淺談飲用水生物穩定性和凈水工藝對有機物去除

宋江峰

摘要:飲用水中的有機物容易引起水質污染,是危害人體健康的重要因素。飲用水生物穩定性是關系到有機物滋生的內在因素,凈水工藝是通過水廠處理的外在途徑達到消除有機物的目的,兩者構成去除有機物的兩個重要方面。

關鍵詞:有機物 水質污染 生物穩定性 凈水工藝

隨著社會經濟的高速發展與城市化進程的加速,水資源危機已經成為繼石油危機之后人類所面臨的第二大危機。目前在我國,隨著工業,特別是有機化工、石油化工、醫藥、農藥、殺蟲劑及除草劑等生產工業的迅速發展,有機化合物的產量和種類不斷增加,各種生產廢水和生活污水未達到排放標準就直接進入水體,水源水質污染問題日趨嚴重。然而,現有條件下的水廠廣泛使用的傳統制水工藝已很難達到日益提高的水質標準的要求,飲用水的安全性因而引起人們的普遍關注。

就飲用水中的有機物去除和控制而言,生物穩定性和凈水工藝衡量和影響它的兩個重要因素。試圖以飲用水中的有機物為研究對象,從生物穩定性和凈水工藝兩個角度,對有機物的衡量指標、去除機制及規律展開論述。

一、有機物的來源、危害與生物穩定性的提出

從來源來看,水源水中的有機物的來源可分為兩大類。一類為天然有機物,是自然環境的代謝產物,包括腐殖質、微生物分泌物、溶解的植物組織及動物的廢棄物等。另一類是人工合成有機物,包括農藥、工業廢棄物等。

研究結果顯示,飲用水中有機物具有眾多的危害作用:1.部分有機物為高毒性的持久性有機污染物或內分泌干擾物質,具有致癌性、生殖毒性、性等危害,對人體健康有直接的威脅;2.部分有機物為消毒副產物的前體物質,在加氯消毒過程中可形成具有毒性的鹵代有機化合物,進而危害人體健康;3.飲用水中的可生物降解有機物將對給水管網和管網水質產生危害。這其中的第三類危害已成為近年來的關注熱點。

世界衛生組織在1996年對歐洲的277起水生疾病的調查表明,由于管網系統微生物再生長而導致的水生疾病占43%,我國對供水量占全國42.44%的36個城市調查結果表明:出廠水中細菌總數僅為6.6個/L,而在管網水中已上升到29.2個/L。常規凈水工藝中,一般采用加氯消毒并保持管網內一定的余氛含量來控制細菌生長,但現有研究表明部分細菌或大腸桿菌在經過氯消毒過程后,能在管網中修復、重新生長;并且當出廠水中營養物質濃度足夠高時,即使加大投氯量,也很難抑制細菌的生長。大量針對給水管網內生物膜的生長、管網水細菌再生長和大腸桿菌爆發的研究表明:出廠水中存在可生物降解有機物(BOM)是管網中異養細菌重新生長的主要原因,并為此提出了飲用水生物穩定性的概念。

二、生物穩定性的概念、指標與給水管網中的細菌生長機制

(一)概念與指標

飲用水生物穩定性是指飲用水中可生物降解有機物支持異養細菌生長的潛力,即當有機物成為異養細菌生長的限制因素時,水中有機營養基質支持細菌生長的最大可能性。當前,一般采用可同化有機碳(AOC)和生物可降解溶解性有機碳(BDOC)作為飲用水生物穩定性的主要評價指標。越來越多的研究與試驗證明,AOC和BDOC作為衡量飲用水中可生物降解有機物含量的指標與飲用水管網中細菌生長有著密切的關系。只有控制出廠水中的AOC與BDOC的含量達到一定的限值,才能有效的防止管網中細菌的再生長。

(二)生物穩定性與給水管網中的細菌生長機制

研究表明,飲用水生物穩定性高,則表明水中細菌生長所需的有機營養物含量低,細菌不易在其中生長;反之,飲用水生物穩定性低,則表明水中細菌生長所需的有機營養物含量高,細菌容易在其中生長。自來水及其管網中細菌的生長(再生長)按其來源看,可分為三類:其一,出廠水中含有較多的細菌進入管網而引起自來水中細菌的增加;其二,管網中細菌的生長繁殖引起的自來水中細菌的增加;最后,管網中外源細菌的進入。而在出廠水正常消毒與管網狀況良好的情況下,第2點是引起自來水及其管網中細菌生長的主要途徑。一般認為有機基質的含量是影響其生長的主要因素,因此減少水中可生物降解有機物的含量將對控制異養細菌的生長起到決定性的作用。

三、現有的凈水工藝中的有機物去除機制

如前面所述,由于飲用水中的有機物在管網破壞、水質污染以及最終的人體健康上存在著眾多的危害,為了減少飲用水中有機物的含量,減小其危害性,人們必須在如何控制和去除上狠下工夫。其中,凈水工藝便是實現有機物的控制和去除的重要環節。在此,列舉目前應用較為廣泛的一些凈水工藝,簡單探討一下其相應的去除機制。

(一)常規及其強化工藝

現有水廠常規凈水工藝一般由混凝、沉淀(澄清)、過濾和加氯消毒四部分組成,形成于上世紀初,已有百年歷史,目前仍被廣泛采用。然而,常規工藝處理出水在水質生物穩定性方面難以確保,因此有機物去除效果較差。

(二)生物(預)處理

飲用水生物處理是指借助于微生物群體的新陳代謝活動,對水中的有機污染物以及氨氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽的有效去除。生物氧化對有機物的去除機理包括:(l)微生物對小分子有機物的直接降解;(2)微生物胞外酶對大分子有機物的分解作用;(3)生物吸附絮凝作用。目前,采用生物氧化(預)處理技術可有效地去除溶解性有機物,提高出廠水的生物穩定性,并可減少后續消毒劑的用量,因而已成為給水處理中備受關注的工藝方法。

(三)活性炭吸附

活性炭屬于一種多孔疏水性吸附劑,其具有發達的細孔結構和巨大的比表面積,有機物的極性與分子大小是活性炭對有機物去除的主要影響因素;溶解度小、親水性差、極性弱、分子不大的有機物較易被活性炭吸附?；钚蕴课街饕糜陲嬘盟纳疃忍幚?研究發現活性炭對中小分子量有機物具有了強吸附能力,因而對AOC和BDOC有著良好去除作用。

綜合以上所言,生物穩定性和凈水工藝是關系到飲用水安全性的兩個重要方面。為了適應經濟更快發展以及城市化進程加快的趨勢,眼下應在技術研究上狠下工夫,通過先進凈水工藝的研究應用,提高飲用水的生物穩定性,實現開發處理出有機營養基質含量低、在給水管網中不會引起異養菌再生長的生物穩定性飲用水。

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