净水技术|生物活性炭的应用实践
上期回顾：【热点聚焦】生物活性炭运行监测技术
小编导读
本文针对北方S水厂及南方L水厂进行长期监测，综合分析了生物活性炭的监测指标及其在实际运行过程中的指导意义。
北方S水厂日产水量32万t，供水工艺流程如下：原水→预氧化（加氯）→混凝→沉淀→臭氧氧化→生物活性炭→砂滤→消毒→出水。生物活性炭滤池参数：炭滤池采用上向流池型，颗粒炭规格为20×50目，生物活性炭滤池自2013年9月开始运行，炭滤池过滤速度11.9 m/h，炭滤池反冲洗周期为16 d，采用先气冲后水冲方式，每次反冲洗15 min，反冲洗强度为15 L/(m2·s)，炭层高度为2.5 m。原水水质特点如表1所示。
表1 北方S水厂原水水质特点
S水厂生物活性炭四季度连续监测理化参数，如表2所示。第一季度和第二季度粒度与新炭比较，活性炭颗粒磨损后变细。新炭的强度为97%，2014年四个季度的强度监测数据表明，活性炭滤池经过长期的运行，活性炭强度处于稳定状态，强度值始终在97%附近。
表2S水厂活性炭理化参数
活性炭强度数值趋于稳定。从吸附角度来看，活性炭的吸附能力逐渐降低，第四季度碘吸附值由新炭的923 mg/g降低至679 mg/g，降幅26.44%，亚甲蓝吸附值由新炭的179 mg/g降低至110 mg/g，降幅38.55%。
通过2014年生物活性炭四季度理化参数监测得出，S水厂活性炭运行中活性炭颗粒磨损程度较轻，活性炭的吸附能力逐渐降低，但是仍有吸附能力，无需换炭。污染物的去除主要依靠吸附及生物降解的共同作用。
S水厂四个季度生物指标连续监测得出，生物量变化受温度季节性变化较大（如表3所示），二季度温度相对高，生物量较大。氨化细菌数量级介于104~107，亚硝化细菌数量级为102~103，硝化细菌数量级为102~104。微生物数量较多，生物膜成熟，具备生物降解能力。微型动物均以原生动物为主，后生动物轮虫和线虫仅在第三季度出现，生物泄漏风险较小。
表3S水厂2014年生物监测参数
活性炭电镜扫描可以直观的观察生物膜的生长情况，通过对比扫描电镜结果，新炭表面很干净，几乎无附着物，孔隙较多；第一季度，生物膜成熟，活性炭表面被一层膜状物覆盖，生物膜厚度较薄而且透明。而随着活性炭滤池的运行，第四季度活性炭表面附着物较多，并连接成一片，生物作用逐渐增强。
图2 新炭电镜扫描图
图3 第一季度炭电镜扫描图
图4 第四季度炭电镜扫描图
北方S水厂生物活性炭处于第二阶段，即吸附及生物降解的共同作用。活性炭磨损程度较轻，且具备一定的吸附能力，无需换炭。生物膜成熟，具备生物降解能力。依据微型动物监测数据可知，生物泄漏风险较低。但随着运行时间的增加，活性炭表面附着物增多，反冲洗强度也逐渐增加。
南方L水厂自2011年12月投入运行，水量为20万t/d，采用净水工艺如下：
原水→预臭氧化/预氯化→混凝→沉淀→砂滤→臭氧→生物活性炭→消毒→出水。
活性炭滤池参数：炭滤池为翻板滤池，重力流型式，过滤速度为10.5 m/h，反冲洗周期为3 d，反冲洗强度为10~15 L/(m2·s)，反冲洗方式采用先气冲后水冲方式。原水水质如表4所示。
表4 南方L水厂原水水质特点
2016年8月，南方L水厂进行生物活性炭工艺的生物泄漏监测，检测指标有颗粒物数量(2~200 μm)、浊度、生物量、藻类和微型动物数量，如图5~图8所示。
南方L水厂生物活性炭滤池的出水颗粒浓度，数量级为102~103 CNT/mL，其中活性炭滤池进水颗粒物浓度为103 CNT/mL，炭滤池出水、滤后水和出厂水颗粒物浓度数量级均为102 CNT/mL。有资料证实，当水中粒径大于2 μm的颗粒数超过102 CNT/mL时，水中存在贾第虫和隐孢子虫的几率很大。监测结果表明，南方L水厂生物活性炭的颗粒物浓度数量级偏高，生物活性炭滤池截留颗粒物的能力相对较弱，活性炭滤池存在生物泄露的风险。浊度数据与颗粒物数量变化趋势保持一致。
生物活性炭滤池进出水生物量数值接近，均为20 nmol P/100 mL，经过加氯消毒后出水生物量降低。生物活性炭滤池出水微型动物数量级为103个/L，但是未检测出较大型的后生动物，表征L水厂活性炭滤池中生态群落结构简单，无生物泄露现象。此外，活性炭滤池进水和出水生物量以及微型动物的数量差异较小，说明微型动物没有大量繁殖。但是，活性炭滤池进水和出水的藻类数量差距明显，表征活性炭滤池内的环境适宜藻类生长，有一定生物泄漏风险。
通过生物泄漏监测，L水厂目前无生物泄漏现象，但存在生物泄漏风险，建议持续监测水质参数和定期监测生物泄漏，保障水质安全。
本文节选自《生物活性炭运行监测技术与应用实践》，发表在《净水技术》2017年第三期”热点聚焦“栏目。阅读全文，可登陆http://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?dbcode=CJFQ&dbname=CAPJLAST&filename=ZSJS20170330002&v=MDA1OTB4RlpPc05ZdzlNem1SbjZqNTdUM2ZscVdNMENMTDdSN3FlWU9ackZ5amxVcnpQSWx3PVB6N0JmYkc0SDliTXJJ进行下载。
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