淺談臭氧—生物活性炭工藝及應用

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摘要：臭氧-生物活性炭工藝是一種先進的飲用水深度凈化工藝，它將臭氧化學氧化、臭氧滅菌消毒、活性炭物理化學吸附、生物氧化降解四種作用緊密結合為一體。

關鍵詞：臭氧-生物活性炭；深度處理

前言

臭氧-生物活性炭工藝一般設在砂濾之后，砂濾水經臭氧氧化后，其中一小部分有機物被徹底氧化為水和二氧化碳，大部分有機物轉化為臭氧化中間產物，使原來不能被生物降解的有機物變為可生物降解的有機物，提高水的可生化性；臭氧在水中可以自動分解為氧，使活性炭床處于富氧狀態，增強了活性炭表面好氧微生物的活性，形成生物膜，降解吸附在活性炭中的有機物，使活性炭得到更高程度的使用[1]。

1 臭氧-生物活性炭工藝機理

該工藝將臭氧化學氧化、臭氧滅菌消毒、活性炭物理化學吸附、生物氧化降解四種作用緊密結合為一體，它們互相促進，取得多重效應[2]。（1）.臭氧預氧化。臭氧初步氧化分解水中的有機物及其他還原性物質，降低生物活性炭濾池的有機負荷，同時使水中難以生物降解的有機物斷鏈、開環，將大分子有機物氧化為小分子有機物，提高其可生化性和可吸附性，使其能夠被生物降解。同時氧化水中溶解性的錳和鐵，生成難溶性的氧化物，提高砂過濾的效果，提高錳、鐵的去除率。臭氧在水中分解生成氧氣，使生物活性炭濾池有充足的溶解氧（DO），使好氧微生物活性增強，提高了微生物增長潛力，加快了生物的氧化和硝化作用，延長了活性炭的使用壽命，加快了有機物的生物降解，從而提高了對有機物的去除效果[3]。（2）.生物活性炭處理。主要發揮以下幾種作用：①破壞水中殘余臭氧；②通過吸附去除化合物或臭氧副產物；③通過活性炭表面細菌的生物活動降解有機物；④吸附水中濃度較低、其他方法難以去除的有臭味或異味的物質；⑤附著的硝化菌還可以降低水中氨氮的濃度[4]。（3）.臭氧后氧化。破壞細菌體上的脫氫酶，干擾細菌的呼吸作用，導致細菌死亡；氧化有機物，如殺蟲劑、清潔劑、苯酚等；去除DOC；氧化分解螯合物，如EDTA和NTA等[5]。（4）.氯消毒。由于臭氧的化學性質不穩定，不能在水中長期保留，為保證輸送過程水質不受污染，在最后一步需進行氯消毒。

2 臭氧-生物活性炭工藝應用情況

1969年德國的布萊梅（Bremen）自來水公司深入廣泛研究，將臭氧與生物活性炭處理連接起來，發現可以達到多重效果。常用的流程如圖2.1所示[6]：

圖2.1 常用給水處理廠工藝流程

在這些小試和中試基礎上，德國慕尼黑多奈（Dohne）自來水廠對其水處理工藝進行了重大的技術改造。隨后意大利的都靈市新水廠、改建的佛羅倫薩市水廠、羅馬市布拉契諾湖水廠和日本的幾座水廠均采用臭氧-生物活性炭工藝[7]。

我國自20世紀80年代以來，各地對臭氧-生物活性炭工藝進行了廣泛的研究：吳紅偉等人[8]的研究結果表明，整個工藝對有機物的控制能力很好，UV254、DOC、BDOC、AOC、THMFP和 HAAFP的去除率分別達到95.1%、92.5%、98.4%、85.8%、63.1%和89.1%；葉輝等人[9]證明，臭氧-生物活性炭工藝對NH3-N有一定的去除能力。當進水中NH3-N濃度較高時，NO2-N在炭層內積累，可能生成致癌的亞硝胺類化合物；由于硝化反應過度消耗溶解氧，影響臭氧-生物活性炭工藝去除有機物的效率。

目前，該工藝已經在我國很多大中城市推廣使用：

一、大慶化肥廠水廠、大慶龍鳳凈水廠和大慶乙烯凈水廠三個水廠先后采用“濾后水→臭氧→生物活性炭→石英砂過濾→出水”的水處理工藝流程，可將水中CODMn由常規工藝處理后原水的4～6mg/L降低到0.5～2.0mg/L。同時，通過工程菌活化活性炭技術，解決了水溫在0～4℃時CODMn有時超標的問題。出水濁度和煮沸濁度分別降到0～1NTU和1～2NTU，水質得到很大改善[5]。

二、臭氧-生物活性炭深度處理黃浦江上游原水結果顯示：出水的CODMn和UV254濃度分別為2.96 mg/L和0.053 cm-1，二者去除率分別為29.95%和48.83%；氨氮去除率與進水氨氮濃度成正比，但是有一限值，須控制進水氨氮濃度≤1.5 mg/L；對污染物的去除受水溫、進水濃度、EBCT以及臭氧有效投量等多因素的影響[10]。

三、天津市某管道直飲水廠以市政給水為水源，采用臭氧-生物活性炭工藝，對COD5及氨氮的去除率可分別達到67.90%和83.33%，色度可以降低到5度以下，耗氧量降低到2mg/L以下，并大幅降低了水中的“三致”物質[11]。

3 結語

由于生物活性炭濾池中的微生物對環境的變化適應能力不同，導致濾池出水亞硝酸鹽氮相對富集，所以濾池進水的有機負荷不能太大?？傊?，隨著人們對環境質量標準和水質要求的不斷提高，臭氧-生物活性炭工藝作為一種優水質、低能耗、無污染的綠色水處理工藝將獲得廣泛的發展和應用。

參考文獻：

[1]于秀娟，張熙琳，王寶貞等.臭氧-生物活性炭工藝去除水中有機微污染物[J].環境污染與防治，2000，（04）

[2]陸少鳴，黃海真，方平等.臭氧-生物活性炭在給水深度處理中的應用[J].水處理技術，2006，（10）

[3]于萬波.臭氧生物活性炭技術在微污染飲用水處理中的應用[J].環境技術，2003（2）：11～15

[4]Rajala-Mustonen R L，Heinonen-Tanski H.Effect of advanced oxidation processes on inactivation of coliphages [J].Water Science and Technology，1995，31（5～6）：131～134

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[6]祁魯梁，李永存.水處理工藝與運行管理實用手冊[M].北京：中國石化出版社2002.596～632

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[9]葉輝.O3-BAC工藝處理高氨氮原水的問題探討[J].水處理技術，2001，27（5）：300～302

[10]賀道紅，高乃云，曾文慧等.臭氧生物活性炭深度處理黃浦江上游原水[J].中國給水排水，2006，（01）

[11]王蕾，范國翔.臭氧-生物活性炭工藝在直飲水廠中的應用[J].天津城市建設學院學報，2006，（03）