水廠(chǎng)常規工藝去除可生物同化有機碳的研究論文

　　摘要：研究了小試規模的常規處理和實(shí)際水廠(chǎng)凈水工藝對可生物同化有機碳(AOC)的去除效果。結果表明，常規處理對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AOC的去除效果較好，去除率達60？右。根據對具有代表性的水廠(chǎng)出水調查結果，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、支持異養細菌生長(cháng)繁殖最好的營(yíng)養基質(zhì)。國外普遍采用AOC作為反映飲用水生物穩定性的替代參數，飲用水的生物穩定性是指飲用水中可生物降解有機物支持異養細菌生長(cháng)的潛力。水中AOC可反映水中細菌生長(cháng)的限制性營(yíng)養水平，可以鑒定飲用水的生物穩定性。在沒(méi)有加氯的情況下，AOC<10～20 μg乙酸碳/L的飲用水為生物穩定的水；在加氯的情況下，AOC<50～100 μg乙酸碳/L的水為生物穩定的飲用水［1］。生物不穩定的飲用水會(huì )使細菌在給水管網(wǎng)中重新生長(cháng)［2、3］，使用戶(hù)水色度和濁度上升，細菌數增加，導致水質(zhì)的二次污染［4］，因此應該盡量減少出廠(chǎng)水中AOC。本研究考察了小試規模的常規處理和實(shí)際水廠(chǎng)凈水工藝對AOC的去除效果，并根據此試驗結果建議在近期內能實(shí)現的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(lái)的熒光假單胞菌P17和螺旋菌NOX，其中P17為營(yíng)養多樣性細菌，但不能利用草酸類(lèi)基質(zhì)，而NOX可利用草酸類(lèi)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(cháng)到靜止期時(shí)的細菌進(jìn)行平板計數，根據不同乙酸鈉濃度和在此濃度下兩種菌達到生長(cháng)靜止期的數量作標準曲線(xiàn)，求出其生長(cháng)因子，然后再根據待測水樣中接種的P17和NOX生長(cháng)菌落數和生長(cháng)因子求出AOC。

　　1.2 試驗流程

　　小試以頤和園內團城湖水為水源，具體流程為：原水→混凝沉淀→砂濾→活性炭→出水，設計參數見(jiàn)表1。實(shí)際水廠(chǎng)試驗取J水廠(chǎng)、T水廠(chǎng)和C水廠(chǎng)的出廠(chǎng)水為測試對象，這三個(gè)地表水源水廠(chǎng)均采用常規的混凝、沉淀、過(guò)濾和活性炭的深度處理。

　　表1 小試各裝置的設計參數

　　2 試驗結果和討論

　　由于進(jìn)水水質(zhì)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(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(zhù)運行時(shí)間的增加，去除率也會(huì )增大。但本試驗總的運行時(shí)間并不長(cháng)，活性炭尚屬于新炭，表面還沒(méi)有形成豐富的生物膜，主要靠物理吸附作用對AOC進(jìn)行去除。因此當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(chǎng)一年5次取樣，對AOC的去除效果見(jiàn)表2和表3。

　　表2 小試工藝的AOC測定結果

　　表3 實(shí)際水廠(chǎng)的AOC測定結果 μg乙酸碳/L

　　從表3中看出：

　�、� J水廠(chǎng)常規處理對AOC去除率為17.6%～48.3%，T水廠(chǎng)僅為7.8%～16.4%，C水廠(chǎng)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(chǎng)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(zhù)生長(cháng)的特性使其保持對AOC的良好去除。

　�、� 三個(gè)水廠(chǎng)的活性炭都使用了一年以上，因其附著(zhù)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(chǎng)夏季活性炭對AOC去除率僅為秋季的一半，C水廠(chǎng)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(chǎng)和C廠(chǎng)進(jìn)水未預氯化，使活性炭上細菌生長(cháng)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(shí)活性下降有關(guān)。

　　從小試和實(shí)際水廠(chǎng)出水調查結果得出，常規處理對AOC的去除波動(dòng)較大，一般在7.8%～48.3%內變動(dòng)，這和水溫以及采用的單元工藝都有關(guān)系�；钚蕴繉�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(shí)間變長(cháng)，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(shí)，常規工藝即使發(fā)揮較高的處理效果也很難使出水達到生物穩定，但再經(jīng)過(guò)生物炭的深度處理，則有可能使出水AOC<100 μg/L，再經(jīng)過(guò)適當的消毒方式，可使進(jìn)入管網(wǎng)的水達到生物穩定。

　　相對于外國，我國的水源水普遍污染嚴重，處理工藝和設備較落后，在發(fā)達國家尚不能達到生物穩定的飲用水標準的情況下，生搬硬套此標準是不現實(shí)的，因此應該針對實(shí)際情況提出一個(gè)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，應該進(jìn)行長(cháng)期的模擬管網(wǎng)試驗，綜合考慮加氯對AOC、細菌生長(cháng)和消毒副產(chǎn)物形成的影響，提出科學(xué)的指標。就目前研究而言，對水廠(chǎng)水質(zhì)進(jìn)行實(shí)際調查是比較有效的方法。這一控制標準的確定應該基于以下幾點(diǎn)：①根據我國國情，參考發(fā)達國家的經(jīng)驗，以我國較優(yōu)水質(zhì)水廠(chǎng)為基準。②這一標準對國內大多數水廠(chǎng)來(lái)說(shuō)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(cháng)。北京市的水源歷來(lái)被認為是國內較好的，對北京自來(lái)水的普查可以作為國內這方面研究的參照，表4是北京市五個(gè)水廠(chǎng)出廠(chǎng)水全年的AOC實(shí)測值。

　　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(cháng)，出廠(chǎng)水AOC應<10～20 μg/L。在美國，為了控制大腸菌的生長(cháng)，建議AOC應<50～100 μg/L。Louis A.Kaplan等人對美國和加拿大的51個(gè)水廠(chǎng)調查表明，95%的地表水源水廠(chǎng)和50%的地下水源水廠(chǎng)不能達到50 μg/L的標準，所有的水廠(chǎng)均不能達到10 μg/L的標準。

　　表4 各水廠(chǎng)的出廠(chǎng)水AOC值 μg乙酸碳/L

　　表4中J水廠(chǎng)和B水廠(chǎng)分別是國內目前地表水源水廠(chǎng)和地下水源水廠(chǎng)中水質(zhì)較好的代表，可以作為參照水廠(chǎng)。J廠(chǎng)出水AOC全年基本<200 μg/L；T水廠(chǎng)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(chǎng)，水質(zhì)受引水渠沿途污染影響，進(jìn)廠(chǎng)水比J廠(chǎng)略差，但由于采用了活性炭處理，出廠(chǎng)水AOC與J廠(chǎng)差不多，除1998年春季外也基本<200 μg/L；C水廠(chǎng)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(chǎng)相同，有活性炭單元，出廠(chǎng)水AOC基本在200～300 μg/L。B水廠(chǎng)除秋季為230 μg/L、1998年春季為213 μg/L外，也<200 μg/L。Q水廠(chǎng)冬季出廠(chǎng)水AOC達383 μg/L，1998年春季為301 μg/L，其余季節也在200 μg/L以?xún)�。在水質(zhì)普查中并未發(fā)現出廠(chǎng)水、管網(wǎng)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(chǎng)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(chǎng)水有機物含量低，加氯后AOC將不會(huì )有大的增加，有利于控制細菌的增長(cháng)。

　　4 結論

　�、� 常規處理對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AOC的去除能力較好，是使飲用水達到生物穩定的有力手段。

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

　�、� 建議我國飲用水AOC的近期控制目標為200 μg乙酸碳/L，遠期目標為100 μg乙酸碳/L。

　　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

　　2 Huck P M.Measurement of Biodegradable Organic Matter and Bacterial Growth Potential in Drinking Water.J AWWA,1990;82(7):78～86

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

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