水廠常規(guī)工藝去除可生物同化有機碳的研究
論文作者：吳紅偉 劉文君 張淑琪 王占生 張彌 徐欣 樊康平
摘要： 研究 了小試規(guī)模的常規(guī)處理和實際水廠凈水工藝對可生物同化有機碳(AOC)的去除效果。結(jié)果表明，常規(guī)處理對AOC的去除波動較大(7.8?48.3，有一定的去除效果;活性炭對AOC的去除效果較好，去除率達60?右。根據(jù)對具有代表性的水廠出水調(diào)查結(jié)果，建議我國的飲用水AOC控制標準為200 μg乙酸碳/L。
關(guān)鍵詞：AOC 生物穩(wěn)定性
可生物同化有機碳(AOC)是有機物中最易被微生物合成菌體的、支持異養(yǎng)細菌生長繁殖最好的營養(yǎng)基質(zhì)。國外普遍采用AOC作為反映飲用水生物穩(wěn)定性的替代參數(shù)，飲用水的生物穩(wěn)定性是指飲用水中可生物降解有機物支持異養(yǎng)細菌生長的潛力。水中AOC可反映水中細菌生長的限制性營養(yǎng)水平，可以鑒定飲用水的生物穩(wěn)定性。在沒有加氯的情況下，AOC<10～20 μg乙酸碳/L的飲用水為生物穩(wěn)定的水;在加氯的情況下，AOC<50～100 μg乙酸碳/L的水為生物穩(wěn)定的飲用水[1]。生物不穩(wěn)定的飲用水會使細菌在給水管網(wǎng)中重新生長[2、3]，使用戶水色度和濁度上升，細菌數(shù)增加，導致水質(zhì)的二次污染[4]，因此應(yīng)該盡量減少出廠水中AOC。本研究考察了小試規(guī)模的常規(guī)處理和實際水廠凈水工藝對AOC的去除效果，并根據(jù)此試驗結(jié)果建議在近期內(nèi)能實現(xiàn)的AOC控制標準。
1 試驗部分
1.1 試驗 方法
AOC測定方法由荷蘭的Van der Kooij首先提出，測定所用的菌種是從水中分離出來的熒光假單胞菌P17和螺旋菌NOX，其中P17為營養(yǎng)多樣性細菌，但不能利用草酸類基質(zhì)，而NOX可利用草酸類基質(zhì)，因此AOC為AOC-P17與AOC-NOX之和。以乙酸鈉作為標準基質(zhì)，對生長到靜止期時的細菌進行平板計數(shù)，根據(jù)不同乙酸鈉濃度和在此濃度下兩種菌達到生長靜止期的數(shù)量作標準曲線，求出其生長因子，然后再根據(jù)待測水樣中接種的P17和NOX生長菌落數(shù)和生長因子求出AOC。
1.2 試驗流程
小試以頤和園內(nèi)團城湖水為水源，具體流程為：原水→混凝沉淀→砂濾→活性炭→出水，設(shè)計參數(shù)見表1。實際水廠試驗取J水廠、T水廠和C水廠的出廠水為測試對象，這三個地表水源水廠均采用常規(guī)的混凝、沉淀、過濾和活性炭的深度處理。
表1 小試各裝置的設(shè)計參數(shù)
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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 |
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2 試驗結(jié)果和討論 由于進水水質(zhì)和水溫的變化，小試常規(guī)處理對AOC的去除率在17.1%～44.9%內(nèi)波動，具有一定的去除效果。經(jīng)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(jié)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 |
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原 水 (μg乙酸碳/L) |
215 | 68 | 283 | 223 | 70 | 293 | 182 | 36 | 218 |
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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 |
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GAC出水 (μg乙酸碳/L) |
75 | 20 | 95 | 122 | 40 | 162 | 99 | 18 | 117 |
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GAC工藝 去除率(%) |
41.4 | 35.5 | 40.2 | 34.0 | 31.0 | 33.3 | 16.1 | 51.4 | 24.5 |
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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(jié)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(guī)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?cè)コ?/font> | 323 | 115 | 64.4 | 219 | 103 | 52.9 | 259 | 108 | 58.3 | |
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1997 年 秋 |
常規(guī)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?cè)コ?/font> | 350 | 86 | 75.4 | 270 | 91 | 66.3 | 285 | 69 | 75.8 | |
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1998 年 春 |
常規(guī)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?cè)コ?/font> | 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(guī)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(jié)果一樣，常規(guī)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(guān)，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。 、凇∪齻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(xiàn)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(yù)氯化，使活性炭上細菌生長環(huán)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(guān)。 從小試和實際水廠出水調(diào)查結(jié)果得出，常規(guī)處理對AOC的去除波動較大，一般在7.8%～48.3%內(nèi)變動，這和水溫以及采用的單元工藝都有關(guān)系；钚蕴繉OC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(zhì)較好，AOC在200～300 μg/L時，常規(guī)工藝即使發(fā)揮較高的處理效果也很難使出水達到生物穩(wěn)定，但再經(jīng)過生物炭的深度處理，則有可能使出水AOC<100 μg/L，再經(jīng)過適當?shù)南痉绞，可使進入管網(wǎng)的水達到生物穩(wěn)定。 |
3 我國飲用水AOC控制標準的建議
荷蘭Van Der Kooij博士認為，為了控制管網(wǎng)中異氧菌的生長，出廠水AOC應(yīng)<10～20 μg/L。在美國，為了控制大腸菌的生長，建議AOC應(yīng)<50～100 μg/L。Louis A.Kaplan等人對美國和加拿大的51個水廠調(diào)查表明，95%的地表水源水廠和50%的地下水源水廠不能達到50 μg/L的標準，所有的水廠均不能達到10 μg/L的標準。
相對于外國，我國的水源水普遍污染嚴重，處理工藝和設(shè)備較落后，在發(fā)達國家尚不能達到生物穩(wěn)定的飲用水標準的情況下，生搬硬套此標準是不現(xiàn)實的，因此應(yīng)該針對實際情況提出一個符合我國國情的AOC控制標準。要準確地確定這一指標是十分困難的，應(yīng)該進行長期的模擬管網(wǎng)試驗，綜合考慮加氯對AOC、細菌生長和消毒副產(chǎn)物形成的 影響 ，提出 科學 的指標。就 目前 研究 而言，對水廠水質(zhì)進行實際調(diào)查是比較有效的 方法 。這一控制標準的確定應(yīng)該基于以下幾點：①根據(jù)我國國情， 參考 發(fā)達國家的經(jīng)驗，以我國較優(yōu)水質(zhì)水廠為基準。②這一標準對國內(nèi)大多數(shù)水廠來說目前未能達到，但采用一定的處理技術(shù)后是可以達到的。③最重要的是提出的控制標準能真正有效地防止細菌在管道中生長。北京市的水源歷來被認為是國內(nèi)較好的，對北京自來水的普查可以作為國內(nèi)這方面研究的參照，表4是北京市五個水廠出廠水全年的AOC實測值。
表4 各水廠的出廠水AOC值 μg乙酸碳/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(nèi)目前地表水源水廠和地下水源水廠中水質(zhì)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(jīng)京密引水渠至頤和園團城湖然后送至水廠，水質(zhì)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(zhì)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(jié)也在200 μg/L以內(nèi)。在水質(zhì)普查中并未發(fā)現(xiàn)出廠水、管網(wǎng)水和末梢水中的細菌總數(shù)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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