生物活性炭水處理工藝無脊椎動物泄露風險與控制技術研究.pdf

1、自20世紀90年代末,研究者開始關注無脊椎動物在生物活性炭(Biologically Activated Carbon,BAC)濾池中的孳生及其穿透問題,并在近年來對無脊椎動物穿透帶來的安全風險有了初步的認識。本文即是在前人研究的基礎上，通過建立和發(fā)展的方法,更為系統(tǒng)地研究和評價了BAC工藝中由無脊椎動物穿透帶來的安全風險,明確了不同無脊椎動物的風險水平;并致力于探索滅活飲用水系統(tǒng)中無脊椎動物的新方法,同時從完善和發(fā)展BAC工藝的角度來

2、控制無脊椎動物的穿透,解決現(xiàn)有滅活方法和控制措施存在的局限性,達到對其風險的控制。
　　首先對BAC濾柱出水中無脊椎動物進行了為期1年的監(jiān)測,在檢出的31種(屬)無脊椎動物中,優(yōu)勢種群為輪蟲(92.3％)和橈足類生物(7.4%),研究發(fā)現(xiàn)無脊椎動物穿透豐度的變化主要受濾柱中種群增長生殖時滯和反應時滯的影響,而水溫是影響濾柱中無脊椎動物生長的重要環(huán)境因子。
　　在探索無脊椎動物穿透規(guī)律的同時,深入研究了BAC濾柱出水中無脊椎動

3、物與細菌的關聯(lián)性,著重對無脊椎動物內(nèi)在細菌(指存在于無脊椎動物體內(nèi)的細菌)進行了定性定量分析,發(fā)現(xiàn)無脊椎動物內(nèi)在細菌的數(shù)量不等(102～104 CFU/ind.生物),隨無脊柱動物體長的增加呈指數(shù)增長(R2=0.8652);無脊椎動物可以保護內(nèi)在細菌抵抗氯化消毒,通過發(fā)展的Chick-Waton動力學模型,表達了C T值對不同無脊椎動物內(nèi)在細菌滅活率的影響,證實橈足類生物內(nèi)在細菌更難于被滅活;采用PCR-DGGE技術對無脊椎動物內(nèi)在細菌

4、進行種類鑒定,通過同源性分析確定了4種人類條件病原菌,并證實了無脊椎動物對條件病原菌的遷移。
　　在以上研究為基礎,建立了由無脊椎動物穿透導致的細菌泄露風險模型,模型計算證實在采取了50 mg·min/L的氯化消毒后,因無脊椎動物穿透造成的BAC濾柱出水細菌泄漏量為102～105 CFU/m3;為了降低無脊椎動物穿透帶來的安全風險,以猛水蚤為代表生物對比研究了不同消毒方式對內(nèi)在細菌的滅活效果,證實 ClO2和O3能更為有效地滅活猛

5、水蚤內(nèi)在細菌,在O3初始投量為1.5 mg/L,接觸時間為1 min的情況下,內(nèi)在細菌的滅活率可達99%。
　　本文創(chuàng)新性地將 CO2用于飲用水系統(tǒng)中無脊椎動物的滅活和去除,證實 CO2對飲用水中多種無脊椎動物均有確切的急性毒性,測定的24 h半致死濃度(24h-LC50)值與無脊椎動物的體長顯著正相關( rS=0.99, p<0.0001);當 CO2暴露濃度為1000 mg/L時,各無脊椎動物均能在5 s內(nèi)被完全滅活;中試研究

6、的結果證實,采用含 CO2的水對BAC濾柱反沖洗可以顯著地去除濾柱中的無脊椎動物,效果明顯優(yōu)于常規(guī)的氣水反沖洗和加氯反沖洗;經(jīng) CO2反沖洗后濾柱出水中橈足類成體的豐度(包括劍水蚤和猛水蚤)顯著下降,較加氯反洗分別下降了72.7%和66.7%;分析結果證實在飲用水處理系統(tǒng)中應用CO2控制無脊椎動物在安全性上可控,在技術和經(jīng)濟上可行(噸水成本僅增加0.002元)。
　　從完善 BAC濾池工藝的角度,進行了砂墊層控制無脊椎動物穿透的中

7、試試驗,證實砂墊層的添加可以有效地防止無脊椎動物的穿透,根據(jù)試驗數(shù)據(jù)推導的模型計算發(fā)現(xiàn),對于長度>200μm的無脊椎動物存在理論上的完全截留砂墊層高度(815 mm高度,0.8～1.0 mm粒徑);為防止由混層現(xiàn)象導致的砂墊層截留效果的弱化,推薦的反沖洗程序為氣體反沖洗——氣水聯(lián)合反沖洗——中等強度的水反沖洗。
　　從發(fā)展 BAC深度處理工藝的角度,創(chuàng)新性地進行了臭氧-淹沒式膜生物反應器(O3-SMBR)聯(lián)用工藝的小試研究,結果證

8、實該工藝可以徹底解決BAC濾池無脊椎動物泄露帶來的風險問題,同時對水中溶解性有機物(DOM)的去除效果良好,CODMn、TOC和UV254的平均去除率分別為34.1%、39.2%和73.7%;通過三維熒光光譜、激光共聚焦顯微鏡和掃描電子顯微鏡等表征手段證實,臭氧氧化、生物粉末活性炭的吸附降解和膜表面由細菌和多糖組成的凝膠層是保證 O3-SMBR聯(lián)用工藝有效去除 DOM的三方面因素;另外證實 O3和PAC的投加有助于緩解超濾膜的污染,在1