1、不同給水處理工藝的飲用水生物穩定性研究陳士才1,雷云霞2(1.杭州市水業集團有限公司,浙江杭州310016;2.余杭水務有限公司,浙江杭州311100摘要:以生物可同化有機碳(AOC作為飲用水生物穩定性的評價指標,對常規處理工藝和臭氧/生物活性炭(O3/B AC深度處理工藝控制AOC的效果進行了研究。結果表明:兩種工藝都會使出廠水的生物穩定性變差,常規處理工藝和深度處理工藝使出廠水的AOC平均濃度分別增加了26%、70%;盡管砂濾和B AC濾池去除AOC的效果良好,但O3氧化和氯胺消毒會大幅度提高AOC濃度。因此,有必要采取減少后臭氧投加量或單獨采用B AC、增加生物濾池接觸時間以及減少消毒劑

2、投加量等措施來控制AOC濃度,促使出廠水水質達到生物穩定。關鍵詞:給水處理;常規工藝;O3/B AC;生物穩定性;生物可同化有機碳中圖分類號:TU991文獻標識碼:A文章編號: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,出廠水中存在的有機營養物是導致細菌在管網中生長的主要因素1,即使管網水中保持一定的余氯,異養菌在有機物存在的條件下仍然會生長,由此引起飲用水的生物穩定性問題2。生物可降解溶解性有機碳(BDOC和生物可同化有機碳(AOC與異養菌的生長密切相關。V an Der Kooij對三個給水系統進行調查后發現:管網水中的AOC濃度逐漸下降,下降最多時的細菌數最高。Lechevallier對北美31家水廠配水管網中AOC

7、濃度和異養菌、大腸菌群數量的監測結果表明:當AOC<100L g/L(以乙酸碳計,下同時,大腸菌群過量的問題就可以得到控制3,能達到水質生物穩定。有學者認為,在保持適量余氯的條件下控制出廠水的AOC為50100L g/L,或不加氯時保持AOC在1020L g/L,可以達到水質生物穩定4。因此,可以把AOC作為飲用水生物穩定性的控制指標之一5,通過采取有效的措施來降低出廠水的AOC濃度,保障管網水的生物穩定性。1試驗工藝和方法選擇A、B兩水廠進行對比研究。這兩個水廠第24卷第19期2008年10月中國給水排水CH I NA W ATER&WA STE WAT ERV o.l24No

8、.19O ct.2008由同一泵房供水,原水取自錢塘江,不同之處是A 水廠采用常規處理工藝,而B 水廠采用O 3/BAC 深度處理工藝(見圖1 。圖1 A 、B 水廠的工藝流程F i g .1 F l ow chart of w ater w orks A and BAOC 采用熒光假單胞菌P17和螺旋菌NOX 接種法測定;TOC 采用TOC 分析儀測定。2 常規工藝去除AOC 的效果211 A 水廠原水中的AOC 濃度測定結果顯示,原水中的AOC -P17濃度為48135L g /L,平均為91L g /L ;AOC -NOX 濃度為478L g /L ,平均為30L g /L ;AOC 濃

9、度為59213L g /L ,平均為121L g /L 。李爽的研究表明:當AOC <100L g /L 時屬于生物穩定水質;當AOC <200L g /L 時屬于生物基本穩定水質;當AOC >200L g /L 時為生物不穩定水質。可見,A 水廠的原水屬于生物基本穩定水質。原水的AOC -P17/AOC 為51%94.8%,平均為78.4%;AOC -NOX /AOC 為6.8%48.9%,平均為21.6%。這說明原水中的AOC 以能被P17細菌利用的有機物為主,主要包括大部分氨基酸、碳水化合物和芳香族化合物等有機物,而能被NOX 細菌利用的羧酸所占比例很小。原水中的TOC

10、 為1.342.23mg /L ,平均為1.78m g /L ;AOC /TOC 的平均值為6.8%,說明可同化有機碳占總有機碳的比例很小。212 各處理單元中AOC 濃度的變化A 水廠各處理單元出水中的AOC 濃度及其去除率見表1。原水經預氯化及混凝沉淀處理后,AOC 平均值由121L g /L 降至106L g /L ,平均去除率為12.1%。由于預氯化可將水中的部分大分子難降解有機物氧化分解為小分子易降解的有機物,因而會導致水中的AOC 濃度上升,如4月20日的沉淀出水AOC 濃度就上升了54.6%。但是當水溫升高使混凝作用增強時,形成的絮體能通過物理化學方式吸附一定量的低分子有機物,同

11、時金屬離子與溶解性有機物反應形成難溶的復合物也可去除部分低分子有機物,當去除的AOC 多于預氯化后增加的AOC 時,對AOC 的去除率即表現為正值。表1 A 水廠各處理單元對AOC 的去除效果T ab .1 AOC remova l rate by treat ment un its inw ater w orks A項目原水/(L g #L -1沉淀池砂濾池消毒池出水/(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砂濾單元對AOC 的平均去除率為13.68%,去除效果較明顯。加

12、氯消毒會使AOC 濃度明顯升高,這是因為氯的氧化作用使部分大分子難降解有機物轉變為小分子易降解有機物。經測定,砂濾出水經氯消毒后,AOC 濃度平均升高了71.58%。可見,常規處理工藝中的混凝沉淀和砂濾單元均能夠有效降低水中的AOC 濃度,而加氯消毒會大幅提高水中AOC 的濃度。213 常規處理工藝對AOC 及TOC 的去除效果常規處理工藝對AOC 的去除率為-157.6%14.2%,平均為-29.75%;對TOC 的去除率為4.9%24.3%,平均為10.6%。原水經過常規工藝處理后,在5次測試中,有3次出廠水中的AOC 濃度明顯增加,去除率變化幅度很大。因而就總體來看,常規工藝對AOC 的

13、去除效果不明顯,這是因為預氯化和加氯消毒均會導致AOC 濃度上升,并因此而掩蓋了其他處理單元的去除作用。出廠水中AOC 的組成見表2。表2 對A 水廠出水中AOC 的測定結果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 陳士才,等:不同給水處理工藝的飲用水生物穩定性研究第24卷 第19期由表2可知,出廠水中的AOC-P17濃度為83 182L g/L,平均為125L g/L;AOC-NOX濃度為1947L g/L,平均為32L g/L。出廠水的AOC濃度為122212L g/L,平均為157L g/L,與原水相比則出廠水的生物穩定性反而變差。原水中78.4%的AOC為AOC-P17,剩余的21.6%為AOC-NOX;經常規工藝處理后出廠水中AOC-P17占AOC的比例基本不變,為79.6%,AOC-NOX占AOC的比例為20.

15、4%。經常規工藝處理后,AOC濃度升高而TOC濃度降低,使得出廠水的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機物的含量降低,而預氯化和消毒則增加了水中小分子有機物的含量,兩者綜合作用的結果使AOC/TOC 值升高了約3%。因此,原水經過常規工藝處理后其生物穩定性會變差。3深度處理工藝去除AOC的效果311B水廠原水中的AOC濃度測定結果顯示,原水中的AOC-P17濃度為36 195L g/L,平均為93L g/L;AOC-NOX濃度為3 41L g/L,平均為20L g/L;AOC濃度為56207 L g/L,平均為113L g/L,屬生物基本穩定水質。從A

16、OC的組成比例來看,AOC-P17/AOC的平均值為79%,AOC-NOX/AOC的平均值為21%。原水中的TOC濃度為0.983.44m g/L,平均為2.18mg/L;AOC/TOC為1.7%12.9%,平均為6.1%。需要指出的是,由于A、B兩水廠的取樣測定時間和測定次數均有所差別,所以其水質測定結果不盡一致,但總體來說比較接近。312各處理單元中AOC濃度的變化B水廠各單元出水中的AOC濃度及其去除率見表3。表3B水廠各處理單元對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預O3出水/(L g#L-1沉淀出水/(L g#L-1砂濾出水/(L g#L-1后O3出水/(L g#L-1BAC出水/(L g#L-1出廠水/(L g#L-1預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預臭氧氧化、混凝沉淀去除AOC的效果試驗中發現,預臭氧氧化出水的采樣管細且較長,采樣時水龍頭放水510m i n也不一定能將管內積水放凈,導致AOC的測定結果偏低,如7月份將采樣龍頭放水15m i n后再取樣,就取得了比較滿意的結果。由表3可知,沉淀出水的AOC值遠高于預臭氧氧化出水的。從理論上講,混凝沉淀處理不會增加水中的AOC濃度,且

19、有一定的去除效果,由此可以推斷預臭氧氧化出水的采樣點設置不當,即該采樣點不能代表該處理過程的出水。因此,將沉淀出水與原水直接進行比較,來分析預臭氧氧化和混凝沉淀對水中AOC濃度的綜合影響。通過比較投加臭氧和未投加臭氧時的沉后水AOC濃度可知,預臭氧氧化會增加水中的AOC濃度,混凝沉淀則能夠降低AOC濃度。原水經預臭氧氧化后,AOC的增量大于混凝沉淀去除的AOC量,因此沉淀出水的AOC濃度增加,平均增幅為44%。31212砂濾池對AOC的去除效果沉淀出水中的AOC濃度平均為139L g/L,砂濾出水的為91L g/L;砂濾單元對AOC的去除率為-97%80%,平均為34.5%。由于采用了預臭氧氧

20、化,水中的溶解氧濃度較高,在砂濾池中形成了一定量的生物膜,使得砂濾池具備了生物濾池的功能,因此砂濾單元對AOC有明顯的去除效果。31213后臭氧氧化對AOC的去除效果砂濾出水經后臭氧氧化處理后AOC濃度明顯第24卷第19期中國給水排水www.wa 上升,該單元對AOC的去除率為-445%2%,平均去除率為-128%。由于雜質、顆粒物和膠體物質在常規處理工藝中已被去除,投加的臭氧主要用于氧化有機物,因此與預臭氧氧化相比,后臭氧氧化增加水中AOC濃度的能力更強。31214BAC對AOC的去除效果BAC進水中的AOC平均濃度為208L g/L,經BAC處理后降至104L g/L,該單元對AOC的去除

21、率為1%92%,平均去除率為50%。31215氯胺消毒對AOC的去除效果BAC出水經氯胺消毒后,AOC的平均濃度升至163L g/L,去除率為-731%23%,平均去除率為-57.1%。可見,氯胺對有機物具有氧化作用,氯胺消毒處理會明顯增加水中的AOC濃度。313深度處理工藝對AOC和TOC的去除效果受臭氧氧化與生物作用的雙重影響,整個深度處理工藝對AOC的去除率為-251%41%,平均去除率為-70%。原水中的TOC為0.983.44 m g/L,出廠水中的TOC為0.411.97m g/L,整個工藝對TOC的去除率為12%76%,平均去除率為56%。王麗花等人6對國內4個具有代表性的大中城

22、市的6家水廠進行了飲用水生物穩定性的調查,其中北京第九水廠和田村山水廠采用了深度處理工藝,其生物活性炭單元對AOC的去除效果較好,去除率為25%65%,一般都在30%以上;活性炭濾池出水的AOC為86205L g/L,屬于生物基本穩定水質。加氯消毒后出廠水的AOC濃度有較大幅度的增加(最大增加了135%,這和筆者的研究結果相近。314出廠水中AOC的組成出廠水的AOC為60266L g/L,平均為163 L g/L,說明生物穩定性較差。原水中79%的AOC 為AOC-P17,剩余的21%為AOC-NOX。經處理后出廠水中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會導致AOC濃度上升,且以增加水中的AOC-NOX濃度為主,降低了出廠水的水質生物穩定性,而AOC組成比例的改變對管網水水質的影響還有待研究。水處理過程中,AOC濃度升高而TOC濃度降低,出廠水的AOC/TOC值上升,由原水的6.1%提高至19.5%。4兩水廠去除AOC的效果對比A水廠與B水廠的原水取自同一取水泵房, AOC濃度相近,均屬生物基本穩定水質。同時,其AOC的組成也基本相同。B水廠的深度處理工藝對TOC的平均去除率為56%,較A水廠的常規處理工藝提高了近45%。盡管B AC濾池能有效去除AOC,但臭氧的氧化作用會使AOC濃度大幅上升,因此深度處理工

24、藝出水的AOC濃度相比原水平均上升了70%,而常規處理工藝出水的AOC平均濃度僅增加了26%。由此可見,臭氧氧化深度處理工藝比常規處理工藝更容易增加飲用水的生物不穩定性。因此,應合理設計深度處理工藝,并優化工藝的運行參數,以控制各處理單元及出廠水的AOC濃度,確保出廠水的生物穩定性。5結論¹錢塘江原水中的AOC為56213L g/L,屬于生物基本穩定水質。常規處理工藝和O3/BAC深度處理工藝均會使出廠水的生物穩定性變差,但后者的增加幅度更大。º 常規處理不會改變水中AOC的組成比例,而深度處理會改變水中AOC的組成比例,其中AOC -P17/AOC由原水的79%下降為59

25、%,AOC-NOX/AOC則由原水的21%上升至41%。»臭氧氧化可使水中的AOC濃度大幅上升;B AC濾池對AOC有良好的去除效果,但由于接觸時間較短,使得降低AOC的能力有限;后續的加氯消毒再次使AOC濃度上升,導致出廠水的生物穩定性變差。因此,有必要采取減少后臭氧投加量或單獨采用BAC、增加B AC濾池的接觸時間以及減少消毒劑投量等措施來控制AOC濃度,促使出廠水水質達到生物穩定。參考文獻: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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