生物活性炭技术的安全性评价_乔铁军

生物活性炭技术的安全性评价乔铁军1,刘晓飞2,范洁1,张金松1(1.深圳市水务<集团>有限公司,广东深圳518031;2.哈尔滨工业大学市政环境工程学院,黑龙江哈尔滨150090)摘要:生物活性炭技术在很大程度上提高了饮用水的安全性:一方面它可以有效去除水中的微量有机污染物、消毒副产物及前质、臭氧化副产物等,提高了饮用水的化学安全性;另一方面能明显降低水中的AOC浓度,提高了生物稳定性,进而增加了饮用水的生物安全性。但是在生物活性炭技术应用过程中也存在着影响饮用水安全性的因素,例如出水的细菌数问题以及生成的新化学物质毒性问题。随着化学分析技术和生物检测技术的发展,更多有毒有害的化学物质和致病微生物将会被人们所发现,因此如何保障饮用水的安全性仍将是今后生物活性炭技术研究的重大课题。关键词:饮用水;生物活性炭;安全性;副产物;生物稳定性中图分类号:TU991.2文献标识码:B文章编号:1000-4602(2004)02-0031-03基金项目:国家高技术研究发展计划(863)项目(2002AA601120)我国在20世纪70年代开始了活性炭技术的研究,并从80年代开始应用该项技术,其中代表性的有北京田村山水厂、燕山石油化工厂、九江炼油厂生活水厂、大庆石化总厂、昆明第六水厂等,并相继建成了一批应用该技术的深度处理水厂,取得了较好的处理效果。尽管生物活性炭技术得到了广泛应用,但其对饮用水安全性的影响还缺乏系统的评价。1对饮用水化学安全性的影响1.1去除有机污染物生物活性炭技术可以有效去除水中的有机物,吕炳南等[1]的研究结果表明(见表1),生物活性炭技术可以大大减少出水中的有机物种类,并且不含有美国国家环保局重点控制的有机污染物。表1不同处理过程去除的有机物项目有机物种类(种)美国国家环保局重点控制有机污染物(种)CODMn(mg/L)原水12054.08～4.40常规方法16673.60～4.80臭氧-活性炭-加氯600.80～2.00法国里昂市夏佩尔水厂的运行结果表明[2],臭氧—生物活性炭技术可以去除水中85%的有机物(以TOC计)。日本柴岛净水厂的研究结果表明[3],生物活性炭提高了对水中小分子有机物的去除效果,可以降低33%的DOC浓度,提高27%的去除率。国内李灵芝等[4]的试验结果表明,生物活性炭技术对TOC的去除率高达39.3%。一方面是因为O3氧化能大幅度去除分子质量为500～3000u的有机污染物,另一方面是因为GAC易于吸附分子质量为500～3000u的有机物,二者联合使用对有机物的去除效果显著。活性炭吸附其他微量有机污染物(如杀虫剂等)的效果,因种类不同有所差异。此外,由于竞争吸附的存在,活性炭对人工合成有机物的去除作用往往受天然有机物的影响。生物活性炭技术主要靠生物降解和(或)吸附去除水中的有毒有害污染物,一般会增加饮用水的化学安全性,其去除效果受到原水来源、原水水质(尤其是有机物分子质量及特性)、工艺条件等的影响。但是有研究表明[5],在生物活性炭出水中能够检测出新的有机化合物,而且活性炭上的微生物在代谢过程中产生一些物质,未完全分解的有机物以及微·31·中国给水排水2004Vol.20CHINAWATER&WASTEWATERNo.2生物本身进入水体中,这些物质对饮用水化学安全性的影响还需要进一步研究。1.2控制消毒副产物生物活性炭技术与臭氧联用可以去除消毒副产物前质(主要以腐殖酸和富里酸等形式大量存在于天然水体中),但是臭氧化仅能略微减少卤化消毒副产物前质,而不是完全去除。生物活性炭技术能有效控制消毒副产物前质,但处理效果有时不太稳定。张金松等[6]的研究结果表明,生物活性炭对卤乙酸前质有较好的去除效果,但对三卤甲烷前质去除效果有限。实际运行结果表明[7],该工艺对控制饮用水中THMs的浓度极为有效。虽然臭氧化不能明显改变处理水的需氯量,但它能提高需氯有机物的可生化性和可吸附性,使它们在生物活性炭池中得以去除,即臭氧—生物活性炭工艺能够去除THMs的前驱物,从而不仅减少了消毒所需的投氯量,降低了饮用水中THMs的浓度,而且减少了过量投氯引发臭味的机会。1.3去除臭氧化副产物臭氧化处理能够产生种类繁多的副产物,具体与水质等因素有关,大体可分成有机和无机两类。有机副产物主要为醛类(甲醛、乙醛、乙二醛及甲基乙二醛等)及羧酸类(蚁酸、乙酸、乙二酸、及丙酮酸等)。其中,羧酸类对人体无大的危害,而甲醛为致癌和遗传毒性、变异原性物质,摄入生物体会产生肺癌等。无机副产物主要是溴酸盐,当水中溴离子存在时,臭氧化会形成次溴酸和次溴酸根(HOBr/OBr-)及溴酸根(BrO-3),其中最受关注的是溴酸根(为可能致癌物)。活性炭对溴酸盐的去除机理,一般认为是活性炭先将其吸附,再通过表面基团将其还原成溴离子,去除效率依活性炭类型