不同给水处理工艺的饮用水生物稳定性研究

1、不同给水处理工艺的饮用水生物稳定性研究陈士才1,雷云霞2(1.杭州市水业集团有限公司,浙江杭州310016;2.余杭水务有限公司,浙江杭州311100摘要:以生物可同化有机碳(AOC作为饮用水生物稳定性的评价指标,对常规处理工艺和臭氧/生物活性炭(O3/B AC深度处理工艺控制AOC的效果进行了研究。结果表明:两种工艺都会使出厂水的生物稳定性变差,常规处理工艺和深度处理工艺使出厂水的AOC平均浓度分别增加了26%、70%;尽管砂滤和B AC滤池去除AOC的效果良好,但O3氧化和氯胺消毒会大幅度提高AOC浓度。因此,有必要采取减少后臭氧投加量或单独采用B AC、增加生物滤池接触时间以及减少消毒剂

2、投加量等措施来控制AOC浓度,促使出厂水水质达到生物稳定。关键词:给水处理;常规工艺;O3/B AC;生物稳定性;生物可同化有机碳中图分类号:TU991文献标识码:A文章编号:1000-4602(200819-0028-05Study of B iol ogical Stability of D ri nki ngW ater i n D ifferentW aterT reat m ent ProcessesC HEN Sh-i ca i1,LE I Yun-x ia2(1.H angzhou Water G roup Co.L t d.,H angzhou310016,Ch i n a;2

3、.Yuhang W ater Co.L t d.,H angzhou311100,Ch i n aAbst ract:The variation of the AOC contro l i n dex for w ater b i o log ical stab ility i n traditi o na l and O3/BAC advanced w ater treat m ent processes w as studied.The results sho w that both the traditional and advanced treat m ent processes w

4、orsen the b iolog ical stability of the fi n i s hed wa ter,and t h e AOC concen-tration is increased by26%and70%respectively.A lt h ough the sand filter and BAC filter re m ove AOC effective ly,ozonation and chlora m i n e d isi n fection can increase the AOC concen trati o n pro m i n ently. There

5、fore,the m easures such as reduc i n g pos-t O3dosage or so lely usi n g the B AC process,pr o long ing the b iofilter contact ti m e and reduci n g the disi n fectant dosage should be taken to contro lAOC concentration and m ake t h e fi n ished w ater ac h ieve the b i o log ical stab ilizati o n.

6、K ey w ords:w ater treat m en;t traditional process;O3/BAC;bio l o g ica l stab ility;AOC研究表明,出厂水中存在的有机营养物是导致细菌在管网中生长的主要因素1,即使管网水中保持一定的余氯,异养菌在有机物存在的条件下仍然会生长,由此引起饮用水的生物稳定性问题2。生物可降解溶解性有机碳(BDOC和生物可同化有机碳(AOC与异养菌的生长密切相关。V an Der Kooij对三个给水系统进行调查后发现:管网水中的AOC浓度逐渐下降,下降最多时的细菌数最高。Lechevallier对北美31家水厂配水管网中AOC

7、浓度和异养菌、大肠菌群数量的监测结果表明:当AOC<100L g/L(以乙酸碳计,下同时,大肠菌群过量的问题就可以得到控制3,能达到水质生物稳定。有学者认为,在保持适量余氯的条件下控制出厂水的AOC为50100L g/L,或不加氯时保持AOC在1020L g/L,可以达到水质生物稳定4。因此,可以把AOC作为饮用水生物稳定性的控制指标之一5,通过采取有效的措施来降低出厂水的AOC浓度,保障管网水的生物稳定性。1试验工艺和方法选择A、B两水厂进行对比研究。这两个水厂第24卷第19期2008年10月中国给水排水CH I NA W ATER&WA STE WAT ERV o.l24No

8、.19O ct.2008由同一泵房供水,原水取自钱塘江,不同之处是A 水厂采用常规处理工艺,而B 水厂采用O 3/BAC 深度处理工艺(见图1 。图1 A 、B 水厂的工艺流程F i g .1 F l ow chart of w ater w orks A and BAOC 采用荧光假单胞菌P17和螺旋菌NOX 接种法测定;TOC 采用TOC 分析仪测定。2 常规工艺去除AOC 的效果211 A 水厂原水中的AOC 浓度测定结果显示,原水中的AOC -P17浓度为48135L g /L,平均为91L g /L ;AOC -NOX 浓度为478L g /L ,平均为30L g /L ;AOC 浓

9、度为59213L g /L ,平均为121L g /L 。李爽的研究表明:当AOC <100L g /L 时属于生物稳定水质;当AOC <200L g /L 时属于生物基本稳定水质;当AOC >200L g /L 时为生物不稳定水质。可见,A 水厂的原水属于生物基本稳定水质。原水的AOC -P17/AOC 为51%94.8%,平均为78.4%;AOC -NOX /AOC 为6.8%48.9%,平均为21.6%。这说明原水中的AOC 以能被P17细菌利用的有机物为主,主要包括大部分氨基酸、碳水化合物和芳香族化合物等有机物,而能被NOX 细菌利用的羧酸所占比例很小。原水中的TOC

10、 为1.342.23mg /L ,平均为1.78m g /L ;AOC /TOC 的平均值为6.8%,说明可同化有机碳占总有机碳的比例很小。212 各处理单元中AOC 浓度的变化A 水厂各处理单元出水中的AOC 浓度及其去除率见表1。原水经预氯化及混凝沉淀处理后,AOC 平均值由121L g /L 降至106L g /L ,平均去除率为12.1%。由于预氯化可将水中的部分大分子难降解有机物氧化分解为小分子易降解的有机物,因而会导致水中的AOC 浓度上升,如4月20日的沉淀出水AOC 浓度就上升了54.6%。但是当水温升高使混凝作用增强时,形成的絮体能通过物理化学方式吸附一定量的低分子有机物,同

11、时金属离子与溶解性有机物反应形成难溶的复合物也可去除部分低分子有机物,当去除的AOC 多于预氯化后增加的AOC 时,对AOC 的去除率即表现为正值。表1 A 水厂各处理单元对AOC 的去除效果T ab .1 AOC remova l rate by treat ment un its inw ater w orks A项目原水/(L g #L -1沉淀池砂滤池消毒池出水/(L g #L -1去除率/%出水/(L g #L -1去除率/%出水/(L g #L -1去除率/%均值12110612.191.513.68157-71.58砂滤单元对AOC 的平均去除率为13.68%,去除效果较明显。加

12、氯消毒会使AOC 浓度明显升高,这是因为氯的氧化作用使部分大分子难降解有机物转变为小分子易降解有机物。经测定,砂滤出水经氯消毒后,AOC 浓度平均升高了71.58%。可见,常规处理工艺中的混凝沉淀和砂滤单元均能够有效降低水中的AOC 浓度,而加氯消毒会大幅提高水中AOC 的浓度。213 常规处理工艺对AOC 及TOC 的去除效果常规处理工艺对AOC 的去除率为-157.6%14.2%,平均为-29.75%;对TOC 的去除率为4.9%24.3%,平均为10.6%。原水经过常规工艺处理后,在5次测试中,有3次出厂水中的AOC 浓度明显增加,去除率变化幅度很大。因而就总体来看,常规工艺对AOC 的

13、去除效果不明显,这是因为预氯化和加氯消毒均会导致AOC 浓度上升,并因此而掩盖了其他处理单元的去除作用。出厂水中AOC 的组成见表2。表2 对A 水厂出水中AOC 的测定结果T ab .2 T est result of AOC i n fi n i shed w ater ofw ater w orks A日 期AOC -P17/(L g #L -1AO C-NOX /(L g #L -1TOC /(m g #L -1AOC B TOC/%4月20日105471.2712.05月24日182302.1210.06月15日134261.3711.67月13日83391.597.77月28日12

14、119均 值125321.5910.1www .watergasheat .com 陈士才,等:不同给水处理工艺的饮用水生物稳定性研究第24卷 第19期由表2可知,出厂水中的AOC-P17浓度为83 182L g/L,平均为125L g/L;AOC-NOX浓度为1947L g/L,平均为32L g/L。出厂水的AOC浓度为122212L g/L,平均为157L g/L,与原水相比则出厂水的生物稳定性反而变差。原水中78.4%的AOC为AOC-P17,剩余的21.6%为AOC-NOX;经常规工艺处理后出厂水中AOC-P17占AOC的比例基本不变,为79.6%,AOC-NOX占AOC的比例为20.

15、4%。经常规工艺处理后,AOC浓度升高而TOC浓度降低,使得出厂水的AOC/TOC值上升,由原水的6.8%上升至10.1%。混凝沉淀使得大分子有机物的含量降低,而预氯化和消毒则增加了水中小分子有机物的含量,两者综合作用的结果使AOC/TOC 值升高了约3%。因此,原水经过常规工艺处理后其生物稳定性会变差。3深度处理工艺去除AOC的效果311B水厂原水中的AOC浓度测定结果显示,原水中的AOC-P17浓度为36 195L g/L,平均为93L g/L;AOC-NOX浓度为3 41L g/L,平均为20L g/L;AOC浓度为56207 L g/L,平均为113L g/L,属生物基本稳定水质。从A

16、OC的组成比例来看,AOC-P17/AOC的平均值为79%,AOC-NOX/AOC的平均值为21%。原水中的TOC浓度为0.983.44m g/L,平均为2.18mg/L;AOC/TOC为1.7%12.9%,平均为6.1%。需要指出的是,由于A、B两水厂的取样测定时间和测定次数均有所差别,所以其水质测定结果不尽一致,但总体来说比较接近。312各处理单元中AOC浓度的变化B水厂各单元出水中的AOC浓度及其去除率见表3。表3B水厂各处理单元对AOC的去除效果T ab.3R e m ova l resu lt of AOC by trea t m ent un its o fw aterwo rks

17、 B日期原水/(L g#L-1预O3出水/(L g#L-1沉淀出水/(L g#L-1砂滤出水/(L g#L-1后O3出水/(L g#L-1BAC出水/(L g#L-1出厂水/(L g#L-1预O3投量/(mg#L-1后O3投量/(m g#L-14月8日1271057893261441020.650.80 4月20日5732631931613300.80 5月12日891572171912611202020.500.60 5月18日1701013262262211522040.300.61 5月24日20279210432341332660.300.87 6月1日2071487923415812

18、200.93 6月15日931105221316120300.82 7月13日63525971183982210.450.96 7月20日5661593216543600.701.50 7月28日72106150611161151210.801.3531211预臭氧氧化、混凝沉淀去除AOC的效果试验中发现,预臭氧氧化出水的采样管细且较长,采样时水龙头放水510m i n也不一定能将管内积水放净,导致AOC的测定结果偏低,如7月份将采样龙头放水15m i n后再取样,就取得了比较满意的结果。由表3可知,沉淀出水的AOC值远高于预臭氧氧化出水的。从理论上讲,混凝沉淀处理不会增加水中的AOC浓度,且

19、有一定的去除效果,由此可以推断预臭氧氧化出水的采样点设置不当,即该采样点不能代表该处理过程的出水。因此,将沉淀出水与原水直接进行比较,来分析预臭氧氧化和混凝沉淀对水中AOC浓度的综合影响。通过比较投加臭氧和未投加臭氧时的沉后水AOC浓度可知,预臭氧氧化会增加水中的AOC浓度,混凝沉淀则能够降低AOC浓度。原水经预臭氧氧化后,AOC的增量大于混凝沉淀去除的AOC量,因此沉淀出水的AOC浓度增加,平均增幅为44%。31212砂滤池对AOC的去除效果沉淀出水中的AOC浓度平均为139L g/L,砂滤出水的为91L g/L;砂滤单元对AOC的去除率为-97%80%,平均为34.5%。由于采用了预臭氧氧

20、化,水中的溶解氧浓度较高,在砂滤池中形成了一定量的生物膜,使得砂滤池具备了生物滤池的功能,因此砂滤单元对AOC有明显的去除效果。31213后臭氧氧化对AOC的去除效果砂滤出水经后臭氧氧化处理后AOC浓度明显第24卷第19期中国给水排水www.wa 上升,该单元对AOC的去除率为-445%2%,平均去除率为-128%。由于杂质、颗粒物和胶体物质在常规处理工艺中已被去除,投加的臭氧主要用于氧化有机物,因此与预臭氧氧化相比,后臭氧氧化增加水中AOC浓度的能力更强。31214BAC对AOC的去除效果BAC进水中的AOC平均浓度为208L g/L,经BAC处理后降至104L g/L,该单元对AOC的去除

21、率为1%92%,平均去除率为50%。31215氯胺消毒对AOC的去除效果BAC出水经氯胺消毒后,AOC的平均浓度升至163L g/L,去除率为-731%23%,平均去除率为-57.1%。可见,氯胺对有机物具有氧化作用,氯胺消毒处理会明显增加水中的AOC浓度。313深度处理工艺对AOC和TOC的去除效果受臭氧氧化与生物作用的双重影响,整个深度处理工艺对AOC的去除率为-251%41%,平均去除率为-70%。原水中的TOC为0.983.44 m g/L,出厂水中的TOC为0.411.97m g/L,整个工艺对TOC的去除率为12%76%,平均去除率为56%。王丽花等人6对国内4个具有代表性的大中城

22、市的6家水厂进行了饮用水生物稳定性的调查,其中北京第九水厂和田村山水厂采用了深度处理工艺,其生物活性炭单元对AOC的去除效果较好,去除率为25%65%,一般都在30%以上;活性炭滤池出水的AOC为86205L g/L,属于生物基本稳定水质。加氯消毒后出厂水的AOC浓度有较大幅度的增加(最大增加了135%,这和笔者的研究结果相近。314出厂水中AOC的组成出厂水的AOC为60266L g/L,平均为163 L g/L,说明生物稳定性较差。原水中79%的AOC 为AOC-P17,剩余的21%为AOC-NOX。经处理后出厂水中AOC-P17占AOC的比例降至59%,而AOC-NOX占AOC的比例上升

23、至41%。因此,臭氧氧化和氯胺消毒会导致AOC浓度上升,且以增加水中的AOC-NOX浓度为主,降低了出厂水的水质生物稳定性,而AOC组成比例的改变对管网水水质的影响还有待研究。水处理过程中,AOC浓度升高而TOC浓度降低,出厂水的AOC/TOC值上升,由原水的6.1%提高至19.5%。4两水厂去除AOC的效果对比A水厂与B水厂的原水取自同一取水泵房, AOC浓度相近,均属生物基本稳定水质。同时,其AOC的组成也基本相同。B水厂的深度处理工艺对TOC的平均去除率为56%,较A水厂的常规处理工艺提高了近45%。尽管B AC滤池能有效去除AOC,但臭氧的氧化作用会使AOC浓度大幅上升,因此深度处理工

24、艺出水的AOC浓度相比原水平均上升了70%,而常规处理工艺出水的AOC平均浓度仅增加了26%。由此可见,臭氧氧化深度处理工艺比常规处理工艺更容易增加饮用水的生物不稳定性。因此,应合理设计深度处理工艺,并优化工艺的运行参数,以控制各处理单元及出厂水的AOC浓度,确保出厂水的生物稳定性。5结论¹钱塘江原水中的AOC为56213L g/L,属于生物基本稳定水质。常规处理工艺和O3/BAC深度处理工艺均会使出厂水的生物稳定性变差,但后者的增加幅度更大。º 常规处理不会改变水中AOC的组成比例,而深度处理会改变水中AOC的组成比例,其中AOC -P17/AOC由原水的79%下降为59

25、%,AOC-NOX/AOC则由原水的21%上升至41%。»臭氧氧化可使水中的AOC浓度大幅上升;B AC滤池对AOC有良好的去除效果,但由于接触时间较短,使得降低AOC的能力有限;后续的加氯消毒再次使AOC浓度上升,导致出厂水的生物稳定性变差。因此,有必要采取减少后臭氧投加量或单独采用BAC、增加B AC滤池的接触时间以及减少消毒剂投量等措施来控制AOC浓度,促使出厂水水质达到生物稳定。参考文献:1V an D er K oo i.j A ssi m ilab l e org an i c ca rbon as an i nd ica-to r o f bacterial regro

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