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富营养化水体中致嗅物质的产生及其去除工艺 ＊ 周鑫辉 余 健 湖南大学土木工程学院, 长沙 410082 摘要 提出生物法去除水中的异臭异味物质是一种效率高而费用低廉的有效措施, 并对致嗅物质的去除机理进行了 探讨。 关键词 生物法 致嗅物质 异臭异味 ＊湖南省建设厅建设科技项目 2003 0 引言 近年来 ,由于工农业的发展和人口数量的增加, 同时, 由于全球水资源和能源的日益紧张 ,造成了人 为的水体富营养现象 。水体富营养化的直接后果就 是藻类大量繁殖。水中的藻类在进行新陈代谢时会 产生大 量的 致嗅 物质 , 其中 Geosmin Ges 和 2- Methylisoborneol MIB 是湖泊、 水库水中最普遍的致嗅 物质 。饮用水中的嗅 、 味很难在饮用水常规处理流程 中得到去除 。据研究 ,Ges 在 4 ～ 10 ng L 时 ,MIB 在 9～ 42 ng L时就可以产生强烈的气味 [ 1] 。在环境污染 中,气味有早期预警的作用 ,闻到气味说明污染物可 能已经达到有害浓度 ,所以很容易引起人们对水质是 否达到健康标准的恐慌。气味物质不仅污染水体 ,造 成感官不悦, 而且还会被水生生物吸收并蓄积于体 内,影响水产品 如淡水鱼 的品质 。 1 致嗅物质的产生和去除 1. 1 水中臭味的成因 水源水中异嗅的成因可分为两类, 一类是由于工 业废水和生活污水直接排入水体引起, 另一类是天然 发生的异嗅,主要由水中生物的新陈代谢活动引起。 研究表明 ,地表水源水中恶嗅物质与藻类和放线菌有 明显的相关性, 主要由霉菌 、 放线菌 、 蓝藻 、 真核藻类 等水生微生物的活动产生, 而且与温度 、光照有一定 的关系。对某水库水源的研究表明 , 在 1～ 3 月份水 温较低时 一般低于 10 ℃ ,藻类数量少 ,水中的臭味 主要由放线菌产生。然而, 由于温度低 , 尽管水中的 放线菌数量大, 但几乎不能生长发育, 产生的代谢产 物少 ,嗅味也弱 。4～ 9 月份,随着水温的升高,藻类开 始大量生长、 繁殖,库水以鱼腥味为主。水温虽然适合 放线菌的生长,但可能受光照及生物类群的相互影响 , 放线菌的数量相对降低。9 月份后气温逐渐下降,藻开 始衰亡,放线菌大量繁殖,库水以土腥味为主。 1. 2 水中臭味的去除 1. 2. 1 物理方法 粉末活性炭 PAC 是最常用的用来去除水中臭 味的物质。然而与去除水中其他臭味物质相比 ,PAC 对MIB 及Ges 的去除率要低得多 。这是由于活性炭 对有机物的吸附特征不同而引起的 。活性炭对于分 子量 500 的有机物去除效果很差, 而MIB 及 Ges 的 分子量分别为 169 和 182 [ 2] 。Gillogly 等人的研究表 明, 在接触时间为 4 h 时 , 将 MIB 从 50 ng L 降到 5 ng L,PAC 的需要量为 13 ～ 33 mg L; 而将 MIB 从 100 ng L降到 5 ng L,PAC 的需要量为 18 ～ 38mg L [ 3] 。 同时, 水中天然有机物 NOM 及氯和氯氨等氧化剂的 存在将明显降低 PAC 对 MIB 及 Ges 的去除效果。 Paul Westerhoff 等的研究还指出, PAC 会在沉淀池前 端25的长度内被去除 ,如果絮凝池及沉淀池的水 力停留时间少于 1 h, 则 PAC 的投加量还要多出 25。由于活性炭的价格昂贵,PAC 的剂量如果达到 12 mg L 将使得大多数水厂无法承受, 从而使这一处 理方法的应用受到限制。 1. 2. 2 化学方法 1 氯气 投加氯气对去除水中的某些有机物产 生的臭味有较好的效果, 但氯气对MIB 及Ges 的去除 率不高 [ 4] 。研究表明 , 当氯气的投加量达 20 mg L 时,对Ges 的去除率不到 60,对 MIB 的去除率不到 35。在含藻的水源中, 氯气可使藻细胞溶解, 胞内 物质流入水中, 增加水体的嗅味。而且氯气可与水中 的有机物反应, 生成多种有害的卤代物 [ 5] 。在含有藻 类的水源水中 ,为了去除 MIB 和 Ges, 必然要投加高 剂量的氯气 ,而水中三氯甲烷的生成量与氯气的剂量 88 环 境 工 程 2006年 8 月第24 卷第4 期 是成正比例的。随着人们对水质要求的提高 ,利用氯 气进行预氧化的处理工艺将会逐渐被淘汰。 2 臭氧 臭氧可直接破坏MIB 和Ges的分子结 构,是一种去除MIB 和Ges的较为有效的氧化剂 。如 果臭氧剂量足够 ,MIB 和 Ges 的去除率可达 95以 上。但臭氧在去除MIB 和Ges 的同时, 会生成新的引 起异味的物质 ,产生果味、甜味等异味 [ 6] 。而且臭氧 可以氧化水中的天然有机物, 产生小分子量的乙醛、 酮类及羧酸等, 使得配水管网中的生物稳定性降低, 为确保管网中余氯的投氯量也须随之提高。因此 ,为 了降低和消除这种不稳定性, 在臭氧消毒后常须伴随 着生物过滤工艺。Craig 等的研究表明 , 将臭氧和生 物活性炭技术 BAC 联用 , 空床接触时间 EBCT 10 min 即可将MIB的浓度降至 1 ng L 以下,15 min 可将 Ges 的浓度降至 1 ng L 以下 [ 7] 。 3 高锰酸钾 高锰酸钾复合药剂 PPC 对控制 和去除水中的臭味表现出较好的效果 。张锦 [ 8] 等人 的研究表明, PPC 处理技术对臭味污染源水中的臭 味、 色度、 有机物等有较好的处理效果 。但高锰酸钾 对MIB 及 Ges 的去除率有限 ,Lalezary 等的研究指出, 20 mg L 的高 锰酸钾 仅去除不 到 10的 MIB 和 Ges [ 9] 。在实际应用中, 如果高锰酸钾的投量过多 ,可 能会发生滤池穿透而出现“黑水”之类不符合生活饮 用水水质标准的情况 。 1. 2. 3 生物方法 1 生物处理去除致嗅物质机理 自上世纪 80 年代以来 ,国内外的研究者开始对MIB 和Ges的生物 降解作了大量的研究 ,证明水中的MIB 和Ges能够被 生物 降 解 , 并 运 用 第 二 级 利 用 Secondary-use Mechanism 和共降解 Cometabolism 理论对MIB 和Ges 的生物降解做出了较好的解释 。 第二级利用 如果生物滤池进水中仅含有一种 基质, 要维持该生物滤池的稳定运行, 这种基质的浓 度不能低于某一最低值 Smin 。也即生物膜工艺不 能将某种单独存在的基质的浓度降至 Smin以下。但 是当水中存在某种浓度高于其相应的 Smin的基质可 以用来维持生物膜稳定时 , 其他浓度低于其相应的 Smin的基质, 也能被这种生物膜所降解, 这就是第二 级利用 。Rittmann [ 10] 等人的研究表明, 对于湖泊水中 浓度为ng L级的MIB, 其去除机理主要就是第二级利 用。当将mg L 级的MIB 作为单一碳源进行生物降解 时,其17 d的去除率可达 99, 尽管去除率较高 ,MIB 的浓度仍然在数千 ng L 级的水平 。然而 , 在对含其 他有机物的湖泊水中的MIB 进行生物降解时, 仅7 d, MIB 的去除率达 99. 8以上 ,并且MIB 的最终浓度降 到了 18 ng L 的水平 。 共降解 共代谢 共降解是指利用一种容易降 解的物质作为支持微生物生长繁殖的营养物质,而同 时降解另一种物质, 但后一种物质的降解和转化并不 能使共代谢的微生物获得能量 、 碳源或其他的营养物 质。前者称为第一基质, 后者称为第二基质或共降解 基质 。 水 中 Ges 的 降 解 就 是 典 型 的 共 降 解 。 A. Saito [ 11] 等人的研究表明, 在正常条件下,当Ges 作为 生物膜的单一碳源时 ,即使时间长达 5 个月,Ges 也未 降解。然而当加入少量的乙醇后,Ges的生物降解极大 地得到加速。14 d 后,就可检测到其代谢产物。 2 生物除臭的影响因素 Terauchi 等在研究中 发现, 当水中含有可溶性和不溶性的 MIB 的时候,大 部分的MIB 在滤料层顶部 100 cm 的范围内被去除,而 不溶性的MIB 在滤料表面就基本被去除了。这证明除 了生物降解外, 机械截留和生物膜的吸附对 MIB 和 Ges的去除也有重要作用。 滤料本身的物理化学性质也会影响其对 MIB 和 Ges 的吸附。有研究指出,烟煤制成的活性炭 AC 在 吸附容量上要高于泥煤制成的 ,泥煤制成的高于褐煤 的,褐煤的又高于木炭的。由于吸附容量不同, 滤料 表面的生物数量就会存在差异 ,因此生物降解也受到 影响而表现出差异性 。 空床接触时间 EBCT 也会影响到 MIB 和 Ges 的 去除率 。增加 EBCT ,MIB 和 Ges 的去除率也提高, 但 增加到一定程度后, 再增加EBCT ,生物滤池对MIB 和 Ges 的去除率提高的增加有限。 其他影响生物除臭的因素有水温、 预氧化及进水 中MIB 和 Ges 的浓度等 。 2 各种去除方法的比较 去除水中由 Ges 和 MIB 产生的臭味的各种方法 中,物理方法 粉末活性炭 PAC 的效果一般 , 费用却 较高 。化学预氧化不仅增加了处理费用 ,而且根据所 用的氧化剂不同 ,去除效果也有差异 ,同时,原水中的 其他有机物会与氧化剂反应, 产生一些副产品, 从而 导致另外的水质问题。 生物方法是目前控制水中 Ges 和MIB 的较为有效的处理技术。其处理效果好, 费用低廉, 改造容易 只需将传统的过滤池改造成生 物滤池 。尽管生物处理在很多方面还未被人们认 89 环 境 工 程 2006年 8 月第24 卷第4 期 识,但由于在处理效果及费用方面的优越性 ,生物方 法去除Ges 和MIB 的处理工艺将具有极大的竞争力。 尤其在一些经济尚不发达, 用地紧张的国家 ,为了满 足日益严格的水质要求, 利用生物过滤技术 ,将原有 的滤池改造成生物滤池, 不失为一种新的发展思路 。 3 结语 水中由Ges 和MIB 产生的臭味主要是与富营养 化有关。因此, 要控制和去除水中由Ges 和MIB 产生 的臭味,首先要控制水体的富营养化 。其次 ,对藻类 大量繁殖的水体 ,在选择处理工艺时一定要慎重。 参考文献 [ 1] SUSAN B. 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By simulating tests and kinetic analyses, the s are definitely pointed out aimed at the efficiency of nitrogen removal. At last, the author applied the research achievements on the three project cases of removing nitrogen from meat processing wastewater. The results indicated that research achievements have good application values. Keywords meat processing wastewater, biological nitrogen removal and project application CLEAN PRODUCTION OF EPOXIDE RESINShao Qijun 79 Abstract In the production of epoxide resin, epichlorohydrin, as a excessive material is distilled with water, which causes CODCrup to 100 000mg L. Meanwhile, the production of phenolic resin leads to much wastewater containing phenol. The paper presents a new treatment technology of epoxide resinwastewater. By distilling the wastewater, epichlorohydrin and phenol can be recovered efficiently. CODCrand phenol can be greatly reduced. Keywords clean production, epoxide resion, waste water of epichlorohydrin, waste water of phenol, distillation and recovery FULL SCALE TEST ON TREATMENT OF MUNICIPAL WASTEWATER BY HIGH -LOADING BIOSORPTION REGENERATION PROCESS IN QINGYANG CITY Wei Dongyang Qiu Rongchu Jia Xiaoshan et al 81 Abstract High -loading biosorption regeneration process was used to treat municipal wastewater. By the full scale test study in Qingyang, the result showed that this could get rid of more pollutant in water; it is a feasible for wastewater recycling treatment in the Northwest arid and water deficiency area. Keywords municipal wastewater, high-loading adsorption biodegradation regeneration process and full -scale test APPLICATIONS OFULTRATHIN H -SHEET IMPERVIOUS TECHNOLOGYIN MUNICIPAL REFUSE LANDFILLWang Qinghe Xiong Juhua 83 Abstract Seepage of dams occurred in a municipal refuse landfill in Shanghai during its service and causes the environment polluted. Through comparison in choice, ultrathinH-sheet impervioustechnology wasadopted. The anti-seepage thin sheetwall is 18meters in depth and 100 millimeters in thickness. After completion all quality indices meet the requirementsthrough examinations by CSAMT and testing on samples excavated from the field. As such, the seepage of pollution sources are effectively controlled and regional environment quality is improved. Keywords seepage of dams, ultrathin H-sheet, anti -seepage wall, CSAMT and environment quality TREATMENT OF CHEMICAL WASTEWATER BY RECYCLING RESOURCES AND OVERALL DISPOSALLi Taiping Yuan Songhu Lu Xiaohua 85 Abstract The wastewater discharged from a chemical factory in Wuhan contains high concentrations of toxic contaminants and salinity . The wastewater can not be treated effectively by traditional processes. Based on the detailed investigation and analysis of the production process, it is believedthat some pollutants contained in the wastewater can be recycled and reused in the production process. A comprehensive treatment scheme, consisting of recycling resources and terminal treatment, is proposed consequently . Results of analysis show that the treatment has a certain economic benefit. Keywords recycling economy, chemical wastewater and DMF recovery PRODUCTIONOF ODOR -PRODUCING MATTERS IN EUTROPHICATION WATER BODY AND THEIR REMOVAL PROCESSZhou Xinhui Yu Jian 88 Abstract It is pointed out that using biological s to remove peculiar odor and smellmatters inwater isan efficient measure with high efficiency and low cost. The removal mechanism of odor -producing matters is also explored. Keywords biological , odor -producing matters and peculiar odor smell Sponsor Central Research Institute of Building and Construction of MCC Group Publisher Industrial Construction Magazine Agency Editor The Editorial Department of Environmental Engineering 33, Xitucheng Road, Haidian District , Beijing 100088, China Telephone 01082227637、82227638 Fax 01082227637 Chief EditorWeng Zhongying Domestic All Local Posts DistributorChina International Book Trading Corporation P . O. Box 399, Beijing China Journalistic Code ISSN1000-8942 CN11-2097 X E -mail Addresshjgcpublic. yj . cn. net hjgc mail . yj. cn. net WWW Addresshttp www. hjgc. com. cn http www. hjgc. net. cn 6 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 24,No. 4, Aug . , 2006