飲用水源微污染處理技術臭氧—生物炭技術淺析

陳立強 顧令宇

（淮河水資源保護科學研究所 蚌埠 233001）

飲用水源微污染處理技術臭氧—生物炭技術淺析

陳立強 顧令宇

（淮河水資源保護科學研究所 蚌埠 233001）

1 前言

目前飲用水水源保護問題已成為關系國計民生的重大問題，城市飲用水源微污染越來越受公眾和政府管理部門的關注。根據環保部組織開展的全國城市、城鎮、典型鄉鎮和部分農村飲用水源基礎狀況調查與評估，2009年我國城市及縣級政府所在鎮共有集中式飲用水源地4002個，其中約80%達到或優于《地表水環境質量標準》(GB3838—2002)或者《地下水質量標準》（GB/t14848—93）Ⅲ類水質標準，約20%不能達到Ⅲ類水質標準；據2010年中國環境狀況公報，全國113個環保重點城市共監測395個集中式飲用水源，監測結果表明，重點城市年取水量220.3億t，達標水量占76.5%，不達標水量占23.5%。

飲用水源水微污染是指水源水部分或者全部指標超過《地表水環境質量標準》中Ⅲ類水質的上限值。由于城市飲用水源地的固定性，自來水廠不得不使用微污染的飲用水源水生產居民生活自來水，其采用的傳統絮凝-沉淀-消毒凈水技術（工藝）無法保證供水水質符合《生活飲用水衛生標準》（GB5749—2006），難以解決目前面臨的諸多的微污染水質問題，迫切需要采用高效、安全、經濟的新型飲水處理技術。

2 微污染水源處理技術

在水源水質存在微污染的情況下，自來水廠傳統工藝已經不能完全保證出水水質安全，要使自來水達到新的水質標準要求，必須針對微污染水質特點將常規工藝改造成深度處理工藝，增加去除溶解性有機污染、臭味與氨氮的能力。

目前我國成熟的深度處理技術有投加氧化劑、活性炭吸附、生物預處理和膜技術。投加氧化劑可以改善混凝條件，提高有機物去除效果。生物預處理可以有效去除氨氮。膜技術中，微濾和超濾對有機物的去除效果不高，納濾和反滲透可去除溶解性小分子有機污染物，并能去除硬度、鹽和重金屬離子等，但膜的造價較高，現階段在凈水廠中的應用主要受經濟性限制。

臭氧—生物炭工藝對有機物和臭味物質有很好的去除效果，基建費和運行費用不高，針對我國水源水微污染水質，無論是從高效、安全角度出發，還是從經濟適用觀點出發，臭氧—生物炭技術目前是經濟有效的新型飲水深度處理技術。

3 臭氧—生物炭技術

3.1 臭氧—生物炭技術原理

臭氧—生物炭由于臭氧的氧化作用，可將大分子有機物降解到較小分子，便于活性炭的物理吸附，同時可將難降解有機物氧化成易降解有機物，使生物炭上微生物能發揮生物降解能力，這樣臭氧—生物炭組合技術就能有效去除溶解性有機物和臭味。

3.1.1 臭氧預氧化

臭氧—活性炭處理技術是利用臭氧的氧化能力和活性炭的吸附能力去降解長鏈、大分子的難降解有機物，將其轉化為較小且可降解的有機物利用臭氧預氧化作用，初步氧化分解水中的一部分簡單的有機物及其他還原性物質，使之變為二氧化碳和水，同時使水中難以生物降解的有機物斷鏈、開環，氧化成短鏈的小分子有機物，使其更容易被活性炭吸附并被附著在活性炭上的細菌降解，提高處理水的可生化性。臭氧氧化能改變有機物生色基團，強化活性炭的脫色效能，此外，臭氧氧化后生成的氧氣能在處理水中起充氧的作用，補充水中溶解氧的消耗，為后續工段附著于活性炭上的好氧菌和硝化菌提供營養源，使好氧微生物活動增強，加快生物氧化和硝化作用，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。

3.1.2 生物活性炭

活性炭自身具有孔隙多、比表面積大的特性，能夠迅速吸附水中的溶解性有機物，也能富集水中大量的微生物。被吸附在活性炭表面的溶解性有機物為微生物提供了營養源，同時炭床中大量生長繁殖的好氧菌生物降解吸附低分子有機物，這樣在活性炭表面便生長出了具有氧化降解和生物吸附雙重作用的生物膜，形成生物活性炭。

活性炭孔隙中的有機物被分解后，經過反沖洗，活性炭騰出吸附位置，恢復了對有機物及溶解氧吸附能力。活性炭對水中有機物的吸附和微生物的氧化分解是相繼發生的，微生物的氧化降解作用使活性炭的吸附能力得到恢復，而活性炭的吸附作用又使微生物獲得豐富的養料和氧氣，兩者互相促進，形成相對平衡態，得到穩定的處理效果，從而大大延長了活性炭的再生周期。

3.2 臭氧—生物炭技術應用

臭氧化與活性炭吸附的第一次聯合使用是1961年在德國Dusseldorf市Amstaad水廠。目前，在歐洲的德國、法國、瑞士等國家有著廣泛的運用。我國自20世紀70年代以來開始對臭氧化－生物活性炭進行研究，在80年代初，先后建成一批應用該工藝的深度凈化水廠。目前，臭氧—生物炭在我國的微污染水處理實踐中有著廣泛的運用，北京田村山水廠、昆明的第五水廠和第六水廠、常州市水廠、燕山石化公司水廠、勝利煉油廠水廠等水廠都采用了該技術。實踐證明可以長期有效去除含高錳酸鹽指數（CODMn）的20%～25%，活性炭的活性可持續3～5年；上向流炭池采用30×60目（約0.3～0.6mm）炭粒，可以減少水頭損失（約0.30m水頭損失），由于粒徑小，吸附的表面積大，又因上升水流環繞充分，可增加下向流炭池CODMn去除率。

4 臭氧—生物炭技術存在問題

臭氧—生物活性炭技術在研究和運用中也存在一些問題需要繼續開發創新，主要有：

微污染源水中Br-濃度過高（>100μg/L）時投加臭氧會引起出水中消毒副產物溴酸鹽（BrO3-）超標（>10 μg/L）；臭氧的吸收率和處理尾氣需要綜合利用；生物炭池出水泄漏微生物，增加消毒工段難度。

5 結語

臭氧—生物活性炭技術是一種先進的深度水處理技術，其在飲用水處理中有著其他處理方法無法比擬的優越性，既有效地去除水中的有機物和氨氮，對水中的無機還原性物質、色度、濁度也有很好的去除效果，并有效地降低出水突變活性，出水水質全面提高。隨著飲用水源污染的日益加劇和飲用水質標準的提高，臭氧—生物活性炭技術必會獲得更廣泛的發展和應用