城市水廠(chǎng)BAC/UF 工藝和臭氧/BAC工藝對(duì)比

邱曉瑩

（中國(guó)城市建設(shè)研究院有限公司，北京 100120）

1 引言

隨著人們對(duì)飲用水水質(zhì)要求的提高，深度處理工藝應(yīng)用越來(lái)越廣泛，活性炭/超濾（BAC/UF）和臭氧/活性炭（臭氧/BAC）是目前應(yīng)用廣泛的2 種主流的深度處理工藝[1]。生物活性炭可有效去除水中的有機(jī)物、顆粒物、氨氮和微污染物，但在其運(yùn)行過(guò)程中可能積累致病性細(xì)菌和病毒，降低了飲用水的安全性[2]。超濾膜有很好的分離功能，可有效去除水中的顆粒物，提高飲用水的微生物安全性，但超濾對(duì)溶解性有機(jī)物和氨氮的去除效果較差。臭氧可提高水中的溶解氧，從而提高BAC 對(duì)有機(jī)物和氨氮的去除率，尤其是其對(duì)UV254①UV254 nm：有機(jī)物在254 nm 波長(zhǎng)紫外光下的吸光度，反映水中天然存在的腐殖質(zhì)類(lèi)大分子有機(jī)物以及含碳碳雙鍵和羰基的芳香族化合物的多少。有較好的去除作用，但臭氧可能會(huì)影響B(tài)AC 內(nèi)微生物的活性，導(dǎo)致BAC 出水亞硝酸鹽積累。目前，關(guān)于2 種飲用水深度處理工藝的優(yōu)缺點(diǎn)、使用條件以及針對(duì)的目標(biāo)污染物對(duì)比研究較少，使得在城市水廠(chǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，深度處理工藝的選擇成為難題之一。

本文通過(guò)對(duì)生產(chǎn)中BAC/UF 和臭氧/BAC 工藝的水中有機(jī)物、濁度、顆粒數(shù)、微生物以及微污染物嗅味物質(zhì)等各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，總結(jié)2 種工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，為今后城市水廠(chǎng)設(shè)計(jì)過(guò)程中工藝的選取提供參考依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 工藝背景

以BAC/UF 工藝為深度處理工藝的南方水廠(chǎng)A。水源由江水、水庫(kù)水組成，主要存在嗅味、有機(jī)物等污染問(wèn)題。另外，當(dāng)?shù)爻Ｄ隁鉁剌^高，微生物滋生較嚴(yán)重，因此，微生物安全問(wèn)題也需要妥善解決。該水廠(chǎng)設(shè)計(jì)規(guī)模4×104m3/d，采用混凝/斜管沉淀/BAC/UF 處理工藝，混凝劑投加量為1.2 mg/L，活性炭濾池采用破碎活性炭，每天進(jìn)行水沖，每24 d 進(jìn)行1 次氣、水三階段反沖；超濾膜為PVDF 中空纖維膜，采用壓力式死端過(guò)濾模式，膜組件反沖洗周期為75 m in，反沖時(shí)間5 m in。

同地區(qū)以臭氧/BAC 為深度處理工藝的水廠(chǎng)B。設(shè)計(jì)規(guī)模5×105m3/d，采用混凝/沉淀/砂濾/臭氧/BAC 處理工藝，主臭氧投加量為1～2 mg/L，活性炭濾池采用柱狀炭，炭層高度2 m，空床接觸時(shí)間12 m in，采用氣、水二階段反沖方式，反沖洗周期48 h。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

定期采集A、B 水廠(chǎng)工藝的進(jìn)水和出水，分析理化指標(biāo)、有機(jī)物指標(biāo)、微量污染物指標(biāo)和微生物指標(biāo)。采集2 種工藝的活性炭樣品，進(jìn)行微生物高通量測(cè)序，分析2 種工藝活性炭中微生物群落結(jié)構(gòu)的差異。同時(shí)，采集BAC/UF 工藝中的BAC進(jìn)水和出水以及膜出水中的微生物樣品，進(jìn)行高通量測(cè)序，分析BAC 進(jìn)水、BAC 和BAC 出水中微生物的差異。

3 結(jié)果與討論

3.1 有機(jī)物指標(biāo)

2 個(gè)水廠(chǎng)的原水TOC（總有機(jī)碳）基本維持在1.7 mg/L，2個(gè)水廠(chǎng)之間并無(wú)明顯差異，A 水廠(chǎng)和B 水廠(chǎng)對(duì)TOC 的平均去除率分別為41.8%和45.3%，A、B 水廠(chǎng)的BAC 池出水TOC 平均為1.24 mg/L 和0.92 mg/L。A 水廠(chǎng)和B 水廠(chǎng)的原水UV254區(qū)別較大，B 水廠(chǎng)UV254 顯著高于A 水廠(chǎng)，分別平均約為0.039 cm-1和0.060 cm-1，兩水廠(chǎng)UV254的平均去除率為56.5%和80.6%，出廠(chǎng)水UV254分別約為0.017 cm-1和0.012 cm-1。綜上，采用臭氧/BAC 工藝的B 水廠(chǎng)對(duì)TOC 和UV254的去除效果優(yōu)于采用BAC/UF 工藝的A 水廠(chǎng)，特別是臭氧/BAC 對(duì)UV254的控制顯著B(niǎo)AC/UF。

3.2 顆粒物指標(biāo)

A、B 兩水廠(chǎng)均可使?jié)岫冉档?9%以上，處理后濁度平均為0.05 和0.09，深度處理工藝可以很好地控制濁度。

A 水廠(chǎng)出水顆粒物含量約為19 個(gè)/m L，遠(yuǎn)低于B 水廠(chǎng)的67 個(gè)/m L，膜工藝可有效去除顆粒物[3]。由圖1 可知，超濾膜出水顆粒數(shù)與BAC 池出水顆粒數(shù)沒(méi)有顯著相關(guān)性，當(dāng)BAC 出水顆粒數(shù)高達(dá)900 個(gè)時(shí)，膜出水顆粒數(shù)仍小于50 個(gè)/m L。圖2顯示，經(jīng)過(guò)臭氧氧化后，顆粒數(shù)增加了約24%，投加臭氧后TOC 降低，說(shuō)明臭氧氧化了有機(jī)物，可能是臭氧氧化了大粒徑顆粒物，使其變成多的小粒徑顆粒物，導(dǎo)致顆粒數(shù)增大；經(jīng)過(guò)BAC 池后顆粒數(shù)量增多了8%，可能是活性炭破碎后小粒徑炭、脫落的微生物以及穿透BAC 床的顆粒物進(jìn)入水中，導(dǎo)致BAC 出水顆粒數(shù)增加。這些顆粒物中可能存在致病細(xì)菌和病毒，降低了飲用水的安全性[4]。對(duì)兩水廠(chǎng)出水細(xì)菌總數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，A水廠(chǎng)出水未檢測(cè)到細(xì)菌，而B(niǎo) 水廠(chǎng)則出現(xiàn)過(guò)100 個(gè)/L 的情況。由長(zhǎng)期生產(chǎn)數(shù)據(jù)可知，BAC/UF 工藝出水生物安全性高于臭氧/BAC 工藝，其主要原因是超濾膜對(duì)顆粒物有良好的去除效果，同時(shí)，BAC 床運(yùn)行過(guò)程中可能出現(xiàn)微生物脫落泄漏等情況。

圖1 A水廠(chǎng)各工藝對(duì)顆粒數(shù)的影響

圖2 B水廠(chǎng)各工藝對(duì)顆粒數(shù)的影響

3.3 微生物指標(biāo)

3.3.1 生物量

將BAC、BAC 進(jìn)水、BAC 出水中的微生物利用0.22 μm濾膜過(guò)濾后提取總DNA，結(jié)果顯示，混凝沉淀/BAC 工藝中，活性炭中的微生物總DNA 量為0.06 μg/g 濕活性炭，對(duì)應(yīng)的臭氧/BAC 工藝中，活性炭中的微生物總DNA 量為0.22 μg/g濕活性炭。臭氧/BAC 工藝中較高的微生物總DNA 量與臭氧有關(guān)。臭氧一方面氧化了有機(jī)物，提高了生物的可生化性，另一方面，臭氧的投加過(guò)程提高了BAC 進(jìn)水的溶解氧，而飲用水處理中的微生物多為好氧微生物，因此，有利于BAC中微生物的繁殖。BAC 出水的微生物總DNA 量（0.28 μg/L）顯著低于進(jìn)水（0.68 μg/L），說(shuō)明BAC 過(guò)濾可截留相當(dāng)一部分微生物。

3.3.2 生物分類(lèi)組成

分析兩水廠(chǎng)BAC/UF 和臭氧/BAC 工藝中BAC 和進(jìn)出水中門(mén)級(jí)別的微生物分類(lèi)學(xué)組成?？偣泊_定了32 個(gè)門(mén)中的微生物，其中BAC/UF 工藝中BAC、臭氧/BAC 工藝中BAC、進(jìn)水、出水中分別發(fā)現(xiàn)了27 個(gè)、28 個(gè)、22 個(gè)和20 個(gè)門(mén)的微生物。BAC 中的微生物種類(lèi)明顯高于進(jìn)出水，說(shuō)明微生物在BAC 中具有富集作用。

3.4 微污染物指標(biāo)

3.4.1 嗅味物質(zhì)

土臭素和二甲基異莰醇是目前報(bào)道最多的引起飲用水嗅味物質(zhì)。其均為飽和環(huán)叔醇類(lèi)物質(zhì)，是放線(xiàn)菌和藍(lán)綠藻的二級(jí)代謝物,具有揮發(fā)性。對(duì)兩水廠(chǎng)的2-M IB（2-甲基異茨醇）和GSM（土臭素）進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)GSM 均低于檢出限（10 ng/L），2-M IB 含量偏高，故兩水廠(chǎng)土霉味的主要來(lái)源是2-M IB。Lalezar 等發(fā)現(xiàn)，GSM 在水中的溶解度低于2-M IB，活性炭對(duì)GSM 的吸附量遠(yuǎn)高于2-M IB[5]。圖3 為A 水廠(chǎng)和B 水廠(chǎng)各流程出水2-M IB 的含量。A 水廠(chǎng)采用BAC-UF 工藝，混凝沉淀可去除部分2-M IB，但是經(jīng)過(guò)BAC 池處理后2-M IB 有所增加，根據(jù)A 水廠(chǎng)BAC 池進(jìn)出水以及BAC 微生物分類(lèi)組成，其BAC 池中存在的藻類(lèi)和放線(xiàn)菌可能產(chǎn)生嗅味物質(zhì)，超濾膜對(duì)2-M IB 有一定的去除作用，對(duì)2-M IB 的去除原理主要是吸附作用[6]。B 水廠(chǎng)BAC 池出水2-M IB 減少，可能是活性炭吸附作用和炭池中微生物的分解作用。綜上，臭氧/BAC 深度處理工藝對(duì)嗅味物質(zhì)的去除效果較好。

圖3 A水廠(chǎng)和B水廠(chǎng)各工藝對(duì)2-MI B的去除效果

4 結(jié)論

1）臭氧/BAC 對(duì)TOC 和UV254的去除效果優(yōu)于BAC/UF，其對(duì)TOC 和UV254的去除率為45.3%和80.6%，高于BAC/UF的41.8%和56.5%。

2）BAC/UF 對(duì)顆粒物的處理效果優(yōu)于臭氧/BAC，BAC/UF 工藝出水濁度均值0.04，平均顆粒數(shù)19 個(gè)/m L，低于臭氧/BAC 的0.09 和67 個(gè)/m L。

3）臭氧/BAC 工藝活性炭中的生物量高于混凝/沉淀/BAC工藝的生物量，且生物種類(lèi)較多。

4）臭氧/BAC 對(duì)嗅味物質(zhì)和二甲基異莰醇的去除效果優(yōu)于BAC/UF。