【臭氧- -生物活性炭工艺】的设计与运行管理 臭氧- 生物活性炭工艺的设计与运行管理 张金松, 范洁, 乔铁军 (深圳市水务〈集团〉有限公司, 深圳518031) 摘要: 针对臭氧—生物活性炭工艺设计和运行管理的重点问题,首先对工艺设计中的活性炭滤料选择、活性炭滤层结构设计、活性炭池型选择、臭氧系统选择、臭氧接触池优化设计和复合预氧化设计等内容进行了研究和总结,并且对工艺运行管理中存在的微生物安全、大型微生物控制、活性炭滤池初滤水管理及pH控制、预臭氧和主臭氧工艺的运行管理等问题,提出了相应的解决方案,以及今后应用中应重点注意的若干问题。 关键词: 臭氧活性炭; 设计; 运行管理; 微生物安全; 标准 深水集团所属梅林水厂和笔架山水厂的臭氧—生物活性炭工艺分别于2005 年和2006 年投入运行,对水厂进一步提高有机物、氨氮的去除效果,降低嗅味,全面改善水质发挥了重要作用。但在实际运行中,也陆续发现了一些国内外文献未曾报道过的新问题,如生物活性炭导致pH值大幅降低,出水有剑水蚤、线虫等微型动物检出等水质问题。因此,如何通过更好的设计和运行管理,从技术上解决这些问题,无论在理
论上还是在实践中均具有非常重要的意义。 1 工艺设计 1.1 活性炭性能指标的选择标准 根据制造原料不同,活性炭可分为木质炭、果壳炭和煤质炭等,其中煤质活性炭因其具有多孔性和高硬度的优点,且来源稳定和价格较低,在大规模水处理工程中得到广泛应用。 在水处理工程中,国外多采用不定型炭(主要是压块破碎炭) ,而国内柱状炭的应用最为广泛。近些年来,不定型炭(主要是柱状破碎炭)在国内得到越来越多的关注,并已经被应用在一些新建水厂中。 研究结果表明,活性炭滤池出水水质与活性炭性能指标之间具有某种相关性。根据分析结果和实际运行情况,并参考国内外活性炭选择的标准,制定了适合于我国南方地区饮用水中活性炭选择的性能指标,如表1所示。1.2 活性炭滤层结构活性炭滤层厚度一般不低于1. 2 m,根据要去除的不同污染物,接触时间在6～30 min之间,但在一些应用中可高于或低于这个范围。通常,以去除嗅味为主时,接触时间一般为8 ～10 min; 以去除CODMn为主时,接触时间一般为12～15 min。 研究结果表明,砂垫层对浊度有去除效果,但是去除率不高,当砂垫层进水浊度为0. 10 NTU时,浊度的平均去除率为6. 5%;石英砂垫层对高锰酸盐指数和氨氮基本没有去除作用。然而
臭氧/生物活性炭联用工艺在水处理中的应用 徐越群1）赵巧丽2） （石家庄铁路职业技术学院1）河北石家庄 050041 石家庄综合地质大队2）河北石家庄 050081）摘要：随着水质污染的日益严重和水质标准的不断提高，常规的水处理工艺往往达不到理想的处理效果。因此，以高效去除水中溶解性有机物和致突变物的饮用水深度净化技术——臭氧化——生物活性炭联用技术日益受到重视。综述臭氧化——生物活性炭联用技术的作用机理及在水处理中的应用研究，并对发展现状及趋势进行分析。 关键词：臭氧氧化生物活性炭水处理 中图分类号：TV4 文献标识码：A 文章编号：1673-1816(2010)04-0034-04 目前，给水处理厂常规的净水工艺为“混凝沉淀——砂滤——加氯消毒”，该项工艺在不能有效地去除水源水中微量可溶性有机污染物，并且其氯化消毒工艺过程中又产生了以氯仿为代表的卤代有机物，这其中有许多致癌、致畸、致突变的三致物质[1]。因此，去除水中有机污染物为目标的饮用水深度净化技术得到广泛的研究，臭氧化-生物活性炭联用工艺日益受到重视，并迅速从理论走到实际应用，其净水工艺以高效去除水中溶解性有机物和致突变物，出水安全、优质而备受瞩目[2]。该工艺在国外运用已经比较成熟，欧洲国家如德意荷等国家已经广泛地将其应用于上千座水厂中，该工艺在我国近年来受到重视，正在逐步推广应用。 1 臭氧——生物活性炭技术的发展概况 1.1 臭氧氧化技术 臭氧氧化技术应用最广泛、最成功的领域是饮用水处理。臭氧是一种很强的氧化剂和消毒剂，其氧化还原电位在碱性环境中仅次于氟。臭氧氧化在饮用水深度处理中的作用有:氧化有机物、减少消毒副产物、消毒、去除色度、促进混凝等[3,4]。 一般来说，单纯的臭氧氧化工艺需要的能量和费用较高，不太适合大规模的优质饮用水的制取，它只能是有选择地将危害性较大的有毒有害物质变成危害较小的物质，或与其他的处理单元结合，才有可能广泛地应用于工程实践[5]。 1.2 生物活性炭技术 生物活性炭（Biological Activated Carbon，BAC）由美国米勒和里根等人首次提出，指水处理过程中，有意识地助长在粒状活性炭吸附中的好氧生物活性的处理工艺[6]。国内外研究和实际应用表明，在对饮用水深度处理中，BAC对水中化学需氧量（COD）、浊度、色度有很好的去除效果[7]。生物活性炭不足之处在于一般采用自然挂膜方式，时间较长；进水浊度高时，活性炭微孔极易被阻 收稿日期：2010-09-27 作者简介：徐越群（1978-），男，汉，河北廊坊人，助理工程师，硕士，研究方向水处理理论与技术。
臭氧生物活性炭各工艺阶段的特点及应用 宋文涛1 ，胡志光1 ，常爱玲1 ，潘晓丽2 1华北电力大学环境科学与工程学院（071003） 2北京国电富通科技发展有限责任公司（100055） E-mail:swt305@https://www.doczj.com/doc/868979512.html, 摘要：针对日益恶化的饮用水水源水质，臭氧生物活性炭饮用水深度处理方法受到人们的广泛关注。本文论述了臭氧生物活性炭工艺中的臭氧发生系统、臭氧尾气破坏系统、臭氧预氧化及后氧化、生物活性炭滤池的应用现状及特点，并对其发展前景作了展望。 关键词：饮用水；深度处理；臭氧氧化；生物活性炭 1．引言 随着饮用水水源污染的日益加剧和居民环保意识的不断增强、生活水平的不断提高，饮用水水质标准要求亦将愈来愈高，常规的絮凝、沉淀、过滤、消毒净水工艺已难以满足水质不断提高的要求，饮用水深度处理技术受到人们的广泛关注，对深度处理技术研究和应用在我国已呈现出蓬勃发展的形式。 臭氧生物活性炭饮用水深度处理方法是集臭氧氧化、活性炭吸附和生物降解于一体，以去除污染的高效性成为当今世界各国进行饮用水深度处理的主流工艺，现已广泛地应用于欧洲，美国，日本等上千座水厂中[1]。该项技术在我国正在逐步推广应用，目前在昆明、北京、常州、深圳、杭州、上海等城市已有应用[2]。本文对臭氧生物活性炭工艺中的臭氧发生系统、臭氧尾气破坏系统、臭氧预氧化及后氧化、生物活性炭滤池的应用现状及特点进行了详细论述。 2. 臭氧发生系统 传统臭氧发生器以空气为原料，其优点是原料为空气，不需成本。但是其不足之处很多：需要对空气进行除尘，脱湿的预处理；臭氧产量低，通常国产臭氧发生器的臭氧质量分数为1％左右；能耗高；设备庞大，增加占地等。当前水厂使用的臭氧发生器多以氧气为原料，其优点是：提高臭氧浓度，增加臭氧产量，通常臭氧质量分数为6％左右；降低电耗；简化设备，减少设备体积和占地面积；加快氧化速度[3]。 对臭氧发生系统而言，臭氧浓度低则臭氧发生器的能耗也低，但臭氧发生器所消耗的氧气量大；臭氧浓度高则臭氧发生器的能耗也高，但臭氧发生器所消耗的氧气量小。因此，究竟采用多大臭氧浓度应根据当地的电价和氧气价格，在进行总成本经济核算后才能确定。如何使臭氧发生系统进一步降低基建投资和运行费用，改进臭氧发生器的臭氧发生技术将成为今后的研究重点。 3. 臭氧尾气破坏系统 从臭氧接触池排出的尾气中仍含有一定数量的臭氧，如果直接排入大气，会造成大气环
臭氧化-生物活性炭技术的研究与应用 摘要：概述国内外臭氧化-生物活性炭的发展历史，分析和介绍国内外该工艺技术 应用的典型案例，并指出臭氧化-生物活性炭工艺当前的技术难点和发展趋势。 关键词：臭氧活性炭臭氧化-生物活性炭消毒副产物致病微生物 1. 引言 随着世界各国经济的高速发展，人们的生活水平不断提高，饮用水的卫生和安全也受到 越来越广泛的关注。由于水源污染日趋严重，水微量分析技术不断进步，在饮用水中越来 越多的有机、有毒污染物被检测出来，并通过流行病学调查研究和对污染物毒理学的 验证，发现某些污染物与居民发病率具有密切的相关性，从而更引起了人们对饮用水安全 的高度重视。 在美国，六十年代初曾对 30 个大城市、11590 个城镇的饮用水进行调查，调查指出， 饮用经氯化以后的地表水可能对人体健康造成潜在危险。在 1974～1977 年间，美国环保局 又组织了两次全国性的调查，一次是调查 80 个城市的饮用水中 4 种卤代烃浓度，并对 10 个城市饮用水中所含的有机物质作了详细的分析；另一次是调查俄亥俄，印地安纳、伊利 诺斯、威斯康星、明尼苏达、密执安等州的 83 个城市饮用水中三卤甲烷的存在情况。调查结果发现，饮用水的有机污染已遍及整个美国 1。德国、英国、加拿大等国也调查了城市地下 水及地面水加氯消毒后挥发性卤代烃的存在情况，并根据调查结果修订了本国的水质标准。随着这些研究和调查的不断深入，人们逐渐认识到，常规的混凝沉淀－砂滤－投氯消毒 处理技术不能充分保障饮用水的卫生与安全，因此，以去除水中有机污染物为目标的饮用 水深度净化技术得到日益广泛的研究和应用。臭氧与活性炭联用的饮用水除污染新技术， 即臭氧化－生物活性炭处理工艺，以其氧化性强、副产物少、吸附与降解效果显著等特点，日益受到重视，并迅速地从理论研究走向实际应用。 与此同时，饮用水中隐孢子虫、贾第虫等新的致病微生物因子不断出现，严重影响 饮用水的生物学安全。70 年代以来，欧美发达国家暴发了多起由贾第虫、隐孢子虫等致病 原生动物，引起的较大规模水介流行病。鉴于这两种致病原生动物已经构成对饮用水微生物 安全的主要危胁，各国相继开展水源水、出厂中贾第虫、隐孢子虫的监测，修订饮用水水质 标准，并开展相关的工艺技术研究，其中值得注意的是臭氧化-生物活炭深度处理技术对这两 种致病原生动物具有很好处理效果。臭氧对隐孢子虫卵囊的灭活能力明显高于游离氯和氯氨。在 1mg/L 臭氧、接触 5 分钟可以对隐孢子虫卵囊灭活 90，而达到同样的去除率，则需要 80mg/L 的自由氯和氯氨接触近 90 分钟。这表明，除臭氧外，水厂通常使用
浅谈臭氧-生物活性炭深度水处理工艺 发布时间：2010-11-22 10:29 来源：原创编辑：王志林点击：151次 摘要主要探讨臭氧—生物活性炭深度水处理工艺的优缺点，总结工艺设计的要点，并介绍了它们的一些具体运用，为臭氧-生物活性炭深度水处理工艺的进一步推广提供技术支持。 关键词臭氧活性炭城市供水工艺设计 1臭氧－生物活性炭深度水处理工艺(O3-BAC) 概述 臭氧-生物活性炭深度水处理技术被称为饮用水净化的第二代净水技术，臭氧-生物活性炭技术采用臭氧氧化和生物活性炭滤池联用的方法，将臭氧化学氧化、臭氧灭菌消毒、活性炭物理化学吸附和生物氧化降解四种技术合为一体。其主要目的是在常规处理之后进一步去除水中有机污染物、氯消毒副产物的前体物以及氨氮，降低出水中的BDOC和AOC，保证净水工艺出水的化学稳定性和生物稳定性。 臭氧是氧的同素异性体，分子式为O3，常态呈气体，淡蓝色，有特殊气味；臭氧是自然界最强的氧化剂之一，具有广谱杀微生物作用，其杀菌速度高于氯气。臭氧投加在水中以后，主要有三个作用，一方面直接降解有机物，减少进入活性炭池中的有机负荷；一方面把大分子有机物降解为小分子有机物，改变水中有机物的分子量分布，提高水中有机物的可生化性，从而有利于强化后续活性炭工艺对于中小分子量有机物的吸附降解；最后一个作用就是为后续活性炭工艺充氧，有利于活性炭好氧微生物的生长。 活性炭几乎可以用含有碳的任何物质做原材料来制造，这包括木材、锯末、煤、泥炭、果壳、果核、蔗渣、骨、石油脚、皮革废物、纸厂废物等等，近来有的国家倾向于用天然煤和焦炭制造粒状活性炭。活性炭的主要特征是比表面积大和带孔隙的构造，因而显示出良好的吸附性能。活性炭分粉末活性炭和颗粒活性炭两种，两者不同之处是颗粒大小不同，其吸附性能没有本质上的区别。活性炭作为一种多孔物质，能够吸附水中浓度较低、其它方法难以去除的物质，同时，还可以去除水中的浊度、嗅味、色度，改善水的口感，而且能够有效地吸附合成洗涤剂、阴离子表面活性剂等活性物质；活性炭还具有催化作用，催化氧化臭氧为羟基自由基，最终生成氧气，增加水中的溶解氧(DO)的浓度。活性炭空隙多，比表面积大，能够迅速吸附水中的溶解性有机物，同时也能富集水中的微生物。粒状活性炭吸附水中溶解性有机物，但对一些挥发性较低，难以生物降解，分子量在10000以上的高分子有机物不易吸附去除，而且吸附性能还受有机物所带官能团及分子结构的影响。利用臭氧电位高的特点，易将许多不易生物降解的有机物分解成许多更易生物降解的较小的或含氧较多的低分子有机物，从而改变了有机物的结构形态和性质，使其易被活性炭吸附去除，而被吸附的溶解性有机物也为维持炭床中微生物的生命活动提供营养源。同时，由于臭氧供氧充分，炭床中大量生长繁殖好氧菌，有足够时间来生物降解所吸附的低分子有机物，这样，也就在炭床中形成生物膜。该生物膜具有生物氧化降解和生物吸附的双重作用，而活性炭孔隙中的有机物被分解后，经过反冲洗，活性炭孔隙腾出吸附位置，恢复了对有机物与溶解氧的吸附能力。活性炭对水中有机物的吸附和微生物的氧化分解是相继发生的，微生物的氧化分解作用，使活性炭的吸附能力得到恢复，而活性炭的吸附作用又使微生物获得丰富的养料和氧气，两者相互促进，形成相对稳状态，得到稳定的处理效果，从而大大地延长了活性炭的再生周期。活性炭附着的硝化菌还可以转化水中的氨氮化合物，降低水中NH3- N的浓度。
生物活性炭与臭氧生物活性炭 査戎03212710 1.生物活性炭 生物活性炭(biological activated carbon, BAC)技术是在活性炭技术的基础上发展而来，它是利用活性炭吸附与生物降解的协同作用来处理废水。 相比而言，传统活性炭吸附容量有限，吸附饱和后再生问题不好解决，大大限制了其在实际中的应用。BAC利用微生物降解吸附到活性炭上的有机污染物，从而降低了活性炭的吸附负荷，增加了炭床达到“穿透”或“失效”时的通水倍数，延长了活性炭的使用周期，减少了活性炭的再生频率，从而降低了生产成本与能耗。 控制生物膜的生长非常重要。BAC工艺用于饮用水纯化过程中生物膜的最佳状态应是稳定的、薄的、生物活性高的，现阶段控制生物膜生长的措施主要包括控制流体的速率或接触时问、调节流体的pH值和溶解氧(DO)及反冲洗的频率。 2.臭氧-生物活性炭 臭氧生物活性炭工艺是将臭氧化学氧化、活性炭物理、化学吸附、生物氧化降解技术合为一体的工艺。该工艺具有处理费用低、有机物去除效率高、效果稳定等特点。O3-BAC与单纯的臭氧法相比，不但可以显著提高溶解氧含量，还可以显著促进后继BAC的处理效果，充分发挥臭氧化、活性炭吸附、生物降解的协同处理作用。 试验证明，饮用水原水经O3-BAC深度处理后，各项出水指标均大大优于常规处理，能够有效地保证居民饮用水的安全。 3.臭氧的作用及机理 臭氧化反应机理为打开通过亲核作用或带有多余电子的原子核双碳键，水中有机物可能直接与O3反应，也可能与O3在水中分解产生的羟基自由基反应。前者缓慢且有选择性，后者反应相当快且没有选择性。通过这两个反应，O3最终将有机物氧化为无机物(H2O,CO2等)或将大分子有机物分解为可生物降解的小分子有机物. 臭氧是靠其强大的氧化能力来达到净化水质的目的的，比如臭氧可以氧化分解吸附在颗粒表面的有机物，从而诱使颗粒脱稳。臭氧可以使C=C双键断裂，生成酮类、醛类或梭酸类物质，从而达到除色的目的。臭氧的脱色能力十分明显。在对嗅和味的去除过程中，臭氧效率非常高，起作用的不仅是臭氧本身，还有其自我分解产物——氢氧自由基。臭氧对引起嗅和味的物质的作用在于它能破坏引起嗅和味的不饱和键。 臭氧可使水中有机污染物氧化降解，将大分子有机物分解为小分了的中间产物，提高有机物的可生化性，有利于后续BAC过程对有机污染物质的去除。同时还可以达到消毒的目的，但不形成三卤甲烷、卤乙酸等。而且预氧化得到的副产物可以被微生物快速降解，有利于生物生长。臭氧化能够改变有机物基团的结构，形成的中间氧化物更易于活性炭吸附，强化了活性炭的脱色效能。臭氧氧化后生成的氧气能在处理水中起到充氧作用，为附着于活性炭上的好氧菌和硝化菌提供生长的营养源，创造好氧菌生长的环境。预氧化能提高生物活性，水进行臭氧化还可以提高水中可同化有机碳浓度。在活性炭前投加臭氧，可以强化活性炭对有机物的去除作用。 3.生物活性炭的作用及机理 活性炭具有高比表面积及发达的孔隙结构，对水中溶解氧及有机物有强吸附特征。生物活性炭技术就是将活性炭作为载体，通过富集或人工固定微生物，在适当的温度及营养条件下，微生物在活性炭表面生长繁殖，形成BAC。它可同时发挥活性炭的物理吸附作用和微
饮用水处理中臭氧-生物活性炭工艺机理 臭氧-生物活性炭工艺对许多水质指标都有很好的改善作用, 包 括浊度、色度、嗅味、铁、锰、有机质( 以COD、BOD 计) 、氨氮、 亚硝酸盐氮、硝酸盐氮。 1．臭氧-生物活性炭的除污机理 1.1 浊度 当水中存在有机物时易吸附在颗粒表面引起空间位阻稳定 ( steric stabilizat ion) , 臭氧能氧化分解这些有机物, 从而诱 导颗粒脱稳。采用预臭氧化通常可以提高混凝过滤过程对颗粒和浊度的去除效率,与此同时却常常降低了混凝过程对DOC的去除。混凝单元去除的是大分子的有机物, 而臭氧化将产生分子质量小、极性强的小分子, 因而影响混凝的效果。但是,臭氧化后的小分子有机物通常要 比臭氧化前的大分子有机物具有更好的可生化性, 另外小分子也更 容易被生物吸收, 因此DOC的去除转由生物活性炭单元去完成。 1．2 色度 臭氧有突出的脱色能力,天然水中的色度来源于腐殖酸的分解物, 通常分解物中存在的不饱和部分是这些物质显色的原因, 称之为发 色团。臭氧可以使C=C双键断裂, 生成酮类、醛类或羧酸类物质。一 旦这种共轭部分通过氧化被破坏, 颜色就随之而去,但这并不意味着 引起色度的有机物能够被彻底氧化为CO2 和H2O,只是发色团受到了 破坏而已。 O3/ BAC 去除色度效果好, 主要是归因于臭氧化作用、活性炭表
面的吸附作用和生物降解作用。需要指出的是, 对色度去除的总效果还包括臭氧化后水中有机物可吸附性和可生化性的改变。 1．3 嗅和味 引起水中嗅和味的有机化合物一般都是在有机物的厌氧分解过程中产生的。臭氧去除水中嗅和味的效率非常高, 起作用的不仅是臭氧本身, 还有其自我分解产物——氢氧自由基臭氧对引起嗅和味的物质的作用在于它能破坏引起嗅和味的不饱和键。 混凝沉淀后加臭氧氧化可使土臭素( Geosmin)和甲基异冰片( MIB ) 等异、嗅味物质的浓度降低85% 左右, 再加上生物活性炭处理就可以达到100%的去除率。引起嗅和味的硫化物、氨等无机物质由于具有挥发性并且分子量小, 故能被活性炭有效吸附。另外, 臭氧也能分解一些该类物质。 1．4 铁和锰 一般来说, 当铁或锰以自由离子形式存在于水中时, 比臭氧弱的氧化剂也可将它们氧化, 通过有效的曝气即可达到去除铁、锰的目的。但是当铁或锰与腐殖质或其他有机物共存时, 可能会以一种复杂的有机物形式出现, 一般氧化剂往往不足以破坏这种结构, 在这种情形下使用臭氧这样的强氧化剂可以破坏这种复杂结构, 达到去除水中铁、锰的目的。 Fe2+ 在遇到空气时能很容易被氧化, 残余Fe2+也很容易被O3 氧化, Fe( OH) 3 絮体在过滤单元中能被有效去除。 与Fe2+ 离子不同, Mn2+ 不能被O2 氧化。但是,O3 能有效地氧
臭氧-生物活性炭深度处理工艺的水质安全性研究进展? 潘章斌1,2 贾瑞宝2 （1.山东建筑大学市政与环境工程学院，山东 济南 250101；2济南市供排水监测中心，山东 济南 250033） 摘要：臭氧-生物活性炭深度处理工艺是当前应用最广泛、技术最成熟的给水处理技术，但该技术在应用过程中也存在着影响饮用水水质安全性的因素。本文系统介绍了臭氧-生物活性炭工艺出水细菌泄漏、臭氧化副产物以及生物可同化有机碳等问题，探讨了臭氧-生物活性炭水质安全问题的解决方案。 关键词：臭氧-生物活性炭; 深度处理；微生物泄漏；溴酸盐；生物可同化有机碳 1前言 以去除细菌和浊度为主要目的的常规水处理工艺只能去除水中20%-30%的有机物，对浊度的去除率也仅为50%-60%，因此经常规处理后饮用水水质安全难以保证，不能与现行国家水质标准相适应[1]。而臭氧-生物活性炭工艺（O 3-BAC ）[2]对于削减原水中各种有机物非常有效，已成为饮用水深度处理主流工艺技术。 O 3-BAC 工艺是将活性炭物理化学吸附、臭氧化学氧化、生物氧化降解及臭氧灭菌消毒四种技术集成为一体的工艺。从20世纪60年代开始,欧洲一些国家就用到生物活性炭技术来处理饮用水,并取得良好的效果。德国杜赛尔多夫水处理厂首先采用臭氧-生物活性炭技术，随后的意大利都灵市新水厂、改建的佛罗伦萨市水厂、罗马市布拉契诺湖水厂和日本的几座水厂均采用了此技术。我国自20世纪80年代开始研究O 3-BAC 工艺，目前在深圳、大庆、昆明、常州等地区 ?基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项（2008ZX07422）；山东省“饮用水安全保障技术”泰山学者建设工程专项。 中 国城镇水网w w w .c h i n a c i t y w a t e r .o r g