岳舜琳　蘇華　許國平　吳國平　唐意祥（上海市自來水公司）

　　　許建華　　王學云　　侯玲（同濟大學）

　　編者按　由于城市給水水源的日益嚴重污染，常規的給水處理工藝，已不能達到凈水要求。如何改進這一工藝，是人們普遍所關心的問題。本刊1985年第3期和1986年第3、5兩期，發表了同濟大學和上海市自來水公司的生物濾池和臭氧生物活性炭處理黃浦江原水的研究報告，引起了本刊讀者的興趣和關注。本文是在該研究的基礎上，將幾種處理方法串聯組成新的工藝所進行的試驗，效果很好，結論明確，特刊出以供讀者參考。

　　摘要　用以下幾種水處理工藝：生物濾池(B)、臭氧氧化(O)常規的混凝、沉淀和快濾(T)，生物活性炭(C)，加氯(CI)，組合成以下4種不同工藝進行試驗，即OT成OTCI，BI或BTCI，BTC或BTCCI及BTOC或BTOCCI。
　　結果表明，OT及BT或OTCI及BTCI工藝，氧化后產生大量氯化有機物，致突變試驗回變菌落數大大上升，顯示致突變陽性，不宜采用。BTC或BTCCI和BTOC或BTOCCI工藝，處理后亞硝酸氮濃度（在加氯前）低至2×10-3ppm，TOC、CODcr去除率可達60%左右，紫外消光值降低56%～65%，加氮前處理水樣毛細柱色譜峰圖總面積降低80%左右，而且致突變試驗中兩者降低回變率的百分數大為提高。BTC、BTOC及BTOCCI處理水基本上都為致突變陰性。而BTCCI處理水有時Ames試驗為陰性，有時為陽性，宜于采用。

　　一、 引言

　　鑒于不少地區自來水源水質的污染，1982年～1983年在上海市南市水廠，進行了生物濾池（以下簡稱B）預處理黃浦江水試驗[1]，于水溫為17℃～29℃時，自然掛膜需13～14天。試驗資料證明，生物濾池具有兩大功能：即光氧和氧化硝化作用。經2m高度的曝氣，水中溶氣的飽和率迅增至80%以上，由于供氧充分，氨氮絕大部分已氧化成硝酸鹽，亞硝酸鹽濃度較低，此外生物濾池對水中酚、氯仿、四氯化碳、鐵、錳都有不同程度的去除，但對666和DDT無明顯去除效果，不能使Ames致突變陽性的原水質轉化為陰性。
　　1984年，上海市自來水公司進行了臭氧生物活性炭（以下簡稱OC）處理工藝的研究[2]。結果證明，該工藝能去除水中溶解性有機物，降低進水中三鹵甲烷前體(THMEP)達39%～55%，能降低電子捕獲檢定器毛細色譜圖的面積達1/2，降低UV吸收值、TOC、CODcr和氨氮分別為20%～40%、20%～30%、20%～30%和70%～90%，對酚、色度、鐵、錳也都有去除效果，并且能去除Ames致突變物質；但其生物氧化所需的溶解氧量受到的限制，出水中亞硝酸鹽增加較多，在進水NH3-N為3.3mg/I時，亞硝酸鹽甚至達到1.7mg/I，并且降低有機物生物氧化的效率[2][5]，為提高生物氧化效率，不得不采用壓縮空氣曝氣，并加設第二級生物活性炭濾池。
　　（一）OTC1——臭氧、常規處理、加氯工藝；
　　（二）BTC1——生物濾池、常規處理、加氯工藝；
　　（三）BTCC1——生物濾池、常規處理、生物活性炭濾池、加氯工藝；
　　（四）BTOCC1——生物濾池、常規處理、臭氧氧化、生物活性炭濾池、加氯工藝。

　　二、 試驗方法

　　試驗在周家渡水廠進行。該廠設計日產水量15000m3，已備有常規給水處理工藝設備及生物活性炭濾柱兩只，新建生產性生物濾池1座，總面積3.6×7.2m2，一半裝立波一Ⅲ型填料，另一半裝海蠣子殼（試驗中損壞停用）。
　　試驗流程見圖1。在上述運行各流程中，沿程設采樣點，定時采樣測定水質。

　　以常規方法測定的常規水質項目有，混濁度、pH、鐵、錳、氨氮、亞硝酸鹽、硝酸鹽、溶解氧、化學需氧量。
　　測定的有機物項目有總有機碳TOC、紫外消光值Euv、氯仿、四氯化碳、毛細管色譜蜂面積；此外，還進行Amese致突變試驗。　

　　三、 結果分析

　　（一）常規水質
　　常規水質分析結果列入表1。除濁度外，4種工藝的出水有顯著差異。

　　色度的去除，以OT工藝為最好，濾后色度降至2.4度。這是因為臭氧有較強助凝作用和氧化作用的緣故。
　　生物濾池的曝氣作用較為顯著。在水溫11～32℃范圍內，經2m曝氣，DO飽和率已達83%～87%，4m為87%～88% ,6m為86%～89%，與小型試驗相符合。經6m生物濾池，鐵、錳去除率可分別達到58.1%及64.5%。
　　三氮(NH3-N、NO-2-N、NO-3-N)濃度的變化表明，B工藝有良好的氧化氨氮的效果，去除率達66.0%，而經OT工藝處理的，去除率僅有25%。BTC工藝除氨率達91%，BTOC工藝為85%。出水亞硝酸鹽濃度，BT工藝較原水增加0.009mg/I，OT工藝較原水減少0.86mg/I，BTOC及BTC出水NO-2-N只有2×10-3mg/I左右，說明兩者的硝化作用是充分的。
　　由上可知，在常規水質方面，4種工藝中，BTOC及BTC的處理效率基本相同，并都較OT及BT工藝有顯著改進。硝化作用充分。除NH3-N效果與1982～1983年的小型試驗大體一致。
　　（二）有機物
　　各工藝有機物的去除比較，見表2。

　　化學需氧量的降低，OT和BT工藝略有不同，前者去除率為45.3%，后者則為38.6%。而BTOC則為55.6%，屬最高。BTC也達52.0%。
　　總有機碳的去除，OT工藝最差，僅為39.7%；BT工藝則達47.4%；BTOC和BTC兩工藝相近，分別為58.1%和55.7%。4種工藝在加氯后，TOC又有降低。OTC1為46.7%，BTC1為58.4%，BTOCC1為62.6%，BTCC1為60.7%。
　　紫外消光值，反映了水中存在的含有共扼雙鍵的有機物及芳烴化合物。測試數據說明，OT及BTOC兩工藝有相同效果，去除率為65%，BT工藝僅為48.5%，BTC則為56.4%，居于中等。加氯后，4種工藝的紫外消光值變化不大，與加氯前的去除率相比略有高低，可能是測定誤差的緣故。
　　氯仿和四氯化碳去除效果，以OT工藝為最低，去除率分別為0%和13.6%；其余3工藝去除率大體相仿。氯仿可去除50%以上，以BTC為最高。4工藝在加氯后，氯仿都有增加，四氯化碳略有變化，但都符合國家規定的生活飲用水水質標準。
　　一個水樣的電子捕獲檢定器毛細色譜圖，隨測定條件而異從絕對意義上講，不能直接代表水中有機污染物的多少。但是，同一水樣，經不同工藝處理后，在同一測定條件下所得到的毛細色譜圖，能反映不同工藝去除水中帶有鹵素、硝基基團等致害有機物的水平。其時大體上可認為色譜圖的峰面積與水中上述有機物相關，試驗數據說明，在峰數減少方面，以BT工藝為最差，僅2.6%，其余工藝都在10%左右。而氯化后，峰數略有增加。這是有機氯生成的反映。4種工藝在峰圖總面積減少上，相差不大。OT、BT、BTOC的總面積降低，都在78%左右，BTC最高，達80.7%。但經氯化后，峰圖總面積變化不一。OT工藝由于臭氧氧化，大分子分解成小分子，氯化后峰數增加較多，特別是峰圖面積增加最多，甚至超過原水15%。BT工藝出水氯化后峰圖面積增加最少，較原水降低61%，BTCC1及BTOCC1大體與原水接近或略低。
　　綜上所述，4種工藝中，以BTCC1及BTOCC1處理效率最佳。兩者凈化有機物效果相近。
　　（二）致突變性
　　根據Ames及McCann估計，致癌劑與致突變劑約有83%的相關關系。國內外已有不少以Ames致突變試驗判定水質的報道[3]。我們對4種工藝處理后及氯化的水質，進行了Ames致突變試驗。
　　根據判定致突變陽性或陰性的規定，可見OT和BT工藝不能將致突變陽性的原水改變為陰性。令人感興趣的是，OT及BT工藝回變菌落數較為接近；而加氯后的OTC1水樣，大于BT工藝加氯后的水樣，且超過原水的回變菌落數，這在過去的試驗中也有發現[4]。這與前面色譜圖面積增加是相應的。說明OTC1工藝由于加氯產生大量的非揮發性有機氯化合物，回變菌落數增加，不宜采用。9月22日試驗表明，不論加氯與否，BTC或BTOC工藝的處理水，都能使Ames致突變陽性轉變為陰性。9月8日試驗水樣，經BTC或BTOC處理后，不論加氯與否，當接種濃縮物相當于0.34l水樣時，致突變均為陰性；當接種0.681時，不加氯水樣，4工藝均呈弱陽性，加氯后，BTOC仍為陰性，而BTC顯陽性。
　　為進一步比較4種工藝處理水的致突變性變化，采用致突變劑量反應曲線的斜率——回變率較原水回變率的降低百分率，作為比較指標。表3為按試驗數據計算的各處理工藝水樣回變率降低百分率。回變率降低百分率愈高，處理工藝效果愈好。
　　表3說明，OT工藝、BT工藝（特別是OT工藝）處理后水的回變率較原水反而增高（降低百分率為負值），而BTC工藝和BTOC工藝的回變率降低百分數比較接近，一般達到80%～90%，最低也達50%～60%。因之，從致突變試驗角度來看，BTC、BTOC或BTCC1、BTOCC1工藝處理效果較好。

　　四、 結論　　

　　根據試驗結果，結合實際條件和經濟因素，可以作出如下結論：
　　（一）生物濾池作為污染水源的預處理時，能有效分解去除大部分污染物；但要獲得安全的水質，還必須有合適的后續處理。后續處理工藝，除常規處理外，可用生物活性炭濾池，也可用臭氧生物活性炭濾池，優先考慮生物活性炭濾池較為經濟。
　　（二）原水用臭氧氧化，于加氯后，致突變性有時會超過原水，不宜采用。
　　（三）生產性生物濾池處理效果與小型生產濾池基本上是一致的。
　　參考文獻
　　[1]岳舜琳、許建華等，上海環境科學，4(3)，5～8(1985)
　　　 許建華、岳舜琳等，上海環境科學，5(5)，19～23(1986)
　　[2]陸在宏等，上海環境科學，5(3)，2～4(1986)
　　[3]B.J.KOOL et al.,Water Supply and Health Elsevier Scientific Publishing Co.P. 135～155(1981)
　　[4]朱惠剛等，上海環境科學，6(12)，13～16(1987)
　　[5]呂錫武等，上海環境科學，7(1)，13～16(1988)

（收稿日期：1989年10月28日）