张金松 董文艺 张红亮 范洁 马军
摘要： 介绍了采用臭氧化－生物活性炭处理的饮用水生物稳定性,同时对水的致突变性和消毒副产物前质等问题进行分析。研究结果表明,采用臭氧化工艺会导致AOC有所升高,但后续生物活性炭工艺将有利于提高出水的生物稳定性,并明显降低水的致突变活性；臭氧化对三卤甲烷前质和卤乙酸前质均具有很好的去除效果,生物活性炭对卤乙酸前质表现出较好去除效果,但对三卤甲烷前质的去除效果有限。
关键词： 臭氧化 生物活性炭 生物稳定性 致突变活性 消毒副产物前质
0 引言
我国饮用水水源不同程度地存在污染情况,这对以去除浊度和细菌为主的常规处理工艺往往很难使出水达到不断提高的饮用水水质标准的严格要求。因此,采用饮用水深度处理工艺已越来越显得必要[1]。
臭氧化?生物活性炭深度处理技术,是集臭氧氧化、活性炭吸附、生物降解、臭氧消毒于一体,以除污染的独特高效性而成为当今世界各国饮用水深度处理技术的主流工艺。在欧美等国家已迅速从理论研究走向实际应用[2],我国的昆明、北京、常州等城市已经先后采用臭氧化?生物活性炭深度处理技术来提高饮用水水质,深圳、杭州、上海、广州等城市已经完成采用臭氧化?生物活性炭深度处理技术的方案论证,正在进行工程的筹建或施工。但是,由于现代分析检测技术的进步和卫生毒理学研究的进展,臭氧化副产物、臭氧对饮用水生物稳定性影响和生物活性炭的微生物安全性等问题已经开始引起人们的关注。这样,有效地控制臭氧化副产物、提高臭氧处理饮用水的生物稳定性和生物活性炭的微生物安全性,将是此项技术研究的新热点。
这里介绍采用臭氧化?生物活性炭深度处理的饮用水生物稳定性,同时对水的致突变性和消毒副产物前质等问题进行分析。
1 试验装置
本研究主要是在中试装置上完成的,其主要设计参数为：
处理流量：3 m3/h；
混合：机械混合,混合时间6 s；
反应：网格反应池,反应时间23 min；
沉淀池：斜管沉淀池,停留时间36 min；
砂滤池：均质石英砂滤料滤池,滤速10 m／h；
臭氧接触塔：塔高6 m,有效水深5.7 m,内径400 mm,采用微孔曝气的方式投加臭氧,臭氧化气与水在塔内逆流接触,接触时间16 min；
生物活性炭滤池：池高4.9 m,内部均分两格,采用小阻力配水系统,采用ZJ-15 型柱状活性炭,炭层厚2 m,空床接触时间10 min,滤速12 m／h。
臭氧采用Ozonia公司的CFS-1A型臭氧发生器现场制备,以空气为气源,以自来水为冷却介质。
混凝剂采用碱式氯化铝(Al2O3质量分数为10％)。
2 试验结果与讨论
2.1 生物稳定性
饮用水的生物稳定性是指饮用水中有机营养基质能支持异养细菌生长的潜力,即细菌生长的最大可能性,给水管网中限制异养细菌生长的因素主要是有机物,但由于水中许多可生物降解物质浓度都较低,很难用化学的方法测定其具体浓度,因此国外研究人员提出了可同化有机碳(AOC)的概念,并提出了通过荧光假单胞菌的生长测定AOC浓度的生物方法[ ３]。
由于AOC包括了许多易生物降解的化合物(如乙醇、氨基酸、羧酸等),为微生物提供了生成基质和代谢能量,因此它的浓度对水中微生物的生长有较大影响。从AOC被提出开始 ,人们就注意到了臭氧对它的影响,经过众多研究者十余年的努力,已经得出了水进行臭氧化会提高水中AOC浓度的结论。实践证明,水经过臭氧化后,由于AOC的增加会造成管网中细菌的再繁殖,致使水中大肠杆菌和其他致病细菌的超标,这也可能是因为臭氧化中间产物分子量更小,更容易细菌降解的缘故[4]。
表1是AOC在处理工艺流程中的变化情况。
表1 AOC在处理工艺流程中的变化情况 | 分析项目 | 原水 | 砂滤水 | 臭氧化水 | 炭滤水 | 消毒水 | | AOC(μg/L) |
126 | 108 | 194 | 101 | 90 |
从表1中数据可以看出：
(1)原水在絮凝、沉淀和过滤后,AOC只有微小幅度的降低；
(2)臭氧化能够导致砂滤后水中AOC增加；
(3)生物活性炭对AOC表现出很好的去除作用,去除率达到47.9％,绝对去除量为93 μg／L；
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