劉博才 王會(huì)聰

(1.天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津 300000； 2.百川云創(chuàng)(天津)科技發(fā)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(fā)展

劉博才1王會(huì)聰2

(1.天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津 300000； 2.百川云創(chuàng)(天津)科技發(fā)展有限公司，天津 300000)

針對(duì)現(xiàn)狀常規(guī)凈水處理工藝不能完全滿足飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)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(jī)理與特點(diǎn)，指出臭氧—生物活性炭工藝具有針對(duì)性高、安全性高、穩(wěn)定性高的優(yōu)勢(shì)。

臭氧，生物活性炭，飲用水，凈水處理工藝

隨著全世界水環(huán)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(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明常規(guī)“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(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，人類用水安全受到威脅，特別是微污染水源中致癌物的產(chǎn)生，人類在微污染水源水處理工藝的研究發(fā)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(jī)物和亞硝酸鹽及氨氮等污染物、出水優(yōu)質(zhì)安全的優(yōu)勢(shì)在微污染水源水中得到廣泛研究與發(fā)展。在我國微污染水源水普遍的大環(huán)境下，臭氧—生物活性炭技術(shù)在飲用水處理技術(shù)中前景廣闊。

1 臭氧—生物活性炭工藝機(jī)理

臭氧—生物活性炭工藝將臭氧的化學(xué)氧化作用、活性炭的物理吸附作用及微生物的降解作用進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，相互促進(jìn)。難降解的大分子有機(jī)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(jī)物，同時(shí)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(yíng)養(yǎng)源，為好氧微生物創(chuàng)造更好的生產(chǎn)環(huán)境，增加活性炭的工作壽命，加快有機(jī)物的降解，從而達(dá)到去除水中有機(jī)物的目的。圖1為臭氧—生物活性炭工藝實(shí)際運(yùn)行中應(yīng)用最為廣泛的工藝流程。

前置預(yù)臭氧能夠初步氧化分解水中有機(jī)污染物，有效提升后續(xù)常規(guī)處理工藝效率；主臭氧在常規(guī)處理工藝后續(xù)的臭氧接觸池中進(jìn)行，進(jìn)一步提高有機(jī)物的氧化降解，并使后續(xù)生物活性炭濾池有充足的溶解氧，為微生物提供良好環(huán)境；生物活性炭濾池通過表面細(xì)菌的微生物降解有機(jī)污染物，并對(duì)水中殘余臭氧及其副產(chǎn)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(qiáng)氧化性誘導(dǎo)脫穩(wěn)吸附于水中顆粒上的有機(jī)物，氧化分解大分子有機(jī)物，致不飽和鍵氧化斷裂，達(dá)到降低水體濁度與色度指標(biāo)的效果，尤其對(duì)分子質(zhì)量大于1×105的有機(jī)物降解效果更為明顯。同時(shí)，臭氧—生物活性炭工藝在臭氧氧化有機(jī)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(huán)境，大幅度提高異養(yǎng)菌和硝化菌去除水中氨氮和亞硝酸鹽的效率，對(duì)后續(xù)去除有機(jī)物的可生化性提供有效保障。

2 臭氧—生物活性炭工藝特點(diǎn)

臭氧—生物活性炭工藝將臭氧氧化與生物活性炭濾池技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，充分利用各自優(yōu)勢(shì)，臭氧具有消毒和強(qiáng)氧化性，臭氧不僅氧化分解大分子有機(jī)物，更可強(qiáng)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(jī)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(zhì)，對(duì)水中氨氮、有機(jī)污染物、致癌物及消毒副產(chǎn)物等有良好的去除效果，確保出水水質(zhì)穩(wěn)定性。

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

表1 常見氧化劑標(biāo)準(zhǔn)電極電位[2]

臭氧—生物活性炭工藝中臭氧發(fā)揮其三大特點(diǎn)：

1)利用自身強(qiáng)氧化性直接降解水中有機(jī)物，減輕后續(xù)處理有機(jī)負(fù)荷；

2)把大分子有機(jī)物氧化分解為小分子有機(jī)物，對(duì)后續(xù)生物活性炭的吸附降解作用提供良好保障，增強(qiáng)水質(zhì)可生化性；

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

生物活性炭自身特有的多孔構(gòu)造，具有很大的比表面積，對(duì)水中溶解性的有機(jī)物快速吸附，為活性炭表面生長(zhǎng)的微生物提供生長(zhǎng)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(zhì)條件，提高用水水質(zhì)，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(jìn)，互相穩(wěn)定，使水廠活性炭運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，運(yùn)行成本低，這種獨(dú)特的工藝優(yōu)勢(shì)在凈水處理中在國內(nèi)外必能得到快速發(fā)展。

3 臭氧—生物活性炭工藝優(yōu)勢(shì)

1)針對(duì)性高。

臭氧—生物活性炭主要針對(duì)常規(guī)處理及超濾技術(shù)都難以解決去除的微量有機(jī)物、臭味、內(nèi)分泌干擾物等污染物質(zhì)有明顯的處理效果，針對(duì)性高，是目前非常有效的凈水技術(shù)措施，水廠出水水質(zhì)可明顯改善。

2)安全性高。

臭氧—生物活性炭對(duì)水體中的突發(fā)性藻類的藻毒素有較強(qiáng)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(yù)臭氧與應(yīng)急碳粉等措施的基礎(chǔ)上，后續(xù)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(wěn)定性高。

臭氧—生物活性炭工藝是目前國內(nèi)外深度凈水處理工藝中既是技術(shù)最為成熟又是應(yīng)用最為廣泛的工藝措施，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)豐富，管理技術(shù)成熟，出水穩(wěn)定性高。

4 結(jié)語

隨著水源水質(zhì)的日益惡化及我國飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)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(shù)代表，其研究與發(fā)展有著深遠(yuǎn)意義。臭氧—生物活性炭工藝在臭氧氧化的前提下，對(duì)去除水中還原性無機(jī)物及高分子有機(jī)物有明顯優(yōu)勢(shì)，尤其針對(duì)我國微污染水質(zhì)效果明顯，優(yōu)勢(shì)突出，在凈水工藝處理中有廣泛的應(yīng)用與發(fā)展前景，在凈水行業(yè)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(jī)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(xué)工業(yè)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(huì)聰(1989- )，女，助理工程師

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