抗生素在给水厂中的去除及其对水质的影响研究综述

抗生素污染对饮用水水源安全造成了严重的威胁,文中对近几年给水厂各工艺对抗生素的处理效果和抗生素对给水厂的影响进行了综述。在传统工艺中,混凝沉淀是去除抗生素的主要工艺,对喹诺酮类、磺胺类、四环素类抗生素去除率可达到50%~60%,且可通过调节混凝剂投量、添加助凝剂PAM等方式增强混凝效果;紫外与氯消毒联合使用时,对易光解抗生素的去除效率可达到30%~50%。臭氧氧化和活性炭池等深度处理工艺亦会促进抗生素的去除,但受臭氧投量、接触时间等因素影响显著,且抗生素会增强炭滤池和管网中微生物的抗药性及耐氯性;在采用NaClO作为消毒剂时,可能会促进毒性较高的氯代/溴代消毒副产物生成。此外,残留抗生素会消耗管网中余氯,还会促进机会性病原体出现,增加饮用水安全风险。

多水源供水模式下市政管网水质风险评估

为应对多水源供水局面以及由此形成的新供水模式,在建立管网水质风险判定指数和划定五级风险分级基础上,针对北方某城市已切换“南水”区域和未切换“南水”区域,选取地表水供水区、地表水/地下水的混水区和单独地下水供水区三类代表性区域12个管网点,对“南水”通水后主要水质指标跟踪调查。通过对比“南水”通水前各点水质变化,预测当供水水源突然变化时,发生“黄水”风险从高到低为:单独地下水供水区、地表水/地下水的混水区和地表水供水区。依据风险预测结果,在“南水”停用前做出预案,为多水源供水格局下,水源调度时管网输配过程水质安全保证提供指导。

基于光谱法分析纳滤截留典型消毒副产物相关性研究

为提高北方某给水厂水资源利用率,采用纳滤工艺对超滤产水进行深度处理,对比研究了5种纳滤膜(T膜、H膜、F膜、N270膜与N90膜)对出水水质的提升效果,探讨了三维荧光及紫外(差分)光谱法对典型消毒副产物(DBPs)的指示作用。结果表明,N90膜对超滤产水中的三氯甲烷(TCM)和一溴二氯甲烷(BDCM)的截留率最为理想,分别为76.29%和100%,N270膜次之,而T膜截留效果最差。采用三维荧光平行因子分析法(EEM-PARAFAC)分析纳滤进出水得到C1类富里酸、C2类腐殖酸以及C3微生物代谢产物,同时利用差分光谱进行高斯拟合得到A1~A44个特征峰。基于EEM-PARAFAC分析得到的C2组分与TCM相关性最高为0.83,通过差分光谱分析得到的A3与BDCM相关性最高0.68。

净水厂残余铝的控制技术研究

为降低净水厂出水残余铝超标风险,以南水北调水源为研究对象,从控制天然有机物络合位的角度提出了降低残余铝的技术措施。研究发现,采用单一的聚合氯化铝药剂作为混凝剂,为控制沉淀出水残余铝浓度其投加量在春季不宜为40mg/L;较预氯化和预臭氧,采用氯化铁和聚合氯化铝双药投加技术效果最好,可降低有机物络合铝的反应位,并能同时降低沉后水浊度和溶解性有机碳含量。采用聚合氯化铝和氯化铁双药投加,氯化铁投加量宜为8~12mg/L。研究为南水北调中线工程沿线水厂铝超标问题提供了行之有效的解决方案。

残余铝在全流程净水工艺中的变化规律研究

为控制净水厂出水残余铝浓度,以南水北调水源为研究对象,从残余铝在净水工艺沿程变化的角度上,提出控制残余铝的有效措施。研究发现,沉淀池出水中溶解铝的含量对控制出水中残余铝含量有重要影响;高温高藻期,采用聚合氯化铝与氯化铁双药投加技术,能够有效降低沉淀池出水中溶解铝的含量,进一步降低后续滤池工艺对残余铝的去除负荷;低温低浊期出水残余铝含量较高温高藻期明显下降,但单药投加仍存在残余铝超标风险,双药投加对低温低浊期残余铝控制也表现出较好的效果,出水残余铝降低至28μg/L以下。研究为净水厂控制出水残余铝超标风险提供了有效参考。

组合工艺处理医院生活污水的对比研究

分别采用接触氧化组合工艺和MBR组合工艺处理医院生活污水,对处理效果及运行费用进行了对比。结果表明:接触氧化组合工艺处理效果受填料比影响较大,当填料比为20%时,对COD、氨氮、浊度的去除率最高分别为88%、88%、96%;处理同样医院废水的情况下,MBR组合工艺对COD、氨氮、浊度的去除率最高分别为75%、79%、98%,由于截留能力的差异,MBR出水中的微生物含量显著低于接触氧化出水,在满足排放标准情况下,MBR组合工艺的消毒剂用量相对较低;经济分析表明,同等规模的组合工艺,两者的总投资相差不大,MBR组合工艺的运行费用略高。

南水北调受水区某水厂炭砂滤池运行特性及生物安全性研究

南水北调受水区某水厂采用活性炭和石英砂叠加结构的滤池,该炭砂滤池与传统生物活性炭池具有一定的差异性,对其运行特性及生物安全性做了解析。研究发现,高温高藻期采用臭氧和炭砂滤池组合工艺可减少滤池出水的致病菌和蓝藻,同时对有机物的去除也略有提高;滤池对氯化消毒副产物有一定的去除作用,但在夏季存在不稳定性,与活性炭中有机物的释放及炭料表面鞘氨醇单胞菌等菌属的季节性差异相关联;高温期滤池有军团菌和曲霉菌等致病菌泄露的风险,而冬季低温期生物安全性较高。因此,夏季对炭砂滤池的运行工况应进一步优化,冬季可适当延长反洗周期,以利于降解有机物的功能菌附着在炭料上。

供水管道管材的特性及应用综述

供水管网是城市重要基础设施,规模巨大,其材质、使用年限、施工等因素对自来水输配过程和最终用户端水质有直接影响,因此,合理选择供水输配管材对供水水质保障有实际意义。随着科技的发展,输水管材的种类逐渐增多。对于目前在用的金属、非金属和复合管材3类供水管材,对比了管材特性和适用条件,着重汇总分析了金属管材腐蚀及铁释放、非金属管材有机物和添加剂溶出等安全问题的研究结果,并关注了复合管材的发展和应用。通过对多种管道材料的比较,为供水输配管网管材选择和管网水质管理提供参考。

混凝-超滤组合工艺中受污染超滤膜的化学清洗及其对水质的影响

以混凝-超滤组合工艺中长期受污染的PVDF超滤膜为研究对象,考察不同化学清洗剂对跨膜压差(TMP)恢复的影响。利用扫描电镜(SEM)等仪器分析膜污染的构成,还采用三维荧光光谱技术分析了化学清洗对膜出水水质的影响。结果表明:超滤膜表面是有机污染物和无机污染物同时存在并相互作用而成,有机污染物以色氨酸类芳香族物质为主,无机污染物有Ca2+、Si 2+、Mg2+、Al 3+等;化学清洗的首要任务是清洗膜丝上的有机污染物;使用柠檬酸、NaOH、HCl、NaClO和NaClO+HCl等化学清洗剂对膜进行了化学清洗,发现NaClO和NaClO+HCl两种方案清洗后膜丝的TMP恢复较明显,渗透率恢复比分别为162%和169%,其中HCl和NaClO对膜的清洗有协同作用;经过化学清洗后膜丝存在初滤水的现象,初滤水中的颗粒数和溶解性有机物均有升高。

南水北调工程丹江口水库原水预氧化对常规工艺和消毒副产物的影响

在南水北调中线工程丹江口水库作为原水的条件下开展中试试验,对比研究不同NaClO浓度和臭氧浓度下,预氯化和预臭氧化对藻类去除的影响、对混凝沉淀和砂滤工艺单元以及消毒副产物生成的影响。结果表明:在预氯化工艺中,混凝沉淀对藻类去除起到了主导作用;在预臭氧化工艺中,臭氧对藻类的破坏作用在藻类去除中占主导地位,预氯化工艺的除藻效率略高;预臭氧化对藻细胞破坏作用更强,导致水中溶解性有机物浓度升高,同时降低了混凝沉淀的除藻效率,导致出水中DOC浓度高于预氯化工艺;预氯化工艺中,消毒副产物以C-DBPs为主;预臭氧化工艺中,C-DBPs浓度低于预氯化工艺,但N-DBPs的种类和浓度均高于预氯化工艺。

南水北调水源条件下的藻类生长成因及控制技术探究

近年来,随着城市化进程的加剧,生产、生活产生的大量氮、磷等营养元素进入到水体,使城市供水中的部分水源遭受到不同程度的藻类污染。藻污染给水厂的运行管理和水质安全带来许多问题,本文将着重对藻类现状、成因及影响因素,给水质、制水工艺带来的危害以及除藻方法进行总结,以北京藻类的现状为例对比各种除藻方法的效果,为饮用水供水水质安全提供依据。

沼蛤在南水北调中线渠道沿程迁徙的研究

沼蛤对于输水管道、暗函等入侵现象在中国南方比较普遍,在国内外均有大量报道。沼蛤的大量繁殖不仅会堵塞管道、滤池等,其死亡后还会严重污染水质。但常规的物理、化学方法很难将其快速清除,随着南水北调中线工程的通水,检测丹江口库区沼蛤沿渠道迁徙情况尤为重要。本研究建立了基于PCR技术检测沼蛤的方法,并对丹江口库区及南水北调沿途沼蛤的存在情况进行了检测,结果表明在南水北调沿途并未检出沼蛤的存在,但仍有一定入侵风险。

紫外等三种技术措施对超滤膜表面微生物污染影响解析

探讨了紫外、超声和磁化三种技术对超滤膜污染的影响,并对三个样品及对照样的膜表面微生物16S rRNA基因进行高通量测序,分析其微生物群落结构的组成、丰度以及多样性,通过PCR图和Heat图对比三种技术对膜表面微生物的影响。结果表明,紫外-超滤膜表面的微生物菌落的总数和种类与其它样品相比有明显差异,其群落总数仅是对照样品的30%,群落种类个数也明显减少;四个样品的微生物在门水平上主要以Proteobacteria、Planctomycetes、Bacteroidetes和Acidobacteria为优势类群,在属水平上主要以SM1A02,Planctomyces,Pirellula和Amphiplicatus为优势菌属。样品之间存在着共同的微生物类群,但也存在差异的微生物类群,其中紫外-超滤膜表面的生丝微菌(Hyphomicrobium)成为优势菌属;从运行效果上,紫外因其减少超滤膜的生物污染而可有效降低TMP。

微塑料在某水厂水源与处理工艺中的时空分布

微塑料通常是指粒径小于5 mm、不溶于水并持久存在的塑料固体微粒。文中采集了水厂处理工艺中的样品,检测其中的微塑料,根据检测结果,从净水工艺、不同水源、不同时期3方面进行了对比分析。结果表明,原水中的微塑料含量规律为枯水期多于丰水期,本地水库水源多于“南水北调”水源,主要受到人类活动和季节特性影响。水厂工艺对微塑料有较好去除效果,其中混凝沉淀的处理效果最好,但混凝剂、消毒剂和滤料可能存在引入微塑料污染的风险,有待进一步研究对其进行验证。在20~500μm粒径内,“南水北调”水源中的微塑料粒径主要集中在20~50μm,大于100μm的微塑料颗粒极少;疑似由净水药剂引入的微塑料粒径主要是20~50μm。所检测的不同水源、不同时期采集的原水样品中均出现了聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚酰胺(PA),在研究微塑料去除方法时应重点关注这3种成分的微塑料;PBS微塑料含量远大于其他组分,且其更容易被净水工艺去除;当水源地存在捕鱼活动时,PA微塑料含量可能会大幅增加。

对BAF预处理低温水源水系统中硝化细菌的识别

生物处理工艺是解决水源水氨氮污染问题的主要途径,但其功能菌属硝化细菌在工艺系统中受诸多因素影响,尤其在低温期生物活性下降,因此识别适应低温水环境的硝化细菌,有利于为其构筑最适生长环境,进而提升工艺降解氨氮的效果。以前期构建的悬浮填料-沸石曝气生物滤池为基础,研究了经长期低温驯化后,适应低温水环境的菌种及其演替。研究表明,对曝气生物滤池系统中的硝化细菌按属、种进行分类,主要的氨氧化细菌菌属是Nitrosomonas,优势菌种为Nitrosomonas uncultured ammonia-oxidizing bacterium。就亚硝酸盐氧化细菌而言,主要的菌属为Nitrospiraceae Nitrospira和Candidatus Nitrotoga,其中Nitrospiraceae Nitrospira为硝化系统中常见菌属,Candidatus Nitrotoga是新型的、可以功能性替代Nitrospira的菌属,更适在低温环境下生长;进一步将硝化细菌按种进行分类发现,系统中亚硝酸盐氧化细菌的优势菌种为Nitrospiraunculturedbacterium、Nitrospira uncultured soil bacterium、Nitrospira sp.、Candidatus Nitrospira defluvii和Candidatus Nitrotoga uncultured bacterium。

混凝投药控制系统的发展现状与趋势

混凝作为给水处理的重要流程之一,混凝投药的精准控制至关重要,但混凝过程的复杂性增加了混凝剂量优化控制的难度。阐述了混凝投药控制系统从人工控制到智能控制的发展,并重点讨论了以前馈控制、反馈控制和多参数回归分析为代表的混凝投药自动控制,和以人工神经网络、模糊逻辑、自适应模糊神经网络为基础的混凝投药智能控制。

基于水厂大数据的混凝投药系统智能模型的构建

为实现混凝投药的精准控制,以大型水厂粗粒度数据和细粒度数据为基础,采用箱线图和滑动均值异常数据识别技术的预处理方法,对长短期记忆网络、支持向量机、随机森林、XGBoost等算法建立混凝投药模型的效果进行了评估。研究发现:基于A、B水厂的大数据,采用XGBoost算法建立的混凝投药模型效果均最优,对聚合氯化铝(PAC)和氯化铁(FeCl_(3))的建模效果评估MAPE分别为3.42和3.72;采用箱线图结合移动平滑的技术对异常值进行处理对建模效果大幅提升;将一种药剂的投加量作为另一种药剂预测的特征值输入的方法,对双药投加模型的预测效果提升有限;原水时均水量、浑浊度、温度、历史加药数据对混凝剂投加量的准确预测有重要影响。

水厂清水池菌群结构特征及安全调控策略

随着对龙头水水质的关注,水厂和管网协同控制以保障龙头水稳定达标成为研究的主要关注点。清水池作为自来水厂最末端的构筑物,其内在的微生物特征及对管网生物稳定性的影响值得探究。对以南水北调水源及多水源供水的水厂清水池进行了微生物群落结构的解析,并基于基因组学对清水池内条件致病菌和生物的主要代谢潜能进行了揭示。结果表明,清水池存在军团菌、分支杆菌和气单胞菌,同时存在影响供水管网稳定性的硝化细菌和硫酸盐还原菌。因此,为控制致病菌的生长和提升管网生物的稳定性,应提高清水池的清洗频次,加强对清水池的管控力度。

基于PAM投加的高密度澄清池+超滤组合工艺中膜污染特征分析

通过小试及中试研究了净水厂高密度澄清池出水中残余PAM对超滤膜运行的影响。确定了单独过滤PAM时,膜表面的红外吸收特征,并与高密池后超滤膜表面ATR-FTIR分析结果相对照,明确了高密单元出水中残余PAM对超滤膜的污染性质及控制办法,为水厂高密度澄清+超滤组合工艺的高分子助凝剂的使用给出了合理的建议。

紫外/氯消毒在饮用水处理中的应用

饮用水处理中常用的消毒方式是氯消毒。氯消毒在控制微生物量的同时势必会增加消毒副产物产生的风险。为了降低这种风险,将紫外/氯消毒方式应用到饮用水处理过程中。本试验以炭池出水及紫外消毒系统出水为研究对象,考察了紫外线对炭池出水微生物的灭活效果和添加不同浓度消毒剂(次氯酸钠)后的微生物灭活效果,以及消毒副产物的生成情况。研究结果表明:在饮用水消毒处理过程中,采用紫外/氯消毒方式,在较低的氯消毒剂投加量下,可以更有效地控制水中的微生物数量,进而控制消毒副产物的生成量。