飲用生物穩(wěn)定性

    當(dāng)出廠水中含有了一定量的有機(jī)物，隨機(jī)附著于管壁的**將會利用水中營養(yǎng)基質(zhì)生長而形成生物膜，并誘發(fā)管壁腐蝕與結(jié)垢;管壁結(jié)垢與腐蝕會降低管網(wǎng)的輸水能力，使二級泵站動力消耗增加，甚至引起爆管;生物膜的老化脫落會引起用戶水質(zhì)惡化，色度和濁度上升，造成二次污染;而病源微生物也易在生物膜中滋生，其隨管網(wǎng)水傳播更會對飲用者的健康構(gòu)成直接的威脅。常規(guī)凈水工藝中，一般采用加氯**并保持管網(wǎng)內(nèi)一定的余氯含量來控制**生長，但現(xiàn)有研究表明部分**或大腸桿菌在經(jīng)過氯**過程后，能在管網(wǎng)中修復(fù)、重新生長;并且當(dāng)出廠水中營養(yǎng)物質(zhì)濃度足夠高時，即使加大投氯量，也很難抑制**的生長。此外，加氯量過高還會引起大量氯化**副產(chǎn)物的生成，使飲用水中“三致”物質(zhì)增加，**性大大降低，對人體健康造成威脅，因此靠增加余氯來控制管網(wǎng)**生長是不可取的。大量針對給水管網(wǎng)內(nèi)生物膜的生長、管網(wǎng)水**再生長和大腸桿菌爆發(fā)的研究表明:出廠水中存在可生物降解有機(jī)物（BOM）是管網(wǎng)中異養(yǎng)**重新生長的主要原因，并為此提出了飲用水生物穩(wěn)定性的概念。

飲用水生物穩(wěn)定性是指飲用水中可生物降解有機(jī)物支持異養(yǎng)**生長的潛力，即當(dāng)有機(jī)物成為異養(yǎng)**生長的限制因素時，水中有機(jī)營養(yǎng)基質(zhì)支持**生長的*大可能性。飲用水生物穩(wěn)定性高，則表明水中**生長所需的有機(jī)營養(yǎng)物含量低，**不易在其中生長;反之，飲用水生物穩(wěn)定性低，則表明水中**生長所需的有機(jī)營養(yǎng)物含量高，**容易在其中生長。目前，國際上普遍以可同化有機(jī)碳(Assimilable Organic Carbon，簡稱AOC)和生物可降解溶解性有機(jī)碳(BiodegradableDissolvedOrganic Carbon，簡稱BDOC)作為飲用水生物穩(wěn)定性的評價指標(biāo)。AOC是指可生物降解有機(jī)物中能被轉(zhuǎn)化成細(xì)胞體的那部分，主要與低分子量的有機(jī)物含量有關(guān)，它是微生物極易利用的基質(zhì)，是**獲得酶活性并對有機(jī)物進(jìn)行共代謝*重要的基質(zhì)。BDOC是指飲用水中有機(jī)物里可被**分解成CO₂和水或合成細(xì)胞體的部分，是**生長的物質(zhì)和能量的來源;一般認(rèn)為BDOC的含量可代表水樣的可生化性，并與產(chǎn)生的氯化**副產(chǎn)物量呈正相關(guān)性。只有控制出廠水中的AOC與BDOC的含量達(dá)到一定的限值，才能有效的防止管網(wǎng)中的**的再生長。

一、飲用水生物穩(wěn)定性及其影響因素

    1飲用水生物穩(wěn)定性的概念

    飲用水生物穩(wěn)定性是指飲用水中可生物降解有機(jī)物支持異養(yǎng)**生長的潛力，即當(dāng)有機(jī)物成為異養(yǎng)**生長的限制因素時，水中有機(jī)營養(yǎng)基質(zhì)支持**生長的*大可能性。飲用水生物穩(wěn)定性高，則表明水中**生長所需的有機(jī)營養(yǎng)物含量低，**不易在其中生長;反之，飲用水生物穩(wěn)定性低，則表明水中**生長所需的有機(jī)營養(yǎng)物含量高，**容易在其中生長。自來水及其管網(wǎng)中**的生長（再生長)按其來源可分為:1)出廠水中含有較多的**進(jìn)入管網(wǎng)而引起自來水中**的增加;2)管網(wǎng)中**的生長繁殖引起的自來水中**的增加;3)管網(wǎng)中外源**的進(jìn)入。而在出廠水正常**與管網(wǎng)狀況良好的情況下，第2點(diǎn)是引起自來水及其管網(wǎng)中**生長的主要途徑。

    2給水管網(wǎng)中**生長機(jī)制及其影響因素

    **在管網(wǎng)中生長包括在水中的懸浮生長和在管壁的附著生長。多數(shù)**因其分泌的胞外多糖在水中水解，而使其相對親水，故給水管道內(nèi)的湍流效應(yīng)對**懸浮生長不利;而在管壁的粘滯層中水流速度很小，營養(yǎng)物質(zhì)濃度梯度以及布朗運(yùn)動都可使**與營養(yǎng)基質(zhì)從水中遷移到管壁表面。**通過以聚合物架橋?yàn)橹饕獧C(jī)制的可逆粘附過程而牢固粘附于管壁表面;此過程中，如**分泌的粘附管壁的有機(jī)物質(zhì)與管壁表面作用性質(zhì)發(fā)生變化，則發(fā)生不可逆粘附，**在管壁定居成功。包括**在內(nèi)的各種微生物、微生物分泌物和微生物碎屑在生存環(huán)境相對較好的管壁表面附著、生長和沉積，使管網(wǎng)內(nèi)形成生物膜。

給水管網(wǎng)中出廠水為貧營養(yǎng)環(huán)境，其中生長的**大多數(shù)是以有機(jī)物為營養(yǎng)基質(zhì)的異養(yǎng)菌。異養(yǎng)**所具有的獨(dú)特的饑餓生存適應(yīng)方式，以及幾種異養(yǎng)菌可共同利用大多數(shù)基質(zhì)的特性，使得**在含有微量有機(jī)物的管網(wǎng)中生存成為可能。此外，與高營養(yǎng)基質(zhì)相比，貧營養(yǎng)基質(zhì)下生長的**對**劑具有更高的抗性;生物膜、顆粒物質(zhì)、管壁表面的保護(hù)作用也為**生長提供了適應(yīng)的微環(huán)境，這些都成為**能在管網(wǎng)中生長的重要原因。

影響**在給水管網(wǎng)中生長的因素很多，其中主要有以下幾點(diǎn)：

    1）余氯。氯和氯胺可利用其氧化作用破壞**的酶系統(tǒng)而使**死亡，出廠水通過加氯（或氯胺）**并保持管網(wǎng)內(nèi)一定的余氯含量以控制**生長是目前世界范圍內(nèi)普遍采用的**方法。但已有研究表明部分**或大腸桿菌在通過氯**過程后能在管網(wǎng)中修復(fù)，重新生長。Reill報道在管網(wǎng)中余氯>0.2mg/L時仍有63%的水樣檢出大腸桿菌。并且自由氯在水中容易分解，即使保持較高的自由氯（3～5mg/L)仍難以完全抑制生物膜的形成。Nagy報道盡管1 ～2mg/L的自由氯能使管壁生物膜上**數(shù)下降兩個對數(shù)量級，但生物膜上**數(shù)仍高達(dá)10⁴CFU/cm²。美國水廠協(xié)會（AWWA）推薦維持管網(wǎng)中自由性余氯0.5mg/L或化合性余氯1 mg/L以上，但保持管網(wǎng)中足夠的余氯并不能保證是大腸桿菌在管網(wǎng)中消失。

    此外，由于水源水質(zhì)的惡化，加氯量過高將會引起大量氯化**副產(chǎn)物的生成，使飲用水中“三致”物質(zhì)增加，**性大大降低，對人體健康造成嚴(yán)重威脅，這已引起人們的高度重視。目前美國、法國、德國、荷蘭、加拿大等西方主要國家和世界衛(wèi)生組織（WHO)均對飲用水中氯化**副產(chǎn)物含量作了嚴(yán)格的限制，其中德國對飲用水中三鹵甲烷含量的限值*為嚴(yán)格，為<10ug/L。因此靠增加加氯量、提高余氯水平來控制管網(wǎng)**生長顯然是不可取的。

    2)營養(yǎng)。管網(wǎng)飲用水中存在的**大多數(shù)是以有機(jī)物為營養(yǎng)基質(zhì)的異養(yǎng)菌，其生命活動必須依靠分解和利用包括可生物降解有機(jī)物質(zhì)在內(nèi)的各種營養(yǎng)基質(zhì)而得以維系。在管網(wǎng)水貧營養(yǎng)環(huán)境下，研究界一般認(rèn)為有機(jī)物質(zhì)的含量是影響**生長的主要因素，因此減少水中可生物降解有機(jī)物的含量將對控制異養(yǎng)**地生長起到?jīng)Q定性的作用。但也有研究表明，在一部分水廠出廠水中磷含量極低的情況下，磷將取代有機(jī)物成為引起管網(wǎng)**在生長的主要的限制因子。此外，氨氮、硫酸鹽和碳酸氫鹽對管網(wǎng)水中自養(yǎng)**的生長有著明顯的促進(jìn)作用，也應(yīng)引起關(guān)注。

    3)水力因素。管網(wǎng)中水流速度也會影響到**生長，流速增大可以將更多的營養(yǎng)物質(zhì)帶到管壁生物膜處，為**生長提供了更豐富的營養(yǎng);但同時也增加了管壁處的**劑含量和對管壁生物膜的沖刷作用，對生物膜內(nèi)**生長造成不利影響;此外管網(wǎng)水流靜止和驟開驟停等極端情況，可能導(dǎo)致微生物生長或管壁生物膜脫落，使水中**總數(shù)急劇上升，水質(zhì)惡化?？梢?，水力因素對管網(wǎng)**生長的影響作用是多方面和相互影響的，應(yīng)根據(jù)具體情況具體分析。

    4)顆粒物。水中顆粒物易成為**生長的載體，并降低氯對**的殺滅作用。出廠水中剩余的鐵鹽或鋁鹽能在管網(wǎng)中形成絮體沉積在管壁上，增加有機(jī)物濃度，保護(hù)**免受氯的傷害。因此應(yīng)嚴(yán)格控制出廠水中顆粒物的數(shù)量。

    5)溫度。水溫可能是影響**生長的*主要的因素之一，其會影響到水處理流程中處理效率、微生物生長速率、**效率、余氯消耗、管材腐蝕速度、管網(wǎng)水力條件、水量的需求等，因而直接或間接地影響**生長。許多研究者發(fā)現(xiàn)水溫不僅影響**生長速率，而且可改變對數(shù)生長期時間和產(chǎn)率因子;水溫在15℃以上時微生物活動顯著加快，但即使在水溫為5℃的冬季管網(wǎng)中仍會有**活動。

    綜合以上分析可知，影響管網(wǎng)中**生長的因素很多，但當(dāng)一個水廠及其管網(wǎng)系統(tǒng)相對固定時，從實(shí)際角度來看可人為控制的因素主要是水中有機(jī)物營養(yǎng)基質(zhì)的濃度和余氯的含量。出廠水通過加氯**并保持管網(wǎng)內(nèi)一定的余氯含量是目前普遍采用的**方法，但大量研究證實(shí)部分**或大桿菌在氯**過程后能在管網(wǎng)中修復(fù)，重新生長;加氯**只能在一定程度上控制**生長，并不能杜絕**生長。此外，加氯量過高，特別是針對現(xiàn)在廣泛受到微污染的飲用水水源水，將會引起大量氯化**副產(chǎn)物的生成，使飲用水中“三致”物質(zhì)增加，**性大大降低。而異養(yǎng)菌生長必須依靠管網(wǎng)水中的可生物降解物質(zhì)，在給水管網(wǎng)貧營養(yǎng)環(huán)境下，一般認(rèn)為有機(jī)基質(zhì)的含量是影響其生長的主要因素，因此減少水中可生物降解有機(jī)物的含量將對控制異養(yǎng)**的生長起到?jīng)Q定性的作用。

2水質(zhì)生物穩(wěn)定性的主要指標(biāo)

1）水源水中有機(jī)物的來源與分類

    水源水中的有機(jī)物按其來源可分為兩大類:一類為天然有機(jī)物(NOM)，是自然環(huán)境的代謝產(chǎn)物，包括腐殖質(zhì)、微生物分泌物、溶解的植物組織及動物的廢棄物等;其中腐殖質(zhì)含量*高，約占地面水源中有機(jī)物總量的60%一90%o腐殖質(zhì)是一類含酚輕基、梭基、醇經(jīng)基等多種官能團(tuán)的分子有機(jī)物，分子量為10²～10⁶，其中50%～60%是碳水化合物及其關(guān)聯(lián)物質(zhì)，10%～30%是木質(zhì)素及其衍生物，1%～3%是蛋白質(zhì)及其衍生物。腐殖質(zhì)在天然水體中帶負(fù)電荷，擴(kuò)散能力強(qiáng)，分布范圍廣，是引起水體色度、異臭味和沉淀物的主要原因物質(zhì)，也是飲用水中多種**副產(chǎn)物(DBPs)的前體物。天然有機(jī)物中的非腐殖質(zhì)部分是主要的可生物降解部分，具有較強(qiáng)的親水性和較低的芳香度，主要由親水酸、蛋白質(zhì)、氨基酸和糖類等組成。

    水源水中另一類有機(jī)物是人工合成有機(jī)物(SOC)，包括農(nóng)藥、商業(yè)用途的合成物及工業(yè)廢棄物等，其中大多數(shù)為有毒有機(jī)污染物。目前人工合成的有機(jī)物種類已達(dá)10萬種以上，且以每年2000種的速度增長，它們伴隨著人類的各種活動，通過各種不同途徑進(jìn)入水體。美國環(huán)境保護(hù)署(USEPA)通過水質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，供水系統(tǒng)中檢測出有機(jī)物達(dá)2110種，其中765種合成有機(jī)物存在于飲用水中，190種對人體有害，20種為確認(rèn)的致癌物，23種為可疑致癌物，18種為促癌物，56種為致突變物，這些物質(zhì)對人體產(chǎn)生急性或慢性，直接或間接的致毒作用。國內(nèi)的研究分析結(jié)果也表明，水源水和自來水中的有機(jī)物種類和數(shù)量相當(dāng)大，污染問題相當(dāng)突出。上海黃浦江水中有機(jī)物種類至少在500 ～700種之間，GC/MS聯(lián)機(jī)定性檢出的218種有機(jī)物中，屬美國EPA的優(yōu)先控制污染物達(dá)39種。而通過對天津引灤水氣相色譜/質(zhì)譜(GC/MS)檢測，共檢出的66種主要污染物中包括了苯、甲苯、乙苯等多種優(yōu)先控制污染物及十幾種飽和烴類。

    2）飲用水生物穩(wěn)定性主要指標(biāo)

    由于飲用水中有機(jī)物種類繁多，形態(tài)結(jié)構(gòu)各異，并且它們含量水平、理化性質(zhì)也千差萬別，所以想分別測定每一種有機(jī)物幾乎是不可能和不現(xiàn)實(shí)的。目前一般測定水中的總有機(jī)碳（Total OrganicCarbon，TOC)作為總有機(jī)物含量的替代參數(shù)。按有機(jī)物形態(tài)大小，TOC大致可分為顆粒態(tài)有機(jī)碳（Particle OrganicCarbon，POC)、膠體態(tài)有機(jī)碳（Colloed OrganicCarbon，COC)和溶解態(tài)有機(jī)碳（Dissolved OrganicCarbon . DOC）。隨著飲用水水質(zhì)生物穩(wěn)定性概念的提出，水處理工作者又按有機(jī)物能否被微生物利用的角度劃分，將溶解性有機(jī)碳分為生物可降解溶解性有機(jī)碳（BiodegradableDissolved Organic Carbon，BDOC)和生物不可降解溶解性有機(jī)碳(Non BiodegradableDissolvedOrganic Carbon，NBDOC ) 。BDOC中能被**利用合成細(xì)胞體的有機(jī)物稱為生物可同化有機(jī)碳(Assimilable OrganicCarbon . AOC)，因?yàn)?/span>BDOC和AOC與異養(yǎng)**在給水管道中的生長密切相關(guān)，已成為研究飲用水生物穩(wěn)定性所關(guān)注的重點(diǎn)和主要指標(biāo)。

BDOC和AOC是衡量水質(zhì)生物穩(wěn)定性既有聯(lián)系又有分別的兩個指標(biāo):BDOC是水中有機(jī)物中能被異養(yǎng)菌利用的部分，常規(guī)的BDOC測定方法中，微生物完全降解這部分有機(jī)物將需要28天左右的時間;AOC是生物可降解有機(jī)物中可轉(zhuǎn)化成細(xì)胞體的這部分有機(jī)物，它是通過一個轉(zhuǎn)化因子或校正因子以碳濃度來表示的。由此可以看出:AOC是有機(jī)物中*易被**吸收，直接同化成**體的部分，是BDOC的一部分;BDOC是水中**和其他微生物新陳代謝的物質(zhì)和能量的來源，包括其同化作用和異化作用的消耗。它們的含量越低，**越不易生長繁殖。又因?yàn)?/span>AOC與管網(wǎng)水中異養(yǎng)菌生長潛力有較好的相關(guān)性，目前大部分研究者將AOC作為評價管網(wǎng)水中**生長潛力的首要指標(biāo)。BDOC一般用以預(yù)測和衡量水處理單元（特別是生物處理單元)對有機(jī)物的去除效率，預(yù)測出廠水需氯量和**副產(chǎn)物產(chǎn)生量。但也有研究者發(fā)現(xiàn)BDOC與管網(wǎng)中**生長量有較好的相關(guān)圖。有人試圖建立AOC,  BDOC和DOC之間的定量關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨原水水質(zhì)或季節(jié)的不同BDOC/DOC或AOC/DOC值均變化較大，沒有規(guī)律。Paode和Ainv等人的研究表明:美國Colorado River水和Harwood^，s Mill Reservoir水等6大水源中BDOC為:0.1 ～0.9mg/L，平均為0.44mg/L。BDOC占DOC的比例為2.2 ～19%，平均為10%; AOC為22～407ug/L，平均為156ug/L，AOC占BDOC比例平均為35%左右。Pierre Sevais等人研究表明BDOC: DOC值隨水質(zhì)不同在11～59%之間, Van Der Kooij研究表明AOC: DOC在0.03 ～27%之間。劉文君等研究表明，不同水源水、出廠水、和管網(wǎng)水中AOC和BDOC的比值變化較大，但從平均值看，AOC濃度約為BDOC的1/3左右，說明AOC是BDOC的一部分，證明采用BDOC作為異養(yǎng)菌在管網(wǎng)中的生長潛力也是可以的。

 3 ）AOC和BDOC與飲用水水質(zhì)生物穩(wěn)定性的關(guān)系

    AOC表示的是飲用水中能直接被**利用、同化成**體的那部分有機(jī)物，與管網(wǎng)中**生長有著較好的相關(guān)性，因此AOC方法一經(jīng)提出后建立AOC與**生長即生物穩(wěn)定性之間的關(guān)系就成為給水界眾多研究者研究的熱點(diǎn)。

    Van Der Kooij在調(diào)查了20個水廠后認(rèn)為當(dāng)AOC<10ug乙酸碳/L時異養(yǎng)菌幾乎不能生長，飲用水生物穩(wěn)定性很好。Lechevallie:發(fā)現(xiàn):當(dāng)AOC<50ug乙酸碳/L時大腸桿菌不能生長。其后他提出AOC濃度應(yīng)限制在50ug乙酸碳/L以保證水質(zhì)生物穩(wěn)定。Gagon等綜述了幾種描述管網(wǎng)中**生長和AOC利用的計(jì)算機(jī)模型，認(rèn)為AOC達(dá)到50ug乙酸碳/L后在管網(wǎng)中趨于穩(wěn)定。Lechevallier對北美31個水廠的調(diào)查表明:當(dāng)AOC濃度低于100ug乙酸碳/L時，給水管網(wǎng)中大腸桿菌數(shù)大為減少。因此目前國際上一般認(rèn)為:在不加氯時，AOC<10ug乙酸碳/L的飲用水為生物穩(wěn)定水;在加氯時，AOC在50～100ug乙酸碳/L的飲用水為生物穩(wěn)定的飲用水。

    Kaplan等人對美國的79個水廠研究表明，95%的地表水源水廠和50%的地下水源水廠的飲用水達(dá)不到AOC<50ug乙酸碳/L的標(biāo)準(zhǔn)，而所有的水廠出廠水均達(dá)不到AOC<10ug乙酸碳/L的標(biāo)準(zhǔn)。Van Der Kooij比較了三個實(shí)際給水系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)AOC在管網(wǎng)中是逐漸下降的，AOC下降*多時**計(jì)數(shù)也*多。國內(nèi)的研究者對AOC在管網(wǎng)中變化的研究也得到了類似的結(jié)果,AOC在管網(wǎng)中受余氯和微生物活性的影響，其含量一般隨管網(wǎng)延伸而先增加后減少，水源水質(zhì)較好的水廠出廠水和管網(wǎng)水中AOC含量相對較低，反之則高。

    可生物降解溶解性有機(jī)碳（BDOC)作為評價水質(zhì)生物穩(wěn)定性的指標(biāo)也受到了研究者的關(guān)注。Joret研究認(rèn)為BDOC<0.1 mg/L時大腸桿菌不能在水中生長。Dukan等通過動態(tài)模型計(jì)算出管網(wǎng)中BDOC低于0.2～0.25mg/L時能達(dá)到水質(zhì)生物穩(wěn)定。Bios等研究了位于法國Nancy的兩個中試管網(wǎng)中**、BDOC和氯等因素的相互影響后認(rèn)為BDOC與**生長密切相關(guān)。

    越來越多的研究與試驗(yàn)證明，AOC和BDOC作為衡量飲用水中可生物降解有機(jī)物含量的指標(biāo)與飲用水管網(wǎng)中**生長有著密切的關(guān)系;同時它們也受到管網(wǎng)中余氯、**活動、季節(jié)溫度、水力條件等諸多因素的影響，情況十分復(fù)雜，且不同地區(qū)、不同管網(wǎng)間差異較大。目前，對AOC和BDOC與**生長關(guān)系的研究還處于探索階段，明確的計(jì)量關(guān)系與動力學(xué)模型也沒有形成，還需要對管網(wǎng)內(nèi)物理化學(xué)和生物化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行更為深入的研究，為AOC和BDOC與生物穩(wěn)定性關(guān)系的研究提供更為充分的理論依據(jù)。

4）管網(wǎng)水**再生長限制因子間的比較

    1磷對**再生長的限制作用

    管網(wǎng)水貧營養(yǎng)環(huán)境中，微生物生命活動所需的各種營養(yǎng)均處于很低水平，**生長屬基質(zhì)限制型;而微生物生長對各種營養(yǎng)成分的需求有一定比例關(guān)系，一般認(rèn)為C(BOD₅):N:P為100:10:1研究者們基于有機(jī)物（即碳元素)為管網(wǎng)中**生長*主要的限制因素這一假設(shè)，開始了**再生長的研究，并以AOC作為生物穩(wěn)定性的評價指標(biāo)。1996年，Miettinen等在《Nattire》雜志發(fā)文指出，當(dāng)管網(wǎng)水中有機(jī)物含量相對較高時，磷會取代有機(jī)物成為**再生長的限制因子。近年來，各國學(xué)者都廣泛開展了磷與飲用水生物穩(wěn)定性的相關(guān)研究，并發(fā)現(xiàn)相當(dāng)部分的管網(wǎng)水中磷含量極低，已成為**再生長的限制因子。

    有文獻(xiàn)表明，管網(wǎng)水中**生長所需的C:P為100: （1.7～2)。雖然**對有機(jī)碳的需求大大的高于磷元素，但應(yīng)看到水源水中的磷含量本身就處于較低水平;并且磷元素一般是與大分子有機(jī)物結(jié)合或以膠體狀態(tài)存在，常規(guī)制水工藝對磷的去除非常有效，去除率可達(dá)90%以上，而對可生物降解有機(jī)碳的去除效果卻并不顯著，這樣就可能形成出廠水中磷源相對缺乏的狀況，使磷成為管網(wǎng)水中**再生長和其生物穩(wěn)定性的限制因子。

    國外學(xué)者認(rèn)為，水中溶解性正磷酸鹽磷（SRP)的濃度低于10ug/L時，水中微生物的生長可能會受到磷的限制,,國內(nèi)學(xué)者針對管網(wǎng)水生物穩(wěn)定性各限制因子的研究表明，在被研究的大部分的管網(wǎng)水中磷元素較可生物降解有機(jī)碳對**再生長，表現(xiàn)出了更為明顯的限制作用。仿照AOC的生物測定方法，Lelttola等提出了一種用來測定水中所含磷元素中可被微生物吸收利用的那部分磷的分析方法一微生物可利用磷（MAP ) ，他們對芬蘭21個水廠的飲用水生物穩(wěn)定性表明，大部分的出廠水AOC與**再生長相關(guān)性較差，而MAP與**再生長有著較好的相關(guān)性。

    磷作為**再生長限制因子的發(fā)現(xiàn)，改變了可生物降解有機(jī)碳是管網(wǎng)水**再生長**營養(yǎng)限制因子的傳統(tǒng)觀念，使飲用水生物穩(wěn)定性的研究更加的深入和**。

    2 AOC與磷對**再生長的限制因子作用的比較

    AOC與磷已被認(rèn)為是飲用水中**再生長主要的兩個限制因子，它們含量間的比例關(guān)系將決定著水樣中**再生長*主要的營養(yǎng)限制因子;有機(jī)碳含量相對較少，水樣為碳限制型;磷含量相對較少，水樣則為磷限制型。但在某種限制型的水樣中，并不表示另一種限制因子對**的再生長不起作用;往往在一種水樣中有機(jī)碳和磷同時具有著限制因子的作用。因此，割裂兩種限制因子的聯(lián)系，片面的看待它們在管網(wǎng)水**再生長所起的作用都是不正確和不科學(xué)的。

    但從飲用水**性角度考慮，水中存在的有機(jī)物質(zhì)會使飲用水的化學(xué)物風(fēng)險和微生物風(fēng)險增加，控制飲用水中AOC含量因而具有著更為重要的意義，應(yīng)成為生物穩(wěn)定性研究的重點(diǎn)和首要指標(biāo):（1）**生長對有機(jī)碳的需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)的大于對其他營養(yǎng)物質(zhì)的需求，有機(jī)碳是決定**生長發(fā)育狀況的*重要的影響因素;（2）可反映制水工藝過程和管網(wǎng)中有機(jī)物的去除和轉(zhuǎn)化;（3 ）AOC含量與**副產(chǎn)物的含量成正相關(guān)性，AOC的去除可使飲用水**性大大提高;（4）可對現(xiàn)有AOC測定方法進(jìn)行完善和調(diào)整，通過控制培養(yǎng)液中的磷含量，AOC值可分別反映飲用水中總的可同化有機(jī)碳和可被**實(shí)際同化有機(jī)碳含量，以**衡量飲用水的生物穩(wěn)定性狀況。

    常規(guī)工藝出廠水中AOC含量很難達(dá)到生物穩(wěn)定水的標(biāo)準(zhǔn)，通過在制水工藝中引入生物處理，消減可生物降解有機(jī)碳含量是生物穩(wěn)定水制備的重要手段。而常規(guī)工藝出廠水**再生長往往表現(xiàn)為磷限制型，水中磷含量已極低，如果后接生物處理工藝，微生物的生長勢必受到影響，導(dǎo)致處理效果較差;因此生物處理單元在凈水各工藝流程中的位置以及其進(jìn)水中的碳磷比，都是上等(生物穩(wěn)定)飲用水制備中需要深入分析和研究的課題。若在磷限制型的水樣中添加適量的磷，使其碳磷配比更適合微生物生長需求，再進(jìn)行生物處理，將有助于改善有機(jī)碳去除效果、提高出水水質(zhì)生物穩(wěn)定性，這應(yīng)是凈水工藝中生物處理技術(shù)的有益**。

    3評價**再生長潛力的直接計(jì)數(shù)方法

針對管網(wǎng)水**再生長潛力（生物穩(wěn)定性)評價指標(biāo)AOC在測定中存在的一些缺陷，日本學(xué)者提出了一種以測試水樣土著**為接種物，以總**數(shù)來衡量**再生長狀況的測定方法一**生長潛力（BRP)，該方法采用制水工藝中沉淀池或?yàn)V池出水中**為接種菌種、待測水樣中含有的營養(yǎng)物質(zhì)為**生長所需營養(yǎng)基質(zhì)，恒溫培養(yǎng)**生長穩(wěn)定期后，對水樣進(jìn)行**計(jì)數(shù)，所得結(jié)果即為該水樣的BRP值，以CFU/mL計(jì)。BRP值的大小可直接反映了水樣中支持**再生長能力的高低。  

 BRP與AOC相比具有以下優(yōu)勢:1)接種菌種為同源土著菌種，在水樣中生長具有更好的適應(yīng)能力;2)接種菌種為混合菌種，對營養(yǎng)基質(zhì)的利用更為充分;3)方法簡單，常規(guī)條件便可完成。BRP方法的提出豐富了飲用水生物穩(wěn)定性的研究方法，特別為實(shí)驗(yàn)條件有限的自來水廠和普通實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行**再生長研究提供了有效的手段。而BRP方法中水樣同源土著菌種的采用，也使得其對**再生長潛力的反應(yīng)更為準(zhǔn)確。

    但BRP法也存在一些缺陷:由于不同水源、或不同時期水樣測定時采用了不同的接種**，使得不同批次間水樣的BRP值的可比吐不好，無法在空間和時間意義上實(shí)現(xiàn)對生物穩(wěn)定性研究的連續(xù)性;還沒有像AOC一樣，建立與生物穩(wěn)定性間的關(guān)系。此外，BRP作為一種新興的評價指標(biāo)，其測定方法尚不夠完善，各國學(xué)者對BRP測定的具體操作上存在著較大的差別，對接種液體積、培養(yǎng)時間、**計(jì)數(shù)方法等操作條件還需進(jìn)行系統(tǒng)的研究與優(yōu)化。

綜上所述，AOC應(yīng)成為評價**再生長潛力與飲用水生物穩(wěn)定性的主要指標(biāo);磷元素成為**再生長限制因子的發(fā)現(xiàn)，改變了有機(jī)碳是**再生長**限制因子的傳統(tǒng)觀念，并為提高凈水工藝對有機(jī)碳的去除效果提供了新的思路;BRP方法的提出則為飲用水生物穩(wěn)定性的研究提供了一種常規(guī)分析的手段。

5、有機(jī)物在凈水工藝中的去除機(jī)制與規(guī)律常規(guī)及其強(qiáng)化工藝

    現(xiàn)有水廠常規(guī)凈水工藝一般由混凝、沉淀（澄清)、過濾和加氯**四部分組成，形成于上世紀(jì)初，已有百年歷史，目前仍被廣泛采用。諸多研究均表明常規(guī)工藝對水中有機(jī)物有一定去除能力，但比較有限，DOC去除率一般小于30%;而對水中可生物降解有機(jī)物（BDOC與AOC)的去除不穩(wěn)定、波動較大，受源水水質(zhì)、水溫影響大，有時還會出現(xiàn)出水AOC增加。這是因?yàn)槌Ｒ?guī)工藝中混凝劑易與憎水性強(qiáng)的大分子有機(jī)物鰲合，發(fā)生電性中和與吸附架橋作用，使其脫穩(wěn)凝聚、形成較大的絮體并從水相中分離得到有效的去除;而小分子有機(jī)物親水性強(qiáng)，在水中接近于真溶液狀態(tài)存在，不易于混凝劑結(jié)合或被絮體吸附，故去除效果不佳?？傮w上看，常規(guī)處理主要去除分子量>10.000Daltons的有機(jī)物，而AOC主要與分子量小于1000的有機(jī)物有關(guān)，因此常規(guī)工藝處理出水難以確保達(dá)到水質(zhì)生物穩(wěn)定性。此外，水源水中低腐殖質(zhì)含量和低DOC濃度，都是常規(guī)工藝對有機(jī)物去除效果差的原因。

    Volk等人的研究發(fā)現(xiàn)，低pH值下的強(qiáng)化混凝使DOC與BDOC的去除均得到了改善，DOC與BDOC含量的減少可使得**過程中副產(chǎn)物生成量減少;但對AOC的去除沒有影響，這可能是因?yàn)?/span>AOC為小分子的非腐殖質(zhì)物質(zhì)組成。強(qiáng)化過濾是通過改換濾料或采用多層濾料，讓濾料既能去除濁度、氨氮和亞硝態(tài)氮，又能降解有機(jī)物，其關(guān)鍵是選擇濾料，并使濾料的微環(huán)境有利于生物膜生長。Milhier研究認(rèn)為生物過濾對DOC的去除率為13%～41%，對BDOC、AOC的去除率達(dá)90%以上。因此強(qiáng)化過濾可提高對小分子有機(jī)物的去除效果。

    強(qiáng)化混凝和強(qiáng)化過濾是在現(xiàn)有工藝基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，不用增加構(gòu)筑物，改造費(fèi)用和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用增加很少，是改善凈水處理效果的較為經(jīng)濟(jì)可行的方法，但也存在一定的局限性。

    2生物（預(yù))處理

    從AOC和BDOC的定義來看，它們代表的是**易利用分解的有機(jī)物，無疑生物處理是去除可生物降解有機(jī)物有效的單元處理工藝。飲用水生物處理是指借助于微生物群體的新陳代謝活動，對水中的有機(jī)污染物以及氨氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽的有效去除。目前在飲用水處理中采用的生物反應(yīng)器大多數(shù)為生物膜類型，生長在生物載體上的微生物多數(shù)是貧營養(yǎng)菌，如土壤桿菌、嗜水氣單胞菌、黃桿菌、芽菌和纖毛菌等。這些貧營養(yǎng)微生物對可利用基質(zhì)有較大的親和力，且呼吸速率低，有較小的*大增值速度和Monod半速率常數(shù)，因此貧營養(yǎng)菌能使微量有機(jī)物降解至極低濃度，并且貧營養(yǎng)菌還可以通過二次基質(zhì)的利用去除濃度極低的難降解有機(jī)物。生物氧化對有機(jī)物的去除機(jī)理包括:(1)微生物對小分子有機(jī)物的直接降解;(2)微生物胞外酶對大分子有機(jī)物的分解作用;(3)生物吸附絮凝作用。此外，經(jīng)生物處理后還能降低水中膠粒的Zeta電位，使膠粒更容易脫穩(wěn)。

    Kooij報道生物濾池出水可使AOC含量低于10ug乙酸碳/L。Huck等報道運(yùn)行70天煤砂雙層生物濾池出水AOC能達(dá)到低于50ug乙酸碳/L的水平。Hu等對生物預(yù)處理后水中有機(jī)物特性的研究發(fā)現(xiàn)，生物預(yù)處理對烷烴類有機(jī)物有較好的去除效果，而對芳烴和揣基化合物處理效果較低，AOC的去除率為45%左右。Zhang等對AOC在生物濾池去除的動力學(xué)模型研究發(fā)現(xiàn)，生物處理過程中AOC的去除主要受反應(yīng)過程控制，而非受傳遞過程控制，空床接觸時間是影響去除效果的關(guān)鍵參數(shù)，但空床接觸時間超過一定數(shù)值后并不會帶來過高的去除率，因?yàn)榇嬖谥粋€*小基質(zhì)濃度Smm，進(jìn)水AOC濃度與去除的AOC量成線性關(guān)系。吳紅偉等的研究表明生物陶粒預(yù)處理對BDOC的去除率為65%，對AOC的去除率為`45%左右。因此采用生物氧化（預(yù))處理技術(shù)可有效地去除溶解性有機(jī)物，提高出廠水的生物穩(wěn)定性，并可減少后續(xù)**劑的用量，因而已成為給水處理中倍受關(guān)注的工藝方法。

    3臭氧氧化

    眾多研究證實(shí)，臭氧氧化雖會使水中DOC降低，但也將引起AOC和BDOC的增加。這是由于臭氧氧化具有極強(qiáng)的氧化能力，可將水中的一部分有機(jī)物徹底分解，同時也可將大分子有機(jī)物分解為小分子的、異養(yǎng)菌易于分解利用的中間有機(jī)產(chǎn)物，而造成AOC和BDOC值的升高。有研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)臭氧預(yù)氧化后，水中分子量<3000的低分子量有機(jī)物濃度增加了，而大分子量有機(jī)物的含量減少了。這證明引起AOC和BDOC的主要為水中有機(jī)物中的小分子量部分。臭氧工藝雖然使水中可生物降解有機(jī)物的濃度增加，降低了水質(zhì)的生物穩(wěn)定性，但是臭氧對有機(jī)物的氧化分解強(qiáng)化了后續(xù)工藝，特別是生物處理工藝的處理能力;臭氧與生物處理聯(lián)用可有效消減有機(jī)物含量，使后續(xù)**需氯量減少，余氯維持較高水平，并保持較長時間。

    4活性炭吸附

    活性炭屬于一種多孔疏水性吸附劑，其具有發(fā)達(dá)的細(xì)孔結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積，有機(jī)物的極性與分子大小是活性炭對有機(jī)物去除的主要影響因素;溶解度小、親水性差、極性弱、分子不大的有機(jī)物較易被活性炭吸附。活性炭吸附主要用于飲用水的深度處理，研究發(fā)現(xiàn)活性炭對中小分子量有機(jī)物具有了強(qiáng)吸附能力，因而對AOC和BDOC的有著良好去除作用。Hu等研究表明，GAC對烷烴類有機(jī)物的去除效率*高，其次是苯類、硝基苯類、多環(huán)芳烴類和鹵代烴類，對醇類、酮類、酚類的去除效率相對較弱?；钚蕴抗に嚾缗c臭氧聯(lián)用或長期使用形成生物碳后，生物降解作用將會使去除效果有進(jìn)一步的提高。吳紅偉等發(fā)現(xiàn)新活性炭單元因其吸附作用對AOC的去除效果穩(wěn)定在30%左右，如和臭氧氧化聯(lián)用，去除效果能提高到50%以上。

    5臭氧一生物活性炭(O₃-BAC)

    臭氧以及反應(yīng)過程中所產(chǎn)生的氧化勢能更高的氫基自由基，可利用其強(qiáng)氧化性氧化分解大多數(shù)有機(jī)物，尤其是具有苯環(huán)的難降解有機(jī)物，提高水中有機(jī)物的可生化性，并可為水中提供充足的溶解氧，使活性炭床處于好氧狀態(tài);活性炭的強(qiáng)吸附作用可迅速將水中有機(jī)基質(zhì)吸附于活性炭表面，在活性炭上形成適宜微生物生長的微環(huán)境，促進(jìn)好氧微生物繁殖生長，進(jìn)而形成生物活性炭(BAC)。O₃-BAC技術(shù)的優(yōu)勢在于微生物的降解作用使活性炭吸附的有機(jī)物被去除，將活性炭內(nèi)這部分物質(zhì)所占有的吸附位重新空出來，從而長時間地保持活性炭的吸附能力，即活性炭的生物再生作用，延長活性炭工作壽命。其有機(jī)物的去除機(jī)理主要有三種:臭氧化學(xué)氧化作用、活性炭物理化學(xué)吸附作用和微生物生物降解作用。

Ribas等研究發(fā)現(xiàn)臭氧會引起BDOC增加53.8%和63.6%，因?yàn)槌粞跹趸挂恍┨烊挥袡C(jī)物氧化成小分子的有機(jī)物，而小分子有機(jī)物易被微生物作為營養(yǎng)吸收，如富里酸氧化后會產(chǎn)生烷烴、脂肪醛、酮、脂肪酸等有機(jī)物;臭氧與活性炭結(jié)合形成生物活性炭，可使DOC和BDOC都有較高的去除率，DOC和BDOC去除率為53.6%和70.7%。Hu等研究發(fā)現(xiàn)臭氧氧化使揣基化合物顯著增加，結(jié)合活性炭處理，可顯著去除揣基化合物，臭氧一生物活性炭工藝對AOC的去除率為80%以上。吳紅偉等研究結(jié)果表明臭氧一活性炭對AOC的去除率達(dá)51.6%，對BDOC的去除率達(dá)到了93%。可見O₃一BAC工藝能有效地去除水中溶解性有機(jī)物，提高出廠水的生物穩(wěn)定性。的含量達(dá)到一定的限值，才能有效的防止管網(wǎng)中**的再生長。