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水厂常规工艺去除可生物同化有机碳的研究

论文作者:吴红伟 刘文君 张淑琪 王占生 张弥 徐欣 樊康平

摘要:研究了小试规模的常规处理和实际水厂净水工艺对可生物同化有机碳(AOC)的去除效果。结果表明,常规处理对AOC的去除波动较大(7.8?48.3,有一定的去除效果;活性炭对AOC的去除效果较好,去除率达60?右。根据对具有代表性的水厂出水调查结果,建议我国的饮用水AOC控制标准为200 μg乙酸碳/L。

关键词:AOC 生物稳定性

 

可生物同化有机碳(AOC)是有机物中最易被微生物合成菌体的、支持异养细菌生长繁殖最好的营养基质。国外普遍采用AOC作为反映饮用水生物稳定性的替代参数,饮用水的生物稳定性是指饮用水中可生物降解有机物支持异养细菌生长的潜力。水中AOC可反映水中细菌生长的限制性营养水平,可以鉴定饮用水的生物稳定性。在没有加氯的情况下,AOC<10~20 μg乙酸碳/L的饮用水为生物稳定的水;在加氯的情况下,AOC<50~100 μg乙酸碳/L的水为生物稳定的饮用水[1]。生物不稳定的饮用水会使细菌在给水管网中重新生长[2、3],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[4],因此应该尽量减少出厂水中AOC。本研究考察了小试规模的常规处理和实际水厂净水工艺对AOC的去除效果,并根据此试验结果建议在近期内能实现的AOC控制标准。
1 试验部分
1.1 试验方法
  AOC测定方法由荷兰的Van der Kooij首先提出,测定所用的菌种是从水中分离出来的荧光假单胞菌P17和螺旋菌NOX,其中P17为营养多样性细菌,但不能利用草酸类基质,而NOX可利用草酸类基质,因此AOC为AOC-P17与AOC-NOX之和。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。
1.2 试验流程
  小试以颐和园内团城湖水为水源,具体流程为:原水→混凝沉淀→砂滤→活性炭→出水,设计参数见表1。实际水厂试验取J水厂、T水厂和C水厂的出厂水为测试对象,这三个地表水源水厂均采用常规的混凝、沉淀、过滤和活性炭的深度处理。

表1 小试各装置的设计参数

净水
工艺
尺 寸
(mm)
填料
高度
(mm)
填料
粒径
(mm)
停留
时间
(min)
滤速
(m/h)
混凝 150×100     1  
沉淀 800×250×800     150  
砂滤 100×1 900 800 1~1.5   10
活性炭 100×2 800 1 500 1~2 9 10

2 试验结果和讨论
  由于进水水质和水温的变化,小试常规处理对AOC的去除率在17.1%~44.9%内波动,具有一定的去除效果。经活性炭处理后,AOC有较大的降低,去除率约为24.5%~40.2%,且随着运行时间的增加,去除率也会增大。但本试验总的运行时间并不长,活性炭尚属于新炭,表面还没有形成丰富的生物膜,主要靠物理吸附作用对AOC进行去除。因此当活性炭成为生物炭时,加上微生物的降解作用,组合工艺的出水AOC会更低。小试和三个地表水源水厂一年5次取样,对AOC的去除效果见表2和表3。

表2 小试工艺的AOC测定结果

时 间 1998年10月 1998年7月 1998年4月
项 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
砂滤出水
(μg乙酸碳/L)
128 31 159 185 58 243 118 37 155
砂滤工艺
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工艺
去除率(%)
41.4 35.5 40.2 34.0 31.0 33.3 16.1 51.4 24.5
组合工艺
去除率(%)
65.1 70.6 66.4 45.3 42.8 44.7 45.6 50.0 46.3


表3 实际水厂的AOC测定结果 μg乙酸碳/L

时间 处理
工艺
J水厂 T水厂 C水厂
进水 出水 去除率(%) 进水 出水 去除率(%) 进水 出水 去除率(%)
组合工艺 221 130 41.2 305 203 33.4 298 263 11.7
组合工艺 79* 41* 48.1 343 121 64.7 204 153 25
1997

常规工艺 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
总去除 323 115 64.4 219 103 52.9 259 108 58.3
1997

常规工艺 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
总去除 350 86 75.4 270 91 66.3 285 69 75.8
1998

常规工艺 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
总去除 301 165 45.2 329 205 37.7 270 195 27.8

注 *为AOC-NOX值;
 组合工艺包括常规处理和活性炭。

  从表3中看出:
  ① J水厂常规处理对AOC去除率为17.6%~48.3%,T水厂仅为7.8%~16.4%,C水厂约为8.5%~34.0%。和小试结果一样,常规处理如果运行较好,对AOC有一定的处理效果,但如果水温较低(例如春季),混凝沉淀效果受影响,则去除率将下降。J水厂处理效率较高可能与其采用煤砂双层滤料滤池有关,煤渣的吸附作用和细菌易于在载体上附着生长的特性使其保持对AOC的良好去除。
  ② 三个水厂的活性炭都使用了一年以上,因其附着有微生物,对AOC具有生物降解作用,因此均表现了对AOC较高的处理效果,特别是秋季达到60%以上,普遍比小试中的活性炭处理效果好。J水厂夏季活性炭对AOC去除率仅为秋季的一半,C水厂也明显低于秋季,其原因可能在于夏季为杀藻投加了氯。而秋季取样时J厂和C厂进水未预氯化,使活性炭上细菌生长环境良好。另外春季活性炭对AOC的去除效率偏低,可能也与活性炭上的细菌在水温较低时活性下降有关。
  从小试和实际水厂出水调查结果得出,常规处理对AOC的去除波动较大,一般在7.8%~48.3%内变动,这和水温以及采用的单元工艺都有关系。活性炭对AOC的去除效果较好,其吸附作用对AOC的去除率为30%左右,当活性炭使用时间变长,有微生物的作用后,其对AOC的去除率能达到60%左右。当水源水质较好,AOC在200~300 μg/L时,常规工艺即使发挥较高的处理效果也很难使出水达到生物稳定,但再经过生物炭的深度处理,则有可能使出水AOC<100 μg/L,再经过适当的消毒方式,可使进入管网的水达到生物稳定。

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