常興麗++王慧

摘 要：概述國內(nèi)外臭氧化-生物活性炭的發(fā)展歷史，分析和介紹國外該工藝技術(shù)應(yīng)用的典型案例，并指出臭氧化-生物活性炭工藝當(dāng)前的技術(shù)難點(diǎn)和發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：臭氧 活性炭 臭氧化-生物活性炭 消毒副產(chǎn)物 致病微生物

隨著世界各國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，飲用水的衛(wèi)生和安全也受到越來越廣泛的關(guān)注。由于水源污染日趨嚴(yán)重，水微量分析技術(shù)不斷進(jìn)步，在飲用水中越來越多的有機(jī)、有毒污染物被檢測出來，并通過流行病學(xué)調(diào)查研究和對污染物毒理學(xué)的驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)某些污染物與居民發(fā)病率具有密切的相關(guān)性，從而更引起了人們對飲用水安全的高度重視。

調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，飲用水的有機(jī)污染已遍及整個(gè)美國、德國、英國、加拿大等國也調(diào)查了城市地下水及地面水加氯消毒后揮發(fā)性鹵代烴的存在情況，并根據(jù)調(diào)查結(jié)果修訂了本國的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。隨著這些研究和調(diào)查的不斷深入，人們逐漸認(rèn)識到，常規(guī)的混凝沉淀-砂濾-投氯消毒處理技術(shù)不能充分保障飲用水的衛(wèi)生與安全，因此，以去除水中有機(jī)污染物為目標(biāo)的飲用水深度凈化技術(shù)得到日益廣泛的研究和應(yīng)用。臭氧與活性炭聯(lián)用的飲用水除污染新技術(shù)，即臭氧化-生物活性炭處理工藝，以其氧化性強(qiáng)、副產(chǎn)物少、吸附與降解效果顯著等特點(diǎn)，日益受到重視，并迅速地從理論研究走向?qū)嶋H應(yīng)用。

與此同時(shí)，飲用水中隱孢子蟲、賈第蟲等新的致病微生物因子不斷出現(xiàn)，嚴(yán)重影響飲用水的生物學(xué)安全。70年代以來，歐美發(fā)達(dá)國家暴發(fā)了多起由賈第蟲、隱孢子蟲等致病原生動(dòng)物，引起的較大規(guī)模水介流行病。鑒于這兩種致病原生動(dòng)物已經(jīng)構(gòu)成對飲用水微生物安全的主要危脅，各國相繼開展水源水、出廠中賈第蟲、隱孢子蟲的監(jiān)測，修訂飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，并開展相關(guān)的工藝技術(shù)研究，其中值得注意的是臭氧化-生物活炭深度處理技術(shù)對這兩種致病原生動(dòng)物具有很好處理效果。臭氧對隱孢子蟲卵囊的滅活能力明顯高于游離氯和氯氨。在1mg/L臭氧、接觸5分鐘可以對隱孢子蟲卵囊滅活90%，而達(dá)到同樣的去除率，則需要80mg/L的自由氯和氯氨接觸近90分鐘。這表明，除臭氧外，水廠通常使用的消毒劑不能用來滅活隱孢子蟲卵囊粒狀活炭過濾去除賈第蟲孢囊、隱孢子蟲卵囊與砂濾池或雙層濾料濾池的效果大致相同，也就是說臭氧化-生物活性炭工藝中的炭濾可以在原有工藝的基礎(chǔ)上，增加一道安全屏障。臭氧化-生物活性炭技術(shù)的這一新的優(yōu)勢，使其應(yīng)用又呈現(xiàn)出更快的增長勢頭。

2.臭氧化-生物活性炭技術(shù)發(fā)展概況

2.1臭氧化技術(shù)的特點(diǎn)與應(yīng)用

臭氧是氧的同素異構(gòu)體，由3個(gè)氧原子組成，常溫常壓下是一種不穩(wěn)定的淡紫色氣體，并可自行分解為氧氣。它的密度是氧氣的1.5倍，在水中的溶解度是氧氣的10倍。臭氧具有極強(qiáng)的氧化能力，在水中氧化還原電位僅次于氟而居第二位。臭氧本身的特性決定了臭氧化技術(shù)具有以下特點(diǎn)：①臭氧由于其氧化能力極強(qiáng)，可去除其它水處理工藝難以去除的物質(zhì)；②臭氧化的反應(yīng)速度較快，從而可以減小反應(yīng)設(shè)備或構(gòu)筑物的體積；③剩余臭氧會(huì)迅速轉(zhuǎn)化為氧氣，既不產(chǎn)生二次污染，又能增加水中溶解氧；④在殺菌和殺滅病毒的同時(shí)，可除嗅、除味；⑤臭氧化有助于絮凝，可以改善沉淀效果。

為了提高臭氧氧化的效果，近年來國內(nèi)外逐漸開展了臭氧與H2O2、UV聯(lián)合氧化工藝的研究，發(fā)現(xiàn)在H2O2或UV存在下，一些與臭氧不能直接反應(yīng)的有機(jī)物得以氧化，但氧化的效果則與有機(jī)物的種類和水的pH值等密切相關(guān)，因而這一工藝尚難以實(shí)際應(yīng)用7。目前，解決飲用水微污染問題的有效途徑之一是在對原水進(jìn)行臭氧化以后，再進(jìn)行過濾吸附處理，特別是臭氧化與粒狀活性炭結(jié)合使用。

2.2活性炭吸附特性與凈水工藝

活性炭通常是以木質(zhì)、煤質(zhì)果殼（核）等含碳物質(zhì)為原料，經(jīng)化學(xué)活化或物理活化過程制成?；钚蕴课⒖装l(fā)達(dá)，孔徑10-105A°，擁有巨大的比表面積，一般700～1600m2/g。因此，活性炭具有很強(qiáng)的吸附能力，在凈水過程中對水中有機(jī)物、無機(jī)物、離子型或非離子型雜質(zhì)都能有效去除。西歐一些水廠使用顆?；钚蕴?，平均可降低水中20～30%的總有機(jī)碳。一般活性炭對溶解性有機(jī)物吸附的有效范圍為：分子大小在100A0～1000A0之間；分子量400以下的低分子量的溶解性有機(jī)物。極性高的低分子化合物及腐殖質(zhì)等高分子化合物難于吸附。有機(jī)物如果分子大小相同，則芳香族化合物較脂肪族化合物易于吸附，支鏈化合物比直鏈化合物易于吸附。

活性炭的應(yīng)用是從消除水中嗅味的實(shí)踐開始的。由于具有發(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積，活性炭能有效地吸附產(chǎn)生嗅味的有機(jī)物，美國早在20世紀(jì)20年代就用粉末炭（PAC）去除水中由藻類產(chǎn)生的季節(jié)性嗅味，采用的工藝流程，其工藝特點(diǎn)是：使用PAC以混懸吸附方式除去水中產(chǎn)生嗅味的污染物。一般PAC與混凝劑同時(shí)投加，并在同一個(gè)混合池和反應(yīng)池中混合、吸附、絮凝，然后在沉淀池中沉淀除去。由于PAC作業(yè)條件惡劣，污泥處置困難，失效PAC的再生問題難以解決等原因，在水處理中逐漸被粒狀活性炭（GAC）所取代。

進(jìn)入本世紀(jì)六十年代以來，由于全球性的環(huán)境問題日益加劇，飲用水水源的有機(jī)污染成為威脅飲用水安全的主要因素之一，人們逐漸把注意從僅僅去除水中嗅味轉(zhuǎn)移到去除致癌、致畸、致突變的有機(jī)物上來，而活性炭去除有機(jī)物的壽命遠(yuǎn)低于去除嗅味的壽命，因而水處理的費(fèi)用大大提高，人們開始尋求強(qiáng)化活性炭的凈化效能、延長其使用壽命的途徑。臭氧與活性炭聯(lián)用的處理技術(shù)，臭氧化-生物活性炭技術(shù)由此應(yīng)運(yùn)而生。

3.臭氧化-生物活性炭技術(shù)的研究與應(yīng)用

從六十年代末開始?xì)W美發(fā)達(dá)國家在飲用水處理中較普遍地采用了活性炭，以進(jìn)一步去除水中的有機(jī)污染物，這時(shí)活性炭處理前多采用預(yù)氯化。在此情況下，炭床進(jìn)水中含有游離氯，微生物的生長受到抑制，炭床中沒有明顯的生物活性。

以預(yù)臭氧化代替預(yù)氯化，可以使水中一些原來不易生物降解的有機(jī)物變成可生物降解的有機(jī)物，臭氧化的同時(shí)還可提高水中溶解氧的含量。此外，水中溶解臭氧的濃度很低，自分解速度又快，活性炭對溶解臭氧有催化分解作用，因此不會(huì)抑制床中微生物的生長，與預(yù)氯化時(shí)的情況完全不同。上面這些因素都可促進(jìn)床中微生物的生長。在適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)和運(yùn)行條件下，活性炭床中保持好氧狀態(tài)，在炭粒表面生長著大量的好氧微生物，充分發(fā)揮了它們對有機(jī)物的分解作用，顯著地提高了出水水質(zhì)，并延長了活性炭的使用周期，由于這種活性炭具有明顯的生物活性，后來被稱之為生物活性炭。

這些國家臭氧化-生物活性炭技術(shù)的應(yīng)用，為我國飲用水深度凈化工藝技術(shù)研究提供了有益的借鑒，對我國開發(fā)具有中國特色的臭氧化-生物活性炭技術(shù)起到積極的促進(jìn)作用。