生物活性炭水處理工藝無(wú)脊椎動(dòng)物泄露風(fēng)險(xiǎn)與控制技術(shù)研究.pdf

1、自20世紀(jì)90年代末,研究者開(kāi)始關(guān)注無(wú)脊椎動(dòng)物在生物活性炭(Biologically Activated Carbon,BAC)濾池中的孳生及其穿透問(wèn)題,并在近年來(lái)對(duì)無(wú)脊椎動(dòng)物穿透帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)有了初步的認(rèn)識(shí)。本文即是在前人研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)建立和發(fā)展的方法,更為系統(tǒng)地研究和評(píng)價(jià)了BAC工藝中由無(wú)脊椎動(dòng)物穿透帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn),明確了不同無(wú)脊椎動(dòng)物的風(fēng)險(xiǎn)水平;并致力于探索滅活飲用水系統(tǒng)中無(wú)脊椎動(dòng)物的新方法,同時(shí)從完善和發(fā)展BAC工藝的角度來(lái)

2、控制無(wú)脊椎動(dòng)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(dá)到對(duì)其風(fēng)險(xiǎn)的控制。
　　首先對(duì)BAC濾柱出水中無(wú)脊椎動(dòng)物進(jìn)行了為期1年的監(jiān)測(cè),在檢出的31種(屬)無(wú)脊椎動(dòng)物中,優(yōu)勢(shì)種群為輪蟲(chóng)(92.3％)和橈足類生物(7.4%),研究發(fā)現(xiàn)無(wú)脊椎動(dòng)物穿透豐度的變化主要受濾柱中種群增長(zhǎng)生殖時(shí)滯和反應(yīng)時(shí)滯的影響,而水溫是影響濾柱中無(wú)脊椎動(dòng)物生長(zhǎng)的重要環(huán)境因子。
　　在探索無(wú)脊椎動(dòng)物穿透規(guī)律的同時(shí),深入研究了BAC濾柱出水中無(wú)脊椎動(dòng)

3、物與細(xì)菌的關(guān)聯(lián)性,著重對(duì)無(wú)脊椎動(dòng)物內(nèi)在細(xì)菌(指存在于無(wú)脊椎動(dòng)物體內(nèi)的細(xì)菌)進(jìn)行了定性定量分析,發(fā)現(xiàn)無(wú)脊椎動(dòng)物內(nèi)在細(xì)菌的數(shù)量不等(102～104 CFU/ind.生物),隨無(wú)脊柱動(dòng)物體長(zhǎng)的增加呈指數(shù)增長(zhǎng)(R2=0.8652);無(wú)脊椎動(dòng)物可以保護(hù)內(nèi)在細(xì)菌抵抗氯化消毒,通過(guò)發(fā)展的Chick-Waton動(dòng)力學(xué)模型,表達(dá)了C T值對(duì)不同無(wú)脊椎動(dòng)物內(nèi)在細(xì)菌滅活率的影響,證實(shí)橈足類生物內(nèi)在細(xì)菌更難于被滅活;采用PCR-DGGE技術(shù)對(duì)無(wú)脊椎動(dòng)物內(nèi)在細(xì)菌

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

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

6、的結(jié)果證實(shí),采用含 CO2的水對(duì)BAC濾柱反沖洗可以顯著地去除濾柱中的無(wú)脊椎動(dòng)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(jié)果證實(shí)在飲用水處理系統(tǒng)中應(yīng)用CO2控制無(wú)脊椎動(dòng)物在安全性上可控,在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)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(jìn)行了砂墊層控制無(wú)脊椎動(dòng)物穿透的中

7、試試驗(yàn),證實(shí)砂墊層的添加可以有效地防止無(wú)脊椎動(dòng)物的穿透,根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)推導(dǎo)的模型計(jì)算發(fā)現(xiàn),對(duì)于長(zhǎng)度>200μm的無(wú)脊椎動(dòng)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(dǎo)致的砂墊層截留效果的弱化,推薦的反沖洗程序?yàn)闅怏w反沖洗——?dú)馑?lián)合反沖洗——中等強(qiáng)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(jìn)行了臭氧-淹沒(méi)式膜生物反應(yīng)器(O3-SMBR)聯(lián)用工藝的小試研究,結(jié)果證

8、實(shí)該工藝可以徹底解決BAC濾池?zé)o脊椎動(dòng)物泄露帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題,同時(shí)對(duì)水中溶解性有機(jī)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(guò)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(shí),臭氧氧化、生物粉末活性炭的吸附降解和膜表面由細(xì)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(shí) O3和PAC的投加有助于緩解超濾膜的污染,在1