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饮用水生物稳定性和净水工艺对有机物去除的研究

方华  
【摘要】: 生物稳定性是关系到饮用水安全性的重要方面。当出厂水中含有了一定量的有机物,将引起管网中细菌的再生长,进而腐蚀管道、严重破坏水质。可同化有机碳(Assimilable Organic Carbon,简称AOC)和生物可降解溶解性有机碳(Biodegradable Dissolved Organic Carbon,简称BDOC)被广泛作为饮用水生物稳定性和细菌再生长潜力的主要评价指标,只有控制出厂水中AOC与BDOC的含量达到一定的限值,才能确保饮用水的生物稳定性,有效防止管网中细菌的再生长;因而饮用水中有机物去除和生物稳定性的研究已成为近年来水处理领域的研究热点。本论文改进和优化了AOC和BDOC的测定方法,系统研究了水厂净水工艺对有机物去除效能和给水管网中生物稳定性的变化规律,深入探讨了生物强化活性滤池工艺和臭氧—生物活性碳工艺对有机物的去除特性。主要研究内容和研究结果如下: 1基于微生物测定AOC与BDOC方法中测试菌(或接种物)生长的动力学特性,系统研究了AOC与BDOC测定方法,优化了操作条件,建立了较为便捷、可靠的测定方法。研究结果表明:AOC测定中采用高接种浓度(104 CFU/mL)替代低接种浓度(500CFU/mL),将培养温度提高到22℃是完全可行的,并可大大缩短培养时间、简化操作;通过改进的产率系数计算方法,测得本实验室AOC测试菌的产率系数分别为:P17—1.1×107CFU/μg乙酸碳,NOX—1.9×107CFU/μg乙酸碳;本测定方法适用于10~300μg乙酸碳/L水样的检验。生物砂法测定BDOC可使测定时间缩短到10天左右,测定结果与传统的悬浮培养法(28天)无明显差异,并对各类水样均具有较好的适用性。 2采用分子量分布和GC/MS联机检测等手段,深入研究了黄埔江上游原水中有机物组成和特性;并系统地进行了上海市主要水源水厂常规工艺对有机物去除效能的调研与分析。结果表明:黄浦江上游原水具有总有机物含量高,有机物种类繁多,以低分子量为主,受季节变化影响明显的特征;水厂常规工艺对水中可生物降解有机物(AOC和BDOC)的去除能力非常有限,一般不超过30%,加氯工艺甚至造成出厂水AOC的增长;黄浦江水源水厂与长江水源水厂出厂水均属于生物不稳定饮用水。 3加氯消毒对AOC影响的研究和管网中AOC和BDOC变化规律的分析表明:氯和氯胺消毒都可将水中的有机物氧化分解为可生物降解的有机物,使AOC升高,并具有不同的变化趋势;管网中AOC和BDOC的变化是由于消毒剂氧化(使增加)和细菌消耗(使下降)共同作用的结果。在结合实际管网中AOC变化、消毒剂氧化对AOC影响和前期学者提出的已有模型的基础上,提出了更符合实际管网情况的改进氯和氯胺消毒AOC变化趋势模型。 4从不同有机指标间含量比率、分子量分布和对细菌生长的影响三个方面,开展了AOC和BDOC所表征有机物特性的研究。结果表明:BDOC与DOC相关性较AOC与DOC间的相关性要好,不同水源水样的AOC/BDOC值有很大的差异,相同水质水样的AOC与BDOC间具有较好的相关性;AOC所表征有机物主要与低分子量有机物相关,常规工艺对构成AOC的主体—低分子量有机物不能有效去除是常规工艺对AOC去除效果差的主要原因;AOC和余氯含量都是细菌生长的重要影响因素,但要达到或保持可引发细菌生长的限值浓度非常困难,必须同步对水中AOC和余氯含量加以控制才可能抑制水中细菌的再生长,获得安全稳定的优质饮用水。


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