水廠常規(guī)工藝去除可生物同化有機(jī)碳的研究論文

　　摘要：研究了小試規(guī)模的常規(guī)處理和實(shí)際水廠凈水工藝對(duì)可生物同化有機(jī)碳(AOC)的去除效果。結(jié)果表明，常規(guī)處理對(duì)AOC的去除波動(dòng)較大(7.8？48.3，有一定的去除效果；活性炭對(duì)AOC的去除效果較好，去除率達(dá)60？右。根據(jù)對(duì)具有代表性的水廠出水調(diào)查結(jié)果，建議我國(guó)的飲用水AOC控制標(biāo)準(zhǔn)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(jī)碳(AOC)是有機(jī)物中最易被微生物合成菌體的、支持異養(yǎng)細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖最好的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)。國(guó)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(jī)物支持異養(yǎng)細(xì)菌生長(zhǎng)的潛力。水中AOC可反映水中細(xì)菌生長(zhǎng)的限制性營(yíng)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(huì)使細(xì)菌在給水管網(wǎng)中重新生長(zhǎng)［2、3］，使用戶水色度和濁度上升，細(xì)菌數(shù)增加，導(dǎo)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(shí)際水廠凈水工藝對(duì)AOC的去除效果，并根據(jù)此試驗(yàn)結(jié)果建議在近期內(nèi)能實(shí)現(xiàn)的AOC控制標(biāo)準(zhǔn)。

　　1 試驗(yàn)部分

　　1.1 試驗(yàn)方法

　　AOC測(cè)定方法由荷蘭的Van der Kooij首先提出，測(cè)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(yíng)養(yǎng)多樣性細(xì)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(biāo)準(zhǔn)基質(zhì)，對(duì)生長(zhǎng)到靜止期時(shí)的細(xì)菌進(jìn)行平板計(jì)數(shù)，根據(jù)不同乙酸鈉濃度和在此濃度下兩種菌達(dá)到生長(zhǎng)靜止期的數(shù)量作標(biāo)準(zhǔn)曲線，求出其生長(zhǎng)因子，然后再根據(jù)待測(cè)水樣中接種的P17和NOX生長(zhǎng)菌落數(shù)和生長(zhǎng)因子求出AOC。

　　1.2 試驗(yàn)流程

　　小試以頤和園內(nèi)團(tuán)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(jì)參數(shù)見表1。實(shí)際水廠試驗(yàn)取J水廠、T水廠和C水廠的出廠水為測(cè)試對(duì)象，這三個(gè)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(jì)參數(shù)

　　2 試驗(yàn)結(jié)果和討論

　　由于進(jìn)水水質(zhì)和水溫的變化，小試常規(guī)處理對(duì)AOC的去除率在17.1%～44.9%內(nèi)波動(dòng)，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(yùn)行時(shí)間的增加，去除率也會(huì)增大。但本試驗(yàn)總的運(yùn)行時(shí)間并不長(zhǎng)，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(duì)AOC進(jìn)行去除。因此當(dāng)活性炭成為生物炭時(shí)，加上微生物的降解作用，組合工藝的出水AOC會(huì)更低。小試和三個(gè)地表水源水廠一年5次取樣，對(duì)AOC的去除效果見表2和表3。

　　表2 小試工藝的AOC測(cè)定結(jié)果

　　表3 實(shí)際水廠的AOC測(cè)定結(jié)果 μg乙酸碳/L

　　從表3中看出：

　　① J水廠常規(guī)處理對(duì)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(yùn)行較好，對(duì)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(xì)菌易于在載體上附著生長(zhǎng)的特性使其保持對(duì)AOC的良好去除。

　�、� 三個(gè)水廠的活性炭都使用了一年以上，因其附著有微生物，對(duì)AOC具有生物降解作用，因此均表現(xiàn)了對(duì)AOC較高的處理效果，特別是秋季達(dá)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(duì)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(shí)J廠和C廠進(jìn)水未預(yù)氯化，使活性炭上細(xì)菌生長(zhǎng)環(huán)境良好。另外春季活性炭對(duì)AOC的去除效率偏低，可能也與活性炭上的細(xì)菌在水溫較低時(shí)活性下降有關(guān)。

　　從小試和實(shí)際水廠出水調(diào)查結(jié)果得出，常規(guī)處理對(duì)AOC的去除波動(dòng)較大，一般在7.8%～48.3%內(nèi)變動(dòng)，這和水溫以及采用的單元工藝都有關(guān)系�；钚蕴繉�(duì)AOC的去除效果較好，其吸附作用對(duì)AOC的去除率為30%左右，當(dāng)活性炭使用時(shí)間變長(zhǎng)，有微生物的作用后，其對(duì)AOC的去除率能達(dá)到60%左右。當(dāng)水源水質(zhì)較好，AOC在200～300 μg/L時(shí)，常規(guī)工藝即使發(fā)揮較高的處理效果也很難使出水達(dá)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(dāng)?shù)南�毒方式，可使進(jìn)入管網(wǎng)的水達(dá)到生物穩(wěn)定。

　　相對(duì)于外國(guó)，我國(guó)的水源水普遍污染嚴(yán)重，處理工藝和設(shè)備較落后，在發(fā)達(dá)國(guó)家尚不能達(dá)到生物穩(wěn)定的飲用水標(biāo)準(zhǔn)的情況下，生搬硬套此標(biāo)準(zhǔn)是不現(xiàn)實(shí)的，因此應(yīng)該針對(duì)實(shí)際情況提出一個(gè)符合我國(guó)國(guó)情的AOC控制標(biāo)準(zhǔn)。要準(zhǔn)確地確定這一指標(biāo)是十分困難的，應(yīng)該進(jìn)行長(zhǎng)期的模擬管網(wǎng)試驗(yàn)，綜合考慮加氯對(duì)AOC、細(xì)菌生長(zhǎng)和消毒副產(chǎn)物形成的影響，提出科學(xué)的指標(biāo)。就目前研究而言，對(duì)水廠水質(zhì)進(jìn)行實(shí)際調(diào)查是比較有效的方法。這一控制標(biāo)準(zhǔn)的確定應(yīng)該基于以下幾點(diǎn)：①根據(jù)我國(guó)國(guó)情，參考發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)，以我國(guó)較優(yōu)水質(zhì)水廠為基準(zhǔn)。②這一標(biāo)準(zhǔn)對(duì)國(guó)內(nèi)大多數(shù)水廠來說目前未能達(dá)到，但采用一定的處理技術(shù)后是可以達(dá)到的。③最重要的是提出的控制標(biāo)準(zhǔn)能真正有效地防止細(xì)菌在管道中生長(zhǎng)。北京市的水源歷來被認(rèn)為是國(guó)內(nèi)較好的，對(duì)北京自來水的普查可以作為國(guó)內(nèi)這方面研究的參照，表4是北京市五個(gè)水廠出廠水全年的AOC實(shí)測(cè)值。

　　3 我國(guó)飲用水AOC控制標(biāo)準(zhǔn)的建議

　　荷蘭Van Der Kooij博士認(rèn)為，為了控制管網(wǎng)中異氧菌的生長(zhǎng)，出廠水AOC應(yīng)<10～20 μg/L。在美國(guó)，為了控制大腸菌的生長(zhǎng)，建議AOC應(yīng)<50～100 μg/L。Louis A.Kaplan等人對(duì)美國(guó)和加拿大的51個(gè)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(dá)到50 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)，所有的水廠均不能達(dá)到10 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)。

　　表4 各水廠的出廠水AOC值 μg乙酸碳/L

　　表4中J水廠和B水廠分別是國(guó)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(tuán)城湖然后送至水廠，水質(zhì)受引水渠沿途污染影響，進(jìn)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(tuán)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(dá)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(xì)菌總數(shù)和大腸菌超標(biāo)，因此可以認(rèn)為AOC近期控制目標(biāo)為200 μg/L，遠(yuǎn)期目標(biāo)為100 μg/L，水廠采用生物處理工藝或活性炭工藝是可以達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)的。如果出廠水有機(jī)物含量低，加氯后AOC將不會(huì)有大的增加，有利于控制細(xì)菌的增長(zhǎng)。

　　4 結(jié)論

　　① 常規(guī)處理對(duì)AOC有一定的去除能力，但波動(dòng)較大，這和原水水質(zhì)、水溫以及采用的單元工藝很有關(guān)系。

　�、� 生物活性炭因其很好的吸附作用和生物降解作用，對(duì)AOC的去除能力較好，是使飲用水達(dá)到生物穩(wěn)定的有力手段。

　�、� 對(duì)于水質(zhì)較好的水源水(AOC在200～300 μg乙酸碳/L左右)可采用常規(guī)工藝結(jié)合生物活性炭處理，從而得到生物穩(wěn)定的飲用水。

　�、� 建議我國(guó)飲用水AOC的近期控制目標(biāo)為200 μg乙酸碳/L，遠(yuǎn)期目標(biāo)為100 μg乙酸碳/L。

　　參考文獻(xiàn)

　　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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　　3 Lechevallier M W.Coliform Regrowth in Drinking Water A Review.J AWWA,1990;82(11):74～86

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