磷含量与饮用水生物稳定性的关系

中国环境科学 2002,22(6)：534~536 China Environmental Science 磷含量与饮用水生物稳定性的关系桑军强,余国忠,王占生＊(清华大学环境科学与工程系,北京　１０００８４）　摘要：通过对可同化有机碳（AOC)的分析，研究了水中磷对其生物稳定性的限制因子作用．试验水样为原水和经过净水工艺处理后的出水．结果表明，原水磷含量较低，经过生物预处理和常规处理后，磷的含量又大大降低．在原水和出水水样中添加50µg/L的PO43－－P(NaH2PO4)后,原水水样的AOC变化不大,而出水水样的AOC增加了44%~60%.这表明在出水水样中磷是细菌生长的限制因子,由此推断,磷成为给水管网中细菌再生长限制因子的情况在国内存在.试验结果说明,有效地去除水中的磷可以作为提高饮用水生物稳定性的一个重要途径．　关键词：饮用水；生物稳定性；磷；可同化有机碳　中图分类号：X171 文献标识码：A 文章编号：1000－6923(2002)06－0534－03　Relation between phosphorus content and drinking water biological stability. SANG Jun-qiang, YU Guo-zhong, WANG Zhan-sheng (Department of Environmental Science and Engineering, Tsinghua University, Beijing, 100084, China). China Environmental Science. 2002,22(6)：534~536Abstract：Through assimilable organic carbon (AOC) analysis, the limiting effect of phosphorus on the biological stability of water was studied. The tested samples were raw water and the effluent water treated with purification technique. The results showed that the phosphorous content of raw water was rather low and it was reduced greatly after the w ater was treated by biological pretreatment and conventional treatment. After PO43－－P(NaH2PO4) of 50µg/L was added to the raw and treated water samples, AOC of the raw water sample did not change while AOC of the treated water increased 44%~60%. This showed that phosphorus was the limiting factor of bacteria growth in the treated water, from which it was inferred that the situation of phosphorus as limiting factor of bacteria regrowth in the water distribution system existed in China. The results showed that effective removal of phosphorous in water could be an important way to enhance the biological stability of drinking water.Key words：drinking water；biological stability；phosphorus；assimilable organic carbon饮用水中的有机物,特别是可同化有机碳(AOC)含量的高低,被普遍认为是控制给水管网中细菌生长的限制因素[1,2].对于饮用水生物稳定性的其他可能限制因素一直没有引起足够的重视. 1996年, Miettinen等[3]指出,在有机物含量较高的水质条件下,磷会取代有机物成为引起管网细菌再生长的限制因子.近年来,欧洲、日本等地[4,5]分别进行了磷与饮用水生物稳定性的相关研究,发现相当一部分水厂出水中磷含量极低,成为饮用水生物稳定性的限制因子.磷与饮用水生物稳定性的关系研究在国内尚未见到报道.国内一般认定可生物降解的有机物(AOC或BDOC)是引起给水管网中细菌再生长的关键因素[1,2].考虑到我国水源水质的较大差别以及水源受有机物污染的现状,水源水中有机物含量往往较高,如果磷浓度相对很低,对于某些水厂的出水,磷有可能成为饮用水生物稳定性的限制因子.对此作者进行了试验研究及探讨.1 试验工艺与分析方法1.1 净水试验工艺试验过程采用的净水工艺流程为原水→生物预处理→混凝沉淀→砂滤→出水,试验工艺为小试规模.其中生物预处理采用生物陶粒滤池工艺,滤层高2m,运行滤速为6m/h,气水比为0.5:1.混凝沉淀单元采用聚合氯化铝作为混凝剂,砂滤滤速为10m/h.收稿日期：2002－04－30基金项目：科技部重大科技项目(9550610400－05－03)* 通讯联系人6期桑军强等：磷含量与饮用水生物稳定性的关系 535原水为我国北方某水水库水,该水源中总磷的浓度较低,平均在20~30µg/L之间,COD Mn在4.0~5.0mg/L之间,水质达到地表水三类水体标准.1.2 水质分析方法对COD Mn,TOC及TP进行常规测定.确定磷是否为饮用水生物稳定性的限制因子,可以使用多种分析方法[4,6],试验中根据文献[6]改进的AOC测定方法,分别测定AOC native和AOC Potential,根据两者的差别确定磷是否具有限制因子作用.按照文献[7]测定AOC得到的结果为AOC native;在水样中添加50µg/L的PO43－－P (NaH2PO4),保证水样中的有机物为细菌生长的限制因子,由此测定水样AOC后得到的结果为AOC Potential.如果AOC Potential明显高于AOC native,则可以确定水样中磷是细菌生长的限制因子.分别取原水和出水进行测定,每次测定均取4个平行样,取平均值作为最终结果.2结果与讨论试验期间对常规数据和AOC分别进行了3次测定.相关常规数据测定结果见表1.表1水样的COD Mn、TOC及TPTable 1 COD Mn, TOC and TP of water samplesCOD Mn(mg/L) TOC(mg/L) TP(µg/L) 序号原水出水原水出水原水出水1 4.7 2.6 7.9 4.1 35.7 4.22 4.5 2.7 7.7 3.9 24.6 3.43 4.4 2.6 8.0 4.3 28.5 3.5由表1可以看出,原水TP处于较低的水平,经过生物预处理和常规处理后水中总磷浓度大大降低,去除率在85%以上.另外,由表1可以看到,该组合净水工艺过程对有机物COD Mn的去除率在40%左右,出水COD Mn小于3mg/L,出水TOC在4mg/L左右.AOC是指水中生物可降解溶解性有机碳(BDOC)中易被细菌利用来合成细胞体的那部分有机物.AOC的测定实际上是一种微生物分析方法,它所利用的基本原理是AOC测定用菌种荧光假单胞菌(Fluorescent pseudomonads)P17和螺旋菌(spirillum)NOX的生长增殖情况同水中它们可以利用的有机物呈线性相关.可以推测,当水中磷的浓度降低到一定水平后,磷将成为P17和NOX菌种生长增殖的限制因子,从而影响到P17及NOX菌种对水中可同化有机碳的充分利用,这最终会使试验测定的AOC结果低于水中实际的可同化有机碳含量.AOC测定结果见表2.由表2可以看出,原水添加外来磷源后测得的AOC Potential与不添加磷源测得的AOC native相差不大,说明原水中磷源充足,不是引起细菌生长的限制因子.而出水水样在添加外来磷源后测定得到的AOC Potential大大高于AOC native,结果表明,出水AOC Potential比出水AOC native增加了44%~60%.由此可以确定,出水中极低浓度的磷已成为细菌生长的限制因子.表2原水和出水的AOC native和AOC Potential (µg/L) Table 2 AOC native and AOC Potential in raw and treatedwater samples (µg/L)原水出水序号AOC native AOC Potential AOC native AOC Potential1 357 345 170 2562 321 339 151 2413 296 318 155 223虽然出水AOC浓度仍然高于达到饮用水生物稳定的50~100µg/L的标准[2],但是通过添加臭氧活性炭工艺过程对常规出水进行深度处理,可以有效地降低水中AOC的浓度[2].在臭氧活性炭深度处理过程中,微生物同化有机物的同时需要相应比例的磷,因此该过程不会增加水中磷与可同化有机物的比例,相关研究表明反而可能由于磷的缺乏而导致活性炭运行效果相对较差[8].另外需要指出的是,水中总磷是指水中以各种形态存在的磷的总和,其中正磷酸盐是容易被细菌直接吸收利用的磷源.实际上水环境中的磷元素往往同大分子有机物相结合或以胶体状态存在[9],从而降低了微生物对其利用的可能性.因536 中国环境科学 22卷此实际上能被细菌所吸收利用的磷只占水中总磷的一部分.根据试验结果及上述分析,可以推断,试验所用水源水经过前文所述处理过程以及后继的臭氧活性炭深度处理工艺后,磷将成为限制水中细菌生长的因子.磷可以作为饮用水生物稳定性的限制因子具有重要意义,它改变了可生物降解有机物是饮用水生物稳定性唯一限制因子的观念,为提高饮用水生物稳定性提供了另一个重要途径.饮用水水源的污染在我国已经成为一个普遍的事实[10],其中有机物和氨氮的超标是许多水源地面临的主要问题,水厂出水AOC大多超出100µg/L[1,2],难以达到保证饮用水的生物稳定性的标准.长期以来,围绕如何有效地去除受污染水源水中的有机污染物,国内水处理工作者进行了大量的研究,对于饮用水处理过程中磷的去除研究则要少得多.但是传统处理工艺对于有机污染物的去除能力有限,而在我国现有的经济条件下,在水处理过程中引入深度处理对于大多数水厂来说难以承受,如何采用经济有效的手段来提高饮用水的生物稳定性仍然是水处理工作者的研究热点.对于水源水中磷的去除相对有机物而言容易得多[4,8].另外,国外已有相关研究表明[5],在磷是细菌生长的限制因子的情况下,水中磷的少量增加将会大大提高细菌的生长能力.因此,如果采用有效手段去除水中的磷,使磷成为饮用水生物稳定性的限制因子,在饮用水中有机物浓度相对较高的情况下,仍然可以有效抑制管网细菌的再生长,保证饮用水的生物稳定性.3结语利用生物预处理和常规混凝沉淀砂滤联合工艺对我国北方某水库原水进行处理,研究了水中磷含量对其生物稳定性的影响.结果表明,在出水水样中添加磷后,测定得到的AOC明显高于不添加磷的水样,这表明出水中的磷已成为细菌再生长的限制因子.考虑到我国水源水质的差别性,认为这种情况存在于国内的一部分水厂.在饮用水处理过程中尽可能地去除原水中的磷,同时,减少甚至杜绝水厂和输水管网中外来磷源的引入,保证输水管网中磷的低含量,使磷成为管网细菌再生长的限制因子,可以作为保证饮用水的生物稳定性的一条重要途径.参考文献：　[1] 刘文君,吴红伟,张淑琪,等.某市饮用水水质生物稳定性研究[J]. 环境科学, 1999, 20(3): 34－37.[2] 吴红伟,刘文君,张淑琪,等.提供生物稳定饮用水的最佳工艺[J]. 环境科学, 2000, 21(5): 64－67.[3] Miettinen I T, Vartiainen T, Pertti J M. 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