臭氧生物活性炭飲用水處理技術(shù)的進展及前景

1、臭氧-生物活性炭飲用水處理技術(shù)的進展及前景摘要 介紹了臭氧-生物活性炭凈水技術(shù)的原理，指出該項技術(shù)在應(yīng)用中體現(xiàn)出來的優(yōu)越性以及存在的問題，并對其發(fā)展前景進行分析。關(guān)鍵詞 臭氧-生物活性炭 飲用水 吸附 生物降解 近些年來，環(huán)境惡化對飲用水的影響越來越突出，飲用水水源中有毒、有害化學有機污染物含量正逐年上升，品種也逐年增多。使水廠的出水水質(zhì)有所下降，直接影響了居民的身體健康。解決和處理水源水質(zhì)迫在眉睫。傳統(tǒng)的工藝“混凝 沉淀 砂濾 投氯消毒 ”的水處理工藝已經(jīng)難以保障飲用水的安全與衛(wèi)生了。生物活性炭技術(shù)的安全性評價表明1，采用常規(guī)方法并不能很好的去除原水有機物，氯的投入容易產(chǎn)生thms的前驅(qū)物以

2、及引發(fā)臭味。只有通過臭氧活性炭才能解決以上存在的問題。1 臭氧活性炭技術(shù)的原理及工藝流程 臭氧-生物活性炭工藝是將臭氧化學氧化、臭氧滅菌消毒、活性炭物理化學吸附、生物降解四種技術(shù)結(jié)合為一體的工藝。21.1 臭氧預(yù)氧化臭氧預(yù)處理的投加點位于常規(guī)處理之前。臭氧是不僅是一種很好的殺菌劑、脫色劑；同時還能分解水中大分子有機物，苯環(huán)、長鏈的大分子有機物被解體為短鏈小分子，或者分子的一些基團被改變，從而提高了處理水的可生化性及可吸附性，使之能被生物降解；臭氧同時氧化水中溶解性的錳和鐵，生成難溶性的氧化物，提高砂過濾的效果，增加錳、鐵的去除率；臭氧在水中還可以自動分解為氧，為活性炭床提供大量的溶解氧（do）

3、，補充水中do消耗，為耗氧菌提供良好的生長環(huán)境，增強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 臭氧滅菌消毒 臭氧滅菌消毒又稱臭氧后氧化，投加到常規(guī)處理之后。主要為了殺滅細菌及病毒；氧化水中有機物質(zhì)如苯酚、洗滌劑、農(nóng)藥和生物難降解有機物；增加水中的溶解氧，有利于生物活性炭上好氧微生物的生長；減少出水廠水的加氯量。4后臭氧投加量一般為1.52.5mg/l。由于水中有機物的種類和濃度不同，投氧量過小不能使原水大分子有機物有效分解，不利于后繼生物活性炭的吸附和生物降解；投氧量過大隨時遠水中一部分有機污染物降解氧化為最終產(chǎn)物h2o和co2,但降低了活性炭的有機負荷。后臭

4、氧的最佳投加量必須通過實驗來確定。1.3 生物活性炭濾池生物活性炭濾池位于后臭氧接觸池之后?；钚蕴績?nèi)部具有發(fā)達的空隙結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積，其微孔構(gòu)成的內(nèi)表面積占總面積的95%以上。能經(jīng)濟有效的去除嗅、味、色度、農(nóng)藥、放射性有機物及其他人工合成有機物。對微小物質(zhì)具有良好的吸附作用。經(jīng)過試驗表明6，炭濾后原水的余氯由0.020.15mg/l降為0.01 mg/l；原水的濁度由0.30.8nlu降低到0.20.3ntu；高錳酸鹽經(jīng)過炭濾后去除率高達46%?；钚蕴窟€易于吸附水中苯類化合物和相對分子質(zhì)量5001000的腐殖質(zhì)，可吸附面積達粒狀活性炭吸附面積的25%，去除率一般為70% 86.7%，而相對

5、分子質(zhì)量小于500和大于3000的有機物則達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產(chǎn)生的小分子有機物。41.4生物降解 生物炭吸附與微生物降解有著協(xié)同作用。活性炭的吸附催化作用提高了微生物的活性，增進了微生物的代謝活動，從而延長了活性炭的工作周期并改善了活性炭的吸附條件。rodman和porrotti等人于70年代提出了胞外酶假說，他們認為，大多數(shù)微生物集中于炭粒外表及鄰近大孔中，無法進入微孔中。而細胞分泌的胞外酶和因細胞解體而釋放出的酶類能直接進入活性炭過渡孔和微孔中，與孔隙內(nèi)吸附的有機物作用生成酶-基質(zhì)復(fù)合體，使其從原吸附位上位脫下來，并被bac表面上的微生物所分解，構(gòu)成吸

6、附和降解的協(xié)同作用。31.5臭氧活性炭技術(shù)的工藝流程常規(guī)的工藝流程如下：5 不同的自來水廠根據(jù)自身的條件采取符合各自條件的工藝。例如：桐鄉(xiāng)市果園橋水廠作為主要飲用水水源的康涇塘屬于四至五類水體，主要是有機物和氨氮含量超標，用常規(guī)處理不能有效的去除污染物，因此在水廠原有常規(guī)處理基礎(chǔ)上增加了原水生物預(yù)處理工藝和臭氧生物活性炭深度處理工藝，其改進后的工藝流程如下5： 又如：中國石油前郭石化分公司水廠其水源原為淺層下水，但是已經(jīng)漸漸枯竭，污染也日漸嚴重。1994年該廠決定改用松花江作為生活水水源，采用先進水處理工藝，經(jīng)處理后，各水質(zhì)均達到國家標準，codmn值達到了國際飲用水水質(zhì)標準。其工藝流程圖如下

7、：2 臭氧活性炭技術(shù)的優(yōu)缺點2.1臭氧活性炭技術(shù)的優(yōu)點a 對氨氮和總有機碳去除率高。氨氮以生物轉(zhuǎn)化方式去除，取代了折點加氯法除氨氮，消除了大量有機氯化物的形成。微生物的降解能力使活性炭能長時間保持吸附能力，吸附容量增加，能使大分子有機物（如殺蟲劑）更好的附在炭粒表面以被微生物膜所降解吸收。臭氧能對難生物降解或顆粒狀的有機物部分轉(zhuǎn)化為可生物降解的有機物。7，8b 臭氧可以提高生物活性炭的吸附容量，延長活性炭的使用壽命。c 可以有效的去除濁度、嗅度、色度和改善水質(zhì)口感。9d 節(jié)約能源，便于污水處理的運行管理，減少炭耗，降低成本。微生物再生活性炭中，吸附與降解的協(xié)同作用，使污水的處理和活性炭再生的過

8、程同時進行；另外，臭氧預(yù)處理使水體增加了溶解氧，也增加了微生物的活性。92.2 臭氧活性炭技術(shù)的缺點臭氧生物活性炭在理論上有待進一步研究。一些系統(tǒng)上的參數(shù)依然依靠經(jīng)驗，在實際操作中比較盲目。例如，臭氧的投加量的計算。進水水質(zhì)，臭氧及生物活性炭裝置的停留時間、濾速，臭氧投加量和臭氧濃度之間存在的關(guān)系仍需完善及研究。5,9對生物活性炭的再生機理還不十分明確。rodman和porrotti等人在70年代提出了胞外酶再生假說，但是目前還沒有一種讓人信服的方法驗證這一觀點，此假說還存在很多疑議。生物活性炭的運行效果受各種條件，如水溫、ph值、菌種等的影響，效果不穩(wěn)定，特別是在掛膜期間，由于生物膜沒有形成

9、，處理效果欠佳。5投加的臭氧不能將微污染水源中的有機物徹底氧化為無機物，而是生成各種中間產(chǎn)物，即臭氧處理的副產(chǎn)物，甚至一些致癌物質(zhì)。 由于研究的不夠深入，長期采用較保守的習慣，導(dǎo)致設(shè)備備用臺數(shù)多、構(gòu)筑物的尺寸和設(shè)備規(guī)格有很大的安全系數(shù)，造成運行中的低效率高能耗。3 臭氧活性炭在水處理中的前景臭氧活性炭工藝被公認為自來水廠最佳的深度處理工藝，國內(nèi)許多大型自來水公司都視其為今后技術(shù)改造的方向。很多研究者在這方面作了深入研究，提出了很多可行的理論，工藝也得到了很大改善。新的工藝組合得到了進一步的發(fā)展。例如：臭氧尾氣回用，以增加污水中臭氧的吸收率和污水混凝、反應(yīng)、沉淀的效果。安東10等人提出的利用固定

10、化生物活性炭強化飲用水深度處理是臭氧活性炭工藝的改進方法，對常規(guī)水質(zhì)指標的控制有一定的優(yōu)勢。還可以對臭氧氧化副產(chǎn)物（甲醛）進行生物降解，彌補了普通活性炭工藝的欠缺。對設(shè)計和控制環(huán)節(jié)的研究是臭氧活性炭工藝發(fā)展的關(guān)鍵。包括對系統(tǒng)工藝性能影響因素的關(guān)系，尋找和確定適宜的射擊參數(shù)，運行條件和控制方法。研究生物再生理論，對設(shè)計參數(shù)的確定有很大幫助。4 結(jié)論隨著飲用水源污染的日益加劇和飲用水質(zhì)標準的提高，臭氧生物活性炭與傳統(tǒng)單純的臭氧氧化或活性炭降解相比，不失是一種先進的優(yōu)水質(zhì)、低能耗、無污染的綠色工業(yè)水處理技術(shù)。它是我們飲水處理技術(shù)的主角。如何發(fā)揮其優(yōu)越性，促進其工藝的廣泛應(yīng)用，提高其技術(shù)和運行控制水平

11、使其工藝設(shè)計趨于最佳狀態(tài)是今后改進的工作。參考文獻1 喬鐵軍 劉曉飛 范潔等,生物活性炭技術(shù)的安全評價j.中國給水排水,2004,2:31323 周娟娟 胡中華等,生物活性炭技術(shù)(bac)進展與應(yīng)用j.西南給排水,2003,25(2):13144 宋文濤 潘曉麗,臭氧生物活性炭工藝處理飲水時各階段的特點j.工業(yè)用水與廢水,2005,36(4):85杜喆華 何正浩 瞿晶晶等,臭氧-生物活性炭處理微污染水源水的工藝及其發(fā)展j.水資源保護,2005,21(2):10,116李紹峰 黃君禮 倫中財?shù)?臭氧-生物活性炭-膜法處理自來水j.中國給水排水,2002,18(3):69727邱凌峰 黃志心 龐勝華,臭氧-生物活性炭深度處理飲用水j.水處理技術(shù),2006,32(4):78808呂宏德 李曉敏,活性炭生物再生的探討及在污水處理中的應(yīng)用j.電站系統(tǒng)工程,