邱曉瑩

（中國城市建設(shè)研究院有限公司，北京 100120）

1 引言

隨著人們對飲用水水質(zhì)要求的提高，深度處理工藝應用越來越廣泛，活性炭/超濾（BAC/UF）和臭氧/活性炭（臭氧/BAC）是目前應用廣泛的2 種主流的深度處理工藝[1]。生物活性炭可有效去除水中的有機物、顆粒物、氨氮和微污染物，但在其運行過程中可能積累致病性細菌和病毒，降低了飲用水的安全性[2]。超濾膜有很好的分離功能，可有效去除水中的顆粒物，提高飲用水的微生物安全性，但超濾對溶解性有機物和氨氮的去除效果較差。臭氧可提高水中的溶解氧，從而提高BAC 對有機物和氨氮的去除率，尤其是其對UV254①UV254 nm：有機物在254 nm 波長紫外光下的吸光度，反映水中天然存在的腐殖質(zhì)類大分子有機物以及含碳碳雙鍵和羰基的芳香族化合物的多少。有較好的去除作用，但臭氧可能會影響B(tài)AC 內(nèi)微生物的活性，導致BAC 出水亞硝酸鹽積累。目前，關(guān)于2 種飲用水深度處理工藝的優(yōu)缺點、使用條件以及針對的目標污染物對比研究較少，使得在城市水廠設(shè)計時，深度處理工藝的選擇成為難題之一。

本文通過對生產(chǎn)中BAC/UF 和臭氧/BAC 工藝的水中有機物、濁度、顆粒數(shù)、微生物以及微污染物嗅味物質(zhì)等各項指標進行對比，總結(jié)2 種工藝的優(yōu)缺點，為今后城市水廠設(shè)計過程中工藝的選取提供參考依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 工藝背景

以BAC/UF 工藝為深度處理工藝的南方水廠A。水源由江水、水庫水組成，主要存在嗅味、有機物等污染問題。另外，當?shù)爻Ｄ隁鉁剌^高，微生物滋生較嚴重，因此，微生物安全問題也需要妥善解決。該水廠設(shè)計規(guī)模4×104m3/d，采用混凝/斜管沉淀/BAC/UF 處理工藝，混凝劑投加量為1.2 mg/L，活性炭濾池采用破碎活性炭，每天進行水沖，每24 d 進行1 次氣、水三階段反沖；超濾膜為PVDF 中空纖維膜，采用壓力式死端過濾模式，膜組件反沖洗周期為75 m in，反沖時間5 m in。

同地區(qū)以臭氧/BAC 為深度處理工藝的水廠B。設(shè)計規(guī)模5×105m3/d，采用混凝/沉淀/砂濾/臭氧/BAC 處理工藝，主臭氧投加量為1～2 mg/L，活性炭濾池采用柱狀炭，炭層高度2 m，空床接觸時間12 m in，采用氣、水二階段反沖方式，反沖洗周期48 h。

2.2 實驗方法

定期采集A、B 水廠工藝的進水和出水，分析理化指標、有機物指標、微量污染物指標和微生物指標。采集2 種工藝的活性炭樣品，進行微生物高通量測序，分析2 種工藝活性炭中微生物群落結(jié)構(gòu)的差異。同時，采集BAC/UF 工藝中的BAC進水和出水以及膜出水中的微生物樣品，進行高通量測序，分析BAC 進水、BAC 和BAC 出水中微生物的差異。

3 結(jié)果與討論

3.1 有機物指標

2 個水廠的原水TOC（總有機碳）基本維持在1.7 mg/L，2個水廠之間并無明顯差異，A 水廠和B 水廠對TOC 的平均去除率分別為41.8%和45.3%，A、B 水廠的BAC 池出水TOC 平均為1.24 mg/L 和0.92 mg/L。A 水廠和B 水廠的原水UV254區(qū)別較大，B 水廠UV254 顯著高于A 水廠，分別平均約為0.039 cm-1和0.060 cm-1，兩水廠UV254的平均去除率為56.5%和80.6%，出廠水UV254分別約為0.017 cm-1和0.012 cm-1。綜上，采用臭氧/BAC 工藝的B 水廠對TOC 和UV254的去除效果優(yōu)于采用BAC/UF 工藝的A 水廠，特別是臭氧/BAC 對UV254的控制顯著BAC/UF。

3.2 顆粒物指標

A、B 兩水廠均可使?jié)岫冉档?9%以上，處理后濁度平均為0.05 和0.09，深度處理工藝可以很好地控制濁度。

A 水廠出水顆粒物含量約為19 個/m L，遠低于B 水廠的67 個/m L，膜工藝可有效去除顆粒物[3]。由圖1 可知，超濾膜出水顆粒數(shù)與BAC 池出水顆粒數(shù)沒有顯著相關(guān)性，當BAC 出水顆粒數(shù)高達900 個時，膜出水顆粒數(shù)仍小于50 個/m L。圖2顯示，經(jīng)過臭氧氧化后，顆粒數(shù)增加了約24%，投加臭氧后TOC 降低，說明臭氧氧化了有機物，可能是臭氧氧化了大粒徑顆粒物，使其變成多的小粒徑顆粒物，導致顆粒數(shù)增大；經(jīng)過BAC 池后顆粒數(shù)量增多了8%，可能是活性炭破碎后小粒徑炭、脫落的微生物以及穿透BAC 床的顆粒物進入水中，導致BAC 出水顆粒數(shù)增加。這些顆粒物中可能存在致病細菌和病毒，降低了飲用水的安全性[4]。對兩水廠出水細菌總數(shù)進行監(jiān)測，A水廠出水未檢測到細菌，而B 水廠則出現(xiàn)過100 個/L 的情況。由長期生產(chǎn)數(shù)據(jù)可知，BAC/UF 工藝出水生物安全性高于臭氧/BAC 工藝，其主要原因是超濾膜對顆粒物有良好的去除效果，同時，BAC 床運行過程中可能出現(xiàn)微生物脫落泄漏等情況。

圖1 A水廠各工藝對顆粒數(shù)的影響

圖2 B水廠各工藝對顆粒數(shù)的影響

3.3 微生物指標

3.3.1 生物量

將BAC、BAC 進水、BAC 出水中的微生物利用0.22 μm濾膜過濾后提取總DNA，結(jié)果顯示，混凝沉淀/BAC 工藝中，活性炭中的微生物總DNA 量為0.06 μg/g 濕活性炭，對應的臭氧/BAC 工藝中，活性炭中的微生物總DNA 量為0.22 μg/g濕活性炭。臭氧/BAC 工藝中較高的微生物總DNA 量與臭氧有關(guān)。臭氧一方面氧化了有機物，提高了生物的可生化性，另一方面，臭氧的投加過程提高了BAC 進水的溶解氧，而飲用水處理中的微生物多為好氧微生物，因此，有利于BAC中微生物的繁殖。BAC 出水的微生物總DNA 量（0.28 μg/L）顯著低于進水（0.68 μg/L），說明BAC 過濾可截留相當一部分微生物。

3.3.2 生物分類組成

分析兩水廠BAC/UF 和臭氧/BAC 工藝中BAC 和進出水中門級別的微生物分類學組成?？偣泊_定了32 個門中的微生物，其中BAC/UF 工藝中BAC、臭氧/BAC 工藝中BAC、進水、出水中分別發(fā)現(xiàn)了27 個、28 個、22 個和20 個門的微生物。BAC 中的微生物種類明顯高于進出水，說明微生物在BAC 中具有富集作用。

3.4 微污染物指標

3.4.1 嗅味物質(zhì)

土臭素和二甲基異莰醇是目前報道最多的引起飲用水嗅味物質(zhì)。其均為飽和環(huán)叔醇類物質(zhì)，是放線菌和藍綠藻的二級代謝物,具有揮發(fā)性。對兩水廠的2-M IB（2-甲基異茨醇）和GSM（土臭素）進行檢測，發(fā)現(xiàn)GSM 均低于檢出限（10 ng/L），2-M IB 含量偏高，故兩水廠土霉味的主要來源是2-M IB。Lalezar 等發(fā)現(xiàn)，GSM 在水中的溶解度低于2-M IB，活性炭對GSM 的吸附量遠高于2-M IB[5]。圖3 為A 水廠和B 水廠各流程出水2-M IB 的含量。A 水廠采用BAC-UF 工藝，混凝沉淀可去除部分2-M IB，但是經(jīng)過BAC 池處理后2-M IB 有所增加，根據(jù)A 水廠BAC 池進出水以及BAC 微生物分類組成，其BAC 池中存在的藻類和放線菌可能產(chǎn)生嗅味物質(zhì)，超濾膜對2-M IB 有一定的去除作用，對2-M IB 的去除原理主要是吸附作用[6]。B 水廠BAC 池出水2-M IB 減少，可能是活性炭吸附作用和炭池中微生物的分解作用。綜上，臭氧/BAC 深度處理工藝對嗅味物質(zhì)的去除效果較好。

圖3 A水廠和B水廠各工藝對2-MI B的去除效果

4 結(jié)論

1）臭氧/BAC 對TOC 和UV254的去除效果優(yōu)于BAC/UF，其對TOC 和UV254的去除率為45.3%和80.6%，高于BAC/UF的41.8%和56.5%。

2）BAC/UF 對顆粒物的處理效果優(yōu)于臭氧/BAC，BAC/UF 工藝出水濁度均值0.04，平均顆粒數(shù)19 個/m L，低于臭氧/BAC 的0.09 和67 個/m L。

3）臭氧/BAC 工藝活性炭中的生物量高于混凝/沉淀/BAC工藝的生物量，且生物種類較多。

4）臭氧/BAC 對嗅味物質(zhì)和二甲基異莰醇的去除效果優(yōu)于BAC/UF。