～300 μg/L。B水廠除秋季為230 μg/L、1998年春季為213 μg/L外，也<200 μg/L。Q水廠冬季出廠水AOC達383 μg/L，1998年春季為301 μg/L，其余季節也在200 μg/L以內。在水質普查中并未發現出廠水、管網水和末梢水中的細菌總數和大腸菌超標，因此可以認為AOC近期控制目標為200 μg/L，遠期目標為100 μg/L，水廠采用生物處理工藝或活性炭工藝是可以達到這一標準的。如果出廠水有機物含量低，加氯后AOC將不會有大的增加，有利于控制細菌的增長。
參考 文獻
1 Lechevallier M W et al.Development of a Rapid Assimilable Organic Carbon Method for Water.App Envir Micro,1993;59(5):1526～1531 |
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