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J o u r n a l ofH a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y N e w S e r i e s V o 1 1 7 N o 6 2 0 1 0 S t u d y o n e n h a n c e d fi l t r a t i o n f o r t h e 2 me t h y l i s 0 b 0 r n e 0 l r e mo v a l i n d r i n k i n g wa t e r t r e a t me n t pr o c e s s e s GAO Y u n a n l L I We i g u a n g l BAI Yu 2 L I U S h u i l 郜玉楠 李伟光 白 宇 刘 水 1 S c h o o l o f Mu n i c i p a l a n d E n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g Ha r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y H a r b i n 1 5 0 0 9 0 C h i n a g a o y u n a n 0 1 1 6 3 c o m 2 B e i j i n g D r a i n a g e G r o u p C o L t d B e i j i n g 1 0 0 0 2 2 C h i n a Ab s t r a c t P i l o t p l a n t s t u d i e s o n 2 me t h y l i s o b o r n e o 1 2 一 MI B r e mo v al i n d r i n k i n g wa t e r b y b i o l o g i c a l a c t i v a t e d c a r b o n s a n d fi l t e r f B AC S F 1 w e r e e o n d u c t e d i n t h i s p a p e r T h e b i o l o g i c a l a c t i v a t e d c a r b o n wa s c h o s e n f r o m a BAC fi l t e r o f a n a d v a n c e d t r e a t me n t p l a n t whi c h h a s o pe r a t e d f o r 1 y e a r The r e s u l t s s h o we d t ha t t h e BACS F wo r k e d e f f e c t i v e l y wh e n h i g h c o n c e n t r a t i o n s o f MI B i n r a w wa t e r es p e c i a l l y i n s u mme r s e a s o n Mo s t o f t h e MI B w a s r e mo v e d wi t h i n 4 5 0 ml n o f t h e t o p p a c k e d me d i a a n d t h e r e mo v a l r a t e w a s 7 5 2 4 T h e b i o ma s s o n t h e S H l a c e o f a c t i v a t e d c a r b o n i n c r e a s e d t o 1 0 3 n mo l P g c a r b o n i n Au g u s t I n a d di t i o n t o MI B t u r bi d i t y UV2 5 4 a n d DO C c o n s u mp t i o n v a l u e a r e a l s o e f f e c t i v e l y r e mo v e d b y B AC S F T h e mi c r o fl o c c u l a t i o n i n c o mb i n a t i o n w i t h BACS F e n ha nc e d fil t r a t i o n t e s t p r o v i d e d t he e v i d e nc e t ha t t he mi c r o flo c c u l a t i o n ma de t he c o n t a mi n a n t j n wa t e r f o r mi n g t h e c o l l o i d a l ma t t e r a n d i t i mp r o v e d t h e B AC S F r e mo v a l a b i l i t y o f MI B T h e o p t i mu m P AC l d o s a g e w a s 0 2 me L a n d t h e P AC I c o n t a c t t i me w a s 2 4 mi n K e y w o r d s b i o l o g i c al a c t i v a t e d c a r b o n B A C g r a n u l a r a c t i v a t e d c a r b o n G A C e n h a n c e d fi l t r a t i o n 2 一 me t h y l i s o b o r n e o l MI B mi c r o fl o c c u l a t i o n C L C n u mb e r x 7 0 3 1 T U 9 9 1 2 D o c u me n t c o d e A A r t i c l e I D 1 0 0 5 9 1 1 3 2 0 1 0 0 6 0 8 1 2 0 7 Od o u r i s no t o n l y t h e i n g wa t e r bu t a l s o a f a c t o r a e s t h e t i c p a r a me t e r i n d r i n k wh i c h c a n h a v e t h e e f f e c t o n t h e o r g a n i c ma t e ria l a l g a e mi c r o p o l l u t a n t Co n s u me r p e r c e p t i o n r e g a r d i n g t h e s a f e t y o f d r i n k i n g wa t e r i s o f t e n b a s e d o n o d o u r t a s t e a n d a p p e a r a n c e P e r c e p t i o n o f h e a l t h r s k s b a s e d o n a e s t h e t i c p r o p e r t i e s ma y r e s u l t i n p u b l i c d e ma n d f o r t h e g r e a t e r wa t e r t r e a t me n t e v e n i f a c t u a l r i s k i s l o w 2 j No wa d a y s c y a n o b a c t e r i a l me t a b o l i t e s h a v e r e c e i v e d wi d e s p r e a d a t t e n t i o n d u e t o t h e i r p e r s i s t e n c e i n d rin k i n g wa t e r s u p p l i e s Th e t a s t e a n d o d o u r me t a b o l i t e o f c y a n o b a c t e r i a l 2一 i ne t h y l i s o b o r n e o l MI B h a s b e e n fou n d t o b e r e c a l c i t r a n t t o c o n v e n t i o n a l wa t e r t r e a t me n t p r o c e s s e s L T h e r e f o r e i f t h e o d o ur p r o b l e ms o c c u r a t t h e s o u r c e a s t h e c y a n o b a c t e r i a l me t a b o l i t e s t h e n i n c r e a s e d t r e a t me n t for o d o u r r e mo v a l i s n e e d e d Ah h o u g h b o t h p r e t r e a t me n t s u c h a s o z o n e p r e o x i d a t i o n a n d a d v a n c e d t r e a t me n t s u c h a s me mb r a n e fil t r a t i o n c o u l d t h e o r e t i c a l l y b e s e l e c t e d t o r e mo v e o r g a n i c o d o ur c o mp o u nd s b o t h h i g h e r a d d i t i o n al c a p i t a l a n d o p e r a t i o n a l c o s t a n d l a r g e r a d d i t i o n a l l a n d o c c u p a t i o n a r e r e q u i r e d wh i c h ma k e s i t v e r y d i m c u h t o a p p l y t h e p r e t r e a t me n t a n d t h e a d v a n c e d t r e a t me n t e s p e c i a l l y i n t h e d e v e l o p i n g c o u n t rie s l Fo r t h i s r e a s o n t h e e n h a n c e d c o n v e n t i o n a l t r e a t me n t a s a n e c o no mi c a l s o l u t i o n t o t h e s e p r o b l e ms wa s i n v e s t i g a t e d i n t h e s t u d y I n Ch i n a a l mo s t o f t h e c o n v e n t i o n a l d rin k i n g wa t e r wo r k s u s e s i n g l e 1 a y e r s a n d fil t e r s o r d u a 1 1 a y e r a n t h r a c i t e s a n d fi l t e rs a s fil t r a t i o n f a c i l i t i e s T r a d i t i o n all y s p e a k i n g t h e p u r p o s e o f fil t r a t i o n i s t o r e mo v e t he t u r b i d i t y a n d mi c r o o r g a n i s m i n fi l t e r s i n f l u e n t B e c a u s e o f t h e e n v i r o n me n t a 1 p o l l u t i o n ma n y s o u r c e wa t e r s c o n t a i n mi c r o p o l l u t a n t s s u c h a s a l g a e MI B k i n d s o f o r g a n i c s u b s t a n c e s wh i c h c o u l d e mi t t h e a wf u l o d o u r Bo t h s a n d fil t e r a n d a n t h r a c i t e s a n d fil t e r c a n h a r d l y r e mo v e t h o s e c o n t a mi n a n t s i n t h e wa t e r I t i s we l l k n o wn t h a t a c t i v a t e d c a r b o n t r e a t me n t i s e f f e c t i v e f o r t h e r e mo v a l o f mu s t y o d o u r c o mp o u n d s l Ac t i v a t e d c a r b o n w i t h d e v e l o p e d s p a c e s t r u c t u r e a n d h u g e s p e c i fi c s u r f a c e h a s q u i c k a b s o r p t i o n r a t e o f o r g a n i c ma t e ria l Ho we v e r t h e e x p e n s i v e o p e r a t i o n a l c o s t o f t h e s e p h y s i c al c h e mi c a l t r e a t me n t p r o c e s s e s h a s l e d s o me r e s e a r c h e rs t o s t u d y b i o l o g i c a I t r e a t me n t a s a me a n s o f r e mo v i n g mus t y o do u r f r o m d rin k i n g wa t e r On t h e o t h e r h a n d b i o l o g i c al a c t i v a t e d c a r b o n B A C n a t u r a l l y b r e e d s a b a c t e ri a l p o p u l a t i o n o ff i t s s u r f a c e wi t h t h e h e l p o f t h e b i o a c t i v i t y o n BAC t h e r e d u c t i o n o f o d o u r ma t e r i a l i s c o n s i de r e d t o ma i n t a i n a l o n g e r s e r v i c e t i me I n t h i s p a p e r t h e e n h a n c e d fil t r a t i o n i s d e fin e d a s a t e c h n i q u e t o l o we r d o wn t h e MI B t o a g r e a t e x t e n t b y Re c e i v e d 2 o o 9 0 9 3 0 S p o n s o r e d b y t h e N a t io n a l N a t u r a l S c ie n c e F o u n d a ti o n o f C h i n a G r a n t N o 5 0 6 7 8 0 4 6 8 1 2 J o u r n a l 0 厂 H a r b i n I n s t i t u t e o fT e c h n o l o g y N e w S e r i e s V o 1 1 7 N o 6 2 0 1 0 t h e r e t r o fit o f e x i s t i n g fi l t e r wi t h o u t r a d i c a l l y c h a n g i n g t h e fi l t e r d e s i g n Th e MI B r e mo v a l e f f i c i e n c y o f d i f f e r e n t fi l t e r me di um wa s a n a l y z e d a n d a n i n n o v a t i v e t e c h no l o v mi c r o flo c c u l a t i o n i n c o mb i n a t i o n wi t h BAC e n h a n c e d fi l t r a t i o n t e c h n o l o g y wa s pu t f o r wa r d t o i mp r o v e MI B r e mo v a l i n s u mme r s e a s o n As t he e n ha n c e d fi l t r a t i o n p r o c e s s i s a n e c o n o mi c a l a n d e f f e c t i v e wa y t o t r e a t MI B t h e r e s e a r c h i s foe u s e d o n t h e MI B r e mo v a l d e v e l o p me nt a n d i mp r o v e me n t o f t h e t r e a t me n t p a r a me t e r 1 M a t e r i a l a nd M e t ho d s 1 1 Pi l o t Pl a n t s Th e t hr e e fil t e r s we r e o p e r a t e d f r o m 7 J a n t o 3 0 De e Mi c r o fl o c c u l a t i o n t e s t wa s o pe r a t e d d u r i n g s u m me r s e a s o n l a s t i n g f o r 3 mo n t h s f r o m 1 J u l t o 1 0 c t a n d t h e a v e r a g e t e mpe r a t u r e wa s 29 q C Th e s o u r c e wa t e r wa s o b t a i n e d fro m S h e n z h e n Re s e r v o i r T he pi l o t p l a n t e mpl o y e d c o n v e n t i o n a l t r e a t m e n t p r o c e s s e s i n c l u d i n g r a p i d mi x 1 2 0 m m 1 2 0 mm x l 8 0 mm fl o c c u l a t i o n 3 0 0 mm x 3 0 0 mm x 3 2 0 mm s e d i me n t a t i o n 9 0 0 mm 3 0 0 mm 4 5 0 mm a n d fi l t r a t i o n T h e fl o w c h a r t o f p i l o t s c a l e t e s t i s s h o wn i n F i g 1 S o u r c e wa t e r wa s p u mp e d i n t o a r a p i d mi x b a s i n wh e r e 1 0 mg L p o l y a l u mi n u m c h l o rid e a s t he c o a g u l a n t wa s d o s e d a t 1 1 0 I h b y a e e n t rif u g a l p u mp Th e n t h e e r ru e n t f l o we d t o a flo c c u l a t i o n b a s i n a n d t h e f o l l o wi n g s e t t l e d b a s i n b y g r a v i t y Th e c l a r i fie d wa t e r f r o m t h e s e t t l e d b a s i n wa s s i mu ha n e o u s l y p u mp e d i n t o t h r e e d i f f e r e n t fil t e r s i n c l u di n g b i o l o g i c a 1 a c t i v a t e d c a r b o n s a n d fi l t e r B AC S F g r a n u l a r a c t i v a t e d c a r b o n s a n d fi l t e r GA C S F a n d s a n d fi l t e r S F T h e o p e r a t i o n a l c o n d i t i o ns o f t he fil t e r s a r e s h o wn i n Ta b 1 Mi c r o flo c c u l a t i o n t e s t wa s i n v i t e d t o i mp r o v e t h e MI B r e mo v a l i n s u mme r Th e p o l y me r i z e d a l u mi n i u m c h l o r i d e P AC 1 t h e A 1 O c o n t e n t o f 9 8 a s t h e mi c r o flo c c u l a n t wa s d o s e d by t h e me t e rin g p u mp a n d t h e n mi x e d wi t h t h e i n flu e n t b y t he s t a t i c mi x e r i n t o t he f l o c s b e for e p u mpe d t o t h e fil t e r s Th e c o n t a c t t i me o f t h e flo c s wa s c o n t r o l l e d b y t h e l e n g t h o f t he p i p e Mi c r o f l o c u l a t i o n t e s t Me t e r i n g p u m p A b i o l o g i c a l a c t i v a t e d c a r b o n s a n d fi l t e r B A C S F B g r a n u l a r a c t iv a t e d c a r b o n s a n d fi l t e r G A C S F C s a n d f i l t e r S F Fi g 1 Fl o w c har t s o f pi l o t t e s t Ta b 1 Op e r at i o na l c o ndi t i o ns of t he fil t e r i n pi l o t pl a nt t e s t P a c k e d c o l u mn De p t h o f p a c k e d me d i a Fi l t e r A 0 6 m b i o l o g i c a l a c t i v a t e d c a r b o n a nd 0 3 m s a n d F i l t e r B O 6 m v i r g i n gra n u l a r a c t i v a t e d c a r b o n a n d 0 3 m s a n d F i l t e r C 0 9 n l s a n d F i l t r a t i o n r a t e m h C o n t a c t t i me mi n Ba c k wa s h i n g F l o w r a t e o f a i r L m s 一 F l o w r a t e o f w a t e r L m s 一 S e q u e n c e Ba e k w a s h i n g F r e q u e n c y 8 9 1 0 1 5 1 0 a i r 2 m i n 与 a i r w a t e r 3 m i n j w a t e r 5 8 mi n 2 t 0 4 t i me s a we e k 81 3 J o u r n a l o fH a r b i n I n s t i t u t e o fT e c h n o l o g y N e w S e r i e s F o 1 1 7 N o 6 2 0 1 0 1 2 Fi l t e r M e d i a T h e p i l o t s c a l e fi l t e r s we r e e q u i p p e d wi t h t h r e e k i n d s me d i a i n c l u d i n g s a n d v i r g i n g r a n u l a r a c t i v a t e d c a r b o n GAC a n d b i o l o g i c a l a c t i v a t e d c a r b o n B AC Th e GAC a n d BAC we r e p u t u p o n 3 0 0 mm h e i g h t s a n d l a y e r whi c h a c t e d a s a fin a l ba r r i e r f o r t h e mi c r o o r g a n i s m r e mo v a 1 Th e b i o l o g i c a l a c t i v a t e d c a r b o n wa s c h o s e n f r o m a BAC fil t e r o f a n a d v a nc e d t r e a t me n t p l a n t wh i c h h a d o p e r a t e d for 1 y e a r Th e b a c t e ria l p o p u l a t i o n h a d f o r me d o n t h e s u r f a c e o f a c t i v a t e d c a r b o n a n d t he r e mo v a l f u n c t i o n o f a c t i v a t e d c a r b o n wa s g r a d u a l l y c o n v e r t e d f r o m a d s o r pt i o n t o b i o d e g r a d a t i o n T h e b i o ma s s d e p o s i t e d o n t h e a c t i v a t e d c a r b o n r e a c h e d t h e v a l u e o f a p p r o x i ma t e l y 8 5 n mo l P g c a r b o n wh i c h c o r r e s p o n d e d t o 8 5 1 0 b a c t e ria o f t h e s i z e o f E c o l i Th e c h a r a c t e ris t i c o f fil t e r me d i a i s s h o wn i n T a b 2 Tlab 2 Cha r a c t e r i s t i c s o f fil t e r me di a 1 3 An a l yt i c a l M e t h o ds MI B c o n c e n t r a t i o n wa s d e t e r mi n e d b y g a s c h r o ma t o g r a p h y ma s s s p e c t r o me t r y GC MS T h e s a mp l e w a s p r e t r e a t e d b y a d d i ng s o d i u m c h l o r i d e i n o r d e r t o r e l e a s e MI B f r o m t h e a l g a e c e l l 8 j Bi o ma s s wa s d e t e c t e d b y t h e l i p i d P a n a l y t i c a l me t h o dI 一 F o r p h o s p h o l i pi d e x t r a c t i o n 0 8 mL o f d e i o n i z e d wa t e r 1 mL o f CHCl a nd 2 mL o f CH 0H we r e i n t r o d u c e d t o a v i a l c o n t a i n i n g 0 5 g o f b i o l o g i c a l a c t i v a t e d c a r b o n s a mp l e o n t h e fi l t e r T he e x t r a c t i o n mi x t u r e wa s s h a k e n for 1 0 mi n a n d wa s t he n a l l o we d t o s t a n d f o r 2 h Th e v i a l wa s c h a r g e d wi t h 1 mL o f d e i o n i z e d wa t e r a nd l mL o f CHCl a n d t h e mi x t u r e wa s s h a k e n for 1 0 mi n a n d t h e n s t a n d e d for 2 2 h A 1 6 mL s a mp l e wa s t a k e n wi t h a s y r i n g e f r o m t h e c h l o r o for m 1 a y e r Th i s s a mp l e wa s p l a c e d i n a v i a 1 a n d t h e n c h l o r o f o r m wa s e v a p o r a t e d u nd e r t h e ni t r o g e n a t mo s p h e r e S u b s e q u e n t l y 0 9 mL o f p o t a s s i u m p e r s u l f a t e f 4 m v r e a g e n t w a s a d d e d T h e v i a l w a s s e a l e d a n d a n n e a l e d a t 1 0 2 for 2 h a n d w a s a l l o w e d t o s t a n d o p e n for c o o l i n g Ne x t 0 2 mL o f a mmo n i u m mo l y b d a t e 1 m v r e a g e n t i n 5 7 2 N H 2 S 0 4 a n d 0 9 mL o f ma l a c h i t e g r e e n 1 0 m v r e a g e n t w a s a d d e d t o t h e v i a l a n d a l l o we d t o s t a n d for 3 0 rai n Ab s o r b a n c e o f s a mp l e s wa s me a s u r e d a t t h e wa v e l e n g t h o f 61 0 n m u s i ng t h e 75 6 t y p e s p e c t r o p h o t o me t e r T h e p h o s p h a t e c o n c e n t r a t i o n wa s d e t e r mi n e d f r o m a s t a n d a r d i z a t i o n c u r v e p r e p a r e d f o r p h o s p h a t e c o n c e n t r a t i o n s r a n g i n g f r o m 0 t o 1 0 L L m Th e GAC s a mp l e s u t i l i z e d f o r a n a l y s e s we r e d rie d a t 1 0 5 q c f o r 7 6 h a n d we i g h e d T he r e for e t h e a mo u n t o f b i o ma s s wa s r e p o rte d a s n mo l P g dr y c a r b o n Tu r b i d i t y wa s me a s u r e d wi t h a n o n l i n e t u r b i d i me t e r o f 2 1 0 0 S P t y p e H A C H C o m p a n y u V 2 5 4 r e p r e s e n t e d t h e a b s o r b a n c y o f u l t r a v i o l e t a t 2 5 4 n m w i t h o u t a d j u s t i n g p H b y t h e p e c t r 0 p h o t o m e t e r o f 7 5 6 T y p e D0C c o n c e n t r a t i o n wa s d e t e r mi n e d b y t h e P h o e n i x 8 0 0 t y p e a n a l y s i s me t e r S c a n n i n g e l e c t r o n mi c r o s c o p y S E M w a s u s e d t o o b s e r v e t h e b i o fi l m d e v e l o p m e n t 8 1 4 o n t he a c t i v a t e d c a r b o n 2 Re s ul t s a nd Di s c us s i o n 2 1 M I B Re mo v a l b y Di f f e r e n Fi l t e u s F i g 2 s h o ws t h e p e r f o rm a n c e o f t h e t h r e e fi l t e r s d u r i n t h e o n e y e a r o pe r a t i o n Th e MI B c o n c e n t r a t i o n o f t h e fi l t e r i n l e t v a rie d t o a 1 a r g e e x t e n t d u e t o t h e d i f f e r e n t s e a s o n t e mpe r a t u r e I n s umme r s e a s o n t h e a l g a e b l o o ms c a u s e d t h e S h e n z h e n Re s e r v o i r e mi t t i n g t h e mu s t y o d o r s uc h a wf u l o d o r wa s MI B o f wh i c h c o n c e n t r a t i o n i n c r e a s e d t o 1 0 3 n L i n Au g u s t I n w i n t e r t h e a v e r a g e t e mp e r a t u r e wa s 1 6 a n d t h e MI B c o n c e n t r a t i o n c o u l d b e l o we r d o wn t o 5 7 n g L 5 岂 t i m e m o n t h F i g 2 MI B r e mo v a l o f fi l t e r s v s t i me f o n e y e a r An a l y s i s o f t h e MI B r e mo v a l p e r f o r ma n c e d u rin g o n e y e a r o p e r a t i o n r e v e a l e d t h a t t h e r e mo v a l e 伍 c i e n c i e s o f BACS F a n d GACS F we r e b e t t e r t h a n t h a t o f t h e S F I t wa s s h o wn i n F i g 2 t h a t t he MI B wa s r e mo v e d by S F t o a 1 i t t l e e x t e n t wi t h o n l y 21 3 r e mo v a 1 r a t e An d t h e a v e r a g e MI B r e mo v a l r a t e s o f t h e BACS F a n d GACSF we r e 7 7 5 a n d 7 4 3 r e s p e c t i v e l y A1 t h o u g h b o t h a c t i v a t e d c a r b o n fi l t e r s ha d a c l o s e r e mo v a l u r n a l o fH a r b i n I n s t i t u t e of T e c h n o l o g y N e w S e r i e s V o 1 1 7 N o 6 2 0 1 0 r a t e t h e r e wa s s t i l l d i f f e r e n c e i n s umme r s e a s o n o f t he o p e r a t i o n t i me f r o m J u n t o S e p Du ri n g t h i s p e ri o d t h e a v e r a g e i n flu e n t MI B c o n c e n t r a t i o n i n e r e a s e d t o 9 5 n g L a n d mo s t o f t he MI B wa s a l s o e f f e c t i v e l y r e mo v e d b y t h e BACS F wi t h r e mo v a l r a t e o f 7 7 23 mo r e t h a n t h a t o f t h e GACS F wh i c h r e mo v a l r a t e wa s 71 22 T h i s r e s u l t s u g g e s t e d t h a t t h e BACS F wo r ks e f f e c t i v e l y wh e n hi g h c 0 n c e n t r a t i o n s o f I I I B i n r a w wa t e r F i g 3 s h o ws t h e MI B r e mo v a l e f f i c i e nc y o f t h r e e fi l t e r s i n c l ud i n g S F GACS F a n d BACS F d u r i n g o n e o p e r a t i o n p e rio d i n Au g T h e r e s u l t wa s t h e me a n d a t a o f t r i p l i c a t e e x p e r i me n t s Th e t e s t h a d l a s t e d f o r a bo