1水厂常规工艺去除可生物同化有机碳的 研究论文作者：吴红伟 刘文君 张淑琪 王占生 张弥 徐欣 樊康平摘要：研究了小试规模的常规处理和实际水厂净水工艺对可生物同化有机碳(AOC)的去除效果。结果表明，常规处理对 AOC 的去除波动较大(7.8？48.3，有一定的去除效果；活性炭对 AOC 的去除效果较好，去除率达 60？右。根据对具有代表性的水厂出水调查结果，建议我国的饮用水 AOC 控制标准为 200 g 乙酸碳/L。 关键词：AOC 生物稳定性 可生物同化有机碳(AOC)是有机物中最易被微生物合成菌体的、支持异养细菌生长繁殖最好的营养基质。国外普遍采用 AOC 作为反映饮用水生物稳定性的替代参数，饮用水的生物稳定性是指饮用水中可生物降解有机物支持异养细菌生长的潜力。水中 AOC 可反映水中细菌生长的限制性营养水平，可以鉴定饮用水的生物稳定性。在没有加氯的情况下，AOC1020 g 乙酸碳/L 的饮用水为生物稳定的水；在加氯的情况下，AOC50100 g 乙酸碳/L 的水为生物稳定的饮用水1。生物不稳定的饮用水会使细菌在给水管网中重新生长2、3，使用户水色度和浊度上升，细菌数增加，导致水质的二次污染4，因此应该尽量减少出厂水中AOC。本研究考察了小试规模的常规处理和实际水厂净水工艺对 AOC 的去除效果，并根据此试验结果建议在近期内能实现的 AOC 控制标准。1 试验部分1.1 试验方法AOC 测定方法由荷兰的 Van der Kooij 首先提出，测定所用的菌种是从水中分2离出来的荧光假单胞菌 P17 和螺旋菌 NOX，其中 P17 为营养多样性细菌，但不能利用草酸类基质，而 NOX 可利用草酸类基质，因此 AOC 为 AOC-P17 与 AOC-NOX 之和。以乙酸钠作为标准基质，对生长到静止期时的细菌进行平板计数，根据不同乙酸钠浓度和在此浓度下两种菌达到生长静止期的数量作标准曲线，求出其生长因子，然后再根据待测水样中接种的 P17 和 NOX 生长菌落数和生长因子求出 AOC。1.2 试验流程小试以颐和园内团城湖水为水源，具体流程为：原水混凝沉淀砂滤活性炭出水，设计参数见表 1。实际水厂试验取 J 水厂、T 水厂和 C 水厂的出厂水为测试对象，这三个地表水源水厂均采用常规的混凝、沉淀、过滤和活性炭的深度处理。表 1 小试各装置的设计参数净水工艺尺 寸 (mm) 填料 高度 (mm) 填料 粒径 (mm) 停留 时间3(min)滤速(m/h)混凝 1501001沉淀 800250800150砂滤1001 900 800 11.510活性炭 1002 800 1 500 12 9 102 试验结果和讨论由于进水水质和水温的变化，小试常规处理对 AOC 的去除率在 17.1%44.9%内波动，具有一定的去除效果。经活性炭处理后，AOC 有较大的降低，去除率约为24.5%40.2%，且随着运行时间的增加，去除率也会增大。但本试验总的运行时4间并不长，活性炭尚属于新炭，表面还没有形成丰富的生物膜，主要靠物理吸附作用对 AOC 进行去除。因此当活性炭成为生物炭时，加上微生物的降解作用，组合工艺的出水 AOC 会更低。小试和三个地表水源水厂一年 5 次取样，对 AOC 的去除效果见表 2 和表 3。 表 2 小试工艺的 AOC 测定结果时 间 1998 年 10 月 1998 年 7 月 1998 年 4 月项 目AOC-P17 AOC-NOX AOC AOC-P17 AOC-NOX AOC AOC-P17 AOC-NOX AOC原 水 (g 乙酸碳/L) 215 68 283 223 70 293 182 36 2185砂滤出水(g 乙酸碳/L) 128 31 159 185 58 243 118 37 155砂滤工艺去除率(%) 40.5 54.4 44.9 17.0 17.1 17.1 35.2 -2.8 28.9GAC 出水 (g 乙酸碳/L) 75 20 95 122 40 162 99 18 117GAC 工艺去除率(%) 41.4 35.5 40.2634.0 31.0 33.3 16.1 51.4 24.5组合工艺去除率(%) 65.1 70.6 66.4 45.3 42.8 44.7 45.6 50.0 46.3表 3 实际水厂的 AOC 测定结果 g 乙酸碳/L时间处理工艺J 水厂 T 水厂 C 水厂进水出水7去除率(%)进水出水 去除率(%)进水出水 去除率(%)冬组合工艺221 130 41.2 305 203 33.4 298 263 11.7春组合工艺79* 41* 48.1 343 121 64.7 204 153 251997 年 夏常规工艺323 167 48.38219 202 7.8 259 191 26.2活性炭 167 115 31.1 202 103 49.0 191 108 43.5总去除323 115 64.4 219 103 52.9 259 108 58.31997 年 秋常规工艺350 249 28.8 270 231 14.4 285 188 34.09活性炭 249 86 65.5 231 91 60.6 188 69 63.3总去除350 86 75.4 270 91 66.3 285 69 75.81998 年 春常规工艺301 248 17.6 329 275 16.4 270 247 8.5活性炭 248 165 33.5 27510205 25.4 247 195 21.0总去除301 165 45.2 329 205 37.7 270 195 27.8注 *为 AOC-NOX 值； 组合工艺包括常规处理和活性炭。从表 3 中看出： J 水厂常规处理对 AOC 去除率为 17.6%48.3%，T 水厂仅为7.8%16.4%，C 水厂约为 8.5%34.0%。和小试结果一样，常规处理如果运行较好，对 AOC 有一定的处理效果，但如果水温较低(例如春季)，混凝沉淀效果受影响，则去除率将下降。J 水厂处理效率较高可能与其采用煤砂双层滤料滤池有关，煤渣的吸附作用和细菌易于在载体上附着生长的特性使其保持对 AOC 的良好去除。 三个水厂的活性炭都使用了一年以上，因其附着有微生物，对 AOC 具有生物降解作用，因此均表现了对 AOC 较高的处理效果，特别是秋季达到 60%以上，普遍比小试中的活性炭处理效果好。J 水厂夏季活性炭对 AOC 去除率仅为秋11季的一半，C 水厂也明显低于秋季，其原因可能在于夏季为杀藻投加了氯。而秋季取样时 J 厂和 C 厂进水未预氯化，使活性炭上细菌生长环境良好。另外春季活性炭对 AOC 的去除效率偏低，可能也与活性炭上的细菌在水温较低时活性下降有关。从小试和实际水厂出水调查结果得出，常规处理对 AOC 的去除波动较大，一般在 7.8%48.3%内变动，这和水温以及采用的单元工艺都有关系。活性炭对AOC 的去除效果较好，其吸附作用对 AOC 的去除率为 30%左右，当活性炭使用时间变长，有微生物的作用后，其对 AOC 的去除率能达到 60%左右。当水源水质较好，AOC 在 200300 g/L 时，常规工艺即使发挥较高的处理效果也很难使出水达到生物稳定，但再经过生物炭的深度处理，则有可能使出水 AOC100 g/L，再经过适当的消毒方式，可使进入管网的水达到生物稳定。3 我国饮用水 AOC 控制标准的建议荷兰 Van Der Kooij 博士认为，为了控制管网中异氧菌的生长，出厂水 AOC 应1020 g/L。在美国，为了控制大肠菌的生长，建议 AOC 应50100 g/L。Louis A.Kaplan 等人对美国和加拿大的 51 个水厂调查表明，95%的地表水源水厂和 50%的地下水源水厂不能达到 50 g/L 的标准，所有的水厂均不能达到10 g/L 的标准。相对于外国，我国的水源水普遍污染严重，处理工艺和设备较落后，在发达国家尚不能达到生物稳定的饮用水标准的情况下，生搬硬套此标准是不现实的，因此应该针对实际情况提出一个符合我国国情的 AOC 控制标准。要准确地确定这一指标是十分困难的，应该进行长期的模拟管网试验，综合考虑加氯对 AOC、细菌生长和消毒副产物形成的影响，提出科学的指标。就目前研究而言，对水厂水质进行实际调查是比较有效的方法。这一控制标准的确定应该基于以下几点：根12据我国国情，参考发达国家的经验，以我国较优水质水厂为基准。这一标准对国内大多数水厂来说目前未能达到，但采用一定的处理技术后是可以达到的。最重要的是提出的控制标准能真正有效地防止细菌在管道中生长。北京市的水源历来被认为是国内较好的，对北京自来水的普查可以作为国内这方面研究的参照，表 4 是北京市五个水厂出厂水全年的 AOC 实测值。 表 4 各水厂的出厂水 AOC 值 g 乙酸碳/L水厂名称 冬 春 夏 秋 春J 水厂 130168 202 198T 水厂 203 121 191 193 342C 水厂 263 153 201 23513247B 水厂 108 116 176 230 217Q 水厂 383 156 201 160 301注 取样时间顺序为 1996 年冬、1997 年春、1997 年夏、1997 年秋和 1998 年春。表 4 中 J 水厂和 B 水厂分别是国内目前地表水源水厂和地下水源水厂中水质较好的代表，可以作为参照水厂。J 厂出水 AOC 全年基本200 g/L；T 水厂水源水是密云水库水经京密引水渠至颐和园团城湖然后送至水厂，水质受引水渠沿途污染影响，进厂水比 J 厂略差，但由于采用了活性炭处理，出厂水 AOC 与 J 厂差不多，除 1998 年春季外也基本200 g/L；C 水厂水源水为三家店水库水(1998 年后改为颐和园团城湖水)，其水质更差，尽管处理工艺与 J 和 T 水厂相同，有活性炭单元，出厂水 AOC 基本在 200300 g/L。B 水厂除秋季为 230 g/L、1998 年春季为 213 g/L 外，也200 g/L。Q 水厂冬季出厂水 AOC 达 383 g/L，1998 年春季为 301 g/L，其余季节也在 200 g/L 以内。在水质普查中并未发现出厂水、管网水和末梢水中的细菌总数和大肠菌超标，因此可以认为 AOC 近期控制目标为 200 g/L，远期目标为 100 g/L，水厂采用生物处理工艺或活性炭14工艺是可以达到这一标准的。如果出厂水有机物含量低，加氯后 AOC 将不会有大的增加，有利于控制细菌的增长。4 结论 常规处理对 AOC 有一定的去除能力，但波动较大，这和原水水质、水温以及采用的单元工艺很有关系。 生物活性炭因其很好的吸附作用和生物降解作用，对 AOC 的去除能力较好，是使饮用水达到生物稳定的有力手段。 对于水质较好的水源水(AOC 在 200300 g 乙酸碳/L 左右)可采用常规工艺结合生物活性炭处理，从而得到生物稳定的饮用水。 建议我国饮用水 AOC 的近期控制目标为 200 g 乙酸碳/L，远期目标为100 g 乙酸碳/L。参考文献 1 Lechevallier M W et al.Development of a Rapid Assimilable Organic Carbon Method for Water.App Envir Micro,1993;59(5):15261531 2 Huck P M.Measurement of Biodegradable Organic Matter and Bacterial Growth Potential in Drinking Water.J AWWA,1990;82(7):7886 3 Lechevallier M W.Coliform Regrowth in Drinking W