目前关于生物炭池反冲洗的研究主要集中于反冲洗的方式^[1] 以及反冲洗的技术优化^[2] ,对于生物炭池反冲洗前后生物状况的研究却很少。笔者通过考察镇江市金山水厂生物炭池反冲洗前后活性炭中生物量以及出水微生物浓度的变化,研究了该水厂生物炭池反冲洗前后的生物状况,以期通过掌握实际的生产运行参数,从生物安全的角度更科学地调节生产工艺,保证水质安全,为实际生产中生物活性炭技术应用提供理论指导。

　　 生物炭池设计规模为30万m³/d,分为8格,每格过滤面积为136.74m²。活性炭层厚度为2.0m,采用8×30目粒径级配,堆积密度0.35~0.55g/cm³,不均匀系数为1.90~2.00;承托层采用粗砂,厚度0.4m,颗粒粒径1.0~2.0mm。当水量为30万m³/d时,滤速为11.66m/h,空床停留时间为10.3min;当水量为20万m³/d时,滤速为7.78m/h,空床停留时间为15.5min;反冲洗方式为单独气冲加单独水冲洗方式。滤池反冲洗强度:气冲55m³/(m²·h),水冲25m³/(m²·h)。

　　 试验采用脂磷法测定生物量^[3] 。从生物炭池取出适量活性炭,用氯仿、甲醇和水萃取液萃取活性炭载体上微生物的磷脂组分,通过硫酸钾消解,消解后按钼酸铵分光光度测定其磷酸盐含量。

　　 异养菌(HPC)测量方法:将所取水样稀释合适倍数,采用涂布法进行异养菌平板计数。采用R2A培养基,培养温度为28℃,时间为7d。放线菌测量方法:将所取水样稀释合适倍数,采用涂布法进行放线菌平板计数。采用高氏一号培养基,培养温度为28℃,时间为7d。细菌总数(TB)测量方法:将所取水样稀释合适倍数,采用平皿计数法。采用营养琼脂培养基,培养温度37℃,时间48h。

　　 用自制取样器从生物炭池不同深度炭层取出适量炭粒,然后将炭样放入烘箱烘干,经电镜扫描得出试验结果。

　　 图1和图2是反冲洗前生物炭池表层和1m深处活性炭电镜扫描,图3和图4是反冲洗后生物炭池表层和1m深处活性炭电镜扫描。由此可知,反冲洗前后表层活性炭表面微生物及其代谢物相比1m深处活性炭要多,说明表层的微生物要比中下部多。

　　 相比较图1和图3可以看出,反冲洗前炭层表层活性炭表面微生物及其代谢物相比反冲洗后要多;相比较图2和图4可以看出,反冲洗前炭层1m深处活性炭表面微生物及其代谢物相比反冲洗后要多。说明反冲洗会减少生物炭池不同深度活性炭表面微生物及其代谢物。

　　 选取6号生物炭池为检测对象,比较在相同时间、相同温度的情况下,生物炭池在不同深度下生物量的变化趋势。图5为6号生物炭池反冲洗前、后不同深度生物量。反冲洗的方式为:单独气冲加单独水冲洗方式,气冲强度为55m³/(m²·h),水冲强度为25m³/(m²·h)。

　　 从图5中可以看出,无论反冲洗前或反冲洗后,生物炭池活性炭生物量随炭池深度增加呈递减趋势。反冲洗前,炭层深度为0~20cm处生物量为144.69nmolP/g活性炭,深度为40~60cm处的生物量为62.68nmolP/g活性炭,深度为80~100cm处的生物量为39.97nmolP/g活性炭,深度为140~200cm处生物量为20.76nmolP/g活性炭。这是因为当水流经过生物炭池时,表层微生物得到的有机物是最多的,而且前面臭氧工艺产生的氧气在表层也是最多的,所以表层活性炭的生物量最多。

　　 若是以采集的整个生物炭池里面的活性炭生物总量来看,0~60cm炭层活性炭生物量占总的炭层生物量的61.01%,60~120cm炭层活性炭生物量占总的炭层生物量的28.33%,120~200cm炭层活性炭生物量占总的炭层生物量的10.66%。反冲洗后0~60cm炭层活性炭生物量相比较反冲洗前减少了13.69%,60~120cm炭层活性炭生物量减少了22.08%,120~200cm炭层活性炭生物量减少了37.41%,可见反冲洗可以使生物炭池不同深度活性炭生物量减少,抑制微生物的生长,所以在生物炭池运行初期,可以延长反冲洗的周期以促进微生物的生长,形成稳定的生物膜。此外,也可通过缩短反冲洗周期来降低微生物的生长。

　　 不同季节水温有所差距,同时水中的有机物和生物炭池中微生物的数量也有所差异。当生物炭池运行稳定后,每天对生物炭池进行监测。采样时间7~12月,每月的平均水温分别为:7月份27.96℃,8月份28.37℃,9月份24.25℃,10月份22.50℃,11月份18.10℃,12月份13.50℃。图6~图8分别为不同月份,反冲洗后生物炭池出水中HPC、放线菌、TB随运行时间的变化。

　　 从图6~图8可以看出,在生物炭池运行周期内,随着时间增加,生物炭池出水HPC、放线菌、TB逐渐增多。从7月份~12月份生物炭池出水HPC日平均增长率分别为90.08%、94.94%、71.28%、66.98%、55.93%和53.23%;放线菌日平均增长率分别为54.35%、62.52%、41.88%、38.95%,37.36%和35.40%;TB日平均增长率分别为99.61%、106.43%、95.94%、88.78%、72.08%和62.97%。相同运行时间生物炭池出水的HPC、放线菌、TB随水温的降低而降低,生物炭池出水TB和水温成正相关,在生物炭池运行周期内,随着时间增加,生物炭池出水HPC、放线菌、TB浓度逐渐增多,而且增加速率随水温的降低逐渐减慢。

　　 因此,可以根据生物炭池出水HPC、放线菌、TB的浓度随水温的变化来确定反冲洗的周期:当水温高于25℃时生物炭池反冲洗周期为4~5d,当水温在20~25℃时生物炭池反冲洗周期为6~7d,当水温低于20℃时生物炭池反冲洗周期为7~8d。

　　 (1)反冲洗后活性炭的生物量低于冲洗前活性炭中的生物量,反冲洗次数增加会抑制微生物的生长。在生物炭池运行初期,可以延长反冲洗的周期以促进微生物的生长,形成稳定的生物膜。另外,也可缩短反冲洗周期来抑制微生物的生长。

　　 (2)生物炭池中活性炭的生物量随池深逐渐减少。

　　 (3)反冲洗后,随着时间增加,生物炭池出水HPC、放线菌、TB逐渐增多。相同运行时间生物炭池出水的HPC、放线菌、TB和水温成正相关,随水温降低而降低,并且降低速率随水温降低逐渐减慢。

　　 (4)通过反冲洗可以减少生物炭池不同深度活性炭生物量,并且可以有效降低生物炭池出水微生物指标。生物炭池反冲洗周期当水温高于25℃时为4~5d,当水温在20~25℃时为6~7d,当水温低于20℃时为7~8d。