生物活性炭技术主要是通过活性炭对有机物的吸附及其上的微生物对有机物的降解来达到对微污染有机物的去除，因而对有机物具有良好的去除效果，同样生物锰砂技术对铁、锰离子也有良好的去除效果[1～3]。本研究是首次把生物活性炭技术和生物锰砂技术集于一体，开发出小型高效的饮用水深度净化设备，用于去除水中的微污染有机物和铁、锰离子，出水完全可以达到我国新颁布的《生活饮用水水质卫生规范》，可以弥补我国在短期内无法提高城市管网水质的现状。
1 试验装置和方法
1.1 装置
主要装置见图1。该设备由便于观察的有机玻璃制成，直径为300mm，高为2m，内部填充了活性炭与锰砂，填充高度为0.8m，水的流量为63L/h，采用向下流式。该设备的主要优点是占地面积小、能耗小、操作简单。
1.2 工程菌的固化
试验中采用马放筛选驯化的15株工程菌[4]用于活化活性炭，在富集培养后采用物理吸附的方法固定到活性炭上，形成固定化生物活性炭。锰砂上的菌种采用毛大庆筛选驯化的工程菌[5]，经过富集培养后，同样采用物理吸附的方法固定在锰砂上形成固定 化生物锰砂。
1.3 试验用水
试验前期是把投加了铁、锰离子以及少量有机物的哈尔滨市管网末端水作为试验用水，铁的浓度为0～3mg/L，锰的浓度为0～2 mg/L，有机物的浓度为2～4mg/L；试验后期是直接 以哈尔滨市的管网末端水为试验用水。
1.4 测定方法
测定项目和方法见表1。
表1 测定项目和方法
| 测定项目 | 测定方法 |
| 高锰酸盐指数 | 高锰酸钾法 |
| 总铁 | 邻菲罗啉法 |
| 锰 | 甲醛肟分光光度法 |
| 浊度 | TSZ-Ⅱ型浊度仪 |
| 细菌总数 | 平板菌落计数法 |
| 大肠菌群数 | 多管发酵法 |
| 有机化合物 | GC/MS联机 |
从2000年12月—2001年6月，在6个月的连续试验中对进、出水高锰酸盐指数、铁离子与锰离子浓度、浊度等进行了监测。
2.1 高锰酸盐指数的去除
从2000年12月—2001年2月，向给水管网末端水投加一定浓度的铁、锰离子作为试验原水，对进、出水的高锰酸盐指数及铁、锰浓度进行检测，图2为进、出水的高锰酸盐指数测定的结果及去除率变化曲线。
从图2可见，原水高锰酸盐指数为2.5～4mg/L，而出水为1.5mg/L左右，去除率在50%以上。试验是在冬季进行的(水温为5℃左右)，表明该装置在低温条件下对有机物仍有较好的去除效果，这主要是因为所用的工程菌是低温菌。
从2001年2月—6月，直接以市政管网水为试验用水，对高锰酸盐指数进行了测定，结果见图3。
从图3可以看出，这期间的进水高锰酸盐指数较低(2.5～3.0mg/L)，而出水基本稳定在1.5mg/L以下，去除率在50%以上。尽管进水高锰酸盐指数较低但去除效果较好，表明较低的有机物含量并没有限制工程菌作用的发挥，这是由于工程菌是经过特定的人工筛选、并经贫营养驯化过的，可以适应自来水中的低营养条件。
2.2 铁、锰离子的去除
从2000年12月—2001年2月，向哈市管网末端水投加一定浓度的铁、锰离子作为试验用水，试验中进、出水的铁浓度及去除率的变化。
从图4可见初期铁的去除率在80%左右，运行半个多月后去除率一直稳定在95%左右，出水铁的浓度稳定在0.1mg/L左右，达国家标准(0.3mg/L)。
对进、出水的锰浓度的测定结果见图5。同铁的去除情况相同，工程菌经过初期的适应之后，后期对锰的去除率一直稳定在80%左右，出水锰的浓度稳定在0.1mg/L左右，达国家标准(0.1mg/L)。可见工程菌在生物法处理铁、锰中占有重要地位。
2.3 浊度的变化
在整个试验过程中，浊度不是连续测定的，前期测定结果见表2，后期测定结果见表3。
表2 试验前期进、出水浊度测定结 果 NTU
| 日期 | 1月8日 | 1月17日 | 1月25日 | 2月7日 | 2月18日 |
| 原水浊度 | 10.28 | 9.28 | 9.14 | 9.54 | 8.79 |
| 出水浊度 | 1.61 | 1.42 | 1.45 | 1.53 | 1.32 |
表3 试验后期进、出水浊度测定结果NTU
| 日期 | 2月25日 | 3月18日 | 4月15日 | 5月14日 | 6月18日 |
| 原水浊度 | 1.58 | 4.76 | 0.58 | 1.21 | 1.62 |
| 出水浊度 | 0.18 | 0.30 | 0.17 | 0.20 | 0.22 |
由表2可见前期的原水浊度较高，但出水的浊度稳定在1.5NTU左右，处理效果良好。由表3可见后期的原水浊度较低，出水浊度基本稳定在0.3NTU以下，达到了发达国家的标准(浊度≤1.0NTU)，处理效果很好。分析认为，活性炭对悬浮杂质有一定的吸附能力，同时生物活性炭的大孔和过渡孔上吸附的微生物分泌的一种荚膜类粘液性物质可粘住水中的悬浮颗粒和胶体物质，使出水浊度降低。
2.4 细菌总数和大肠菌群的测定
试验出水测定结果见表4。
表4 细菌总数与大肠菌群测定结果
| 日期 | 1月12日 | 2月15日 | 3月10日 | 4月12日 | 5月14日 | 6月12日 |
| 细菌总数 | 12 | 5 | 8 | 2 | 4 | 6 |
| 大肠菌群 | 未检出 | 未检出 | 未检出 | 未检出 | 未检出 | 未检出 |
从表4可见细菌总数和大肠菌群均符合标准，从而证明采用工程菌人工固化形成的BAC具有可靠的卫生学安全性。
3 结论
一体化净水设备对饮用水的深度净化效果十分显著，虽然进水的高锰酸盐指数、铁、锰、浊度等有很大波动，但出水的各项指标均达到了国家标准。因此，在我国现有市政管网无法在短期内全面提高饮用水水质的条件下，一体化净水设备可区域性地提高饮用水水质，且具有运行稳定、易于管理、实用性强等特点。
