饮用水除磷缓解膜生物污染的预处理技术评价_曹阳阳.pdf

第卷第期水 利 科 学 与 寒 区 工 程 ，年月 ，曹阳阳饮用水除磷缓解膜生物污染的预处理技术评价水利科学与寒区工程，（）：饮用水除磷缓解膜生物污染的预处理技术评价曹阳阳（河北省秦皇岛水文勘测研究中心，河北 秦皇岛 ）摘要：本研究旨在评估通过经济实惠的水预处理方法（吸附、生物过滤、电凝聚）去除微生物有效磷（）对细菌生长的影响。在一个人工补给地下水站安装了四个圆柱形反应堆，使用流式细胞仪测定 和细胞总数，并进一步测试了温度对生物过滤技术的影响和碳限制。结果表明，在较低温度下，电凝效果最好，导致 完全去除。吸附剂显示 去除率为 。生物量在 时没有任何值得注意的结果，但是，在 时，去除率达到了 左右。关键词：饮用水；膜污染；生物有效磷预处理技术中图分类号：文献标志码：文章编号：（）收稿日期：作者简介：曹阳阳（），女，河北秦皇岛人，工程师，研究方向为水质研究与化验。：。本研究的目的是评估三种经济实惠的水预处理方法去除 的效果，这些方法包括生物吸附、生物过滤和电凝聚。材料和方法 试验装置为了确定不同预处理方法的 去除效率，进行了两组试验。在自然地下水温度下，采用塞流配置对预处理方法进行了测试。试验是在一个地下水开采现场直接进行的。此外，在再循环模式下，在升高的温度下测试了温度的影响和而不是的可能限制，如图。为了确保再循环模式的温度恒定，实验在气候室中进行。活塞流配置由四个圆柱管（由聚氯乙烯（）和金属 配 件 定 制（尺 寸 为：直 径 ，长 度 ）组成。每个反应器的体积为 ，具体取决于处理技术。通过反应器的水流量设置为 ，因此，每个反应器中的接触时间约为 。实验进行了（），每周采集次水样，因此对每个反应器的 去除效果进行了次测量。试验中三个反应器填充有测试材料，一个没有任何材料，以确保不会有来自所用材料的 图试验设置背景。结果部分中来自空反应器流出物的 浓度表示为“流出”。空柱结果与进水进行检验比较。生物 吸 附 反 应 器 内 填 充 塑 料 生 物 质 载 体 。在试验之前，载体被氧化铁覆盖，氧化铁是在地下水除铁过程中自然产生的。生物吸附技术的结果进一步标记为“吸附剂流出”。生物 过 滤 反 应 器 填 充 有 相 同 的 塑 料 载 体 ，覆盖有生物质。载体上的生物质使用河流和饮用水混合物生长一个月。即取自然河流的河水通过 孔隙过滤器过滤，与自来水混合。将水混合物装入无菌玻璃瓶中，并将生物质载体放入用铝箔覆盖的瓶中以避免藻类生长。将瓶子放在定轨振荡器上，每周更换水。在试验前不久将塑料载体填充到反应器中。该反应器流出物中的 浓度进一步表示为“生物质流出”。电凝反应器中装有个 级铝电极，电极为直径 的 圆 柱 形。实 验 室 供 电 单 元 直 流 。电极间距离为 ，采用单极并联方式施加电流。所有电极的表面积为 ，因此电流密度为。结果被进一步标记为“电凝流出”。再循环模式配置由类似的两个反应器组成，两个柱子都装满了生物质载体，与活塞流配置中的生物过滤反应器的唯一区别是以前使用的过滤介质量被平均分配给两个柱子，导致每个反应器中的 水 量 稍 大。通 过 每 根 柱 子 的 水 流 量 为 ，接触时间约为 。实验的总持续时间为 。在此期间，从每根色谱柱中取出六个样品并分析 。两种配置都使用了人工补给地下水作为补给。再循环模式下的实验中，一个色谱柱的给水以乙酸钠（）作为碳源富集，达到额外浓度 （大约是给水中 浓度的 倍），以测试可能的碳限制。此外，在高温条件下进行测试，以测试温度影响。采用活塞流模式的实验在所有反应器的共用进水口进行水质监测，另一种模式则在再循环回路的采样点进行水质监测（图）。表总结了主要参数。表进水水质参数平均值计数 室温 水温 浊度 氧化还原电位 总 注：活塞流模式运行；再循环模式运行。测定 接种物制备所有玻璃器皿和塑料瓶盖在洗碗机中用无磷洗涤剂清洗，玻璃器皿在 的熔炉中封闭，而塑料瓶盖在 的高压灭菌。以布氏假单胞菌 （）为 接 种 物。细胞 在液 体 培 养 基 中生 长，之后 将它 们洗 涤 并 接 种 到 过滤 后 的 依云 水中，并 添 加 作为碳源（最终添加浓度为 ）。所有样品在轨道摇床（）上 孵育。测试样品的制备向样品中添加过量的盐和醋酸盐储备溶液，以确 保是 唯 一 的 限 制 性 营 养 素。盐 存 量 由、和 悬浮液在去离子水中组成，每个样品的添加 浓 度 分 别 为 、和 。使用醋酸盐（）储备溶液作为额外的碳源，以达到向样品中添加 的浓度。随后，在 的加热水浴中对样品进行巴氏杀菌 ，进一步冷却至室温，并接种布氏假单胞菌细胞达到约 的浓度（细胞总数）。最后，将样品保存在 和 的摇瓶培养箱中。所有样品制备三份，以确保更高的精度。测量使用流式细胞仪（）通过先前描述的方法测量总细胞计数（）。该仪器的定量限为每毫升 个细胞。简而言之，将 样品在 第期曹阳阳饮用水除磷缓解膜生物污染的预处理技术评价下加热至少，然后加入 和 溶液，避光染色 后测定。在测量之前，样品用 过滤的依云稀释，以免超过仪器检测极限。仪器按操作要求设置好后，在第或第达到细菌生长的稳定状态后进一步转换为。转换因子用于将 转化 为，将 除 以 ，这 意 味 着 对应于布氏假单胞菌细胞的 亿个细胞。根据添加的醋酸钠浓度，该转换给出了 范围的绝对值。检测限取决于 的精度，对于当前校准，检测限为 。结果和讨论 去除效率天然地下水温度下 去除技术的比较，如图。显示了从实验的第二周开始，通过电凝完全去除了 。图进出预处理反应器的 量在第 天，当打开设备后直接采集样品时，“空”柱显示几乎 去除，导致一开始出现一些吸附。第天，与其他组相比，该列显示出更高的值；这可能意味着第一天积累的 有所释放。在第天，可能会发现一个小的吸附，相当于柱本身去除 的。尽管“空”色谱柱内存在一些波动，但可以认为色谱柱本身释放或吸附 的情况可以忽略不计，因为两种色谱柱（“流入”和“流出”）的结果均无显著差异（）。将“流入”结果与从取样当地地下水中获得的结果进行比较，可以得出结论，结果中 的波动不显著。尽管“空”柱 本 身 在 启 动 后 显 示 出 相 当 高 的 吸附，但在此期间，所有其他技术都显示出效率下降，表明在启动过程中效率低下。值得注意的是，在启动过程中，电凝法的去除率相对最高，因为化学方法不需要适应。电凝启动时间虽短，但需要定期更换电极，如果同时存在氯化物，在去除有机物的情况下，可能会在原地形成一些有毒的氯化有机物。含有氧化铁涂层生物载体的柱也实现了相当好的 去除，平均去除率约为。然而，限制其使用的一个因素是在达到吸附能力后需要更换。此外，在相同条件下，生物质柱的性能最差，总的 去除率约为。其原因可能是不同的养分，而不是磷或温度控制。因此，进行了附加试验，如表。表预处理方法对 的消除预处理方法实验日 吸附剂流出 生物质流出 电凝流出 温度和额外的碳元 素对生 物去除 的影响本研究进行了为期两天的试验，以测试温度和碳的可能限制对生物量生长的影响。在循环模式下，采用人工补给地下水（含和不含额外碳源）作为给水。结果 表 明，无 论 是 否 添 加 碳 源，两 种 柱 的水 利 科 学 与 寒 区 工 程第卷 去除率均无显著差异。这就否定了碳限制的可能性，使磷成为使用过的地下水中的限制性营养素。将获得的结果与生物量进行比较，可以看到很大的差异（图）。的水温不足以使生物质高效运行。较高的温度导致大约 的 消除。这可能与细菌群落和时间有关，因为在较低温度下微生物的生长速度会比在高温下慢，而且在生物载体上生长的河水微生物群落会具有适应不同温度的不同物种。此外，当生物处理方法在高于 的温度下提供更大的生物聚合物去除，这是由于更高的酶活性和更高的微生物对有机物的吸收率。因此，以上的水温更有利于生物技术的应用。尽管生物过滤被认为是一项很有前途的技术，但由于预培养微生物的适应性或原位微生物生长可能需要长达数周或数月的时间，因此它需要更长的启动时间。然而，提供特定营养的水是一种很有前途的技术，因为它们会消耗营养来进行新陈代谢。图通过生物过程以再循环模式处理人工补给地下水后的 量 膜生物污染缓解经过上述实验研究发现，所有测试方法均有显示 去除。其中，电凝法在水温较低（去除率高达 ）时产生最佳效果。这种去除对应于去除到测量设备的检测极限或其他研究人员实现的几乎完全去除。氧化铁的使用也适用于较低的温度，可降低至 。温度被证明是生物量应用的一个重要因素。在 时，去除率为，可降低至 。然而，在 时，平均 仅 为 左 右。尽 管 所 有 技 术 均 显 示 降低，但只有电凝法的效果低于。然而，电凝法完全去除 可能尚且存疑，由于样品中含有剩余的铝絮体，这些絮体不仅可以继续吸附样品中已经含有的元素，还可以继续吸附通过接种添加的生物体。结论本文对从人工补给地下水中去除 的生物吸附、生物过滤和电凝进行了实验研究。尽管测量是在 的 转化范围内进行的，并且似乎超过了该范围，但它们在相对基础上仍然具有可比性。但是，对于同一水源的进一步分析，需要扩大测量范围。在气候寒冷的地区，生物吸附和电凝可用作预处理技术，研究表明，这两种方法分别可去除 和高达 的。生物过滤更适用于 较 温 暖 的 地 方，在 高 温 下 可 去 除 的；但是，必须考虑更长的启动时间。为了确保更有效的 消除，多种方法联合使用可能更有效，需要进一步评估。参考文献：张高旗，刘海宁，张凯松正渗透处理生活污水过程中的膜污染研究中国环境科学，（）：鄢忠森，瞿芳术，梁恒，等超滤膜污染以及膜前预处理技术研究进展膜科学与技术，（）：，闫兴成，王明玥，许晓光，等富营养化湖泊沉积物有机质矿化过程中碳、氮、磷的迁移特征湖泊 科 学，（）：董应超，马丽宁，朱丽，等碳纳米管复合膜的制备及水处理应用研究进展膜科学与技术，（）：王勇，吴丽，王雪冬化学混凝法处理阜新矿区矿井水试验研究煤炭科学技术，（）：陈重军，张蕊，向坤，等生物过滤和蔬菜浮床组合系统对温室甲鱼废水的处理效果应用生态学报，（）：第期曹阳阳饮用水除磷缓解膜生物污染的预处理技术评价