生物氧化处理黄浦江原水的研究

岳舜琳　苏华　许国平　吴国平　唐意祥（上海市自来水公司）

　　　许建华　　王学云　　侯玲（同济大学）

　　编者按　由于城市给水水源的日益严重污染，常规的给水处理工艺，已不能达到净水要求。如何改进这一工艺，是人们普遍所关心的问题。本刊1985年第3期和1986年第3、5两期，发表了同济大学和上海市自来水公司的生物滤池和臭氧生物活性炭处理黄浦江原水的研究报告，引起了本刊读者的兴趣和关注。本文是在该研究的基础上，将几种处理方法串联组成新的工艺所进行的试验，效果很好，结论明确，特刊出以供读者参考。

　　摘要　用以下几种水处理工艺：生物滤池(B)、臭氧氧化(O)常规的混凝、沉淀和快滤(T)，生物活性炭(C)，加氯(CI)，组合成以下4种不同工艺进行试验，即OT成OTCI，BI或BTCI，BTC或BTCCI及BTOC或BTOCCI。
　　结果表明，OT及BT或OTCI及BTCI工艺，氧化后产生大量氯化有机物，致突变试验回变菌落数大大上升，显示致突变阳性，不宜采用。BTC或BTCCI和BTOC或BTOCCI工艺，处理后亚硝酸氮浓度（在加氯前）低至2×10-3ppm，TOC、CODcr去除率可达60%左右，紫外消光值降低56%～65%，加氮前处理水样毛细柱色谱峰图总面积降低80%左右，而且致突变试验中两者降低回变率的百分数大为提高。BTC、BTOC及BTOCCI处理水基本上都为致突变阴性。而BTCCI处理水有时Ames试验为阴性，有时为阳性，宜于采用。

　　一、 引言

　　鉴于不少地区自来水源水质的污染，1982年～1983年在上海市南市水厂，进行了生物滤池（以下简称B）预处理黄浦江水试验[1]，于水温为17℃～29℃时，自然挂膜需13～14天。试验资料证明，生物滤池具有两大功能：即光氧和氧化硝化作用。经2m高度的曝气，水中溶气的饱和率迅增至80%以上，由于供氧充分，氨氮绝大部分已氧化成硝酸盐，亚硝酸盐浓度较低，此外生物滤池对水中酚、氯仿、四氯化碳、铁、锰都有不同程度的去除，但对666和DDT无明显去除效果，不能使Ames致突变阳性的原水质转化为阴性。
　　1984年，上海市自来水公司进行了臭氧生物活性炭（以下简称OC）处理工艺的研究[2]。结果证明，该工艺能去除水中溶解性有机物，降低进水中三卤甲烷前体(THMEP)达39%～55%，能降低电子捕获检定器毛细色谱图的面积达1/2，降低UV吸收值、TOC、CODcr和氨氮分别为20%～40%、20%～30%、20%～30%和70%～90%，对酚、色度、铁、锰也都有去除效果，并且能去除Ames致突变物质；但其生物氧化所需的溶解氧量受到的限制，出水中亚硝酸盐增加较多，在进水NH3-N为3.3mg/I时，亚硝酸盐甚至达到1.7mg/I，并且降低有机物生物氧化的效率[2][5]，为提高生物氧化效率，不得不采用压缩空气曝气，并加设第二级生物活性炭滤池。
　　（一）OTC1——臭氧、常规处理、加氯工艺；
　　（二）BTC1——生物滤池、常规处理、加氯工艺；
　　（三）BTCC1——生物滤池、常规处理、生物活性炭滤池、加氯工艺；
　　（四）BTOCC1——生物滤池、常规处理、臭氧氧化、生物活性炭滤池、加氯工艺。

　　二、 试验方法

　　试验在周家渡水厂进行。该厂设计日产水量15000m3，已备有常规给水处理工艺设备及生物活性炭滤柱两只，新建生产性生物滤池1座，总面积3.6×7.2m2，一半装立波一Ⅲ型填料，另一半装海蛎子壳（试验中损坏停用）。
　　试验流程见图1。在上述运行各流程中，沿程设采样点，定时采样测定水质。

　　以常规方法测定的常规水质项目有，混浊度、pH、铁、锰、氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐、溶解氧、化学需氧量。
　　测定的有机物项目有总有机碳TOC、紫外消光值Euv、氯仿、四氯化碳、毛细管色谱蜂面积；此外，还进行Amese致突变试验。　

　　三、 结果分析

　　（一）常规水质
　　常规水质分析结果列入表1。除浊度外，4种工艺的出水有显著差异。

　　色度的去除，以OT工艺为最好，滤后色度降至2.4度。这是因为臭氧有较强助凝作用和氧化作用的缘故。
　　生物滤池的曝气作用较为显著。在水温11～32℃范围内，经2m曝气，DO饱和率已达83%～87%，4m为87%～88% ,6m为86%～89%，与小型试验相符合。经6m生物滤池，铁、锰去除率可分别达到58.1%及64.5%。
　　三氮(NH3-N、NO-2-N、NO-3-N)浓度的变化表明，B工艺有良好的氧化氨氮的效果，去除率达66.0%，而经OT工艺处理的，去除率仅有25%。BTC工艺除氨率达91%，BTOC工艺为85%。出水亚硝酸盐浓度，BT工艺较原水增加0.009mg/I，OT工艺较原水减少0.86mg/I，BTOC及BTC出水NO-2-N只有2×10-3mg/I左右，说明两者的硝化作用是充分的。
　　由上可知，在常规水质方面，4种工艺中，BTOC及BTC的处理效率基本相同，并都较OT及BT工艺有显著改进。硝化作用充分。除NH3-N效果与1982～1983年的小型试验大体一致。
　　（二）有机物
　　各工艺有机物的去除比较，见表2。

　　化学需氧量的降低，OT和BT工艺略有不同，前者去除率为45.3%，后者则为38.6%。而BTOC则为55.6%，属最高。BTC也达52.0%。
　　总有机碳的去除，OT工艺最差，仅为39.7%；BT工艺则达47.4%；BTOC和BTC两工艺相近，分别为58.1%和55.7%。4种工艺在加氯后，TOC又有降低。OTC1为46.7%，BTC1为58.4%，BTOCC1为62.6%，BTCC1为60.7%。
　　紫外消光值，反映了水中存在的含有共扼双键的有机物及芳烃化合物。测试数据说明，OT及BTOC两工艺有相同效果，去除率为65%，BT工艺仅为48.5%，BTC则为56.4%，居于中等。加氯后，4种工艺的紫外消光值变化不大，与加氯前的去除率相比略有高低，可能是测定误差的缘故。
　　氯仿和四氯化碳去除效果，以OT工艺为最低，去除率分别为0%和13.6%；其余3工艺去除率大体相仿。氯仿可去除50%以上，以BTC为最高。4工艺在加氯后，氯仿都有增加，四氯化碳略有变化，但都符合国家规定的生活饮用水水质标准。
　　一个水样的电子捕获检定器毛细色谱图，随测定条件而异从绝对意义上讲，不能直接代表水中有机污染物的多少。但是，同一水样，经不同工艺处理后，在同一测定条件下所得到的毛细色谱图，能反映不同工艺去除水中带有卤素、硝基基团等致害有机物的水平。其时大体上可认为色谱图的峰面积与水中上述有机物相关，试验数据说明，在峰数减少方面，以BT工艺为最差，仅2.6%，其余工艺都在10%左右。而氯化后，峰数略有增加。这是有机氯生成的反映。4种工艺在峰图总面积减少上，相差不大。OT、BT、BTOC的总面积降低，都在78%左右，BTC最高，达80.7%。但经氯化后，峰图总面积变化不一。OT工艺由于臭氧氧化，大分子分解成小分子，氯化后峰数增加较多，特别是峰图面积增加最多，甚至超过原水15%。BT工艺出水氯化后峰图面积增加最少，较原水降低61%，BTCC1及BTOCC1大体与原水接近或略低。
　　综上所述，4种工艺中，以BTCC1及BTOCC1处理效率最佳。两者净化有机物效果相近。
　　（二）致突变性
　　根据Ames及McCann估计，致癌剂与致突变剂约有83%的相关关系。国内外已有不少以Ames致突变试验判定水质的报道[3]。我们对4种工艺处理后及氯化的水质，进行了Ames致突变试验。
　　根据判定致突变阳性或阴性的规定，可见OT和BT工艺不能将致突变阳性的原水改变为阴性。令人感兴趣的是，OT及BT工艺回变菌落数较为接近；而加氯后的OTC1水样，大于BT工艺加氯后的水样，且超过原水的回变菌落数，这在过去的试验中也有发现[4]。这与前面色谱图面积增加是相应的。说明OTC1工艺由于加氯产生大量的非挥发性有机氯化合物，回变菌落数增加，不宜采用。9月22日试验表明，不论加氯与否，BTC或BTOC工艺的处理水，都能使Ames致突变阳性转变为阴性。9月8日试验水样，经BTC或BTOC处理后，不论加氯与否，当接种浓缩物相当于0.34l水样时，致突变均为阴性；当接种0.681时，不加氯水样，4工艺均呈弱阳性，加氯后，BTOC仍为阴性，而BTC显阳性。
　　为进一步比较4种工艺处理水的致突变性变化，采用致突变剂量反应曲线的斜率——回变率较原水回变率的降低百分率，作为比较指标。表3为按试验数据计算的各处理工艺水样回变率降低百分率。回变率降低百分率愈高，处理工艺效果愈好。
　　表3说明，OT工艺、BT工艺（特别是OT工艺）处理后水的回变率较原水反而增高（降低百分率为负值），而BTC工艺和BTOC工艺的回变率降低百分数比较接近，一般达到80%～90%，最低也达50%～60%。因之，从致突变试验角度来看，BTC、BTOC或BTCC1、BTOCC1工艺处理效果较好。

　　四、 结论　　

　　根据试验结果，结合实际条件和经济因素，可以作出如下结论：
　　（一）生物滤池作为污染水源的预处理时，能有效分解去除大部分污染物；但要获得安全的水质，还必须有合适的后续处理。后续处理工艺，除常规处理外，可用生物活性炭滤池，也可用臭氧生物活性炭滤池，优先考虑生物活性炭滤池较为经济。
　　（二）原水用臭氧氧化，于加氯后，致突变性有时会超过原水，不宜采用。
　　（三）生产性生物滤池处理效果与小型生产滤池基本上是一致的。
　　参考文献
　　[1]岳舜琳、许建华等，上海环境科学，4(3)，5～8(1985)
　　　 许建华、岳舜琳等，上海环境科学，5(5)，19～23(1986)
　　[2]陆在宏等，上海环境科学，5(3)，2～4(1986)
　　[3]B.J.KOOL et al.,Water Supply and Health Elsevier Scientific Publishing Co.P. 135～155(1981)
　　[4]朱惠刚等，上海环境科学，6(12)，13～16(1987)
　　[5]吕锡武等，上海环境科学，7(1)，13～16(1988)

（收稿日期：1989年10月28日）