臭氧—生物活性炭深度制水工藝若干問題分析與優化

引言

為適應新世紀經濟社會發展的要求，我國城市供水行業的戰略重點已轉為以提高水質為目標，通過技術改進和加強管理，縮小與國外發達國家的供水水質差距，其中重點城市和有條件的地區供水水質力爭早日接近或達到國際先進水平。《生活飲用水衛生標準》（GB5749-2006）增加了對有機污染物的檢測項目，增加了二蟲在內的許多新指標，針對微污染原水，去除水中微量有機污染物，迫切要求水廠引入飲用水深度制水技術，推進實施城市給水深度制水工藝。因此，弄清楚采用臭氧活性炭處理所帶來的負面影響，及其如何解決有著十分重要的意義。

為適應新世紀經濟社會發展的要求，我國城市供水行業的戰略重點已轉為以提高水質為目標，通過技術改進和加強管理，縮小與國外發達國家的供水水質差距，其中重點城市和有條件的地區力爭早日接近或達到國際先進供水水質水平。

臭氧化副產物問題

采用臭氧氧化工藝，將產生一些臭氧化副產物，主要可分為兩類：一是溴酸鹽和次溴酸鹽，其中溴酸鹽具有強致癌性，我國將飲用水中溴酸鹽控制標準定為l0ug/L。如果原水中含有一定濃度的溴離子，則有導致臭氧化后的水中產生溴酸鹽的風險。其次，次溴酸鹽是溴仿和溴化有機物的前驅物，而溴代消毒副產物也是飲用水標準嚴格限制的。另一類是臭氧化有機物后產生的小分子有機物，如醛類、脂肪酸、羧酸、酮類、AOC等，這些有機物有些具有較強的生物毒性，不過經過生物活性炭處理后，由于活性炭的吸附作用和生物降解作用，可在一定程度上將這些有機物分解。

太湖水源存在溴化物含量較高的現象，有必要分析投加臭氧后溴酸鹽超標的可能性。蘇州市自來水公司在臭氧活性炭處理工藝水廠生產實踐中，原水溴化物在100ug/L—400ug/L，氨氮在0.1mg/L—1.1mg/L，后臭氧水經過活性炭濾池后，出廠水溴酸鹽濃度小于10ug/L，符合國家標準。對于臭氧化產生的溴酸鹽問題，常通過以下幾種方式來解決：（1）合理控制臭氧投加量，降低溴酸鹽的生成量。（2）預氧化工藝中采用高錳酸鹽和臭氧復合氧化使兩種氧化劑優勢互補，減少臭氧氧化過程中所產生的副產物。（3）后臭氧氧化過程中，用分次投加方式，通過增加臭氧投加點數量可使BrO3-一生成量降低，設置三個投加點，三級臭氧投加量依次為50%，30%，20%，可有效減少出水中溴酸鹽問題。

對于溴代消毒副產物的控制主要從兩個方面著手：（1）控制前體物的產生：在O3-BAC工藝中，由于大部分有機物被氧化和去除，消耗消毒劑的物質減少，消毒劑投加量可適當減小，控制消毒副產物的發生量。（2）減小消毒劑的投加量：前體物的產生量取決于水中有機物的多少和形態，以及臭氧活性炭對有機物的去除效果。在保證濾池內流態均衡，減小厭氧情況的發生，以及原水本身有機物較少的條件下，前體物量在生物活性炭的作用下，應是減少而不是增加。因此設計時要做到炭濾池內水流均衡，生物活性炭與水中有機物的充分接觸，保證活性炭濾池足夠的接觸時間，并在使用中合理設定沖洗頻率和沖洗強度，保證沖洗的均勻性。

臭氧化會造成AOC含量增加，據研究，經臭氧氧化后增長的有機物主要分布在500以下和1000—3000這兩個分子量區間。后續生物活性炭的物理化學吸附和生物降解將去除部分的AOC，一般在30%以上。出水是否可以做到AOC＜100ug/L，保證出水消毒后達到生物穩定的要求，還決定于原水水質狀況?？紤]在活性炭濾池足夠接觸時間，下設砂濾池層，可以截留微生物和水蚤，并延長生物作用時間，將AOC進一步去除。

微生物安全問題

臭氧生物活性炭工藝在活性炭上會生長大量的微生物，這些微生物將對炭濾后出水水質產生影響。首先，這些微生物會產生一些胞外分泌物，其中一些胞外分泌物可能具有一定的生物毒性；其次，這些微生物會穿透活性炭床進入到出水中去，而且由于這些微生物經過了臭氧消毒工藝后存活下來的，對消毒劑一般具有更強的耐受能力，不容易被殺滅；再次，進入到出水中的微生物往往被包裹在細微顆粒之中，因此很難接觸到消毒劑。這些都造成了后續消毒工藝的困難。目前工程設計中可以采用的控制方式有以下幾種。

（1）砂濾池置于炭濾池后。炭濾池后設混合池可以加助濾劑，也可以加消毒劑，后進入砂濾池，可將炭濾池內泄露的微生物殺死并截留，克服了以往炭濾池泄露微生物到清水池中殺滅的困難，可以防止微生物進入管網，確保用水安全性。

（2）炭濾池下設砂濾層?？紤]在炭層下面加設一定厚度的石英砂濾料層。生物活性炭-石英砂雙層濾池比單純的生物活性炭濾池的出水效果好，有利保證出水水質的生物安全性。

（3）BAC-UF聯用工藝。隨著膜價格的降低和膜技術的推廣運用，膜濾對水中懸浮物和細菌的去除效果得到認可，實現細菌和水蚤類的全部去除，病毒部分去除，出水的濁度可以達到0.1NTU，BAC-膜技術應運而生。目前研究較多的是將超濾（UF）或微濾（MF）與活性炭聯用技術，采用活性炭吸附去除溶解性有機物，采用超濾膜分離顆粒性固體。如生物炭一超濾技術（BAC-UF）、生物炭—微濾技術(BAC-MF）、活性炭吸附一膜生物反應器系統（PAC-MBR）、活性污泥—粉末炭吸附—超濾混合系統（AS-PAC-UF）等。聯用技術對有機物及細菌的去除極為有效。

采用方式（1），進入炭濾池的原水濁度較高，使得炭濾池沖洗頻率升高，不利于炭濾池對有機物的去除。炭濾池位置預留于砂濾池之后，若置于砂濾池之前，常與水廠總體高程及總平面布置難以協調。方式（3）投資較高，運行維護成本高。因而推薦采用下向流炭濾池，并下設砂濾層的方式，以提高炭濾池對微生物的截留能力，減少微生物泄露問題和提高炭濾池出水的濁度控制能力。

目前飲用水處理中倍受關注的致病微生物“兩蟲”（隱孢子蟲和賈第蟲）問題，生物活性炭技術去除賈第蟲胞囊和隱孢子蟲卵囊的效果大致與雙層或多層濾料過濾工藝的效果相同。研究表明：濾池反沖洗水及初濾水中含有大量的兩蟲胞囊，而過濾成熟期（3-5h）后出水基本檢測不到“兩蟲”。因而需專門設置炭濾池初濾水排放管，加強對初濾水的管理。

藻毒素問題

在原水藻類較多的情況下，臭氧能氧化藻類，使原來包裹在藻細胞內的胞內毒素釋放出來，水中藻毒素增加。在藻類高發時期，胞內毒素占總藻毒素比例可高達90%以上，所以去除藻細胞防止毒素釋放是水處理過程中的首要環節。本工程在取水泵房設置有高錳酸鉀預氧化工藝，在高藻季節，可采用高錳酸鉀和臭氧復合氧化方式，這樣可大大減少藻類細胞胞內毒素的釋放。據資料顯示，微囊藻毒素是出現頻率最高、危害最嚴重的藻毒素，分子量在1000u左右，后臭氧氧化和活性炭可以有效去除這部分溶解性藻毒素，保證出廠水微囊藻毒素達標。

進水濁度及炭濾池殘余臭氧控制

炭濾池進水濁度控制應小于1NTU，其目的是防止炭床堵塞，縮短吸附周期，本工程炭濾池置于砂濾池之后，砂濾池出水可以保證活性炭濾池進水濁度小于1NTU。

濾池上部空氣殘余O3的出現主要是由于臭氧接觸池出水后，水中余臭氧的釋出。采取的對應措施主要有以下幾點：（1）控制余臭氧量。臭氧接觸池出水中余臭氧濃度不宜過高，水廠控制水中余臭氧在0.2mg/L-0.4mg/L是沒有必要的，宜控制在0.lmg/L。主要原因為：①不浪費，炭濾池降流式運行，水中臭氧會逸出，使環境中臭氧濃度過高；②能抑制出水中溴酸鹽的濃度。（2）活性炭濾池。臭氧與活性炭或水中物質繼續反應，將余臭氧量消耗至最小，有效地控制余臭氧逸出。（3）活性炭濾池在池上方設置蓋板，僅留有炭料進出孔和檢修孔，徹底防止臭氧的逸出，造成空氣污染，也能起到防止藻類和劍水蚤滋生，并防止外部雨水污染。

結語

隨著臭氧活性炭深度制水工藝在國內的不斷推廣，其引發的一系列負面影響需加以重視。對于文中所提及的各類解決方案可根據水廠的實際情況，采取切實有效的方法加以改進實施，避免這一系列負面影響造成飲用水的二次污染。