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1、第 2 4卷第 5期 2 0 0 8年 3月 中 国 给 水 排 水 CHI NA W ATER&W AS TEW ATER Vo 1 2 4 No 5 Ma r 2 00 8 臭氧 生物活性炭工艺的微生物安全性研究 乔铁军，孙 国芬2 (1 深圳市水务 有 限公 司，广 东 深圳 5 1 8 0 3 1；2 深圳市环境科 学研 究所，广 东 深 圳 5 1 8 0 0 1)摘要：针对臭氧 生物活性炭工艺在应 用过程 中可能存在 的微生物安全性 问题，通过 中试 和生产性试验从病原微生物、微生物群 落、浊度和颗粒数、A O C等四个方面进行 了系统评价。结果 表 明，臭氧 生物活性炭工艺在运行
2、过程中形成 了丰富的微 生物群落，但在活性炭上和 出水 中均 未 检测到病原微生物，因此该工艺不存在 由病原微 生物引起 的微 生物安全问题，但是应该引起足够重 视。臭氧 生物活性炭工艺能够提高 出水水质的生物稳定性，并进一步降低 了砂 滤池 出水的浊度和 颗粒数，有利 于保 障微生物安全性，但要加强对初滤水的管理。关键词：臭氧 生物活性炭；微生物安全性；病原微 生物；浊度；颗粒数；可同化有 机碳 中图分类号：T U 9 9 1 文献标识码：A 文章编号：i 0 0 04 6 0 2(2 0 0 8)0 5 0 0 3 i 一 0 5 S t ud y o n M i c r o bi a l
3、 S a f e t y o f Oz o ne Bi o l o g i c a l Ac t i va t e d Ca r bo n Pr o c e s s Q I A O T i e j u n S U N G u o f e n (1 S h e n z h e n W a t e r C o L t d ，S h e n z h e n 5 1 8 0 3 1，C i n a；2 S h e n z h e n I n s t i t u t e o f E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e，S h e n z h e n 5 1 8 0
4、 0 1，C h i n a)A b s t r a c t：A i m e d a t t h e m i c r o b i a l s a f e t y o f o z o n e b i o l o g i c a l a c t i v a t e d c a r b o n(O 3 B A C)p r o c e s s，t h r o u g h t h e p i l o t s c a l e a n d pr o d u c t i v e e x p e rime n t s，a s y s t e ma t i c e v a l u a t i o n wa s c
5、 a r r i e d o u t c o n s i d e r i n g t h e a s p e c t s o f p a t ho g e n i c mi c r o o r g a n i s ms，mi c r o b i a l p o p u l a t i o n，t u r bi d i t y，p a r t i c l e n u mb e r a n d AOC Th e r e s u l t s s h o w t h a t t h e r e e x i s t s ric h mi c r o b i a l p o pu l a t i o n
6、i n t h e o pe r a t i o n o f O3 BAC pr o c e s s，b ut pa t h o g e n i c mi c r o o r g a n i s ms a r e n o t f o u n d i n t h e t r e a t e d wa t e r a n d o n GACTh e r e f o r e，t h e r e a r e n o p r o b l e ms o f mi c r o b i a l s a f e t y p r o d u c e d b y p a t ho g e ni c mi c r o
7、 o r g a n i s ms，bu t i t s h o u l d be pa i d a t t e n t i o n t o t h i s I n a d d i t i o n，O3 BAC p r o c e s s c a n i mp r o v e t h e b i o s t a b i l i t y o f o u t f l o w qu a l i t y a nd r e du c e f u rth e r t h e t u r b i d i t y a nd p a rti c l e n u mbe r o f s a n d f i l t
8、 e r e d wa t e r，whi c h i s b e ne fic i a l t o e n s u r e mi c r o b i a l s a f e t y Ho we v e r，t he ma n a g e me nt o f i ni t i a l fil t r a t i o n wa t e r s h o u l d b e e n ha n c e d Ke y wo r ds：03 BAC；mi c r o b i a l s a f e t y；p a t h o g e n i c mi c r o o r g a ni s ms；t u r
9、 bi d i t y；p a rti c l e n u mb e r；AOC 臭氧 生物活性炭(O B A C)工艺在美国、日本 等发达 国家已经得到广泛 的应用 。我 国在 2 0世 纪 7 0年代开始进行该技术 的研究，并相继建成 了一 批采用该工艺的深度处理水厂，取得 了较好的处理 效果 一 引。随着臭氧 生物活性炭工艺在 国内外研究 和应 基金项目：国家高技术研究发展计划(8 6 3)项 目(2 0 0 2 A A 6 0 1 1 2 0)31 维普资讯 http:/ 第2 4卷第5 期 中 国 给 水 排 水 w w w w a t e r g a s h e a t t o m
10、 用的不断发展，微生物安全性问题开始引起 人们的 关注。因此，对 臭氧 生物活性炭工艺 进行 系统 和科学的评价显得尤为必要。1 试验装置和方法 1 1 试验装置 试验在南方某水厂 的中试装 置和生产 系统上(6 0 X 1 0 m d)进行，两者所采用的工艺相 同，均包 括预臭氧、混凝、沉淀、砂滤池、主臭氧、生物活性炭 滤池等单元。其中，中试装置 的深度处理部分如图 1所示。图1 中试 O JB A C 装置 F i g 1 S c h e ma t i c d i a g r a m o f p i l o t-s c a l e 0 3 B AC p r o c e s s 原水取 自某
11、水库，主要水质特征为低浊、高藻、微污染，相对全 国其他地 区，其水温较高(年均值 2 0)。砂滤池出水水质如表 1 所示。表 1 砂滤池 出水水质 Ta b 1 T r e a t e dw a t e r q u a l i t y o f s a n dfi l t e r 浊度 色度 水温 总硬度 耗氧量 氨氮 项 目 p H (m g (m g(m g N T U 倍 LI 1、LI 1 L一 )平均值 0 1 3 0 1 0 6 8 2 1 1 3 7 2 1 3 4 0 1 0 最大值 0 2 4 2 1 5 7 4 3 0 0 5 2 0 2 1 9 0 3 0 最小值 0 0
12、5 8 5 6 6 9 5 3 0 0 0 6 0 0 0 2 试验时间为 2 0 0 4年 1月一 2 0 0 6年 6月，其 中 中试于 2 0 0 4年 1 月启动，生产性试验 于 2 0 0 4年 1 2 月启动。试验涉及的分析项 目均采用国家标准方法 测定。1 2评价指标 通过以下 4个指标来评价臭氧 生物活性 炭工 艺的微生物安全性：病原微生物，主要包括病毒、“两虫”、携带寄生虫的后 生动物等，它是关 于微生 物安全陛的最核心指标；微生物群落，主要包括细 菌等优势种群、原生动物、后生动物等，是第一个指 标的扩展，其理论依据是微生物群落与病原微生物 之间存在某种相关关系；浊度和颗粒数
13、，作为常用 的感官性状指标，当出水浊度和颗粒数降低到一定 值后，病原微生物的致病风险将会降到较低水平；A O C，这是表 征细菌再 生长潜力 的一个 指标，A O C 浓度低则说 明细菌重新生长 的可能性小，致病风险 就低。表征微生物安全性的这 4个指标之间是相互关 联的，其中前 2 个相对比较直观，与微生物安全性最 为密切，但是不容易检测；后 2个是 间接指标，其优 点是可以快速检测，容易实现 自动化，这对水厂的运 行管理尤为重要。2 结果 与讨论 2 1 病原微生物 理论上有两种方法可用来检验活性炭上是否存 在病原微生物，一种是进行全面的微生物鉴定，根据 结果得 出结论；另一种是利用公布
14、的已知病原微生 物库，如果找到其中的微 生物，则认 为不安全，反之 则认为是安全的。在此次研究 中笔者采用了后一种 方法。从 中试生物活性炭滤池中取 出活性炭，并委托 某疾病控制中心进行检测，检测 的范 围以 WHO公 布的病原微生物种类为基础，并考虑该地 区常见 的 病原微生物，结果见表 2。表 2 活性炭上微 生物 的检 测结果 Ta b 2 Mo n i t o r i n g ms dt o f mi c r o o r g a n i s ms o n G AC 项 目 结果 项 目 结果 金黄色葡萄球菌 未检出 溶血性链球菌 未检出 沙门氏菌 未检出 蜡样芽孢杆菌 检出 志贺氏菌
15、未检出 霍乱弧菌 未检出 副溶血弧菌 未检出 军团菌 未检出 变形杆菌 未检出 轮状病毒 阴性 致泻性大肠杆菌 未检出 N o r w M k病毒 阴性 从表 2可以看 出，在活性炭样 品上未检测 出病 毒和病原菌，但检测到了蜡样芽孢杆菌。蜡样芽孢 杆菌在 自然界中分布广泛，在食 品中的检 出率较 高，该菌产生的肠毒素可引起食物 中毒，但 目前还没 有关于蜡样芽孢杆菌通过饮水 的途径引起疾病的报 道。隐孢子虫和贾第虫(即“两虫”)是病原微生物 的重要代表。在生产性试验 中对 B A C滤池出水 中 隐孢子虫和贾第虫的检测结果见表 3。由表 3可知，臭 生物活性炭工艺能够确保 出 水中的贾第虫和
16、隐孢子虫处 于较低值，在两次试验 3 2 维普资讯 http:/ 乔铁军，等：臭氧 生物活性炭工艺的微生物安全性研究 第 2 4卷第5期 中整个系统对贾第 虫的去除率分别达到 了 9 5 和 1 0 0 ，对隐孢子虫的去除率分别为 9 5 和 9 7。表3 臭隼 生物活性炭工艺出水中的隐孢子虫 和贾第虫情况 T a b 3 G i a r d i a a n d C r y p t o s p o r i di u m i n t r e a t e d w a t e r o f 0 3 B AC p r o c e s s 原水 活性炭 出水 项 目 去除率 (个 L )(个 L )1 6
17、 0 0 8 9 5 隐孢子虫 0 6 0 0 2 9 7 4 0 1 0 0 贾第虫 j3 0 0 6 9 5 注：由于受试验条件 的限制而未对砂滤池出水 中的“两虫”进行检测。2 2微生物群落 臭氧 生物活性炭工艺为微生物 的生长提供 了 良好的“载体”，同时臭氧 的氧化作用还使得水 中的 营养物质更易被其利用，因此在 B A C滤池 中形成 了 丰富的微生物群落(见表 4)。表 4 活性炭上的微生物 T a b 4 Mi c r o o r g a n i s ms f o u n d d u ri n g e x p e ri me n t 类别 名称 产吲哚黄杆菌、短芽孢杆菌、施氏假
18、单胞 优势菌群 菌、e L 一变形菌、噬氢菌属、甲基杆菌属、食(中试数据)酸丛毛单胞菌、霉味假单胞菌、类黄噬氢 胞 菌 大型微生物 无节幼虫、水蚤、剑水蚤、线虫、轮虫、其他(生产数据)未知微生物(十几种)由表 4可以看 出，生物活性炭上形成了丰富的 微生物群落，但都是水中常见的微生物，并没有致病 性。微生物群落可以表征活性炭上生物膜的成熟程 度，在群落形成 的过程中其可能发生不断变化，首先 形成的是零星菌落，接着菌胶团开始形成，并伴随有 原生动物和后生动物 出现，最后形成由大量 菌胶 团、原生动物和后生动物组成 的微生物群落。在此过程 中，可于 B A C滤池出水 中检测到多种 微生物，关 于
19、 这个问题 目前还在研究中。2 3 出水中微生物的数量 生产性运行结果表明，臭氧 生物活性炭j 二 艺出 水中的总大肠 菌群 3个 L，但细菌数要高于砂滤 池出水的，一般低于 5 0个 mL，而在某些特殊情况 下(如进水水质突变、运行周期过 长、反 冲洗效果不 好、微生物群落变化等)则会 大量增加，可达 1 0 0 4 0 0个 mL。由于给水 中的营养物质 比较匮乏，能在这种环 境下生存 的多数为寡营养细菌，因此采用 R 2 A培养 基测定 异养菌数(H P C)。结果表 明，砂滤池 出水 中的 H P C为 1 0 数量级，经过臭氧氧化后降低到 l 0 C F U m L甚至检测不 出，生
20、物 活性炭滤池 出水 中的 H P C显著升高，达到 1 0 数量级，明显高于砂滤池出 水 的，但在正常的加氯消毒过程 中可以被有效灭活，并且不会增加氯耗。臭氧 生物活性炭工艺 出水 中的微生物 多与细 小的活性炭颗粒一起流出，由于受到活性炭 颗粒 的 保护，其对消毒剂具有较大的抗性。经测定，出水 中 的炭粒浓度可达 1 0 个 L。运行一段时间的生物活性炭滤池，由于池 内微 生物群落 的变化，在 出水 中可以观察到一些大型的 微生物(见表 5)，因个别 大型微生物是某些寄生虫 的宿主，具有潜在的微生物安全问题，应引起足够重 视。但是 由于后续 消毒 的灭活作用，很少有活体进 入管网。表 5
21、0 3 B A C工艺 出水 中的大型微生物数量 T ab 5 L a r g e mi c r o o r g an i s ms i n tre a t e d wa t e r o f 03 B AC p roc e s s 个 1 0 0 L 名称 活体数量 无节幼虫 l 6 4 猛水 蚤 8 2 剑 水蚤 1 7 线虫 2 1 腔 轮虫 l 0 7 9 蛭态 目轮 虫 l 2 3 其他轮虫 l 8 其他大型微生物 未计数 2 4 浊度和颗粒数 浊度是评价水质微生物安全性的重要指标，为 厂控制病原微生物风险，特别是隐孢子虫和贾第虫 风险，国外要求 滤后水浊度 2 m 的颗粒 数 5 0
22、 j-mL时，有 可能存在贾第虫和隐孢子虫。常规工艺能够去除大 部分的颗粒物，砂滤池 出水 中的颗粒数为 5 01 0 0 j mL，再经过臭氧 生物活性炭工艺处理后颗粒数 一般低于 5 0 j m L(见图 3)，水质 的微生物安全性 得以提高。l_l I J?1 2 3 4 5 6 7 t d 图 2 臭睾 生物活性炭工艺的进、出水浊度 F i g 2 T u r b i d i t y o f i n flo w a n d O U t O W w a t e r o f 03 B AC p r o c e s s 一4 O 0 目 2 3 o 0 籁 2 0 0 梨 酸 I O 0 0
23、 6 0 1 2 0 1 8 0 2 4 0 3 o 0 3 6 0 4 2 0 4 8 0 5 4 0 6 o 0 t rai n 图 3 臭阜 生物活性炭工艺出水中的颗粒数随运行 时间的变化 F i g 3 Va r i a t i o n o fp a r t i c l e s i nt r e a t e dwa t e r o f03 B AC p r o c e s s w i t h o p e r a t i o n t i me 测定结果显示，初滤水 中的颗粒数 高达 6 0 0 0 j m L，至过滤成熟期(3 5 h)后颗粒数可以降到 5 0 j mL，甚至更低。因此，
24、要加 强对初滤水 的管 理。2 5 AOC 采用 经 清 华 大 学 改 进 的 先 后 接 种 法 测 定 A O C ，结果见表 6。从表 6可 以看 出，臭 生物活性炭工艺出水 中 的 A O C基本上稳定在 1 0 0 g L以下，而且低于 5 0 g L 的数据所 占比例将近4 0 ；经臭氧氧化后 3 4 AO C浓度会 升高，再 经活 性炭 过滤后 又 出现 了降 低。根据有关研究成果，当存在消毒剂时，A O C浓 度在 5 0 1 0 0 g L之间可以抑制大肠杆菌的再生 长。因此，臭氧 生物活性炭工艺 可以提高出水 水质的生物稳定性，有利于保障微生物安全性。表6 臭氧 生物活性
25、炭工艺对 A 0 C的去除效果 T a b 6 AOC r 6 mo v a l i n 0 B AC p r o c e s s g L一 项 目 砂滤出水 臭氧出水 B A C出水 20 O 4 0 921 8 4 1 1 5 40 2 0o 4 0 92 8 28 7 0 46 2 00 4 1 01 3 5 7 1 3 5 49 20 0 4 1 02 0 46 39 3 4 由 20 O 4一l 1 1 0 45 1 4 4 67 2 0 o 5 0 31 0 8 8 1 3 6 9 8 试 2 00 50 31 6 8 4 l1 9 8 4 2 0 0 5 0 3 2 3 9 4
26、1 8 3 1 0 4 2 0o 5 0 32 8 97 8 4 7 9 平均值 6 9 1 1 3 6 7 20 0 5 0 301 l 1 8 8 8 6 2 20 0 5 0 30 9 1 07 8 0 2 0o 5 0 52 5 58 1 7 2 8 7 生 2 0 0 50 60 1 1 1 5 1 1 5 6 4 产 2 0 o 50 60 7 6 0 1 0 9 8 0 性 试 2 0 o 5 0 61 5 4 3 2 8 2 1 验 2 0 0 5 0 90 6 4 7 8 0 3 9 2 00 5 0 9 1 3 20 67 3 0 2 0o 5 0 92 0 3 4 54
27、5 7 平均值 6 8 1 0 2 6 3 3结 论 在臭氧 生物活性炭工艺的运行工程中，活 性炭上形成 了丰富的微生物群落，但在 活性炭上和 出水中均未检测到病原微生物。因此，臭氧 生物活 性炭工艺不存在由病原微生物引起的微生物安全问 题，但是对此应给予足够重视。臭氧 生物活性炭工艺可以提高出水水质 的生物稳定性，能够进一步降低砂滤池出水的浊度 和颗粒数，有利于保障微生物安全性，但应加强对初 滤水的管理。参考文献：1 D u s s e r t B WT h e b i o l o g i c a l a c t i v a t e d c a r b o n p r o c e s s f
28、 o r w a t e r p u r i fi c a t i o nJWa t e r E n g Ma n a g e，1 9 9 4，1 4 1 (下转第 3 9页)如 加 m O O O O O 巴髓韪 维普资讯 http:/ w w w w a t e r g a s h e a t c o n 7)-伟，等：N i。浓度对混合细菌发酵产氢的影响 第 2 4卷第5期(上接第 3 4页)(1 2)：2 22 4 2 翁晓姚，周仰原臭氧一活性炭组合工艺在微污染原 水深度处理中的应用 J 公用科技，1 9 9 6，1 2(1)：2 3 2 6 3 朱建文，许阳，汪大晕臭氧活性炭工艺在杭
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30、 a c h f o r f o o d b o r n e B a c i l l u s c e r e u s a n d i t s t o x i n s J J A p p l Mi 一 8 9 1 0 c r o bi o l S y mp Su p pl，1 9 98，8 4：5161 Ha r g e s h e i me r E ETr ac ki ng fil t e r p e rfo r ma n c e wi t h pa r t i c l e c o u n t i n g J J A WWA，1 9 9 8，9 0(1 2)：3 2 4 1 王占生，张丽萍，王
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