不同构型活性炭滤池微生物分布特征与运行效能

1、不同构型活性炭滤池微生物分布特征与运行效能张晓平1,李文浩2,朱斌1,白晓慧2(1上海市自来水闵行有限公司,上海201100;2上海交通大学生命科学技术学院水质科学与工程实验室,上海200240摘要:对比研究了生产性煤质柱状破碎炭和煤质颗粒破碎炭滤池中微生物分布特征及其运行效能,以期为上海闵行源江水厂生物活性炭单元的稳定高效运行提供指导。结果表明:对于下向流活性炭滤池,活性炭表面微生物附着量沿滤池深度逐渐减少;颗粒破碎炭表面的微生物附着量相对柱状破碎炭表面要高;温度明显影响活性炭表面微生物附着量;随运行时间的增加,滤池表层活性炭附着的生物量增加明显,底部活性炭则增加较少。在各种运行条件下,颗粒

2、破碎炭滤池去除COD Mn 、NH 3N 的效果总体优于柱状破碎炭滤池。关键词:饮用水;活性炭;颗粒破碎炭;柱状破碎炭;微生物分布中图分类号:TU991文献标识码:A 文章编号:10004602(201305002404Microbial Distribution and Performance in Different Types of ActivatedCarbon FiltersZHANG Xiao-ping 1,LI Wen-hao 2,ZHU Bin 1,BAI Xiao-hui 2(1Shanghai Waterworks Minhang CoLtd,Shanghai 201100

3、,China ;2Laboratory of Water Science and Technology ,School of Life Sciences and Biotechnology ,ShanghaiJiaotong University ,Shanghai 200240,China Abstract :The characteristics of microbial distribution and performances of coal-based column car-bon and granular carbon filters were compared at Yuanji

4、ang Water Treatment Plant in ShanghaiThe re-sults showed that for down flow activated carbon filters ,the number of microbes attached to activated car-bons gradually decreased along the depth of filtersThe number of microbes on the surface of granular carbon was higher than that on the column carbon

5、Temperature greatly influenced the growth of microbes on the surface of activated carbonAs the operation progressed ,the number of microbes on the surface layer of filters greatly increased while that on the deep layer increased just a littleUnder different opera-tion conditions ,the removal rates o

6、f COD Mn and ammonia nitrogen by granular activated carbon filters were higher than those by column broken carbon filtersKey words :drinking water ;activated carbon ;granular broken carbon ;column broken car-bon ;microbial distribution目前,活性炭技术已经成为去除饮用水中有机污染物最通用和最有效的深度处理技术之一。在应用活性炭进行饮用水深度处理时,随着运行时间的延

7、长,活性炭表面会生长具有降解作用的微生物,从第29卷第5期2013年3月中国给水排水CHINA WATER WASTEWATER Vol29No5Mar2013而形成具有活性炭吸附和微生物降解协同净水作用的生物活性炭。目前水厂深度处理工艺中使用的活性炭主要是煤质活性炭,包括柱状破碎炭和颗粒破碎炭等1 3。不同构型活性炭滤池的微生物附着特征以及运行条件对生物活性炭的净化效能影响如何,都将直接影响水厂今后对活性炭的选择和深度处理工艺的运行调控。笔者针对上海闵行源江水厂新投入使用的臭氧/生物活性炭(O3/BAC净水工艺,在对现有深度处理工艺运行效果进行系统评价的基础上,开展了煤质柱状破碎炭和煤质颗粒

8、破碎炭表面微生物的附着与分布特征比较,并考察了不同运行条件下不同构型生物活性炭滤池对水质的净化效果,以期为该水厂生物活性炭单元的稳定高效运行提供理论依据和技术支持。1材料与方法水厂采样点位置:原水、预臭氧后、沉淀后、砂滤后、后臭氧后、生物活性炭后、后加氯后、出厂水。活性炭样品采集位置:柱状破碎炭滤池和颗粒破碎炭滤池的表层及100、200cm深度处。检测指标:COD Mn、UV254、NH3N、AOC、活性生物量和异养菌(HPC数量。检测方法:异养菌数量采用平板计数法测定(R2A培养基,27下培养7d后计数,AOC采用P17和NOX先后接种法测定,其他指标采用国家标准方法测定。2结果与讨论2.1

9、微生物分布特征分析4#滤池的颗粒破碎炭和16#滤池的柱状破碎炭上的HPC数量,结果如图1所示。图1不同活性炭表面HPC附着量的比较Fig1Comparison of HPC on surface of different activatedcarbons对于下向流滤池,不论颗粒破碎炭还是柱状破碎炭,其HPC数量都随着炭床深度的增加而明显下降,HPC主要分布在滤池表层,同时颗粒破碎炭上附着的生物量均高于柱状破碎炭。对亚硝酸菌(AOB进行不同炭床深度分布特征研究,发现呈同样的变化规律(见图2 。图216#炭滤池中AO B的分布特征Fig2Profile of AOB distribution in

10、16#filter在采样过程中还发现,表层活性炭颗粒直径往往较小,甚至接近粉末状,而底层活性炭粒径较大,有些可以达到2 3mm,粒径自上而下呈现上升趋势。出现这种现象的原因一方面是由于炭粒自身的沉降,另一方面则是由于反冲洗使得较轻、较小的颗粒被冲到了表层,这样导致炭床的颗粒分布不均匀。小颗粒炭与大颗粒炭相比在比表面积方面具有显著优势,因而具有更高的附着生物量,但沿滤池深度的生物量分布不均匀,虽可减少微生物的泄漏风险,但同时也降低了生物活性炭的生物代谢效率4。2.2水温对附着微生物分布的影响对水厂颗粒破碎炭和柱状破碎炭滤池,选择2月、4月、5月共6个时间在不同温度条件下进行炭表面生物量比较,运行

11、时间均接近70h,结果如图3所示。图3水温对炭池附着生物量的影响Fig3Influence of water temperature on attached biomassin BAC filterwwwwatergasheatcom张晓平,等:不同构型活性炭滤池微生物分布特征与运行效能第29卷第5期由图3可见,当水温由4上升到17以上时,两滤池不同深度活性炭表面的生物量均有显著提高,但总体仍是颗粒破碎炭附着生物量较高,说明水温对于活性炭上微生物的附着与生长有重要影响,微生物生长呈现出明显的季节性特征。2.3运行时间对附着生物量分布的影响选择两种炭滤池一个完整运行周期进行比较,考察运行时间对不

12、同构型活性炭滤池附着生物量分布的影响,结果如图4所示。随着运行时间的增加,活性炭上附着的生物量增加明显,同时颗粒破碎炭表层附着的生物量要高于柱状破碎炭,而同一周期内,底层活性炭表面附着的生物量增加不明显 。图4运行时间对附着生物量的影响Fig4Influence of operation time on attached bimass2.4不同构型活性炭滤池去除有机物比较COD Mn 常被作为水体受还原性有机物污染程度的综合指标。从夏季到冬季,水厂不同净水工艺单元对COD Mn 都有一定的去除效果,且去除率比较稳定,颗粒破碎炭对COD Mn 的去除率要高于柱状破碎炭(见图5。其中臭氧/生物活性

13、炭工艺对COD Mn 的去除效果比较明显。砂滤出水经后臭氧单元处理后COD Mn 值有所降低,说明臭氧氧化对COD Mn 有一定的去除效果,而且经臭氧氧化后有机物更容易被活性炭吸附和微生物降解,且在活性炭达到吸附饱和后,主要由微生物降解去除5。但经各工艺单元后AOC 并没有发生相同的变化规律。经臭氧氧化后AOC 值有了明显的升高,而经过生物活性炭滤池后AOC 值降低(见图6。因此,在生物活性炭滤池前设臭氧氧化,一方面可以氧化水中的有机物及其他还原性物质,降低生物活性炭滤池的有机负荷;另一方面,臭氧预氧化作用还可以使部分难生物降解有机物转变为易生物降解物质,为后续生物活性炭去除有机物创造了有利条

14、件,进而提高了对有机物的去除率及出厂水水质的生物稳定性6,7 。图5不同构型活性炭滤池去除有机物的比较Fig5Comparison of COD Mn removal by different BAC filters图6AO C 浓度的沿程变化Fig6Profile of AOC concentration in water treatment plant从图6可以看出,出厂水中的AOC 值有一定上升,即经过消毒工艺后又有AOC 形成,说明生物活性炭滤池所去除的COD Mn 量有限,臭氧氧化和生物活性炭的功能仍然需要进一步优化或强化。2.5不同构型活性炭滤池去除氨氮比较颗粒破碎炭对氨氮的去除率

15、略高于柱状破碎炭,且夏、秋季的去除率明显高于冬季。同时,沉淀工艺不能稳定去除水中的氨氮,而砂滤能保持较稳定的去除效果,说明经过沉淀后仍有部分氨氮以颗粒物形式存在。而经后臭氧处理后,氨氮浓度上升并高于砂滤出水,说明存在于溶解性有机物中的氨第29卷第5期中国给水排水wwwwatergasheatcom氮因被氧化而释放8,9,最后通过生物活性炭上的硝化菌使其浓度进一步降低(见图7。图7不同构型活性炭滤池对氨氮的去除Fig7Ammonia nitrogen removal by different BAC filters3结论对于下向流生物活性炭滤池,不论颗粒破碎炭还是柱状破碎炭,活性炭表面异养菌和亚

16、硝酸菌数量都随着炭床深度的增加而明显下降,各类细菌主要分布在滤池表层;温度对活性炭表面微生物的生长有明显影响,颗粒破碎炭表面附着的生物量高于柱状破碎炭;在同一运行周期内,随着运行时间的增加,表层活性炭上附着的生物量增加明显,而底层活性炭表面附着的生物量增加不明显;在各种运行条件下,颗粒破碎炭滤池去除COD Mn、NH3N的效果总体优于柱状破碎炭滤池;温度对去除氨氮的影响较明显,夏季优于冬季;后臭氧工艺可提高水中可同化有机物含量;优化活性炭滤池设计及其选型可进一步提高生物活性炭的处理效能。参考文献:1李健,肖宏生物活性炭技术在饮用水处理系统中的发展和应用J环境保护,2007,(12B:942Ko

17、ng L,Zhang X,Wang ZPilot plant study on ozona-tion and biological activated carbon process for drinkingwater treatmentJJ Environ Sci,2006,18(2:2322353Camel V,Bermond AThe use of ozone and associatedoxidation processes in drinking water treatmentJWa-ter Res,1998,32(11:320832224乔铁军,罗红星,刘晓飞,等活性炭结构特征对微生物的影响J中国给水排水,2005,21(1:18215孙国芬,乔铁军,刘晓飞,等生物活性炭技术中生物量的变化和影响J水处理技术,2007,33(7:44476宋文涛,潘晓丽臭氧生物活性炭工艺处理饮用水时各阶段的特点J工业用水与废水,2005,36(4:797安东,李伟光,崔福义,等固定化生物活性炭强化饮用水深度处理J中国给水排水,2005,21(4:9128王代平,胡海修,顾军农,等预O3BAC与BAC饮用水处理工艺中全流程生物作用对比J水处理技术,20