活性炭反洗對銨去除的影響，活性炭已被廣泛引入先進的飲用水凈化廠，以去除有機物和銨。反洗，這是活性炭維護的常規(guī)做法，是影響活性炭及其微生物生物量性能的重要操作因素。在這項研究中，從飲用水凈化廠收集反洗前后的活性炭樣品，在實施原水預(yù)氯化之前和之后進行取樣。評估了反洗對活性炭的銨去除能力的影響，還分析了反洗后活性炭上氨氧化古菌(AOA)和氨氧化細菌(AOB)的豐度。

　　臭氧化活性炭已廣泛應(yīng)用于飲用水凈化廠以改善水質(zhì)。活性炭具有較大的比表面積。雖然物理吸附是活性炭的主要功能，但是活性炭的表面增殖微生物在水凈化中起著重要作用。銨的氧化是其關(guān)鍵的生物學(xué)功能之一。水性銨與氯反應(yīng)形成一氯胺，在一些自來水廠中一氯胺可作為長效消毒劑，確保自來水的飲用安全。

　　然而，在某些條件下，銨可以進一步與過量的氯反應(yīng)并在成品水中產(chǎn)生有氣味的三氯胺。為了生產(chǎn)高品質(zhì)的飲用水，達到自來水公司的要求，成品水中的三氯胺必須保持在不可檢測的水平(<0.02 mg/L)。雖然有幾項研究討論了影響活性炭硝化性能的操作和環(huán)境因素，如活性炭材料，空床接觸時間，活性炭老化，反洗，溫度和原水，這些影響成品水質(zhì)量的機制尚未完全揭示，這阻礙了其他的研究進展。了解微生物生態(tài)學(xué)是解決當前水處理技術(shù)問題和提高其性能的關(guān)鍵，因為微生物始終參與并在地球化學(xué)循環(huán)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

　　通常認為氨氧化是由兩組氨氧化微生物進行的：氨氧化古菌(AOA)和氨氧化細菌(AOB)。盡管AOA僅在十年前被發(fā)現(xiàn)，但它們被認為在氨氧化中起著重要作用，特別是在貧營養(yǎng)環(huán)境中。此外，已發(fā)現(xiàn)銨濃度對AAC和AOB在活性炭上的活性至關(guān)重要。臭氧化也是決定活性炭內(nèi)微生物群結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素。然而，水處理的其他因素(環(huán)境和操作因素)對氨氧化劑的存在和豐度以及活性炭的銨去除性能的影響尚未得到很好的闡明。

　　在飲用水處理中，反洗是活性炭維護的常規(guī)做法。反洗的目的是減少活性炭孔隙的堵塞。同時，反洗是在活性炭上維持適當生物膜的有效方法，因為不充分的反洗導(dǎo)致形成厚的生物膜，這可能阻礙底物進入微生物。另一方面，薄的生物膜可能會降低活性炭的性能，因為大多數(shù)微生物會被反沖洗脫落。雖然一些研究已經(jīng)證明了反洗對活性炭孔隙內(nèi)微生物生物量的影響，但經(jīng)過多次實驗得出了不一樣的結(jié)果。此外，這些結(jié)果集中在整個微生物群落，而反洗對氨氧化微生物的影響，它們是介導(dǎo)氨氧化的功能性微生物。活性炭上有兩組氨氧化劑，它們對環(huán)境因素(如氨濃度和溫度)的反應(yīng)不同。因此，有必要還評估反洗等操作因素對其活動和社區(qū)的影響。他們發(fā)現(xiàn)反洗后硝化細菌的生物量沒有變化。

　　當活性炭內(nèi)的生物活性在冬季降低時，在凝結(jié)/沉淀之前實施預(yù)氯化或斷點氯化以化學(xué)除去原水中的銨。此外，氯是一種有效的消毒劑，用于控制飲用水系統(tǒng)中的微生物活動和生長。據(jù)了解，預(yù)氯化對活性炭的氨氧化性能以及AAC和AOB在活性炭上的豐度具有強烈的負面影響。

　　在該研究中，在反洗之前和之后從飲用水凈化廠收集活性炭樣品。在實施預(yù)氯化之前和之后進行取樣，以評估反洗和預(yù)氯化對活性炭的銨去除能力以及與活性炭相關(guān)的AOA和AOB的豐度的影響。另外，測量了反洗水中脫落量的AOA和AOB。該研究的結(jié)果有助于了解活性炭的硝化性能和優(yōu)化反沖洗程序。

　　原水中的銨濃度和飲用水凈化廠的廢水

　　原水中的銨濃度和飲用水廠中純化過程的流出物如圖1所示。兩種樣品的原水中的濃度約為0.05 mg N/L(即有或沒有預(yù)氯化)。銨的顯著減少兩次采樣中凝結(jié)/沉淀流出物中的濃度(p<0.01)可能是由于絮凝和沉淀過程中物理化學(xué)和電化學(xué)反應(yīng)的影響。圖1a中初級砂濾后銨濃度的第一次顯著降低(p<0.01)應(yīng)歸因于氨氧化微生物的生物活性。然而，在開始預(yù)氯化之后，由于預(yù)氯化的消毒效果，通過初級砂過濾不會降低銨濃度。僅在未實施預(yù)氯化時才觀察到凝結(jié)/沉降至活性炭流出物中銨濃度的顯著降低。此外，活性炭流出物中剩余的銨更多。實施預(yù)氯化后的取樣為02 mg N/L)與實施預(yù)氯化前的取樣中活性炭流出物中的銨濃度(0.01 mg N/L)相比較。由于預(yù)氯化可以化學(xué)去除原水中的銨，因此在預(yù)氯化期間凝結(jié)/沉降的流出物中銨濃度的降低高于未實施預(yù)氯化的凝結(jié)/沉降(57%對40%)。然而，由于在以下純化過程中氯消毒對微生物的負面影響(即初級砂濾和活性炭)，銨濃度不能進一步降低。

　　圖1：兩種樣品中原水中的銨濃度和水凈化過程的流出物(即沒有預(yù)氯化(a)和預(yù)氯化(b)。

　　反洗對活性炭去除銨效果的影響

　　圖2顯示了反洗前后活性炭的銨去除能力的變化。沒有預(yù)氯化，銨去除能力為0.040mgN/L/h/g-dry。在第一次取樣后反洗(p<0.01)后，它增加了12%。另一方面，當實施預(yù)氯化時，去洗后的去除能力降低了12%(從0.048到0.042mg N/L/h/g-dry)(p<0.01)。

　　圖2：在“無預(yù)氯化”和“預(yù)氯化”的采樣時間之前和反洗后之前活性炭的銨去除能力。BW：反沖洗和誤差條：標準偏差。

　　反洗對活性炭上AOA和AOB豐度的影響

　　AOA和AOB與amoA基因的定量PCR結(jié)果顯示在圖3中。在兩個樣品中AOA在活性炭上占優(yōu)勢。無論預(yù)氯化，反洗都不會顯著影響AOA或AOB的量(p> 0.01)。其中反洗對硝化細菌生物量的影響可以忽略不計。實驗也證明飲用水廠中使用的滴濾池上的氨氧化劑的豐度也不受反洗的影響，反洗不會使硝化作用惡化。然而，反洗后大量細菌生物量減少對微生物群落的影響小于對微生物生物量的影響，后者通過反洗顯著減少。活性炭上不同微生物的生態(tài)位分離可能是產(chǎn)生不同結(jié)果的原因，因為反洗可能對某些類型細菌的生物量具有強烈影響，而對氨氧化劑的生物量影響較小。

　　盡管反洗后活性炭上AOA和AOB的豐度保持穩(wěn)定，但兩種樣品中的銨去除能力發(fā)生了變化。第一次取樣中銨去除能力的增加可能是由于去除了積聚的絮凝物或過量的生物膜，這阻礙了材料向硝化劑的擴散。然而，預(yù)氯化可能對反洗后氨氧化劑的活性產(chǎn)生不利影響。結(jié)果，反洗后銨去除能力顯著降低。

　　圖3：在“無預(yù)氯化”和“預(yù)氯化”的采樣時間之前(實心棒)和之后(帶斜線的棒)反洗的活性炭上AOA和AOB的豐度。

　　本期研究證明了反洗對活性炭AOA和AOB豐度的邊際影響。沒有預(yù)氯化，反洗有助于恢復(fù)活性炭對銨去除的能力。另一方面，預(yù)氯化期間的反洗可能對活性炭的銨去除效果產(chǎn)生不利影響。建議進一步分析，以確認這些現(xiàn)象和相關(guān)影響。

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