臭氧活性炭工藝中溴酸鹽的控制研究進展

溫冬花，李緒瑞

（德州市環境保護監測中心站，山東 德州 253000）

當前，我國社會經濟快速發展，水資源污染問題卻愈發嚴重，水中大分子有機物的種類越來越多，這給飲用水處理行業帶來了嚴峻的考驗。給水廠傳統的混凝-沉淀-過濾-消毒工藝已經不能滿足《生活飲用水衛生標準》（GB5749-2006）中的水質標準，因此對飲用水進行深度處理勢在必行。臭氧活性炭工藝能夠處理大分子有機物等，因此在給水廠深度處理工藝中被廣泛應用。

臭氧活性炭工藝是指利用臭氧將水中的大分子有機物氧化成小分子有機物，然后由活性炭對小分子物質進行吸附生物降解。任何一種凈水技術都有其局限性，臭氧活性炭工藝也不例外，如果對其不加以深入研究往往會帶來不可估量的損失。因此，本文首先介紹了臭氧活性炭工藝的優點，然后對其溴酸鹽的產生機理進行分析，使人們深入認識臭氧活性炭工藝，最后綜述了臭氧活性炭工藝中的溴酸鹽控制研究。

1　臭氧活性炭工藝的優點

圖1為臭氧活性炭工藝處理流程，混凝過程通過投加混凝劑使水中的膠體物質凝聚成大顆粒，在沉淀池中利用重力作用對其進行去除，這兩個過程能夠使水中的膠體、細菌等物質得到一定去除。在沉淀池不能靠重力去除的細小顆粒進入濾池，懸浮顆粒在濾料孔隙中發生沉淀、慣性、截阻、分子擴散與水動力這五種作用，從而得以去除。混凝、沉淀、過濾對水源水中的大分子有機污染物去除率很低，常規處理工藝增加臭氧活性炭工藝以后，臭氧能夠將大分子有機物氧化分解成小分子物質。活性炭濾池濾料為顆粒活性炭，顆粒活性炭具有比表面積大、孔隙率高等優點，臭氧氧化后的小分子有機物在活性炭濾池中得到去除。臭氧活性炭工藝具有以下優點。

圖1　臭氧活性炭工藝處理流程

1.1　臭氧消毒

臭氧本身就是一種消毒劑，臭氧的氧化作用極強，對水中的細菌、病原菌、卵囊等具有很強的滅活作用。

1.2　除藻

水源水中若含有藻類，將會降低混凝效率同時也會堵塞濾池，從而降低水廠的運行效率影響出水水質。臭氧能夠殺死或抑制藻類的活性，改善水廠出水水質。

1.3　控制氯化消毒副產物

臭氧預氧化能夠破壞水中三氯甲烷的前驅物，從而降低氯化消毒副產物的生成量。

1.4　去除有機物

臭氧能夠將大分子有機物氧化分解成小分子有機物，小分子有機物在活性炭濾池中得以去除。

1.5　臭氧與活性炭相互促進作用

臭氧自身氧化分解產生氧氣，能夠增加水中的溶解氧濃度，從而提高了生物活性炭濾池中的微生物活性。

臭氧活性炭工藝在我國水廠深度處理中已經得到了廣泛的應用，表1列舉了幾個我國利用臭氧活性炭工藝進行深度處理的水廠。

表1　臭氧活性炭工藝在我國水廠中的應用

2　溴酸鹽產生機理分析

臭氧活性炭工藝在運行的過程中會產生副產物溴酸鹽，溴酸鹽被國際癌癥研究機構定為2B級潛在致癌物，因此飲用水處理中溴酸鹽的控制至關重要。溴酸鹽的產生與水源水初始溴離子濃度和臭氧接觸程度有關，劉芳蕾等進行了中試試驗研究，以評估使用臭氧活性炭工藝產生的溴酸鹽情況[1]。試驗結果表明，初始溴離子濃度與臭氧接觸程度都會影響溴酸鹽的產生，初始溴離子濃度越高，臭氧接觸程度越大，產生的溴酸鹽濃度就越高。在相同的臭氧接觸程度下，增加初始溴離子的濃度能夠使溴酸鹽的增加一倍以上。《生活飲用水衛生標準》（GB5749-2006）中規定了溴酸鹽的濃度值為0.01 mg/L，因此明確溴酸鹽的產生機理是控制溴酸產生的前提。

溴酸鹽的生產作用機理分為臭氧氧化反應和羥基自由基氧化反應兩大類。式（1）為溴酸鹽產生的臭氧氧化反應，式（2）、式（3）為溴酸鹽產生的羥基自由基反應。式（1）的直接氧化反應速度較慢，式（2）、式（3）的羥基自由基反應速度非常快。

3　臭氧活性炭工藝中溴酸鹽的控制研究

凈水廠在采用臭氧活性炭工藝時會產生致癌作用的溴酸鹽，袁煦等對采用臭氧活性炭工藝的國內外水廠如何控制溴酸鹽的產生進行了總結，主要工程措施有：合理選擇臭氧的投加量、優化臭投加方式、添加催化劑、在工藝前端投加氨氮、降低pH值、投加H2O2[2]。

以東太湖為水源的吳江二水廠采用臭氧活性炭工藝，在運行的過程中，人們發現其出廠水中溴酸鹽存在超標的危險。閆慧敏等分析了水廠溴酸鹽超標的主要影響因素，溴酸鹽超標與該水廠進水中溴離子濃度、pH、有機物濃度以及投加臭氧的濃度有關[3]。進一步的小試試驗結果表明，隨著投加臭氧濃度的增加，出水中的溴酸鹽濃度也會變大。當投加臭氧的濃度為0.008 7 mg/L時，出水中的溴酸鹽濃度接近于0.01 mg/L，因此可以通過控制臭氧的投加量來控制溴酸鹽的形成。

黃河水中的溴離子濃度較高，以黃河水為水源的水廠在采用臭氧活性炭工藝時，如果對其運行條件控制不好，往往會出現溴酸鹽濃度超標的危險。王永磊等設計了集臭氧預氧化-溶氣氣浮-生物活性炭濾池于一體的中試試驗裝置來研究對溴酸鹽的控制，試驗用水為黃河水[4]。試驗結果表明，當臭氧的投加量為1.5 mg/L時，通過降低進水的pH以及投加高錳酸鉀或過氧化氫能夠使溴酸鹽的分別減少50%、33%和100%，同時對出水水質進行檢測未發現溴酸鹽濃度超標的現象。

劉芳蕾分別設計小試試驗與中試試驗，以長江南京段水源為試驗用水來探究臭氧活性炭工藝中溴酸鹽控制技術[1]。探究結果表明，臭氧投加量不變的情況下，通過減少臭氧投加濃度、延長反應時間，能夠控制出水中溴酸鹽的濃度；降低pH值、降低反應器內的溫度、投加適量的氨氮，能夠減小出水中溴酸鹽濃度；不同的H2O2投加濃度會對溴酸鹽產生不同的作用。因此，實際工程可以根據此研究對臭氧活性炭工藝中產生的溴酸鹽進行控制。

王永京等設計了中試試驗，以黃河水為試驗水源，研究臭氧生物活性炭（O3-BAC）工藝對臭味、消毒副產物的控制，同時探索了該工藝過程中產生的溴酸鹽控制措施[5]。試驗結果表明，臭氧生物活性炭（O3-BAC）工藝對臭味的去除效果較好，同時能夠對消毒副產物進行有效的控制。探索結果表明，在工藝的前端投加適量的氨氮能夠有效控制溴酸鹽，當氨氮的投加量為0.1 mg／L時，溴酸鹽即可被控制在0.01 mg/L以內，出水中的氨氮值不會超標。

4　結論

對臭氧活性炭工藝產生的溴酸鹽進行控制是發揮該工藝優勢必須要解決的一個問題，不同的控制措施已經在我國水廠中得到了廣泛采用。對溴酸鹽的控制是新飲用水水質標準的要求，也是保障居民飲用水安全的一項艱巨任務。在設計臭氧活性炭工藝時，人們應對其進行精細化設計，針對不同的水源采取不同的設計，以保證出水中溴酸鹽的濃度不會超標。