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水处理的生物活性炭技术探讨引言随着我国工业化的大力推进，工业污水和生活污水等大量污水向环境中的排放使人们的生活面临着严重的威肋，因此，对这些污水的处理成为了亚待进行的任务在众多污水的处理中，生物活性炭技术的应用表现出了巨大的优势，不仅可以达到除污的良好效果，而且可以使活性炭再生利用，节省了原料，实践证明，生物活性炭技术在水处理中的应用具有广阔的发展前景。
一、生物活性炭技术简介1、简介生物活性炭是当前国内外饮用水深度处理的主流工艺之一。
生物活性炭技术是将臭氧化学氧化、活性炭物理化学吸附、生物氧化降解进行联合使用。
在生物活性炭吸附前增设臭氧预氧化，不仅可以初步氧化水中的有机物及其他还原性物质，以降低生物活性炭滤池的有机负荷；还可以使部分难生物降解有机物转变为易生物降解物质，从而提高生物活性炭滤池进水的可生化性。
生物活性炭还被成功用于处理呈现高藻、高有机物、高氨氮“三高” 特征的太湖水处理中，为类似水厂的深度处理改造提供经验和示范。
生物活性炭深度处理工艺具有诸多的优点，但在应用过程中也会发生活性炭滤池生物泄漏、溴酸盐超标、中间提升泵房运行不稳定等问题，针对上述问题，需要找出防止生物泄漏、溴酸盐超标等设计优化和改进的方法，为臭氧—生物活性炭工艺更加科学合理的运用提供依据。
总之，臭氧化-生物活性炭处理工艺充分发挥了臭氧化和生物活性炭两种水处理技术的优点，并相互促进和补充，是一种高效的除污染技术，能够充分保证饮用水的安全性。
2、优势生物活性炭技术特有的优势主要有：一是能有效的深度处理有机废水。
通常情况下，有机物被微生物的降解具有一个最小的基质浓度，当水中的有机物浓度比这一基质浓度小时，微生物的降解速率不高，基于生物活性炭技术对水中有机物具有良好的吸附作用以及炭表面有机物的富集，从而提升微生物降解速率。
例如在处理城市污水个工业废水等二级水处理时，由于其具有有机物浓度不高、可生化性能差的缺点，应用这一技术能很好的去除有机污染物，最佳能达到回用水水质标淮。
浅谈臭氧-生物活性炭深度水处理工艺摘要主要探讨臭氧—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。
45供水篇饮用水源微污染已成为我国面临的普遍问题，且在今后很长一段时间内都会继续存在。
有机物和氨氮是饮用水源中主要的污染物，有机物会导致COD 含量高、生成消毒副产物和为微生物在管道内的生长提供营养物质。
此外，水中嗅味物质的存在会引起用户感官的不适。
而内分泌干扰物(EDCs)、药品和个人护理品(PPCPs)等新兴污染物也开始在水体和自来水厂中检出，由此带来的风险值得重视。
在我国，90%以上的饮用水厂都采用混凝、过滤、消毒的传统处理工艺，不能有效地去除水中的溶解性有机物和氨氮。
为达到新的饮用水卫生标准(GB 5749-2006)，很多水厂都面临着升级改造的需求。
在实际应用中，常在传统处理工艺前加入预氧化，臭氧/平板陶瓷膜-生物活性炭新型净水工艺研究□ 清华大学深圳研究生院环境工程与管理研究中心 张锡辉 范小江我国饮用水源面临着多种污染物导致的复合污染，传统的水处理工艺已不能满足要求，而新增深度处理工艺需新建处理单元，工艺流程延长，增加投资和运行成本。
以臭氧/平板陶瓷膜-生物活性炭为核心的新型工艺可以促进净水工艺从“串级”转变为“并级形式”，缩短工艺流程，并可以在水厂现有构筑物的基础上进行升级改造，操作简便，效率高。
在工艺后添加以臭氧活性炭为代表的深度处理工艺，有时甚至在最后添加膜处理工艺。
这使得处理流程冗长，相应的建设和运行成本上升，尤其对于一些用地紧张的水厂更是难以实现。
本文采用耐氧化的平板陶瓷膜，将传统的预氧化、混凝、沉淀、砂滤和臭氧氧化等5个单元通过平板陶瓷超滤膜，集成为一个复合单元，后续采用生物活性炭过滤，如图1所示。
这使得饮用水处理工艺从“串级”发展到“并级”形式。
其中，混凝将微小颗粒物聚合形成絮体，膜过滤将颗粒物完全去除，臭氧可以氧化有机物和提高有机物的可生化性，活性炭可以进一步去除有机物和水中的氨氮，从而达到去除污染物的目的。
本文集成工艺有助于在现有水厂构筑物基础上实现传统工艺向深度处理工艺的升级。
臭氧-生物活性炭技术在微污染水处理中的应用周大佐 邱凌峰(同济大学环境工程学院,上海200092)摘 要 分析了臭氧-生物活性炭法的基本作用原理以及介绍了国内研究和应用该法的情况,并提出了应用该法时所需注意的一些问题。
关键词 臭氧 生物活性炭 饮用水深度处理收稿日期:1997-03-10作者简介:周大佐,男,24,工学硕士,毕业于上海同济大学环境工程学院,现准备攻读同济大学环境工程学院博士研究生。
在水污染日益严重的今天,原水中有毒有害化学有机污染物含量正逐年上升,品种也正逐年增多,这给饮用水处理带来了极大的困难。
大量文献表明,自来水厂传统水处理工艺已不能有效地去除水中各种污染物,特别是溶解性有机物。
为解决这一问题,国内外研究了多项技术对其进行改进,其中臭氧-生物活性炭净水工艺以其高效去除水中溶解性有机物和致突变物,出水安全、优质而倍受瞩目。
1 臭氧-生物活性炭法基本原理臭氧-生物活性炭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4种技术合为一体的工艺。
简单地说,它的做法是在传统水处理工艺的基础上,以预臭氧氧化代替预氯化,在快滤池后设置生物活性炭滤池〔1〕。
利用臭氧预氧化作用,初步氧化分解水中的有机物及其它还原性物质,以降低生物活性炭滤池的有机负荷,同时臭氧氧化能使水中难以生物降解的有机物断链、开环,使它能够被生物降解。
另外,臭氧化工艺还能在处理水中起到充氧作用,使生物活性炭滤池有充足的溶解氧用于生物氧化作用。
活性炭能够迅速地吸附水中的溶解性有机物,同时也能富集水中的微生物。
活性炭表面吸附的大量有机物也为微生物提供了良好的生存环境。
在有丰富的溶解氧的情况下,微生物以有机物为养料生存和繁殖,同时也使活性炭表面得以再生从而具有继续吸附有机物的能力,即大大地延长了活性炭的再生周期。
臭氧生物活性炭工艺就是这样达到去除水中的有机物,对饮用水进行深度处理的目的的。
以下是一种典型的增加了臭氧-生物活性炭工艺给水处理厂工艺流程图:2 臭氧-生物活性炭法国内研究情况我国从80年代开始研究以来,各地方对该法开展了较为广泛的研究和应用。
臭氧-生物活性炭工艺臭氧-生物活性炭工艺结合了臭氧工艺和生物活性炭工艺，净水前通过臭氧预氧化，对于无机物，臭氧在水中可以有效地将其中的溶解性铁，锰等无机离子转化成难溶解性氧化物从水中沉淀出来，从而在混凝沉淀与过滤中去除。
而对于有机物，臭氧分子与有机污染物间的直接氧化作用缓慢且有明显的选择性反应。
另一种是臭氧被分解后产生羟基自由基间接地与水中的有机物作用。
在臭氧后氧化中增加水中的溶解氧，有利于后继生物活性炭上好氧微生物的生长。
生物活性炭滤池位于臭氧接触池之后，活性炭因其内部具有发达的孔隙结构和巨大的比表面积从而用微孔吸附的方法去除有机物，活性炭的吸附性也可经济有效的去除嗅，味，色度，农药，放射性有机物及其其它人工合成有机物。
由于活性炭是一种兼有吸附，触媒和化学反应活性的多功能载体。
好氧微生物群落可以分散在炭段表面，也可以成膜覆盖在整个炭粒外表面，形成生物活性炭，这样可以发挥生化和物化处理的协同作用，从而延长活性炭的工作周期，大大提高处理效率，改善出水水质，并能处理那些采用单纯生化处理或活性炭吸附法所不能去除的污染物质。
影响臭氧－生物活性炭工艺主要因素1、微生物生命活动对水温、pH值等因素的变化很敏感，容易导致炭床中生物降解效率发生波动。
当温度低于5℃时，水处理效果极差。
2、活性炭柱承担着吸附和生物降解有机物的双重作用，延长水与活性炭柱的接触时间对去除有机物有利；而反冲洗条件对保护某些菌落很重要。
3、为了维持活性炭的生物平衡和避免高于微生物生命形式的发展，活性炭定期冲洗是维护生命活动的重要手段。
活性炭冲洗一般采用水洗、气洗、气水同时冲洗等几种方式。
反冲后重新启动时水质一般较差，将持续10-20min，以使扰乱的炭层复原到正常过滤状态。
工程实践证明，反冲效果的好坏直接影响处理水质。
4、臭氧－生物活性炭工艺一般设置在砂滤之后，去除有机物的效果取决于水中有机物的性质、活性炭的特性、操作条件、温度等。
5、在臭氧－生物活性炭工艺中，臭氧的重要作用是将大分子有机物降解为小分子有机物，提高原水的可生化性。
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，水厂通常使用的消毒剂不能用来灭活隐孢子虫卵囊 2。
粒状活炭过滤去除贾第虫孢囊、隐孢子虫卵囊与砂滤池或双层滤料滤池的效果大致相同 3，也就是说臭氧化-生物活性炭工艺中的炭滤可以在原有工艺的基础上，增加一道安全屏障。
臭氧化-生物活性炭技术的这一新的优势，使其应用又呈现出更快的增长势头2．臭氧化-生物活性炭技术发展概况 2.1 臭氧化技术的特点与应用臭氧是氧的同素异构体，由 3 个氧原子组成，常温常压下是一种不稳定的淡紫色气体，并可自行分解为氧气。
它的密度是氧气的1.5 倍，在水中的溶解度是氧气的10 倍。
臭氧具有极强的氧化能力，在水中氧化还原电位仅次于氟而居第二位。
臭氧本身的特性决定了臭氧化技术具有以下特点：臭氧由于其氧化能力极强，可去除其它水处理工艺难以去除的物质；臭氧化的反应速度较快，从而可以减小反应设备或构筑物的体积；剩余臭氧会迅速转化为氧气，既不产生二次污染，又能增加水中溶解氧；在杀菌和杀灭病毒的同时，可除嗅、除味；臭氧化有助于絮凝，可以改善沉淀效果。
自1785 年由Van Marum 发现臭氧后，1886 年Meritens 证实臭氧具有极强的杀菌能力4，本世纪初，开始作为自来水的消毒净化剂。
随后证明臭氧还可有效地去除水中的酚、氰、硫、铁、锰，降低 COD 和 BOD，并能脱色、除臭和杀藻。
但由于臭氧设备费和运行费较高，未能广泛应用。
二次世界大战后，臭氧发生器的研制取得很大进展，其规模和效率也有了大幅度提高，特别是进入 20 世纪70 年代，臭氧化技术得到迅速发展，因此已成为水处理的重要手段之一 5。
臭氧化技术应用以欧洲大陆最为普遍。
法国和瑞士臭氧化工艺的应用有着悠久的历史，臭氧化设备也居世界领先地位；德国全国 85的水厂采用了臭氧深度处理技术。
目前这些国家在臭氧化技术发展的进程中仍处在世界前列。
在 70 年代，世界上约有 1039 座水厂应用了臭氧消毒技术，而其中有近 1000 座位于欧洲。
到 90 年代，应用臭氧技术的水厂在欧洲已达近 2000 家左右，成为世界上最集中的地区。
与此同时，多种复合型臭氧水处理技术首先在这些国家得到开发和正式投入生产应用。
在美国、加拿大、澳大利亚等国家，臭氧技术的发展在 60 年代以来一直比较稳定，但其应用规模都比较小，到了 80 年代，这些国家在臭氧技术的开发和应用上明显加快了步伐。
以美国为例，1977 年，全美只有 2 个小型水厂应用臭氧，进入八十年代以来，由于美国环保局提出了新的水质标准，对出厂水和管网水的消毒作了更加严格的规定，同时又对减少水中的消毒副产物作出进一步的限制，这双重的压力迫使国内的水厂不得不考虑采用臭氧化、强化混凝和生物过滤等技术来达到供水要求。
因而臭氧化深度处理技术改造已在全国范围内兴起，。
1989 年，有 55 座采用臭氧化工艺的水厂投入运行，进入新千年，美国已有 200余座水厂已经应用了臭氧化技术，还有许多类似的水厂则正在设计或建设之中6。
为了提高臭氧氧化的效果，近年来国内外逐渐开展了臭氧与 H2O2、UV 联合氧化工艺的研究，发现在 H2O2 或UV 存在下，一些与臭氧不能直接反应的有机物得以氧化，但氧化的效果则与有机物的种类和水的 pH 值等密切相关，因而这一工艺尚难以实际应用 7。
目前，解决饮用水微污染问题的有效途径之一是在对原水进行臭氧化以后，再进行过滤吸附处理，特别是臭氧化与粒状活性炭结合使用。
2.2 活性炭吸附特性与净水工艺活性炭通常是以木质、煤质果壳（核）等含碳物质为原料，经化学活化或物理活化过程制成。
活性炭微孔发达，孔径 10-105A°，拥有巨大的比表面积，一般 700～1600m2/g。
因此，活性炭具有很强的吸附能力，在净水过程中对水中有机物、无机物、离子型或非离子型杂质都能有效去除。
西欧一些水厂使用颗粒活性炭，平均可降低水中 20～30％的总有机碳。
一般活性炭对溶解性有机物吸附的有效范围为：分子大小在 100A0～1000A0 之间；分子量 400 以下的低分子量的溶解性有机物。
极性高的低分子化合物及腐殖质等高分子化合物难于吸附。
有机物如果分子大小相同，则芳香族化合物较脂肪族化合物易于吸附，支链化合物比直链化合物易于吸附 1。
活性炭的应用是从消除水中嗅味的实践开始的。
由于具有发达的微孔结构和巨大的比表面积，活性炭能有效地吸附产生嗅味的有机物，美国早在 20 世纪 20 年代就用粉末炭（ PAC）去除水中由藻类产生的季节性嗅味，采用的工艺流程如图 1 所示：其工艺特点是：使用 PAC 以混悬吸附方式除去水中产生嗅味的污染物。
一般 PAC 与混凝剂同时投加，并在同一个混合池和反应池中混合、吸附、絮凝，然后在沉淀池中沉淀除去。
由于PAC 作业条件恶劣，污泥处置困难，失效 PAC 的再生问题难以解决等原因，在水处理中逐渐被粒状活性炭（GAC）所取代，工艺流程如图 2 所示流程 a 的工艺特点是，以 GAC 取代部分砂滤层，GAC 滤层起着过滤和吸附的双重作用。
GAC 不仅能有效地去除水中产生嗅味的有机污染物，还能有效地去除烃类、芳烃类、酯类、胺类、醛类、醚类等多种有机污染物。
GAC 去除嗅味的使用寿命很长，一般为２年左右，但其去除色度和 THMS 的寿命则很短，约为几个月。
而去除氯仿萃取物的有效寿命则介于两者之间。
流程ｂ的工艺特点是，在砂滤池之后加设 GAC 滤池，此时砂滤主要是过滤作用，除去沉淀池水中的细小絮凝体，这样可保护其后的活性炭颗粒的孔隙不致被悬浮颗粒堵塞，使之更有效地去除溶解性的污染物，这样有利于延长活性炭使用寿命。
进入本世纪六十年代以来，由于全球性的环境问题日益加剧，饮用水水源的有机污染成为威胁饮用水安全的主要因素之一，人们逐渐把注意从仅仅去除水中嗅味转移到去除致癌、致畸、致突变的有机物上来，而活性炭去除有机物的寿命远低于去除嗅味的寿命，因而水处理的费用大大提高，人们开始寻求强化活性炭的净化效能、延长其使用寿命的途径。
臭氧与活性炭联用的处理技术，臭氧化－生物活性炭技术由此应运而生3．臭氧化-生物活性炭技术的研究与应用 3.1 臭氧化--生物活性炭技术的发展过程从六十年代末开始欧美发达国家在饮用水处理中较普遍地采用了活性炭，以进一步去除水中的有机污染物，这时活性炭处理前多采用预氯化。
在此情况下，炭床进水中含有游离氯，微生物的生长受到抑制，炭床中没有明显的生物活性。
臭氧化与活性炭吸附的第一次联合使用是 1961 年在德国 Dusseldorf 市 Amstaad 水厂中开始的 8。
由于该厂水源--莱茵河水质不断恶化，原有的河岸过滤→臭氧化→过滤→加氯的工艺已不能满足要求，为了提高出水水质，进一步消除嗅味，在过滤后又加上了活性炭吸附。
该流程与当时一般采用的预氯化活性炭流程相比较，出水水质明显提高，炭的使用周期大为延长。
此后，经过多年的使用和研究，逐渐认为炭床中大量生长的微生物所具有的生物活性是处理效率提高和炭使用周期延长的主要原因。
以预臭氧化代替预氯化，可以使水中一些原来不易生物降解的有机物变成可生物降解的有机物，臭氧化的同时还可提高水中溶解氧的含量。
此外，水中溶解臭氧的浓度很低，自分解速度又快，活性炭对溶解臭氧有催化分解作用，因此不会抑制床中微生物的生长，与预氯化时的情况完全不同。
上面这些因素都可促进床中微生物的生长。
在适当的设计和运行条件下，活性炭床中保持好氧状态，在炭粒表面生长着大量的好氧微生物，充分发挥了它们对有机物的分解作用，显著地提高了出水水质，并延长了活性炭的使用周期，由于这种活性炭具有明显的生物活性，后来被称之为生物活性炭。
法国是最早在给水处理厂应用臭氧化技术的国家，臭氧化-双过滤技术是其工艺特色。
Rouen La Chapella 水厂以地下水为原水，处理能力５万 m3/d，由于水体污染以及地下水的过度开采，导致水中氨氮、铁、锰和有机污染物浓度过高。
为解决这些问题，1976 年饮用水深度净化设施投入使用，该工艺采用两阶段臭氧化流程 9。
水经过预臭氧化（接触时间为 4min，平均臭氧投量 0.5mg/l），进入双层滤池，滤料采用石英砂和活性炭。
