臭氧_生物活性炭组合工艺中最佳臭氧投加剂量的确定

臭氧2生物活性炭组合工艺中最佳臭氧投加剂量的确定
孔令宇,张晓健,王占生
(清华大学环境科学与工程系,北京　100084)
摘要:在水处理过程中投加臭氧,可提高饮用水的可生物降解性.臭氧氧化后继的生物过滤,可以减少水中可生物降解有机物数量,提高饮用水的生物稳定性.试验表明,臭氧投加量2～8mg/L 可使AOC 2P17,AOC 2NOX 和BDOC 分别增加2019%～
8515%,4211%～15812%和2114%～8414%.臭氧投加量为3mg/L 时,AOC 和BDOC 增加得最多,即3mg/L 的臭氧投量为最
佳投加剂量.生物活性炭滤柱(BAC )出水AOC 浓度(乙酸碳)均低于50
μg /L ,在3519～4616μg/L 之间,属于生物稳定性水质.关键词:臭氧2生物活性炭;臭氧化;臭氧投加量;生物稳定性;可生物同化有机碳;可生物降解溶解性有机碳
中图分类号:X520.5;R123　文献标识码:A 文章编号:025023301(2006)0721345203
收稿日期:2005204213;修订日期:2005205231
作者简介:孔令宇(1976～),男,博士研究生,主要研究方向为水污染
防治技术,E 2mail :konglingyu00@mails 1tsinghua
Determination for Optimal Ozone Dose in O 32BAC
KON G Ling 2yu ,ZHAN G Xiao 2jian ,WAN G Zhan 2sheng
(Department of Environmental Science and Engineering ,Tsinghua University ,Beijing 100084,China )
Abstract :The ozonation can increase biodegradability of water and the biofilter after ozonation can increase biostability of water 1The result shows that with different doses of ozone between 2and 8mg/L ,ozonation can increase AOC 2P17,AOC 2NOX and BDOC by 20.9%～8515%,4211%～15812%and 2114%～8414%,res pectively.The optimum ozone dose for maximum AOC and BDOC
formation is 3mg/L.In the test ,the AOC of effluent from BAC is lower than 50
μg/L (acetate 2C ).The AOC concentration is between 3519and 4616
μg/L (acetate 2C ),and the effluent belongs to biostability.K ey w ords :O 32BAC ;ozonation ;ozone doses ;biostability ;AOC ;BDOC
饮用水的生物稳定性问题越来越受到来自水处理领域的研究人员的重视.在管网中,不会引起大肠杆菌和其他异养菌再次生长的饮用水被认为是生物稳定的.目前,国际上多采用测定生物可同化有机碳(assimilable organic carbon ,AOC )和可生物降解溶解性有机碳(biodegradable dissolved organic carbon ,BDOC )作为评价饮用水生物稳定性的2个指标.美国和荷兰的学者研究发现,在不加氯消毒的情况下
AOC 低于(以乙酸碳计)10～20
μg/L ,加氯消毒的情况下AOC 低于(以乙酸碳计)50～100
μg/L 的饮用水是生物稳定的[1,2];管网中BDOC 低于012～0125
mg/L 时能达到水质生物稳定[3].臭氧2生物活性炭过滤被认为是提高饮用水生物稳定性最经济有效的技术[4～7].本试验的目的是,研究臭氧2生物活性炭技术提高饮用水生物稳定性的效果以及组合工艺中最佳臭氧投加量的确定.1　材料与方法1.1　试验装置
为研究臭氧2生物活性炭对提高水质生物稳定性的效果,在杭州市南星桥水厂搭建试验设备,南星桥水厂以钱塘江水为水源水.臭氧2生物活性炭试验原水为水厂滤池出水,经臭氧氧化后进入生物活性
炭滤柱.臭氧接触柱直径120mm ,高315m ,臭氧接
触反应柱水位高215m ,接触时间为18175min ;活性炭柱直径100mm ,高3m ,活性炭层高115m ,空柱滤速8m/h ,空床接触时间(EBCT )为11125min.试验工艺流程见图1.1.2　研究方法
通过测定不同臭氧投加量下AOC 和BDOC 的生成以及生物活性炭滤柱出水AOC 和BDOC 的含量来评价不同臭氧投加量对饮用水中AOC 和BDOC 的影响,从而确定组合工艺中最佳臭氧投量.AOC 的测定方法[8]:以饮用水中普遍存在的荧光假单胞菌P17(Fl uorescent Pseudomonads )和1种
螺旋菌NOX 为测试菌种,以乙酸钠作为标准基质,对生长到静止期时的细菌进行平板计数,根据不同乙酸钠和在此浓度下2种菌达到静止期时的数量作出标准曲线,求出其生长因子.然后根据待测水样中接种的P17和NOX 生长菌落数以及生长因子,求出AOC 浓度.
BDOC 的测定方法[8]:采用Frias 和Ribas 提出的封闭循环测定法,即将待测水样用蠕动泵循环通
第27卷第7期2006年7月
环 境 科 学ENV IRONM EN TAL SCIENCE
Vol.27,No.7J ul.,2006
图1　O 32BAC 工艺流程示意图
Fig.1　Flow chart of O 32BAC process
过装有生物活性填料(挂膜成功的生物陶粒)的小玻
璃柱,隔一段时间取样测定DOC 值,直至水中DOC 值恒定,循环前后DOC 之差即为BDOC.2　结果与讨论
2.1　不同臭氧剂量对AOC 和BDOC 变化的影响
图2,图3为臭氧投加剂量为2～8mg/L 时,臭
氧化前后AOC 和BDOC 浓度变化曲线.
从图2可以看出,臭氧化后AOC 2P17和AOC 2NOX 都有不同程度的增加,在投加相同剂量的臭氧时,臭氧化使AOC 2NOX 增加量高于AOC 2P17.这是因为,臭氧化产生的中间产物多为容易被螺旋菌NOX 所能利用的物质.
AOC 2P17和AOC 2NOX 的增加不随着臭氧投
加量持续增加.从图2可以看出,当臭氧投加剂量为3mg/L 时,2种AOC 增加量达到最高,继续增加臭氧投加量AOC 转化率没有提高还略有下降.由于水质特性不同,形成最大AOC 转化的臭氧剂量也不相同.Vahala 等人认为[9],在O 3/TOC 为013～015时,AOC 的转化率最大,并认为AOC 转化率下降是因为高剂量投加臭氧时,臭氧化形成了抑止细菌生长的化合物,或者使细菌可以利用的化合物被氧化成CO 2.
从图3可以看出,臭氧化可以使BDOC 浓度增
加,这说明臭氧的加入增加了水中有机物的可生物降解性,降低了水质的生物稳定性.随着臭氧投加量的增加,BDOC 的增加量表现为先增加,基本不变,再增加的趋势.臭氧投加量从2mg/L 增加到3mg/L 时,BDOC 的增加量变化明显;从3mg/L 增加到6mg/L 时,BDOC 的增加量基本没有变化;当臭氧投加量增加到8mg/L 时BDOC 增加量又开始增加.
以ΔBDOC 表示在2种不同臭氧投加量时,BDOC 增加量的差值.在2～3mg/L 时,ΔBDOC ∶ΔO 3=012;在6～8mg/L 时,ΔBDOC ∶O 3=011.这说明,在水中容易被臭氧破坏的大分子有机物被臭氧氧化形成可生物降级有机物后,需要大幅度增加臭氧剂量才能获得更多的可生物降级有机物质.2.2　
生物活性炭过滤对生物稳定性的控制
变化值表示臭氧化出水与滤池出水AOC 2P17或AOC 2NOX 之差
图2　不同臭氧投量对AOC 变化的影响
Fig.2　Effect of ozone dosage on formation of AOC
图4,图5为O 32BAC 进出水AOC 和BDOC 变化.常规处理工艺出水AOC 均高于100
μg/L (以乙酸碳计,下同),最高为192
μg/L ,BDOC 均高于0125mg/L ,最高为0164mg/L ,属于生物不稳定水质.
臭氧化增加了水中可生物降解有机物的含量,表现为
AOC 和BDOC 浓度的增加.而后继生物活性炭过滤对AOC 和BDOC 均有很好的去除效果.试验期间BAC 出水AOC 浓度均低于50μg/L ,在3315～4616μg/L 之间;BDOC 浓度在0123～0131mg/L 之间,BAC 出水为生物稳定性水质.2.3　组合工艺中最佳臭氧量的确定
从图4,图5可以看到,BAC 出水中AOC 和BDOC 浓度基本不受进入BAC 的AOC 和BDOC 浓度变化的影响.说明在此运行条件下(滤床高度、滤
变化值表示臭氧化出水与滤池出水BDOC 之差图3　不同臭氧投量对B DOC 变化的影响
Fig.3　Effect of ozone dosage on formation of
BDOC
图4　不同臭氧剂量下O 32BAC 进出水AOC 变化
Fig.4　Effect of different ozone dose on the
effluence
AOC from O 32BAC
图5　不同臭氧剂量下O 32BAC 进出水B DOC 变化
Fig.5　Effect of different dose on effluence BDOC from O 32BAC
速、空床接触时间),活性炭表面附着的生物膜的生
物降解能力决定了生物活性炭过滤最终出水水质.因此,应该尽可能提高炭滤池进水中可生物去除有机物的比例,来更好地发挥滤池的生物过滤作用.
臭氧氧化可以增加水中可生物降级有机物的比例,增加水质的可生物降解性.因此,可以认为臭氧在臭氧2生物活性炭组合工艺中的作用就是提高水质的可生化性,为后继生物过滤提供更多的可利用基质,强化后继生物过滤的处理效率.从图2,图3可以看出,在臭氧投加量为3mg/L 时,臭氧化使水质可生物降解性提高最多,使AOC 和BDOC 增加
量最大.可以认为,3mg/L 的臭氧量为组合工艺最
佳臭氧投加剂量.3　结论
(1)臭氧化可以增加水质的可生物降解性,使AOC 和BDOC 增加.在投加臭氧量(2～8mg/L )范围内,AOC 2P17,AOC 2NOX 和BDOC 分别增加2019%～8515%,4211%～15812%和2114%～8414%.
(2)AOC 和BDOC 转化率不随着臭氧投加量的增加而一直增加,在臭氧投加量为3mg/L 时,转化率基本达到最大,继续增加臭氧量转化率有所下降,而O 3达到8mg/L 时,转化率又略有增加.在相同臭氧投加量的情况下,AOC 2P17转化率低于AOC 2NOX 转化率.
(3)BAC 滤池对AOC 和BDOC 均有很好的去除效果.试验期间,BAC 滤池出水AOC 浓度3315～
4616
μg/L ,BDOC 浓度0123～0131mg/L ,属于生物稳定性水质.本臭氧2生物活性炭组合工艺中最佳臭氧投加剂量为3mg/L.
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