基于臭氧活性炭处理的饮用水铸铁管网水质稳定性控制原理

• 作 者: 邢学辞
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院大学
• 发表日期: 2018年期
• 关键词: 饮用水 铸铁管网 臭氧处理 生物活性炭 水质安全

安全饮用水是人类社会的基本需要，它的供给是全世界最首要考虑的问题。尽管大多数水厂的出厂水已经达到了饮用水标准，但是经过输配管网过程后，可能会出现龙头水水质恶化的情况。本论文以饮用水水厂广泛使用的臭氧-生物活性炭工艺为研究对象，通过调控臭氧生物活性炭出水微生物/化学性质，有效保障管网水质安全，主要研究内容和结论如下:　　1.以生物膜反应器为模拟管网研究了单独加氯、臭氧加氯和臭氧生物活性炭加氯对饮用水管网腐蚀及微生物群落的影响。臭氧活性炭前处理对后续管网的微生物群落起到了塑型的作用，引发了硝酸盐还原菌(NRB)的快速增长，诱发了较为活跃的三价铁还原和二价铁氧化的耦合循环，导致更多的Fe3O4形成从而有效地抑制了管网中的铁腐蚀速率和铁释放。　　2.向原水中添加磷酸盐对生物活性炭进行强化，进一步抑制了管网中消毒副产物的生成和条件致病菌的生长。管网进水中有机物的浓度变得更低，结构更加稳定，不易与氯发生反应。此外，管网水体悬浮态生物膜胞外多聚物(EPS)含量急剧降低，蛋白质结构被显著破坏并且疏水性变低，抑制了微生物群体的聚集效率并削弱了微生物对氯消毒剂的抵抗能力，水体中绝大多数条件致病菌被灭活。　　3.相对于传统颗粒活性炭，椰壳活性炭(CAC)导致了更多的有机物和消毒副产物前驱体的去除，同时更少的微生物量存在于其出水中，且生物膜规模尺度较小。因此造成了后续饮用水管网中更少的消毒副产物生成，同时增强了加氯的消毒效果。CAC表面附着态生物膜产生的EPS具有更强的黏性和凝聚效率，对微生物具有很强的束缚能力。同时，CAC上生物膜的胞外电子传递速率由于EPS与石墨化碳的强相互作用而显著加快，进而提高了有机物包括消毒副产物前驱体的生物降解效果。　　4.铁负载椰壳活性炭(Fe/CAC)导致了出水水质的进一步改善。相比于CAC，更多的有机物和消毒副产物前驱体被降解，微生物含量降低了1～2个log水平。表面负载的Fe2O3可以充当微生物胞外电子穿梭体，进而加快胞外电子传递速率，促进了微生物的生长和代谢。此外，CAC在进行铁负载后，丝状的铁氧化物充满了整个孔道，充分利用了空间，相当于架起了无数个支架供微生物附着和生长繁殖;其表面附着态胞外多聚物的凝聚性能、黏性、机械强度同样得到了进一步的增强，抑制了微生物的脱落，从源头上更好地抑制了后续饮用水管网的水质恶化。