专业英语翻译
饮用水处理工艺和气味控制
ERIKA E.HARGESHEIMER 和SUSAN B.WATSON0
卡尔加里市,工程与环境服务部,水厂部,格伦莫尔水厂实验室邮政信箱2100年卡尔加里,AB ,加拿大和T2P 2M5,卡尔加里大学生物科学系2500号加拿大T2N lN4。
(1995年5月第一次成稿,1996年1月修订)
摘要——水饮用水源的有效性的治疗方法为消除水华在浮游植物季节性造成的味道和气味的事件进行评价,溶气气浮(DAF ), 传统的重力沉降(CGS ),臭氧和颗粒活性炭(GAC )中过滤过程进行了研究试验工厂规模的实验, 澄清DAF 通过不断产生沉淀而比CGS 水浊度低(NP 大于2微米每毫升)。水中关于DAF 和CGS 的粒子数目平均分别降到3600和7500个/毫升。原水中丰富的浮游植物是影响DAF 和CGS 去除效率的一个最重要的因素。在低浓度(接近250微克每升)水中的生物质比高浓度(1750微克每升)中的去除率要少。DAF 和CGS 分别从29-85%及21〜49%中清除。可以和微型浮游生物的例外减少作比较。所有的其他类群通过DAF 比CGS 能更有效的去除。气味分析报告表明DAF 不能单独减少腥味。一些类似的恶心气味因为浮游植物的出现而产生。臭氧应用改变了腥气味和不理想的“塑胶类”气味,只有通过活性炭过滤/砂过滤器删除了所有的气味。在一年中的大部分时间里可以去除如颜色和TOC 的可溶性成分。但是当浮游生物大量繁殖时,DAF 去除TOC 要明显多于CGS 。通过活性炭过滤器比通过无烟煤过滤器分别大幅提高TOC 和颜色的去除率。DAF 澄清和GAC 过滤的组合是减少粒子的最有效途径,一种颜色,味道和气味的化合物。版权属于爱思唯尔科有 限公司,1996年。
关键词—浮游植物,味道和气味,风味剖面分析,颜色,颗粒去除,饮用水处理,溶气气浮,沉淀,臭氧氧化,过滤,颗粒活性炭过滤。
引言
在一年中的大多数时候,加拿大卡尔加里约30万格伦莫尔水厂用户每周对于水的味道和气味只有一到两个投诉,对于氯气味的描述是这些少见的投诉中最常见的。格伦莫尔水处理厂从从格伦莫尔水库的蓄水中获取源水(图1),在这个水
库浮游植物生物量通常是相当低(
浮游生物造成味道和气味问题的爆发(Hardisty.1993,1994年)。在有60年历史格伦莫尔污水处理厂工艺流程包括预氯化,氟化,明矾与水力絮凝,沉淀,(双媒体凝血无烟煤和沙)过滤和后加氯,虽然可以使水浊度不超过0.1NTU ,但是化学和物理的工艺难以有效减少浮游植物的出现。在过去的两年进行了一项研究,制定计划以升级格伦莫尔水处理厂。(塞德纳格A1 .. 等1992年; 瓦兰斯燃气轮机格A1 .. 1995)。虽然每年因为口感和气味而影响成品水质的事件只在每年的几个星期内发生,但是水的感官品质是公众所能接受的饮用水最重要的条件。改进的处理工艺,可以消除藻类引起的口感和气味包括溶气气浮(DAF 的)澄清作为替代传统的重力沉淀(CGS ),臭氧和颗粒活性炭(GAC )中过滤。通过改进化学混合设施和沉淀设施的工作效率可以升级现有的格伦莫尔水处理厂的CGS 工艺。DAF ,臭氧和GAC 不能加装到现有设备上,但正在考虑尽可能组建成一个高效率的工作车间。DAF 被认为能有效替代在源水区诸如浮游植物类的低密度颗粒的常规沉积物。(萨贝尔,1985年; 詹森斯,1991:卡明斯基等..1991年:Edzwald 和Walsh.1992)这些和目前的一些证据表明,浮游植物的丰度和物
种组成也会相对影响DAF 的效率。
詹森斯(1991)报告说,DAF 减少了57-100%浮游植物类群,但是降低去除的效率可以观察到一些物种,即一些蓝藻(例如粉状微囊藻),鞭毛(例如眼虫),隐菌,和一些绿球藻目(例如盘星)。笔者认为DAF 和沉淀和浮游植物没有明显的关系,考尔等人(1994年),也认为DAF 对于去除颤藻的蓝藻没有作用。在源水目前的水平超过70.000 cell/ml。卡明斯基等一览表(1991年)报告了浮选“99%的星杆藻,丝囊藻属及衣藻。马利和Edzwald (1 99 1)报告说,DAF 的产生比传统的重力沉降明显降低更多的残余浊度,尤其是在较低的温度时。有报告称这两个过程可以消除溶解的有机物种数目。没有任何研究报告称去除浮游植物的数量与味道和气味的缓解有关系。在这项研究中,两个试点污水处理厂(格雷亚韦斯艾拉,1992年; 瓦兰斯等,1995),DAF 或者CGS 的纯化会被用来作为评估卡尔加里间歇性气味和味道问题的治疗方案。考虑的选项分别是用DAF 和CGS 纯化,臭氧(只由DAF 产生),和过滤用加特/砂相比无烟煤/砂双双重介质媒体,试验厂的CGS 用于评估为提升现有饮用水可供选择的水处理设备。
第二个试点工程用来研究可能出现的新设施,包括DAF ,臭氧以及活性炭过滤器。由于利用臭氧的方法不符合现有CGS 设施的成本效益,因此这个过程只是存在于DAF 试验中。重要的是选择减轻味道和气味上的问题而不会减少沉淀。因此每个过程的效果要在去除的效果上进行评估:(1)粒子作为测量浊度和颗粒计数(2)浮游植物的叶绿素•一(测卡1)和浮游植物生物量(3)由FPA 测量口感和气味。
(4)总有机碳(TOC )(5)颜色。
材料与方法
试验工厂
设计和施工细节的考虑为D 及C 的试验工厂已提交别(1992年格里夫斯等.. ;
瓦兰斯艾拉1995年)一个试验工厂(额定流量=10M/H)包括四个阶段的快速混合, 变速絮凝,气浮,臭氧氧化和过滤。DAF 的不锈钢水箱尺寸为二千五百五十〇毫米(长)x 600毫米(宽)× 1700毫米的表面面积(高)1.53平方米和6.54米表面负荷率/小时(范围 O到3.07),DAF 槽的操作与溢出率是10M/小时,保留时间为15.6分钟。倾斜巴菲莱从水平为70和巴菲莱是300毫米以下的水面。两个淹没扩散喷嘴紧邻上游淹没斜巴菲莱。分别维持在85循环率。臭氧加入以下DAF 的使用不锈钢柜台当前的联系栏(升25毫米i.d.x5000毫米/小时:湿润体积= 0.055 M的)。作者:0.3毫克/ 1臭氧剂量增加一个2.1分钟的接触时间,水流量通过臭氧接触器为1.0 m0/h.The其他试验厂(额定流量= 0.648 m0/h1包括快速混合,分两个阶段变速絮凝,沉淀和过滤。 这两个试验工厂配备了1 /砂,活性炭1无烟煤/砂过滤器(0.018平方米,额定流量=升1.7米/小时)。该过滤器,安装1993年5月,是经营无消毒剂残留和生物活性进行。两种1 52毫米直径的过滤列载405毫米煤炭超过305毫米角形沙子。表1和2,分别总结凝血剂和过滤介质使用。该DAF 试验工厂有8个(4个样品,采样点臭氧和4个样品无臭氧;源头,POST —DAF ,post —GAC ,活性炭/砂过滤器,无烟煤/沙石过滤器)浊(子仪和粒子计数 浊度进行了分析,阐述在色号(1991) 使用一个哈希比/ XR 的浊度(哈希有限公司拉夫兰, CO.1。颗粒计数使用模型进行3000 批次取样控制模型的粒子计数器4100 (太平洋科学Hiac / Royco科,银春,医学博士。)与2-60“米粒子尺寸范围。粒子样本
计数超过极限浓度的传感器(10000 粒子/m1)的稀释体积稀释技术(哈格斯海默和Lewis.1994)。叶绿素a 和浮游植物样品从两个试点工厂的过程
如前所述流期间两个植物收集。浮游生物大量繁殖:1993年4月和3月,1994年微型飞行下丙酮提取,叶绿素a 分析分光光度法中所述色号(1991)。浮游植物生物量的分析,样品前浮游植物生物量的分析,样品前。送达卢戈氏碘下10W 的光存储条件。列举了浮游植物和生物量
计算从藻类估计,使用倒显微镜技术(隆德等格A1 .. 1958年)。在每个采样 到目前为止,详细的罪名确定至少有20分类群进行了从一个子源样本,CGS 和DAF 水。这些数据进行统计分析,调查的总体DAF 的影响和对浮游植物生物量总参谋长。 此外,一式三份子样本,并从每个日期治疗进行了编码,用一个简化的,更迅速办法,只有最主要的浮游植物(8一10种)计数,而罕见的形式在物种水平录得按大小和形态类别。这分类学方法提供了详细的估计数少浮游植物的生物量在可接受的计数/抽样误差(± 20%威伦最大,1976年)统计分析,使用最小二乘程序在GLM (SAS )的允许荷兰国际集团设计的不平衡在物种/组不始终在足够数量的记录在每个子样本。澄清的D 和C 对早期动脉硬化产生作用。
浮游植物大小类别(共> 35,10-35,5 -10和
FPA ,TOC 和颜色
水的气味特征,定量使用焦平面(杰瑞等一览表。1985;APHA ,1991年)样品被
加热到
25。C 的水浴前嗅闻气味强度和记录了一个为期3个等级(0 =无气味1 =轻微气味.2 =温和气味.3:强烈的气味)颜色和TOC 燃烧红外法进行分析,作为描
述色号(1 99 1)关于升年收集的样本1993年至1994年6月。
结果与讨论
水质概况
从1993年到1994年原水TOC 和浊度分别介于0.7至4.7毫克/升和0.45至47ntu 。在1994年的3月到5月间浮游植物生长期,TOC 浓度低于2.0毫克每升。水源水从格伦莫尔处理厂进入时颜色比较浅,在0至20TCU 范围内。水波的颜色与春季激流有关,与浮游植物的生长关系较小。在1993年春季浮游植物优势类群和1994年(表3)为冠盘藻,钝齿锥囊藻,鞭毛虫。这些物种通常发现春
季和低温弱光条件(哈迪斯蒂,1993,1994)。物种出现
和Amphidinium 菌。
浊度和粒子计数比
图2a 比较了荷兰国际集团DAF 和CGS 纯化从1994年3月1日到7月30日。这个时期包括Dinobryon 从3月22日至5月3日和开花高峰浊度。春季径流8日至一九九四年六月八日,资料来源水浊度介于0.41到47ntu ,平均大于5 ntu ,在Dinobryon 盛开浊度值从未超过1 0ntu。在试验工厂DAF 的澄清水浊度通为20一50%,浊度低于CGS 。下面的CGS 介于0.27与5.34ntu 之间,平均1.25以下,而浊度DAF 是图2. 气浮从源水和CGS 去除微粒(3月1日7月30日1 994))(甲)和浊度(乙)粒子计数(NP 方案> 2.0〜m/m1)。
味道和气味控制
范围大大降低至0.19至2.16ntu 并且平均到0.61ntu 。春季径流过程中,当 源水浊度达到高峰,47ntu ,最高值。以前的CGS 和DAF 值分别为5.34和2.16ntu 。图2b 比较粒子数比(NP> 2.0#米/毫升)数据对应的结果与图2A 一样浑浊,粒子计数结果证实,DAF 比CGS 纯化效果更好。图2b 比较粒子数比(NP> 2.0#米)对于图2B 所示的时期。均粒子数在水中发现以下C 和D 组3600个/毫升和7500颗粒/毫升。最大的不同在于在CGS 和DAF 之间在浮游植物3月22日到5月2日生长期间。在这段时间后DAF 的还有NP>2.0微米每毫升超过10000粒子每毫升。同时后DAF 水NP 大于NP2.0微米每毫升时一般都是低于5000粒子每毫升。同样的,浮游生物迁移的角度来 , GAC过滤器提供类似质量和数量的水给无烟煤/砂双介质过滤器在臭氧化DAF 的试验装置过滤之前大幅降低,导致过滤后的水粒子计数通过微絮凝(Chang and Singer,1 99 1年;Gong el a1..1993;Yorton el a1..1993)臭氧化以下DAF 减少粒子计数(NP>2 um /ml) 在两个GAC/砂和无烟煤/砂滤从200到小于2 粒子每毫升,尽管臭氧过滤之前提供显着在改善微粒去除。如下所述,它并没有解决浮游植物的气味问题。
叶绿素a 和浮游植物
平均叶绿素a 浓度的来源,DAF 与CGS 的样本(表4),分别是4.1,1.1和1.7微克每升。DAF 在原水去除百分之73的平均叶绿素A ,尽管CGS 去掉了百分之
57. 这些结果很好的与CGS 和DAF 去掉浮游植物的结果而产生的生物总量。如图3所示,通过长时间在对于原水总生物量的波动观察,在1994年被CGS 和DAF 净化过程减至最低。表5总结了检测到的总浮游植物的数量,包括DAF 和CGS 在1993年和1994年浮游植物生长期内。在这两年,DAF (73%到76%)比CGS (52%到54%)消除了更多的浮游植物。1993年净化工艺看起来比1994年去除浮游植物的效率要高。所有的生物量在大小和形态组的数据显示被DAF 和CGS
去除的的数量非常多除了在丰度非常小的区域计数并不显著以外。图4比较了由DAF 和CGS 在格伦莫尔水库去掉导致味道和气味问题的浮游植物的总生物量(Hardisty .1 994)。由这8个类群所示,DAF 和CGS 作用范围分别是29%到50%和21%到49%。通过两个过程去除例外的浮游生物的可以互相对比,DAF 比CGS 在其他所有的类群中去除效率更高。由DAF 创造的最佳去除效率可以通过钟罩冲的营养和和囊肿形式,大量的繁殖能够使金藻五种包裹形成的非能动休眠细胞。这种微生物使导致1993年和1994年招来味道和气味投诉的原因。DAF 和CGS 去除总的如钟罩虫的细胞和隐孢子虫分别为85%和43%。图5比较了通过两个实验剩余的如钟罩虫。
GAC/砂和无烟煤/砂媒体过滤后,剩下钝齿锥囊藻小于克/1。浮游植物的绝对数量是影响DAF 和GAC 去除效率的一个最重要的因素。DAF 和CGS 在原水低物质浓度中比在高物质浓度中的去除效率要低(图6)。钝齿锥囊藻类比其他浮游植物清除效率更高,因为它们是密度最高的物种。统计分析数据汇集在1993年和1994年发现原水总的浮游植物生物量与其相对去除量这两个过程之间是明显的非线性关系(图6)。DAF 和CGS 使生物量减少的量和预测图6所示模型原水生物量浓度的增加量相似。这可能是由于这一事实,即有相当分散在生物量减少的百分比结果在低浓度的水源。不过,这显得去除效率之间的差异因为浮游植物密度的增加而不是那么明显。统计上CGS 去除不同径级浮游植物没有显著差异(所有尺寸平均42-52%),同样,这些差异在DAF 上也不显著。然而,有一种趋势表明DAF 去除小尺寸的比大尺寸的更有效(图4)(尤其是)35微米的组)。例如。DAF 能去掉80%的5-10微米的浮游植物但是只能去除66%的大于35微米的浮游植物。、
FPA ,TOC 和颜色
浮游植物的水溶性成分和物理成分通过转换净化并不一定转化为满意的味道和气味问题。虽然与水有关的下列DAF 要小于CGS 。DAF 的单独问题并没有完全缓解(表6)。通过无烟煤过滤/沙减少只有轻微的F 等级为C 相比澄清水。臭氧加DAF 也没有成功消除异味。钝齿锥囊藻的腥味因为臭氧而变为“塑料”一样的气味。这种气味强烈(FPA 等级=1)而且在美学观点上不可以接受这样的腥味。用臭氧通过活性炭过滤/砂过滤器使原有腥味变成塑料味。
1994年TOC 浓度介于0.5至4.4毫克,平均为1.7毫克/升;TOC ,消除有机碳(DOC )的比率为1.06. 。6月平均月TOC 浓度超过1.06. 几乎现在所有的TOC 都被看做DOC 。今年大部分的DAF 和CGS 组比较发现在去除物理过程。
TOC 的季节性浓度升高影响试验工程去除效率的过程。在冬季TOC 含量低于1.0毫克/L时,DOC 和CGS 的去除率都小于3%的TOC 。平均TOC 浓度和清除量相应在早春增加(1994年3月到4月),但是,由DAF 和CGS 去除的效率是可以比较的。在TOC 浓度范围为1.0至2.5mg/时DAF 13%TOC ,CGS 去除10%TOC 。由DAF 和CGS (大于30%)最高的TOC 的平均去除率在春节径流期混凝剂作用时期。TOC (6月月平均为3.6毫克/升)而且浊度达到最高峰。DAF 比CGS 只有在浮游植物对于TOC 的去除率要更有效率。1994年4月29日是浮游植物水化的一个高峰,例如,DAF 比CGS 去除的TOC 要多40%, 在这期间更多的TOC 被DAF 去除。GAC/沙石过滤器比无烟煤/砂过滤器去除量多5-30%。
在表7总结中,1994年浮游植物生长期内原水的颜色是5.4TCU 而且水的颜色只能保持7天,CGS 和DAF 分别去除54%和61%的颜色。GAC 和 CGS或者DAF 过滤78%的颜色。最好的颜色去除效果是用臭氧加DAF 。这个臭氧过滤通过GAC/砂滤水导致水中没有颜色。
概要和结论
浊度和粒子计数
DAF 提供了优越的澄清微粒迁移比CGS 水源载浮游植物以及浊度是由于时粉质径流材料。尽管以前的研究(Janssens.1991)认为DAF 的浊度和浮游植物的迁移没有明确的关系。DAF 和CGS 在原水中含有高浓度的浮游植物时去除效率最高。浮游植物浮起来时比沉下去时更容易去掉,在径流水浊度加重淤泥材料。然而DAF 仍然比CGS 提供的净化。在1994年春季径流期间,原水浊度高峰达到47ntu ,这个值远远低于正常时期的100ntu ,1995年持续的研究比较DAF 和CGS 的效率在更多原水处。浊度和颗粒计数过滤水来自海关总署和无烟煤双重介质过滤器全年可比。臭氧化之前过滤微粒浓度大大降低。由海关总署制作/砂过滤水和无烟煤/沙双重介质过滤器; 类似观察两种过滤器。
叶绿素A 和浮游植物生物量都证实了测量浮游植物的去除效率DAF 要大于CGS 。DAF 比CGS 提供了多25%的浮游植物同样类比于叶绿素A 和CGS 。无论是DAF 还是CGS 对于浮游植物的去除率都是与浮游植物的浓度有关。由于浮游植物的数量增加,同时DAF 和CGS 变得更加有效。当原水中浮游生物量超过1600微克/升,DAF 和CGS 消除浮游植物的效率分别达到95%和65%。当浮游植物水平降低时,这两个过程的去除效率更加降低。DAF 和CGS 对于浮游植物类群的8个族群的消除率不相同。DAF 似乎影响浮游植物细胞大小。虽然不明显。但DAF 去除的效率相对于大尺寸的浮游植物比小尺寸的要低。
FPA,TOC 和颜色
虽然DAF 减轻原水中浮游植物的气味要比CGS 更加有效,DAF 不能单独完全解决口味和气味问题。臭氧还没有消除浮游植物的气味,而造成的腥味霉味,从而转化成其他的气味问题。无烟煤/砂滤双重介质没有有效的去除气味而GAC/砂过滤器有效地消除浮游植物气味以及臭氧的气味。DAF 和CGS 过程中去除TOC 是最能
比较的时期。在浮游植物生物量增加的时期,DAF 去除TOC 的效率要超过CGS 。正像微粒的消减,DAF 和CGS ,TOC 去除率的差异被最大化时,高浓度的浮游植物在原水。GAC/砂过滤器比无烟煤/砂消除TOC 效率更高,DAF 在去除颜色的效率上要略微高于CGS 。臭氧是消除异色的最好方法。
味道和气味控制的解决方法对于减少浮游植物和减轻口感和气味问题,最有效的方法是找到DAF 和CGS 相结合的活性炭过滤。结合臭氧和GAC/砂滤将减轻成品水的气味。
鸣谢——对于参与并由贡献于试验工程计划的各位表示由衷的感谢。包括罗伯特普里查德,读T.Seid -ner.Thomas Greaves.Keith贝申斯基和Anita 哈贝科斯特(在卡尔加里市工程与环境署,水务科)和巴里瓦兰斯(艾伯塔相关工程公司)。
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