臭氧—生物活性炭深度處理工藝的研究及發展

劉博才 王會聰

(1.天津市市政工程設計研究院，天津 300000； 2.百川云創(天津)科技發展有限公司，天津 300000)

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臭氧—生物活性炭深度處理工藝的研究及發展

劉博才1王會聰2

(1.天津市市政工程設計研究院，天津 300000； 2.百川云創(天津)科技發展有限公司，天津 300000)

針對現狀常規凈水處理工藝不能完全滿足飲用水水質標準的問題，提出了臭氧—生物活性炭處理工藝，并介紹了該工藝的機理與特點，指出臭氧—生物活性炭工藝具有針對性高、安全性高、穩定性高的優勢。

臭氧，生物活性炭，飲用水，凈水處理工藝

隨著全世界水環境的日益惡化，人類水源地的污染，以地表水特別是微污染水為水源的凈水廠運行經驗表明常規“混凝+沉淀+過濾+消毒”的凈水處理工藝已不能完全滿足飲用水水質標準，人類用水安全受到威脅，特別是微污染水源中致癌物的產生，人類在微污染水源水處理工藝的研究發展得到重視，其中臭氧—生物活性炭工藝憑其高效去除水中溶解性有機物和亞硝酸鹽及氨氮等污染物、出水優質安全的優勢在微污染水源水中得到廣泛研究與發展。在我國微污染水源水普遍的大環境下，臭氧—生物活性炭技術在飲用水處理技術中前景廣闊。

1 臭氧—生物活性炭工藝機理

臭氧—生物活性炭工藝將臭氧的化學氧化作用、活性炭的物理吸附作用及微生物的降解作用進行有機結合，相互促進。難降解的大分子有機物氧化分解為能被活性炭吸附和微生物吸收的小分子有機物，同時臭氧還原為氧氣，提高水中氧含量，為微生物提供了必要的營養源，為好氧微生物創造更好的生產環境，增加活性炭的工作壽命，加快有機物的降解，從而達到去除水中有機物的目的。圖1為臭氧—生物活性炭工藝實際運行中應用最為廣泛的工藝流程。

前置預臭氧能夠初步氧化分解水中有機污染物，有效提升后續常規處理工藝效率；主臭氧在常規處理工藝后續的臭氧接觸池中進行，進一步提高有機物的氧化降解，并使后續生物活性炭濾池有充足的溶解氧，為微生物提供良好環境；生物活性炭濾池通過表面細菌的微生物降解有機污染物，并對水中殘余臭氧及其副產物能夠有效吸附，保障飲用水安全。

臭氧—生物活性炭工藝能夠充分利用臭氧的強氧化性誘導脫穩吸附于水中顆粒上的有機物，氧化分解大分子有機物，致不飽和鍵氧化斷裂，達到降低水體濁度與色度指標的效果，尤其對分子質量大于1×105的有機物降解效果更為明顯。同時，臭氧—生物活性炭工藝在臭氧氧化有機物的過程中，臭氧還原生成的氧氣提高了水中含氧濃度，為活性炭表面附著的好氧微生物提供了充足的氧環境，大幅度提高異養菌和硝化菌去除水中氨氮和亞硝酸鹽的效率，對后續去除有機物的可生化性提供有效保障。

2 臭氧—生物活性炭工藝特點

臭氧—生物活性炭工藝將臭氧氧化與生物活性炭濾池技術進行有機結合，充分利用各自優勢，臭氧具有消毒和強氧化性，臭氧不僅氧化分解大分子有機物，更可強化活性炭的吸附功能，炭床表面的微生物通過氧化分解有機物不斷再生活性炭，三者的共同作用能夠有效改善出水水質，對水中氨氮、有機污染物、致癌物及消毒副產物等有良好的去除效果，確保出水水質穩定性。

臭氧具有優良的氧化與消毒功能。臭氧的標準電極電位為2.07 V，氯氣的標準電極電位為1.36 V，臭氧與大分子有機物反應產生羥基自由基(·OH)，羥基自由基的標準電極電位2.80 V，僅次于自然界中標準電極電位為2.87的氟，臭氧能夠迅速氧化水中有機物等還原性物質，生成CO2和H2O，有效去除水中污染物[1]。臭氧的消毒能力也優于二氧化氯，有很強的殺菌效果，臭氧消毒不僅可有效防止有機氯化物的產生，更能去除水中氯化物，在全世界凈水處理工藝中備受關注和發展。常見氧化劑標準電極電位如表1所示。

表1 常見氧化劑標準電極電位[2]

臭氧—生物活性炭工藝中臭氧發揮其三大特點：

1)利用自身強氧化性直接降解水中有機物，減輕后續處理有機負荷；

2)把大分子有機物氧化分解為小分子有機物，對后續生物活性炭的吸附降解作用提供良好保障，增強水質可生化性；

3)臭氧還原生產氧氣，增加后續生化工藝水中溶解氧濃度，確保好氧微生物穩定生長[3]。

生物活性炭自身特有的多孔構造，具有很大的比表面積，對水中溶解性的有機物快速吸附，為活性炭表面生長的微生物提供生長繁殖的可靠保障和必要條件，使其能夠有效去除水中濁度、色度、臭味等水質條件，提高用水水質，生物活性炭既具備生物吸附的功能又具備氧化分解的功能，兩者互相促進，互相穩定，使水廠活性炭運行時間長，運行成本低，這種獨特的工藝優勢在凈水處理中在國內外必能得到快速發展。

3 臭氧—生物活性炭工藝優勢

1)針對性高。

臭氧—生物活性炭主要針對常規處理及超濾技術都難以解決去除的微量有機物、臭味、內分泌干擾物等污染物質有明顯的處理效果，針對性高，是目前非常有效的凈水技術措施，水廠出水水質可明顯改善。

2)安全性高。

臭氧—生物活性炭對水體中的突發性藻類的藻毒素有較強的去除效果，增加水廠出水安全性，在凈水處理工藝中，在增加預臭氧與應急碳粉等措施的基礎上，后續臭氧—生物活性炭深度處理工藝可有效保障居民供水安全。

3)穩定性高。

臭氧—生物活性炭工藝是目前國內外深度凈水處理工藝中既是技術最為成熟又是應用最為廣泛的工藝措施，運行經驗豐富，管理技術成熟，出水穩定性高。

4 結語

隨著水源水質的日益惡化及我國飲用水水質標準的不斷提升，臭氧—生物活性炭工藝作為凈水深度處理工藝的典型技術代表，其研究與發展有著深遠意義。臭氧—生物活性炭工藝在臭氧氧化的前提下，對去除水中還原性無機物及高分子有機物有明顯優勢，尤其針對我國微污染水質效果明顯，優勢突出，在凈水工藝處理中有廣泛的應用與發展前景，在凈水行業中潛力巨大。

[1] 王 晟，王曉昌，徐祖信.飲用水處理中臭氧—生物活性炭工藝機理[J].中國給水排水，2004，20(3)：33-35.

[2] 徐新華，趙偉榮.水與廢水的臭氧處理[M].北京：化學工業出版社，2003.

[3] 張奎山，辛 峰，李 繼.臭氧化—生物活性炭飲用水深度處理[J].西南給排水，2004，26(4)：1-4.

Research on deep treatment of ozone-bioactive charcoal and its development

Liu Bocai1Wang Huicong2

(1.TianjinMunicipalEngineeringDesignandResearchInstitute,Tianjin300000,China;2.Baichuanyunchuang(Tianjin)ScientificandTechnologicalDevelopmentCo.,Ltd,Tianjin300000,China)

According to the problems for the failure of the current regular water purification craft in meeting the quality standard of the drinking water, the paper points out the ozone-bioactive charcoal, introduces its mechanism and features, and points out it has the advantages with higher replacement, safety and stability.

ozone, bioactive charcoal, drinking water, water purification treatment

1009-6825(2017)13-0118-02

2017-02-20

劉博才(1989- )，男，碩士，助理工程師； 王會聰(1989- )，女，助理工程師

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