罗鸿玲_臭氧-生物活性炭饮用水处理技术的进展及前景

1、臭氧-生物活性炭饮用水处理技术的进展及前景（华南师范大学化学与环境学院，05环境科学，罗鸿玲 ）摘要 介绍了臭氧-生物活性炭净水技术的原理，指出该项技术在应用中体现出来的优越性以及存在的问题，并对其发展前景进行分析。关键词 臭氧-生物活性炭 饮用水 吸附 生物降解 近些年来，环境恶化对饮用水的影响越来越突出，饮用水水源中有毒、有害化学有机污染物含量正逐年上升，品种也逐年增多。使水厂的出水水质有所下降，直接影响了居民的身体健康。解决和处理水源水质迫在眉睫。传统的工艺“混凝 沉淀 砂滤 投氯消毒 ”的水处理工艺已经难以保障饮用水的安全与卫生了。生物活性炭技术的安全性评价表明1，采用常规方法并不能很

2、好的去除原水有机物，氯的投入容易产生THMs的前驱物以及引发臭味。只有通过臭氧活性炭才能解决以上存在的问题。1 臭氧活性炭技术的原理及工艺流程 臭氧-生物活性炭工艺是将臭氧化学氧化、臭氧灭菌消毒、活性炭物理化学吸附、生物降解四种技术结合为一体的工艺。21.1 臭氧预氧化臭氧预处理的投加点位于常规处理之前。臭氧是不仅是一种很好的杀菌剂、脱色剂；同时还能分解水中大分子有机物，苯环、长链的大分子有机物被解体为短链小分子，或者分子的一些基团被改变，从而提高了处理水的可生化性及可吸附性，使之能被生物降解；臭氧同时氧化水中溶解性的锰和铁，生成难溶性的氧化物，提高砂过滤的效果，增加锰、铁的去除率；臭氧在水中

3、还可以自动分解为氧，为活性炭床提供大量的溶解氧（DO），补充水中DO消耗，为耗氧菌提供良好的生长环境，增强了活性炭表面耗氧微生物的活性，使之在活性炭表面形成生物膜。3,4,51.2 臭氧灭菌消毒 臭氧灭菌消毒又称臭氧后氧化，投加到常规处理之后。主要为了杀灭细菌及病毒；氧化水中有机物质如苯酚、洗涤剂、农药和生物难降解有机物；增加水中的溶解氧，有利于生物活性炭上好氧微生物的生长；减少出水厂水的加氯量。4后臭氧投加量一般为1.52.5mg/L。由于水中有机物的种类和浓度不同，投氧量过小不能使原水大分子有机物有效分解，不利于后继生物活性炭的吸附和生物降解；投氧量过大随时远水中一部分有机污染物降解氧化为

4、最终产物H2O和CO2,但降低了活性炭的有机负荷。后臭氧的最佳投加量必须通过实验来确定。1.3 生物活性炭滤池生物活性炭滤池位于后臭氧接触池之后。活性炭内部具有发达的空隙结构和巨大的比表面积，其微孔构成的内表面积占总面积的95%以上。能经济有效的去除嗅、味、色度、农药、放射性有机物及其他人工合成有机物。对微小物质具有良好的吸附作用。经过试验表明6，炭滤后原水的余氯由0.020.15mg/L降为0.01 mg/L；原水的浊度由0.30.8NLU降低到0.20.3NTU；高锰酸盐经过炭滤后去除率高达46%。活性炭还易于吸附水中苯类化合物和相对分子质量5001000的腐殖质，可吸附面积达粒状活性炭吸

5、附面积的25%，去除率一般为70% 86.7%，而相对分子质量小于500和大于3000的有机物则达不到有效去除的效果。因而活性炭能有效的吸附臭氧氧化分解产生的小分子有机物。41.4生物降解 生物炭吸附与微生物降解有着协同作用。活性炭的吸附催化作用提高了微生物的活性，增进了微生物的代谢活动，从而延长了活性炭的工作周期并改善了活性炭的吸附条件。Rodman和Porrotti等人于70年代提出了胞外酶假说，他们认为，大多数微生物集中于炭粒外表及邻近大孔中，无法进入微孔中。而细胞分泌的胞外酶和因细胞解体而释放出的酶类能直接进入活性炭过渡孔和微孔中，与孔隙内吸附的有机物作用生成酶-基质复合体，使其从原吸

6、附位上位脱下来，并被BAC表面上的微生物所分解，构成吸附和降解的协同作用。31.5臭氧活性炭技术的工艺流程常规的工艺流程如下：5 不同的自来水厂根据自身的条件采取符合各自条件的工艺。例如：桐乡市果园桥水厂作为主要饮用水水源的康泾塘属于四至五类水体，主要是有机物和氨氮含量超标，用常规处理不能有效的去除污染物，因此在水厂原有常规处理基础上增加了原水生物预处理工艺和臭氧生物活性炭深度处理工艺，其改进后的工艺流程如下5： 又如：中国石油前郭石化分公司水厂其水源原为浅层下水，但是已经渐渐枯竭，污染也日渐严重。1994年该厂决定改用松花江作为生活水水源，采用先进水处理工艺，经处理后，各水质均达到国家标准，

7、CODMn值达到了国际饮用水水质标准。其工艺流程图如下：2 臭氧活性炭技术的优缺点2.1臭氧活性炭技术的优点a 对氨氮和总有机碳去除率高。氨氮以生物转化方式去除，取代了折点加氯法除氨氮，消除了大量有机氯化物的形成。微生物的降解能力使活性炭能长时间保持吸附能力，吸附容量增加，能使大分子有机物（如杀虫剂）更好的附在炭粒表面以被微生物膜所降解吸收。臭氧能对难生物降解或颗粒状的有机物部分转化为可生物降解的有机物。7，8b 臭氧可以提高生物活性炭的吸附容量，延长活性炭的使用寿命。c 可以有效的去除浊度、嗅度、色度和改善水质口感。9d 节约能源，便于污水处理的运行管理，减少炭耗，降低成本。微生物再生活性炭

8、中，吸附与降解的协同作用，使污水的处理和活性炭再生的过程同时进行；另外，臭氧预处理使水体增加了溶解氧，也增加了微生物的活性。92.2 臭氧活性炭技术的缺点臭氧生物活性炭在理论上有待进一步研究。一些系统上的参数依然依靠经验，在实际操作中比较盲目。例如，臭氧的投加量的计算。进水水质，臭氧及生物活性炭装置的停留时间、滤速，臭氧投加量和臭氧浓度之间存在的关系仍需完善及研究。5,9对生物活性炭的再生机理还不十分明确。Rodman和Porrotti等人在70年代提出了胞外酶再生假说，但是目前还没有一种让人信服的方法验证这一观点，此假说还存在很多疑议。生物活性炭的运行效果受各种条件，如水温、Ph值、菌种等的

9、影响，效果不稳定，特别是在挂膜期间，由于生物膜没有形成，处理效果欠佳。5投加的臭氧不能将微污染水源中的有机物彻底氧化为无机物，而是生成各种中间产物，即臭氧处理的副产物，甚至一些致癌物质。 由于研究的不够深入，长期采用较保守的习惯，导致设备备用台数多、构筑物的尺寸和设备规格有很大的安全系数，造成运行中的低效率高能耗。3 臭氧活性炭在水处理中的前景臭氧活性炭工艺被公认为自来水厂最佳的深度处理工艺，国内许多大型自来水公司都视其为今后技术改造的方向。很多研究者在这方面作了深入研究，提出了很多可行的理论，工艺也得到了很大改善。新的工艺组合得到了进一步的发展。例如：臭氧尾气回用，以增加污水中臭氧的吸收率和

10、污水混凝、反应、沉淀的效果。安东10等人提出的利用固定化生物活性炭强化饮用水深度处理是臭氧活性炭工艺的改进方法，对常规水质指标的控制有一定的优势。还可以对臭氧氧化副产物（甲醛）进行生物降解，弥补了普通活性炭工艺的欠缺。对设计和控制环节的研究是臭氧活性炭工艺发展的关键。包括对系统工艺性能影响因素的关系，寻找和确定适宜的射击参数，运行条件和控制方法。研究生物再生理论，对设计参数的确定有很大帮助。4 结论随着饮用水源污染的日益加剧和饮用水质标准的提高，臭氧生物活性炭与传统单纯的臭氧氧化或活性炭降解相比，不失是一种先进的优水质、低能耗、无污染的绿色工业水处理技术。它是我们饮水处理技术的主角。如何发挥其

11、优越性，促进其工艺的广泛应用，提高其技术和运行控制水平使其工艺设计趋于最佳状态是今后改进的工作。参考文献1 乔铁军 刘晓飞 范洁等,生物活性炭技术的安全评价J.中国给水排水,2004,2:31323 周娟娟 胡中华等,生物活性炭技术(BAC)进展与应用J.西南给排水,2003,25(2):13144 宋文涛 潘晓丽,臭氧生物活性炭工艺处理饮水时各阶段的特点J.工业用水与废水,2005,36(4):85杜喆华 何正浩 瞿晶晶等,臭氧-生物活性炭处理微污染水源水的工艺及其发展J.水资源保护,2005,21(2):10,116李绍峰 黄君礼 伦中财等,臭氧-生物活性炭-膜法处理自来水J.中国给水排水,2002,18(3):69727邱凌峰 黄志心 庞胜华,臭氧-生物活性炭深度处理饮用水J.水处理技术,2006,32(4):78808吕宏德 李晓敏,活性炭生物再生的探讨及在污水处理中的应用J.电站系统工