混凝處理工藝處理再生水的影響

1、混凝處理工藝處理再生水的影響1引言再生水回用是解決水資源短缺的有效途徑，然而再生水回用過程中微生物再生長造成的水質(zhì)惡化，如色度、濁度和嗅味升高等，影響再生水的利用.為提高再生水岀水水質(zhì)，控制再生水輸配過程中微生物的生長，再生水廠采用各種先進(jìn)的處理工藝處理再生水，其中，混凝處理工藝因其較好的處理效果及低廉的處理成本而被廣泛應(yīng)用.目前，再生水混凝處理主要關(guān)注和研究岀水的常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)，而對再生水的生物穩(wěn)定性狀況，即水中有機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)支持異養(yǎng)菌生長的潛力， 沒有足夠的重視.水質(zhì)的生物穩(wěn)定性通常以生物可同化有機(jī)碳（AOC），即再生水中容易被異養(yǎng)微生物用于合成細(xì)胞體、進(jìn)行繁殖生長的那部分有機(jī)物作為評價指標(biāo).

2、AOC的測定方法最早由荷蘭的van derKooij教授等提岀，通過在飲用水中篩選岀的熒光假單胞菌Pseudomo nas fluoresce ns P17和螺旋菌Spirillum sp. NOX測定飲用水 AOC水平，以評價飲用水的生物穩(wěn)定性狀況.AOC測定方法提岀后，Kaplan等（1993）提岀了改進(jìn)方法以提高AOC測定方法的實(shí)驗效率和測定結(jié)果的準(zhǔn)確性，使其成為最被廣泛認(rèn)可和應(yīng)用的AOC測定方法.然而飲用水與再生水的有機(jī)物濃度及有機(jī)物組成特性不同，且AOC測定中最為關(guān)鍵的因素是測試菌種的選取，因此，從飲用水中篩選岀來的測試菌種可能無法準(zhǔn)確反映再生水的AOC水平.趙欣從再生水中篩選岀Ps

3、eudomo nas sap on iphila G3作為再生水AOC水平的測試菌種，對北京市再生水的水質(zhì)生物穩(wěn)定性開展了相關(guān)的研究.為進(jìn)一步掌握北京市再生水的水質(zhì)生物穩(wěn)定性狀況，本試驗以G3菌種作為再生水 AOC水平測試菌種，開展北京市再生水水質(zhì)生物穩(wěn)定性的調(diào)研工作，并以聚合氯化鋁（PACl）為混凝劑，考察混凝處理工藝對再生水AOC水平及其去除規(guī)律的影響.2材料與方法2.1水樣采集與處理試驗所用水樣采集自北京市X和B再生水廠二級生物處理 （分別為A2O和MBR出水，取樣時間為2014年10月至2015年1月.利用棕色玻璃瓶采集二級岀水水樣，在4 h之內(nèi)運(yùn)回實(shí)驗室，保存在4 C冰箱中待用.所采

4、集水樣的水質(zhì)情況在采樣當(dāng)天進(jìn)行測定2.2 AOC測定方法測試菌種選用清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院環(huán)境模擬與污染控制國家重點(diǎn)聯(lián)合實(shí)驗室提供的Pseudomo nas sap on iphila G3 菌種.將菌種從-80 C冰箱中取岀活化后，接種于裝有30 mL乙酸鈉溶液（濃度為2000卩g L-1，以乙酸碳計）的具塞磨口三角瓶中，在25 C生化培養(yǎng)箱中靜置、暗培養(yǎng)7d至穩(wěn)定期，采用平板計數(shù)法測定接種液中的微生物濃度后用作再生水AOC水平測定的接種液.配制不同濃度的乙酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液（03000卩g L-1，以乙酸碳），分裝于50 mL具塞磨口三角瓶中，在70 C烘箱中巴氏滅菌 30 min.待乙酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液冷

5、卻后接種G3菌種（接種濃度為104 CFU mL-1,每個水樣作3個平行樣），靜置在25 C生化培養(yǎng)箱中暗培養(yǎng)至穩(wěn)定期.通過平板計數(shù)法測定對應(yīng)濃度下測試菌種的最大生長濃度，以乙酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為橫坐標(biāo)，菌種最大生長濃度為縱坐標(biāo)制作標(biāo)準(zhǔn)曲線，標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率即為 AOC的產(chǎn)率系數(shù).本研究中G3菌種的產(chǎn)率系數(shù)為2.16 X 106 CFU-卩g-1（以乙酸碳計）.將待測水樣經(jīng)0.2卩m微孔濾膜過濾，水樣的接種和培養(yǎng)方法與上述試驗相同.培養(yǎng)3 d后進(jìn)行平板計數(shù).為減少試驗誤差，在試驗中設(shè)空白對照水樣的AOC濃度(卩g L-1)用待測水樣的細(xì)菌數(shù)(C, CFU- mL-1)減去空白對照的細(xì)菌數(shù) (Cck

6、 , CFU- mL-1)，再除以產(chǎn)率系數(shù)(P , CFU-卩g -1)即可得到，具體如式 所示.<n>（c-crlt）/p（ 1）2.3分子排阻色譜分子排阻色譜(SEC)，試驗儀器為日本 Shimadzu公司岀品的LC-20高效液相色譜，由一個 SPD-M20A紫外燈和兩根色譜柱 (TSK-GEL G3000PWX和TSK-GELG2500PWXL組成，用于分析水樣 分子量分布.色譜柱工作溫度為 40 C,以磷酸鹽(0.0024 mol L-1 NaH2PO4和0.0016 mol L-1 Na2HPO4和0.025 mol L-1 Na2SO4為流動相.每次測定時，進(jìn)量水樣為1

7、00卩L,掃描時間為60 min.以聚乙二醇標(biāo)準(zhǔn)溶液 (分子量分別為 330、700、1050、5250、10225和30000 Da)制作分 子量標(biāo)準(zhǔn)曲線.校準(zhǔn)后，色譜柱中的停留時間轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的分子量2.4其他水質(zhì)指標(biāo)測定pH值測定采用玻璃電極法，試驗儀器為瑞士Mettler-Toledo 公司岀品的FE20K型pH電極測定儀；溶解性有機(jī)碳(DOC)測定采用非色散紅外線吸收法，試驗儀器為日本Shimadzu公司岀品的TOC-VCPH型總有機(jī)碳(TOC)分析儀；水中吸收紫外線的不飽和有機(jī)物、含氮有機(jī)物(UV254)的測定采用紫外分光光度法，試驗儀器為日本Shimadzu公司岀品的UV-2401

8、PC型紫外可見分光光度計;SUVA為某樣品的UV254值與DOC濃度的比值，即單位溶解性有機(jī)碳所具有的紫外吸收值；三維熒光為水中不同類型的有機(jī)物在不同激發(fā)波長和發(fā)射波長下表現(xiàn)岀不同的熒光強(qiáng)度，根據(jù)三維熒光光譜圖上不同區(qū)域熒光強(qiáng)度可以分析判斷不同類型的有機(jī)物，試驗儀器采用F-7000型熒光分光光度計.2.5混凝實(shí)驗混凝試驗在攪拌杯(容積為1 L)中進(jìn)行，攪拌裝置采用中國潛江梅宇公司岀品的MY3000-6型混凝實(shí)驗攪拌儀，混凝劑選用聚合氯化鋁 (PACI)(氧化鋁含量28%),投加量分別為20、40、60、80、100和120 mg L-1.在每個攪拌杯中分別加入500 mL水樣(水溫約為2025

9、 °C )，投加混凝劑后按照表1中設(shè)定的混凝程序進(jìn)行試驗.試驗結(jié)束后，各水樣分別經(jīng)0.2卩m孔徑的尼龍濾膜 進(jìn)行過濾，以去除其中的絮體物質(zhì)，于24 h內(nèi)測定pH、DOC UV254、三維熒光和 AOC等指標(biāo).表1混凝實(shí)驗攪拌儀程序步驟時閭/min轉(zhuǎn)謹(jǐn)血mir/)10.5200221503105043003結(jié)果與討論3.1混凝對基本水質(zhì)指標(biāo)的影響將采集的再生水廠二級岀水水樣，經(jīng)0.2卩m孔徑的尼龍濾膜過濾去除懸浮顆粒后，測定水樣基本水質(zhì)指標(biāo)，結(jié)果如表2所示.表2再生水廠水樣水質(zhì)情況水樣 pH DOC； (mg U1) UVcm'1X廠二級出水3.V4.7(3.3) 0.045*

10、0.051 (0.05Q)B廠二級出水 55-7,9(1S.fl) 0 210-0,49(0.355)逹：括號中數(shù)摒為平均值.根據(jù)對北京市實(shí)際運(yùn)營再生水廠的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)再生水廠混凝處理工藝普遍采用PACI作為混凝劑；另外，趙欣等的研究發(fā)現(xiàn)，PACI投加量為60 mg L-1時，再生水 AOC水平的變化最為顯著(Zhao et al. ，2014).因此，本研究中首先研究了PACI投加量為60 mg - L-1時，混凝處理對再生水廠二級岀水基本水質(zhì)指標(biāo)的影響.研究發(fā)現(xiàn)，再生水廠二級岀水水樣經(jīng)混凝處理后，水樣DOC和不飽和有機(jī)物、含氮有機(jī)物(即UV254)的去除效果一般(圖1) : X廠二級岀水水樣

11、 DOC的去除率為3%29%B廠二級岀水水樣 DOC的去除率為17%30%;X廠二級岀水水樣 UV254的去除率 為10%24% B廠二級岀水水樣 UV254的去除率為23%36%同時發(fā)現(xiàn)，80%水樣的DOC去除率低 于UV254去除率，這可能是因為再生水二級岀水水樣中有較多表征UV254的腐殖質(zhì)類和芳香族類化合物，這類物質(zhì)在混凝過程中較易被去除圖1圖1混凝對DOC和UV254的去除情況進(jìn)一步考察了 PACI不同投加量下混凝處理對水質(zhì)情況的影響.圖2a和2b所示為X和B再生水廠二級岀水水樣(水樣編號中的數(shù)字編碼表示采樣日期，依次為年、月、日)在20120 mg-L-1PACI投加量下DOC和U

12、V254的變化情況.可以看岀，隨著 PACI投加量的增加，混凝后水樣DOC和UV254不斷降低，最大去除率分別為 30%和32%.圖2c所示為PACI不同投加量下 SUVA值的變 化情況，可以看岀，隨著PACI投加量的增加，SUVA值有下降趨勢.有研究表明，SUVA值與芳香環(huán)及碳碳雙鍵的含量之間有良好的線性關(guān)系(薛爽等，2013)，說明增加混凝劑投加量有利于水樣中飽和雙鍵及芳香環(huán)有機(jī)物的去除4 &汕軟*;押20MJtiavi11023、D4I5g U4IUnd«-4-XMllYllc|f ru4i洌老卵 2i-U*ai ?i fc f|!21 H- U %13 J< M

13、- M”酣EeIDMRb圖2不同PACI投加量對二級岀水水樣水質(zhì)的影響高效分子排阻色譜法可以測量水中有機(jī)物質(zhì)分子量的連續(xù)分布情況，圖2d所示為B150121水樣經(jīng)不同劑量 PACI混凝處理前后，水樣中不同分子量有機(jī)物的分布情況 .從圖中可以看岀，混 凝主要去除水中分子量為 100020000 Da的有機(jī)物質(zhì)，尤其對分子量為 300020000 Da的物質(zhì)具 有很好的去除效果，且隨著PACI投加量的增加，對這類分子量有機(jī)物的去除效果也提高.從圖中也可以發(fā)現(xiàn)，混凝對分子量1000 Da的有機(jī)物物質(zhì)的去除效果非常有限， 即便在120 mg-L-1 PACI 投加量下，這部分有機(jī)物的信號強(qiáng)度也基本沒有

14、發(fā)生變化B150121水樣經(jīng)不同劑量 PACI混凝處理前后的三維熒光光譜如圖3所示.三維熒光光譜圖中不同熒光區(qū)域分別表征不同的有機(jī)物類型，區(qū)域IV表征的物質(zhì)分別為：酪氨酸類芳香族蛋白質(zhì)、色氨酸類芳香族蛋白質(zhì)、富里酸類腐殖質(zhì)、溶解性微生物代謝產(chǎn)物和腐殖酸類腐殖質(zhì).可以看出，水樣在區(qū)域III 、IV和V均有熒光峰，區(qū)域I和II的熒光強(qiáng)度較弱，其中，區(qū)域I的熒光強(qiáng)度最弱.對上述三維熒光光譜5個區(qū)域的熒光強(qiáng)度進(jìn)行積分，結(jié)果如圖4所示.可以看出，混凝后水樣的熒光強(qiáng)度變化不明顯，即使PACI投加量達(dá)到120 mg - L-1，水樣的熒光強(qiáng)度也沒有明顯的降低.圖3水樣混凝前后三維熒光光譜等值線圖CM2圖4混

15、凝對二級岀水三維熒光光譜圖中各區(qū)域熒光強(qiáng)度積分的影響3.2混凝對水質(zhì)生物穩(wěn)定性的影響本研究首先考察了再生水廠二級岀水水樣在60 mg-L-1 PACI投加量下AOC水平的變化情況.從圖5可知，混凝后水樣的 AOC水平高于混凝前水樣 AOC水平，水樣中 AOC占DOC的比例有所 升高.X廠二級岀水水樣混凝前 AOC水平為48485卩g L-1，平均為208卩g L-1，水樣AOC 占DOC的比例在2%12°之間；混凝后水樣的 AOC水平為68983卩g L-1，平均為318卩g - L-1， 混凝后水樣的變化率為 -4%103%,水樣AOC占DOC比例在3%27沱間.B廠二級岀水水樣混

16、凝前 AOC水平為122414卩g L-1，平均為192卩g L-1，水樣 AOC占DOC的比例在1%2沱間；混 凝后水樣的 AOC水平為181593卩g L-1，平均為291卩g L-1，變化率為8%124%水樣AOC 占DOC的比例在1%4沱間.以上結(jié)果表明，在 PACI投加量為60 mg L-1時，再生水廠二級岀 水水樣混凝后AOC水平有升高的趨勢，說明水質(zhì)生物穩(wěn)定性降低On廠二級岀永iWi 40D600£00】000誕譽(yù)前皿JOgfL 1.-一-二U3.JOV 仁番詼圖5二級岀水水樣混凝前后 AOC水平的變化進(jìn)一步考察了 PACI不同投加量時混凝對水樣AOC水平的影響.圖6所

17、示為X和B再生水廠二級岀水水樣在 20120 mg L-1 PACI投加量下AOC水平變化情況.可以看岀，水樣經(jīng)不同劑量 PACI處理后，水樣 AOC水平表現(xiàn)岀升高的趨勢：X141030水樣混凝前 AOC水平為204卩g L-1 ,混凝后AOC水平為222278卩g - L-1，變化率為9%36%;B141205水樣混凝前 AOC水平為414卩 g L-1，混凝后AOC水平為267872卩g L-1，變化率為-36%110%;B150121水樣混凝前 AOC 水平為168卩g L-1，混凝后 AOC水平為149289卩g L-1，變化率為-11%72%.圖6圖6 PACI投加量對二級岀水水樣A

18、OC水平的影響以上結(jié)果表明，再生水廠二級岀水水樣投加PACI混凝處理后，AOC水平有升高的趨勢，水樣的水質(zhì)生物穩(wěn)定性降低 .趙欣等的研究表明，在PACI混凝處理再生水體系中，分子量大于10000Da的有機(jī)物對微生物的生長具有抑制作用 (Zhao et aI. ，2014)，而本研究體系對分子量為 300020000 Da的物質(zhì)具有較好的去除效果，這就解釋了混凝后AOC水平升高的主要原因.具體參見污水寶商城資料或 更多相關(guān)技術(shù)文檔。另有研究表明，混凝處理對再生水和飲用水的AOC水平不產(chǎn)生影響(VoIk et aI. ，2000)，或者導(dǎo)致AOC降低(ThayanukuI et aI. ，2013).可能是因為：飲用水與再生水水質(zhì)的差異導(dǎo)致 AOC水平變化規(guī)律不同，飲用水中有機(jī)物組成主要是天然有機(jī)物，而再生水廠二級岀水中有機(jī)物 組成除了天然有機(jī)物外，還包括溶解性微生物代謝產(chǎn)物和一些難降解有機(jī)物等；不同地區(qū)的再生水廠進(jìn)水水質(zhì)及采用的二級生物處理工藝的不同造成二級岀水水質(zhì)的差異進(jìn)而影響AOC水平變化規(guī)律；混凝劑種類和投加量的不同影響到AOC水平變化規(guī)律;測試菌種的不同導(dǎo)致AOC水平變化規(guī)律的不同.4結(jié)論混凝處理對再生水廠