飲用水處理技術(shù)介紹

1、.水源污染日益嚴(yán)重 飲用水處理技術(shù)介紹10年12月31日 14:45:59 來源：中國(guó)凈水行業(yè)公益網(wǎng)我要評(píng)論( 0)由于工業(yè)高速發(fā)展和城市的加速，產(chǎn)生了大量的工業(yè)污水和生活污水，而我國(guó)城市污水處理廠的年處理率僅為2.43%，絕大部分污水直接排入水體，致使82%的水域和93%的城市地下水源被污染，水源水質(zhì)明顯惡化。據(jù)調(diào)查，全國(guó)430個(gè)城市有90%以上的飲用水源遭受到不同程度的污染，造成經(jīng)濟(jì)損失達(dá)377億元。飲用水水源的污染，導(dǎo)致水處理成本急劇增加，用常規(guī)處理方法難以生產(chǎn)出符合飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的水，供水有異味、異臭、口感不適。水中有機(jī)物是消毒副產(chǎn)物的前體，致使水的安全性受到影響，Ames致突變實(shí)驗(yàn)呈

2、現(xiàn)陽性。水中有機(jī)污染物的來源、分類和影響國(guó)內(nèi)和國(guó)外的統(tǒng)計(jì)資料都表明水源水中的污染物主要來自有機(jī)物，這與工業(yè)化進(jìn)程在20世紀(jì)高速發(fā)展息息相關(guān)，水體中的有機(jī)物來源于兩個(gè)方面：一是外界向水體中排放的有機(jī)物;二是生長(zhǎng)在水體中的生物群體產(chǎn)生的有機(jī)物以及水體底泥釋放的有機(jī)物。前者包括地面徑流和淺層地下水從土壤中滲瀝出的有機(jī)物，主要是腐植質(zhì)、農(nóng)藥、殺蟲劑、化肥及城市污水和工業(yè)廢水向水體排放的有機(jī)物、大氣降水?dāng)y帶的有機(jī)物、水面養(yǎng)殖投加的有機(jī)物、各種事故排放的有機(jī)物等。后者一般情況下在總的有機(jī)物中所占的比例很小，但是對(duì)于富營(yíng)養(yǎng)化水體，如湖泊，水庫，則是不可忽略的因素。水源水中的有機(jī)物大致可分為兩類：一類是天然有

3、機(jī)物(NOM)，包括腐殖質(zhì)、微生物分秘物、溶解的植物組織和動(dòng)物的廢棄物;另一類是人工合成的有機(jī)物(SOC)，包括農(nóng)藥、商業(yè)用途的合成物及一些工業(yè)廢棄物。天然有機(jī)物天然有機(jī)物主要是指動(dòng)植物在自然循環(huán)過程中經(jīng)腐爛分解所產(chǎn)生的大分子有機(jī)物，其中腐殖質(zhì)在地面水源中含量最高，是水體色度的主要成分，占有機(jī)物總量的60%90%。飲用水處理中，它是主要去除的對(duì)象。腐殖質(zhì)是一類含酚羥基、羧基、醇羥基等多種宮能團(tuán)的大分子聚合物，分子量在102106范圍內(nèi)，其中50%60%是碳水化合物及其關(guān)聯(lián)物質(zhì)，10%30%是木制素及其衍生物，1%3%是蛋白質(zhì)及其衍生物。腐殖質(zhì)在水中的形態(tài)可分為酸不溶但堿溶的腐質(zhì)酸(HA)，酸溶

4、但堿不溶的富里酸(FA)，既不溶于酸也不溶于堿的胡敏酸，三種組分在結(jié)構(gòu)上相似，但在分子量和官能團(tuán)含量上有較大的區(qū)別。腐殖質(zhì)在天然水體中表現(xiàn)為帶負(fù)電荷的大分子有機(jī)物，具有與水中大多數(shù)成分進(jìn)行離子交換和絡(luò)合的特性，這樣使本來難溶與水的元素和微污染有機(jī)物在水環(huán)境中增大了溶解度，促使其遷移能力增強(qiáng)，分布范圍更為廣泛。另一方面，腐殖質(zhì)已經(jīng)被證明是多種消毒副產(chǎn)物(DBPS)的前體，是導(dǎo)致飲用水致突變活性增加的主要因素。去除腐殖質(zhì)的主要方法有膜濾、混凝沉淀、臭氧氧化、活性炭(GAC)吸附及生物降解等。水體中天然有機(jī)物中的非腐殖質(zhì)部分，以前被引用水處理界所忽視，被認(rèn)為對(duì)出水水質(zhì)沒有什么影響，但是近年來的研究表

5、明，消毒副產(chǎn)物的前體中有相當(dāng)一部分是來自水中的非腐殖質(zhì)部分的天然有機(jī)物。按DOC計(jì)算，與腐殖質(zhì)部分的天然有機(jī)物形成的消毒副產(chǎn)物相比，二者比例接近。賀北平博的研究表明，水中的非腐殖質(zhì)部分的天然有機(jī)物是主要的可生物降解部分，具有較強(qiáng)的親水性和較低的芳香度，可能由親水酸、蛋白質(zhì)、氨基酸、糖類等組成。人工合成有機(jī)物隨著各國(guó)工業(yè)的發(fā)展，人工合成的有機(jī)物呈現(xiàn)越來越多的趨勢(shì)，目前已知的有機(jī)物種類達(dá)400多萬種，其中人工合成的有機(jī)物在10萬種以上，且以每年2000種的速度遞增。它們?cè)谏a(chǎn)、運(yùn)輸、使用過程中以各種途徑進(jìn)入環(huán)境。工業(yè)污染源主要來自化學(xué)化工、石油加工、制藥、釀造、造紙等行業(yè)，例如淮河蚌埠段，造紙廢水

6、占每日COD排放總量的52%，釀造(釀酒和味精)廢水及化肥分別占17.54%和11.24%。農(nóng)業(yè)中使用的沙蟲劑、肥料也是人工合成有機(jī)物在水體中的另一個(gè)主要來源。它們可以滲透入地下水中，或者通過地面徑流進(jìn)入水源水中。1977年美國(guó)國(guó)家環(huán)保局(USEPA)根據(jù)有機(jī)污染物的毒性、生物降解的可能性以及在水體中出現(xiàn)的幾率等因素，從7萬種有機(jī)物化合物中篩選出65類129種優(yōu)先控制的污染物 ，其中有機(jī)化合物114種，占總數(shù)的88.4%，包括21種殺蟲劑、26種鹵代脂肪烴，8種多氯聯(lián)苯、11種酚、7種亞硝酸及其它化合物。這些化合物本身有一定的生物積累性，有些本身有毒性，有些有三致作用。歐共體、國(guó)際衛(wèi)生組織(W

7、HO)、日本 、中國(guó)等，也相繼建立了各自的優(yōu)先控制有機(jī)污染物的名單，并加強(qiáng)水源及飲用水制備過程中對(duì)這些指標(biāo)的控制。水中有機(jī)物對(duì)傳統(tǒng)凈水工藝及水質(zhì)的影響水源水中的有機(jī)污染物給公眾的健康帶來了較大的危害，并且傳統(tǒng)凈水工藝不能滿足出水要求，主要集中表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：水中有機(jī)污染物大多是帶負(fù)電荷的化合物，它們的存在使水的ZETA電位升高，要保證一定的出水水質(zhì)，需要投加過量的混凝劑和氯，從而增加了水除了成本。而且，近來的研究表明，傳統(tǒng)工藝無法去除某些有機(jī)污染物。現(xiàn)有的傳統(tǒng)水處理工藝對(duì)有機(jī)物的去除效率一般為20%50%，對(duì)氨氮的去除率為10%左右，出水中有機(jī)物含量很高，且其中有些有機(jī)物具有致癌性。加氯消

8、毒使水中的致突變物質(zhì)含量增加，對(duì)人體健康造成危害。據(jù)估計(jì)，我國(guó)有4億人飲用受到有機(jī)物污染的水。有機(jī)污染物進(jìn)入管網(wǎng)后，會(huì)被管壁上附著的微生物所利用，它們?cè)诼然局笕匀淮婊?，比起一般的微生物有更大的危害。它們能夠腐蝕管壁，從而使鐵屑和重金屬離子溶入水中，減少了管網(wǎng)的使用壽命，增加了輸水能耗，致使爆管事件經(jīng)常發(fā)生。更為令人擔(dān)心的是從毒理學(xué) 上的考慮，因?yàn)檫@種反應(yīng)能夠形成非生物穩(wěn)定性的水，具有三致特性。飲用水水質(zhì)指標(biāo)的發(fā)展飲用水水質(zhì)指標(biāo)的發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)由人的感觀和生活經(jīng)驗(yàn)的感性認(rèn)識(shí)到科學(xué)方法嚴(yán)格測(cè)定、并定量化的歷程。各個(gè)國(guó)家的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)都是與其生產(chǎn)力和分析手段的發(fā)展相適應(yīng)的。美國(guó)19121914年間

9、，首次在水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：“飲用水每毫升含細(xì)菌量總數(shù)不得超過100個(gè)，每5份水樣中大腸桿菌數(shù)超過每毫升10個(gè)的樣品不能多于1個(gè)”，揭開了真正具有現(xiàn)代意義的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的序幕。此后于1925年、1942年 、1946年和1962年對(duì)其水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)不斷進(jìn)行修訂和 補(bǔ)充，這一階段水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容集中在與人體健康相關(guān)的生物因素和一些感觀指標(biāo)，如色、嗅、味等。隨著分析技術(shù)的發(fā)展，1975年頒布了國(guó)家暫行飲用水基本規(guī)則，此規(guī)則將飲用水用水微生物數(shù)量作為優(yōu)先控制目標(biāo)。1979年又對(duì)該規(guī)則進(jìn)行了修定，將三鹵甲烷列入，并規(guī)定飲用水中的總?cè)u甲烷含量不能超過100ug/L0。1986年經(jīng)過更深入的調(diào)查和研究后，于當(dāng)年提出

10、了安全飲用水修正方案，并把它與 1975年頒布的國(guó)家暫行飲用水基本規(guī)則合并重新命名為國(guó)家飲用水基本規(guī)則，該法規(guī)中對(duì)有機(jī)物的規(guī)定有15項(xiàng)，占所有控制項(xiàng)目的50%。為進(jìn)一步控制污染，美國(guó)國(guó)家環(huán)保局于1991年頒布了35種污染物的最大濃度允許標(biāo)準(zhǔn)，并重新提出了另外5項(xiàng)污染物的標(biāo)準(zhǔn)，使控制飲用水中的污染物總數(shù)達(dá)60多種。到1993年，飲用水中的有機(jī)物標(biāo)準(zhǔn)已達(dá)到83項(xiàng)其他發(fā)達(dá)國(guó)家如法國(guó)、德國(guó)、英國(guó)、日本、加拿大等也對(duì)其飲用水中的有機(jī)物種類和濃度做了嚴(yán)格的限制。世界衛(wèi)生組織(WHO)于1984年出版了飲用水質(zhì)量指南(共三卷)，很多國(guó)家以此作為制定本國(guó)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)。指南中對(duì)6種有機(jī)化合物的15種確定了指導(dǎo)

11、值，其中三氯甲烷的指導(dǎo)值為30ug/L。歐共體(EC)1980年發(fā)布了關(guān)于飲用水的水質(zhì)指令，包括66項(xiàng)控制指標(biāo)，其中有毒物質(zhì)指標(biāo)13項(xiàng)，不希望過量的物質(zhì)24項(xiàng)。1991年，歐共體又對(duì)此指令提出了10個(gè)方面的意見，對(duì)農(nóng)藥、多環(huán)芳烴及分類等有機(jī)物提出了更嚴(yán)格的要求。我國(guó)于1959年頒布了第一個(gè)飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，包括6項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)，1976年修訂的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)將水質(zhì)指標(biāo)增加到23項(xiàng)。目前執(zhí)行的生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB5479?/FONT>85)則是根據(jù)我國(guó)現(xiàn)實(shí)國(guó)情于1985年提出的，水質(zhì)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目共5項(xiàng)，規(guī)定的有機(jī)物有6種：揮發(fā)酚(<0.02mg/L)、氯仿(<0.06mg/L)、四氯化碳(

12、<0.06mg/L)、苯丙芘(<10ug/L)、DDT(<5ug/L)、六六六(<5ug/L)。通過對(duì)比，我國(guó)的飲用水標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目少，標(biāo)準(zhǔn)低，所缺乏的是對(duì)有毒物質(zhì)的控制，其中有些可能使三質(zhì)物質(zhì)。為此，中國(guó)城鎮(zhèn)供水協(xié)會(huì)于1993年制定了城市供水行業(yè)2000年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃，該規(guī)劃根據(jù)供水規(guī)模和供水的重要性將城市自來水公司分為四類，分別提出了相應(yīng)的要求，其中一類水水質(zhì)指標(biāo)為88項(xiàng)，有機(jī)物指標(biāo)占38項(xiàng)，二類水水質(zhì)指標(biāo)51項(xiàng)，有機(jī)物指標(biāo)19項(xiàng)，三、四類是仍然執(zhí)行現(xiàn)有的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。從而在水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的制定和執(zhí)行上逐步與國(guó)際接軌。從美國(guó)的飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展歷史來看，每一次水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的變

13、化，都引起水質(zhì)控制技術(shù)及分析技術(shù)的全面革新，對(duì)于新出現(xiàn)的污染物控制指標(biāo)，美國(guó)國(guó)家環(huán)保局必須推薦或設(shè)定對(duì)應(yīng)的處理技術(shù)。由此我們也可以看到期望飲用水質(zhì)達(dá)到滿足各方面的要趨勢(shì)一種理想狀態(tài)，飲用水水質(zhì)指標(biāo)的設(shè)定都是同現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和分析、監(jiān)測(cè)、處理技術(shù)水平相適應(yīng)的。甚至有些指標(biāo)在最大允許濃度設(shè)置的時(shí)候，首先考慮的不是毒理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。從現(xiàn)有的水平來看，我國(guó)在污染物種類、設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)上與西方國(guó)家還有較大的差距，可以預(yù)見，隨著儀器分析的不斷發(fā)展，有毒有害有機(jī)物的不斷檢處，新的水處理技術(shù)的不斷開發(fā)和成熟，將來得以用水標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的有機(jī)物種類和含量必將越來越嚴(yán)格。飲用水處理技術(shù)的發(fā)展早在90年代初，全球各個(gè)國(guó)家政

14、府、行業(yè)協(xié)會(huì)都對(duì)21世紀(jì)的發(fā)展戰(zhàn)略提出了構(gòu)想。1991年美國(guó)AWWA年會(huì)的主體就是對(duì)未來10年的飲用水處理行業(yè)發(fā)展研究的焦點(diǎn)提出了各自的看法，包括：飲用水消毒副產(chǎn)物的研究、飲用水生物穩(wěn)定項(xiàng)的研究、臭味的控制、生物處理技術(shù)、膜技術(shù)、臭氧化工藝的研究、氯化殺菌的研究、合成有機(jī)物的去處、健康風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估以及水處理經(jīng)濟(jì)效益的分析等。經(jīng)過水處理工作者的不懈努力，飲用水處理機(jī)使有了較大發(fā)展，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：預(yù)氯化處理技術(shù)在水處理中，對(duì)那些遠(yuǎn)距離輸送源水的水廠或者以藻類含量高的水庫水為水源的水廠，為了防止輸水管道中的微生物和藻類的滋長(zhǎng)，減輕后續(xù)單元的處理負(fù)荷，通常在取水口出投加少量的氯。這種方法曾經(jīng)一

15、度受到人們的重視，在節(jié)省混凝劑方面起到一定的作用，北京市第九水廠日產(chǎn)水量100萬噸，以密云、懷柔水庫為水源，在處理過程中采用了預(yù)加氯的方式已控制水中的藻類。但是近幾年來的研究表明，由于原水的預(yù)氯化能使氯與水中的腐殖質(zhì)及其它的有機(jī)物反應(yīng)，生成大量的不能被后續(xù)單元取出的三鹵甲烷、有機(jī)鹵化物等致癌物質(zhì)，對(duì)人們產(chǎn)生更大的危害，所以這種方法在新建水廠中逐漸被淘汰。臭氧化預(yù)處理技術(shù)臭氧氧化在水處理中有著悠久的歷史，自從1886年法國(guó)的DeMeritens發(fā)現(xiàn)了臭氧就有較強(qiáng)的殺菌作用以來，臭氧作為限度集合控制水的色度或嗅味有著明顯的優(yōu)勢(shì)，隨著對(duì)臭氧氧化的深入研究，臭氧在水處理中的用途也越來越多，目前已經(jīng)轉(zhuǎn)變

16、為去除水中的有機(jī)污染物質(zhì)。臭氧對(duì)水中的三致物質(zhì)的影響沒有一定的規(guī)律，優(yōu)勢(shì)能夠提高致突活性，有時(shí)能夠降低致突活性，其效果視具體水質(zhì)而定。目前對(duì)臭氧氧化的研究都和乙醛、可生化降解物質(zhì)(BOM)、消毒副產(chǎn)物(DBPS)及其前體聯(lián)系在一起，研究結(jié)果表明：臭氧化后的水的BDOC(生物可降解的溶解性有機(jī)碳)上升20%30%，AOC(生物可同化的有機(jī)碳)上升達(dá)3倍左右，而且AOC中，NOX螺旋菌部分臭氧化后上升的幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過P17(熒光假單細(xì)胞)部分。所以臭氧必須和其他的處理手段結(jié)合在一起才能夠有比較滿意的效果。Shukcairy的研究表明在低劑量下，臭氧對(duì)消毒副產(chǎn)物前體氧化降低了總的有機(jī)鹵化物，并能夠有效

17、的防止溴化物轉(zhuǎn)化為溴酸鹽，后者是消毒副產(chǎn)物中具有較強(qiáng)的致癌特性的物質(zhì)，在處理工藝中較難去除。至于臭氧作為一種殺蟲劑，由于在水中難以長(zhǎng)時(shí)間存在，所以通常不作為管網(wǎng)中的消毒劑?；钚蕴?GAC)技術(shù)活性炭吸附主要用于飲用水的深度處理，它能夠有效去除水中的致突變物質(zhì)，使Ames試驗(yàn)陽性的水變?yōu)殛幮运腔钚蕴靠偟膩碚f是屬于一種多孔疏水性吸附劑，對(duì)水中有機(jī)物的去除受到活性炭本身的特性和水中有機(jī)物性質(zhì)的影響，對(duì)于TOC等綜合性有機(jī)指標(biāo)的去除隨運(yùn)行時(shí)間的變化較大，在吸附接近飽和時(shí)，對(duì)TOC基本沒有去除作用。當(dāng)活性炭用于去處水中的消毒副產(chǎn)物時(shí)，其對(duì)三氯甲烷的去除周期較短，北京第九水場(chǎng)的活性炭氯池的運(yùn)行表明兩

18、個(gè)月的新碳對(duì)三氯甲烷的去處率僅為37.5%，10個(gè)月的新碳對(duì)三氯甲烷的去處率僅為10%，二活性炭對(duì)鹵乙酸的去除率較高，使用兩個(gè)月的新碳對(duì)鹵乙酸的去除可達(dá)74.5%，使用10個(gè)月、24個(gè)月、31個(gè)月的活性碳對(duì)鹵乙酸的去除率分別為64.8%、55.1%和41.3%。膜分離技術(shù)近年來，膜分離技術(shù)發(fā)展迅速。膜分離技術(shù)可以有效地去除水中的嗅味、色度、消毒副產(chǎn)物前體及其它有機(jī)物和微生物。1993年公布的消毒劑和消毒副產(chǎn)物法規(guī)(初稿)中，對(duì)于消毒副產(chǎn)物進(jìn)行了控制，膜分離技術(shù)是其中最佳的處理工藝之一。隨著膜技術(shù)的發(fā)展和普遍使用，膜的價(jià)格已經(jīng)大幅度下降。膜分離作為一種水中有機(jī)物和微生物去除的新工藝，將會(huì)對(duì)給水處

19、理產(chǎn)生重要的影響。在我國(guó)，膜分離技術(shù)主要應(yīng)用于特種供水，如沙漠作業(yè)、深山探礦、海水淡化、純水制備等。生物處理及相關(guān)技術(shù)在飲用水水處理中的進(jìn)展飲用水生物處理進(jìn)展1971年日本小島貞男首次成功的將生物接觸氧化法應(yīng)用于富營(yíng)養(yǎng)活水源水預(yù)處理，可以去除藻類60%80%，氨氮90%以上，臭味50%70%，使水廠出水水質(zhì)得到明顯改善，把本來屬于污水處理應(yīng)用范疇的生物法引入了給排水處理領(lǐng)域。此后應(yīng)用水生物處理技術(shù)在歐洲得到普遍應(yīng)用。飲用水生物處理技術(shù)在美國(guó)的研究較晚，適于80年代中期，工程上的應(yīng)用指導(dǎo)近幾年才開始。這主要是因?yàn)椋好绹?guó)飲用水水源96%時(shí)采用地下水，所受到的污染較小;隨著對(duì)消毒副產(chǎn)物獨(dú)立學(xué)研究的進(jìn)

20、一步深入，對(duì)其致癌特性有了充分的認(rèn)識(shí)，對(duì)如何控制消毒副產(chǎn)物的前提有較好的去處能力，所以得到深入的研究;對(duì)生物法的引入會(huì)不會(huì)導(dǎo)致新的三致污染物的產(chǎn)生，出水會(huì)不會(huì)有生物穩(wěn)定性，給水界經(jīng)過長(zhǎng)期反復(fù)探討后才對(duì)生物予以肯定，這是為什么生物法在美國(guó)飲用水處理領(lǐng)域應(yīng)用的較晚的主要原因。飲用水生物處理是指借助于微生物群體的新陳代謝活動(dòng)，對(duì)水中的有機(jī)污染物以及氨氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽或鐵、錳等無機(jī)物質(zhì)有效去除。生物處理單元可設(shè)在傳統(tǒng)凈水工藝中不同的位置，如果作為預(yù)處理，能夠有效的改善水的混凝沉淀性能，并減少混凝劑投加量達(dá)25%左右;對(duì)于富營(yíng)養(yǎng)化湖泊水，可以完全替代預(yù)氯化工藝，并且避免了預(yù)氯化引起的鹵代有機(jī)物的生成

21、，這對(duì)于降低水的致突活性，控制三鹵甲烷物質(zhì)的生成時(shí)十分有利的;生物處理工藝設(shè)置在沉淀出水后，可以減輕后續(xù)處理的負(fù)荷，延長(zhǎng)過濾或活性炭吸附等物化處理工藝的使用周期，最大可能的發(fā)揮水處理工藝的整體作用，降低水處理費(fèi)用。目前在飲用水處理中采用的生物反應(yīng)器大多數(shù)是生物膜類型的，由于生物膜反應(yīng)其中，吸附在載體上的生物種類和數(shù)量較多，形成薄層結(jié)構(gòu)的微生物聚合體，即生物膜，所以生物量的停留和積累大于懸浮生物處理系統(tǒng)，并減少了微生物尤其是生長(zhǎng)緩慢、世代周期較長(zhǎng)的微生物被沖刷掉的可能性。但是飲用水生物膜法處理與污水生物膜法處理在特性上有明顯的不同，首先是有機(jī)物相對(duì)來說要少的多;其次，微生物生長(zhǎng)特性不同，生長(zhǎng)在飲

22、用水生物載體上的微生物多數(shù)是貧營(yíng)養(yǎng)菌，如土壤桿菌、嗜水氣單胞菌、黃桿菌、芽菌和纖毛菌等。這些貧營(yíng)養(yǎng)微生物對(duì)可利用基質(zhì)有較大的親和力，且呼吸速率低，有較小的最大增值速度和Monod半速率常數(shù)。所以在營(yíng)養(yǎng)比較貧乏的飲用水源條件下，能夠充分利用水中的有機(jī)物。并且，貧營(yíng)養(yǎng)菌還可以通過二次基質(zhì)的利用去除濃度基地的為兩難降解的有機(jī)物。飲用水生物處理機(jī)理研究進(jìn)展給水處理生物膜模型設(shè)計(jì)要從微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)、營(yíng)養(yǎng)物即可降解物質(zhì)的傳輸動(dòng)力學(xué)考慮。近年來模型的建立已經(jīng)從純粹經(jīng)驗(yàn)性模型到以Monod方程和基質(zhì)的Fick擴(kuò)散模型為基礎(chǔ)的半經(jīng)驗(yàn)半理論模型。Futtmann認(rèn)為生物膜內(nèi)部基質(zhì)利用至少要考慮三個(gè)過程：液相內(nèi)物

23、質(zhì)傳輸?shù)缴锬?，生物膜?nèi)部物質(zhì)的傳輸和生物膜利用基質(zhì)的動(dòng)力學(xué)。在此基礎(chǔ)上，它提出了生物膜反應(yīng)器的模型，并一直在完善和發(fā)展之中，先后發(fā)展了穩(wěn)態(tài)生物反應(yīng)器中單菌屬的反應(yīng)模型、多菌屬反應(yīng)模型，尤其對(duì)多菌屬生物反應(yīng)器中各菌屬之間的關(guān)系作了定量化的研究，其中對(duì)異養(yǎng)菌和自養(yǎng)菌在生物膜中的競(jìng)爭(zhēng)、共生關(guān)系作了非常透徹得描述。這些成果越來越接近生產(chǎn)運(yùn)行中的生物反應(yīng)單元，所以有一定的使用價(jià)值。Huck研究了在生物反應(yīng)其中進(jìn)水AOC濃度或三鹵甲烷的濃度與去除率的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)均呈一級(jí)反映關(guān)系，此模型對(duì)于給水處理生物反應(yīng)器在實(shí)際設(shè)計(jì)中有一定的應(yīng)用價(jià)值。在實(shí)際設(shè)計(jì)中有一定的應(yīng)用價(jià)值。Summers則從微生物活性出發(fā)，建立了

24、考察微生物活性與有基質(zhì)的去除率的模型，她發(fā)現(xiàn)量和微生物活性并沒有絕對(duì)的相關(guān)關(guān)系，用微生物活性代替微生物量，尤其在DBPS前驅(qū)物的去除率模型中相關(guān)更高，同時(shí)提出了測(cè)定微生物活性的方法。在中國(guó)，張曉健博士研究了生物活性碳對(duì)有機(jī)污染物的作用機(jī)理，結(jié)論表明是物理吸附和生物的簡(jiǎn)單組合。吸附飽和生物碳在不需要再生的情況下，可利用其生物降解能力，繼續(xù)發(fā)揮控制污染物的作用，這是的生物碳與惰性填料的生物反應(yīng)器的原理是一致的，為生物陶粒反應(yīng)器的實(shí)際應(yīng)用打下了理論基礎(chǔ)。方振東博士建立了的一個(gè)生物套了反應(yīng)器動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)于深化陶粒反應(yīng)器的研究有一定的開拓性的意義，但是模型中假定生物膜一致的密度、一致的厚度與現(xiàn)實(shí)不相符

25、合，另外，該模型為能動(dòng)氯生物膜內(nèi)部物質(zhì)傳輸?shù)倪^程，所以尚需要進(jìn)一步完善。劉文均研究了生物預(yù)處理對(duì)手有機(jī)污染水源水中交替的Zeta電位的影響，認(rèn)為水中有機(jī)物的存在能夠增加無機(jī)膠粒的Zeta電位值，使膠體更趨穩(wěn)定，而生物與處理工藝則能夠有效的降低受有機(jī)物污染源水膠粒的Zeta電位值，主要原因是微生物對(duì)水源水中的有機(jī)物的降解、對(duì)ph值得影響和微生物微絮凝作用使膠粒更易于脫穩(wěn)，從而減少了混凝劑的投加量。賀北平博士在對(duì)水中有機(jī)物形成消毒副產(chǎn)物的能力進(jìn)行研究過程中，發(fā)現(xiàn)鹵乙酸的生成能力(GAAFP)和三鹵甲烷的生成能力(THMFP)的主要前驅(qū)物是親水酸和憎水有機(jī)物，這兩部分的貢獻(xiàn)對(duì)GAAFP達(dá)90%以上，

26、對(duì)THMFP為75%左右，通過分子量的測(cè)定，確定它們的分子量均小余500，屬于較易生物降解的有機(jī)物，從而為用生物處理來降低消毒副產(chǎn)物的前體找到理論根據(jù)，該結(jié)論與Owen的研究結(jié)果相符合。4.5.3 飲用水生物處理監(jiān)測(cè)、分析方面的進(jìn)展AOC、BDOC是給水生物處理的重要指標(biāo)。AOC使指生物可同化的有機(jī)碳，是微生物極易利用的基質(zhì)。盡管AOC僅為飲用水中溶解性有機(jī)體碳(DOC)的0.1%9%，但是踏實(shí)細(xì)菌獲得酶活性進(jìn)而對(duì)有機(jī)物進(jìn)行共代謝最為重要的基質(zhì)，因此AOC的濃度與細(xì)菌的繁殖有著密切的關(guān)系。BDOC指生物可降解的溶解性有機(jī)碳，是生物反應(yīng)器運(yùn)行的直觀指標(biāo)。AOC測(cè)定的方法最早由荷蘭KIWA實(shí)驗(yàn)室V

27、an der kooij博士于1982年提出，所采用的菌種是從水中分離出來的熒光假單細(xì)胞P17和螺旋菌NOX，這兩個(gè)菌種不同的基質(zhì)，P17不能利用草酸類基質(zhì)，而NOX可利用草酸類基質(zhì)，所以AOC為AOC-P17和AOC-NOX之和，AOC方法就有明確的可比性，所以日益為大家所接受。BDOC的測(cè)定方法主要集中在培養(yǎng)周期上的改進(jìn)。最早提出方法是懸浮生長(zhǎng)法，培養(yǎng)28天，后來相繼提出了改善方法，Mogren把待測(cè)水樣引入生物反應(yīng)其中進(jìn)行循環(huán)，同時(shí)供氧，每天排出測(cè)定水樣容積的1/5，培養(yǎng)到第五天，BDOC就定義為開始的DOC與第五天的DOC之差。ATP(三磷酸腺苷)是生物體內(nèi)的一種高能磷酸化合物，參與許

28、多代謝反應(yīng)，并處于不斷的被消耗和生成的動(dòng)態(tài)平衡中，同時(shí)ATP作為生物體內(nèi)的一種重要輔酶，對(duì)分解和合成反應(yīng)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，因此ATP的含量在一定程度上可以用于反應(yīng)生物體的能量水平和新陳代謝情況。ATP存在于獲得細(xì)胞中，細(xì)胞希望后隨即水解小時(shí)，正常的生物體細(xì)胞內(nèi)的ATP含量是相對(duì)穩(wěn)定的，所以ATP可以代表生物絮體重活性物質(zhì)的多少和微生物的活力，折椅參數(shù)在污水處理領(lǐng)域越來越受到關(guān)注，方振東博士則把ATP的測(cè)定引入到給水生物它陶粒反應(yīng)器的研究之中，發(fā)現(xiàn)ATP的漢聯(lián)與反應(yīng)氣餒有機(jī)物的去除率之間存在良好的相關(guān)關(guān)系，目前這一研究正在深入之中。與ATP測(cè)定的思想一致，生物膜磷脂分析技術(shù)也是對(duì)生物活性的另一

29、種測(cè)定方法。以前這種方法主要應(yīng)用于海洋微生物、土壤微生物的測(cè)定，Whiie把這種技術(shù)引入給水生物處理領(lǐng)域，其主要優(yōu)點(diǎn)是不需要把生物膜從填料上分離出來，F(xiàn)indlay在Whiie的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)使這項(xiàng)技術(shù)易于使用。Suninlers成功的使用該法測(cè)定了生物膜活性與有機(jī)物去除率的關(guān)系。六大因素加劇地表水環(huán)境污染監(jiān)測(cè)資料表明，我國(guó)的地表水環(huán)境質(zhì)量情況仍然是普遍受到污染，全國(guó)已監(jiān)測(cè)斷面中， 62%的斷面水質(zhì)處于類以上，其中有近30%的斷面水質(zhì)處于劣類，水污染狀況仍然沒有得到根本的改善。河南省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站的專家徐曉力認(rèn)為，加劇地表水環(huán)境污染的因素主要來自六個(gè)方面。一是廢水排放量大，水環(huán)境不堪重負(fù)。全國(guó)地表水資源總量約28000億立方米，而2003年污廢水排放總量近460億噸，COD(化學(xué)需氧量)排放量達(dá)1333.6萬噸。特別是6個(gè)缺水相對(duì)嚴(yán)重的北方省份，污廢水排放量占地表水資源總量的比例最高達(dá)38.9%，若使用全省地表水稀釋，COD濃度6個(gè)省超類水，其中3個(gè)省超類水。二是廢水排放標(biāo)準(zhǔn)不夠嚴(yán)。我國(guó)現(xiàn)行的廢水排放標(biāo)準(zhǔn)較松，限值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，例如污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)中11項(xiàng)主要污染因子，排放標(biāo)準(zhǔn)限值是類地表水標(biāo)準(zhǔn)的2.5-50倍，行業(yè)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)更高，造紙廢水排放標(biāo)準(zhǔn)是類地表水標(biāo)準(zhǔn)的11.25倍。徐曉力認(rèn)為，污廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該根據(jù)水資源情況及地表