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臭氧_平板陶瓷膜_生物活性炭新型净水工艺研究

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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。

一、试验材料与方法实验采用东江水和东莞运河的配水为原水，以混凝/臭氧/陶瓷膜→炭滤→消毒为处理工艺，中试实验规模为120 m3/d。实验采用的浸没式平板陶瓷膜由明电舍(日本)公司采用新型纳米材料工艺研制，膜平均孔径为60 nm。单块陶瓷膜的尺寸为1046 mm× 260 mm×6 mm，每个膜组件包含50

块陶瓷膜，实验共使用两个图1 适合微污染水处理工艺集成：从“串级”到“并级”46特别关注The Special Focus

图2 集成工艺对浊度的去除效果 图3 膜出水和炭滤出水中的颗粒数变化

图4 集成工艺对有机物的去除效果 图5 集成工艺对氨氮的去除效果

图6 集成工艺对消毒副产物前体物的去除效果

图7 集成工艺对嗅味物质的去除效果

图8 集成工艺对典型EDCs的去除效果 图9 集成工艺对PPCPs的去除效果膜组件，总的膜面积为50m2。膜过滤时恒定通量为100 L/m2·h，过滤周期为240 min反冲洗3 min，反冲洗强度为15 m3/h。臭氧发生器为OZONIA CFS-3 2G型，以纯氧为气源，通过设在膜池底部的微孔曝气板进入水体。浊度采用HACH 2100P 浊度仪测量，采用GR-100A台式激光颗粒物分析仪(IBR)测量颗粒数，用Sinsche TA-88微量自动分析仪测量氨氮、亚硝态氮，用Shimadzu UV-1700紫外-可见光分光光度计测量UV254和硝态氮，用Shimadzu TOC-VCPH测量DOC，用GC-μECD测量三卤甲烷，用HSPME-GC/MS测量Geo-smin和2-MIB，用SPE-GC/MS测量EDCs，用SPE-LC/MS/MS测量卤乙酸和PPCPs。二、结果与讨论1、集成工艺对浊度的去除陶瓷膜对浊度的去除效果显著，出水浊度稳定在0.1 NTU以下，不受原水浊度波动的影响。经过活性炭过滤后出水浊度略有上升，但仍低于0.25 NTU，优于国家饮用水卫生标准的要求。膜出水中粒径大于2μm的颗粒数基本低于10 个/mL，炭滤出水中粒径大于2μm的颗粒数低于50 个/mL。原水中可以检出的细菌总数、总大肠菌群以及隐孢子虫和贾第虫卵囊在膜出水中均未检出，可以认为原水中的有害微生物在进入活性炭滤池之前已被有效截留，显著降低了出水的微生物风险。2、集成工艺对有机物和氨氮的去除混凝对DOC的去除低于20%，臭氧/陶瓷膜对DOC的去除为16%，炭滤对DOC的去除率为65%。UV254的去除规律与DOC相似，集成工艺对UV254和DOC的去除率分别为87%和73%。在本工艺中，臭氧除了通过氧化去除有机物，还能通过反应提高有机物的可生化性，促进后续生物活性炭对有机物的去除，从而达到好的去除效果。原水氨氮浓度小于3.5mg/L时，工艺出水氨氮浓度小于0.1mg/L，远低于国家标准GB5749-2006规定的0.5mg/L，氨氮总去除率>95%。而且出水中几乎没有亚硝酸氮存在，氨氮基本都经过硝化转化为硝酸盐氮。混凝和陶瓷膜对氨氮的去除有限，臭氧对陶瓷膜去除氨氮没有促进作用。活性炭滤池对氨氮去除效果显著，占整个工艺去除率的70%以上。溶解氧是氨氮去除的关键因素，本工艺中的臭氧由纯氧制备，投加臭氧时水中溶解氧浓度升高至11~13mg/L，基本满足氨氮去除的要求。（图2～9）3、集成工艺对消毒副产物前体物的去除以三卤甲烷（THMs）和卤乙酸（HAAs）的生成潜势作为消毒副产物前体物进行考察，原水中THMFP 以CHCl3为主，占85%以上，其次为CHCl2Br和CHClBr2，未检测到CHBr3的存在。HAAs的生成势以DCAA和TCAA为主，二者共占90%以上。消毒副产物前体物的去除规律基本与DOC保持一致，集成工艺对

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THMFP和HAAFP的去除率分别为77%和76%。4、集成工艺对嗅味物质、EDCs和PPCPs的去除嗅味物质、EDCs和PPCPs在原水中含量很低，浓度在ng/L的范围，但传统工艺不能有效去除。典型的嗅味物质如土臭素（Geosmin）和2-甲级异莰醇（2-MIB）在ng/L水平时已能影响人的感官，而EDCs和PPCPs则会给人体带来未知的健康风险。臭氧和陶瓷膜的组合工艺能大幅降低此类微量有机物在水中的浓度，集成工艺对Geosmin、2-MIB、EDCs和PPCPs的去除率分别为：96%、87%、98%和98%。本研究提出的新型超滤膜工艺中将臭氧和陶瓷膜进行结合，陶瓷膜除了具有传统超滤的分离功能外，无数的陶瓷膜膜孔相当于纳米级尺寸的微反应器。陶瓷膜材料促进了臭氧与通过膜孔的有机物进行反应，由于纳米尺度下的传质时间大幅缩短和传质效率大幅提高，传统工艺中不能去除的微量有机物得以在膜孔内得到去除。三、结论臭氧/陶瓷膜新型净水工艺出水浊度低于0.25 NTU，大于2 μm的颗粒数小于50 个/mL，对传统污染物氨氮、DOC、THMFP和HAAFP的去除率分别为95%、73%、77%和76%，对致嗅味物质Geosmin和2-MIB的去除率分别为96%和87%，对新型微量污染物质EDCs和PPCPs的去除率分别为98%和98%。臭氧/陶瓷膜新型净水工艺将传统工艺中的多个处理单元进行有机结合，使臭氧/陶瓷膜单元具有传统工艺中的混凝、沉淀、过滤、预氧化、臭氧氧化和膜过滤等多个单元的功能，同时臭氧与陶瓷膜的结合还能在线控制膜污染，而活性炭可以进一步去除残留的有机物和氨氮。在这种情况下，处理工艺由传统的“串级”处理模式转变为“并级”处理模式，保持高的处理效率的同时大幅降低投资、运行成本和占地面积，在水厂的升级改造中具有很强的应用前景。

由于杀虫剂浓度较高，臭氧

-生物炭还不能完全去除，所以采用纳滤去除。出水水质：Actiflo沉淀出口浊度为1.1NTU；滤池出口浊度为0.05NTU。纳滤后TOC平均含量为0.18mg/L，杀虫剂低于分析仪器的下限50ng/L，钙离子的平均含量40mg/L。工艺去除95%有机物，100%硫酸盐，95%杀虫剂，50%矿物质。投资1100欧元/(m3/d)≈10000元/(m3/d)，处理成本1.07欧元/m3≈10元/m3。今后随着有机污染的进一步发展，针对某种污染物（小分子量），其他方法都不能去除时，则可考虑采用高级氧化技术或纳滤、反渗透法。但纳滤、反渗透技术，耗资高、浓缩水的处置还是问题。2、地下水深度处理发展趋势我国地下水普遍受到化肥、农药污染与工业废水污染，致使耗氧量增加、溶解性总固体升高（硬度、硝酸盐增高）。一些地区水中含砷、含氟较高。砷、氟、含盐量都较难去除。这些县城大都在经济欠发达地区。一般情况下要用离子交换、电渗析、纳滤或反渗透等高投资技术。各地可根据当地水质情况、经济条件，选择价格适宜的可靠技术。可以采取不同的膜法。有的含盐量超标不高的地区，可以处理部分原水，然后与其他部分勾兑，使之达到标准限值以下（处理1m3/d水约需1000元投资，每m3水成本约1.0元）。参考文献：[1] 王占生、刘文君. 微污染水源饮用水处理.北京：中国建筑工业出版社，1999[2] 乔铁军、张锡辉、欧慧婷. 饮用水中药品和个人护理用品研究进展.给水排水，2010，36（4）：118-124[3] 喻峥嵘、乔铁军、张锡辉. 某市饮用水系统中药品和个人防护用品的调查研究.给水排水，2010，第9期[4] 吕淼. H2O2/O3高级氧化控制黄河水臭氧过程中溴酸盐的研究，清华大学硕士论文，2010年6月[5] 王占生. 论给水深度处理臭氧生物炭工艺.给水深度处理研究会2009年论文集.[6] 张金松. 城镇净水工艺改造原则和措施.给水深度处理研究会2009年论文集.[7] 陶氏化学水处理事业部. FILMTECTM反渗透和纳滤膜元件产品与技术手册，2008版. P116.(上接44页)

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预臭氧—常规处理—臭氧生物活性炭工艺对太湖原水的中试研究

预臭氧—常规处理—臭氧生物活性炭工艺对太湖原水的中试研究

预臭氧—常规处理—臭氧生物活性炭工艺对太湖原水的中试研究

预臭氧—常规处理—臭氧生物活性炭工艺对太湖原水的中试研究

摘要：由于太湖水源受到非点源污染和点源排放的共同影响，水质问题逐渐凸显。为了提高太湖原水的水质，在本研究中采用了预臭氧-常规处理-臭氧生物活性炭工艺进行中试研究。结果表明，该工艺对太湖原水的COD、TN和TP去除效果显著，能够有效提高太湖原水的水质。

关键词：太湖原水；预臭氧；常规处理；臭氧生物活性炭

1.引言

随着人口的不断增加和经济的快速发展，水资源问题成为全球关注的焦点之一。太湖作为中国最大的淡水湖之一，水质问题日益突出。由于太湖水源受到非点源污染和点源排放的共同影响，水中COD、TN和TP等指标超标严重，严重影响到水资源的可持续利用。

2.实验方法

2.1 实验设备和试剂

在本研究中，使用了预臭氧装置、常规处理装置和臭氧生物活性炭装置。试剂包括臭氧、净水剂、活性炭等。

2.2 实验步骤

（1）预臭氧处理：将太湖原水经过预臭氧装置进行预处理，在臭氧的作用下，部分有机物和微生物被氧化分解。

（2）常规处理：在预臭氧处理后，将水进一步进行常规处理，包括沉淀、过滤等操作，以除去悬浮物和细菌等有害物质。

（3）臭氧生物活性炭处理：将经过常规处理的水进一步通过臭氧生物活性炭装置进行处理，臭氧能够进一步氧化分解有机物，而生物活性炭能吸附去除水中残余的有机物。

3.实验结果与讨论

3.1 COD去除效果

经过预臭氧-常规处理-臭氧生物活性炭工艺处理后，太湖原水中COD的含量从X mg/L降低到X mg/L，去除率达到X%。结果表明，该工艺对COD的去除具有较好的效果。

3.2 TN和TP去除效果

经过预臭氧-常规处理-臭氧生物活性炭工艺处理后，太湖原水中TN和TP的含量分别从X mg/L和X mg/L降低到X

罗鸿玲_臭氧-生物活性炭饮用水处理技术的进展及前景

罗鸿玲_臭氧-生物活性炭饮用水处理技术的进展及前景

臭氧-生物活性炭饮用水处理技术的进展及前景

（华南师范大学化学与环境学院，05环境科学，罗鸿玲 20052402505）

摘要 介绍了臭氧-生物活性炭净水技术的原理，指出该项技术在应用中体现出来的优越性以及存在的问题，并对其发展前景进行分析。

关键词 臭氧-生物活性炭 饮用水 吸附 生物降解

近些年来，环境恶化对饮用水的影响越来越突出，饮用水水源中有毒、有害化学有机污染物含量正逐年上升，品种也逐年增多。使水厂的出水水质有所下降，直接影响了居民的身体健康。解决和处理水源水质迫在眉睫。

传统的工艺“混凝 沉淀 砂滤 投氯消毒 ”的水处理工艺已经难以保障饮用水的安全与卫生了。

生物活性炭技术的安全性评价表明[1]，采用常规方法并不能很好的去除原水有机物，氯的投入容易产生THMs的前驱物以及引发臭味。只有通过臭氧活性炭才能解决以上存在的问题。

1 臭氧活性炭技术的原理及工艺流程

臭氧-生物活性炭工艺是将臭氧化学氧化、臭氧灭菌消毒、活性炭物理化学吸附、生物降解四种技术结合为一体的工艺。[2]

1.1 臭氧预氧化

臭氧预处理的投加点位于常规处理之前。臭氧是不仅是一种很好的杀菌剂、脱色剂；同时还能分解水中大分子有机物，苯环、长链的大分子有机物被解体为短链小分子，或者分子的一些基团被改变，从而提高了处理水的可生化性及可吸附性，使之能被生物降解；臭氧同时氧化水中溶解性的锰和铁，生成难溶性的氧化物，提高砂过滤的效果，增加锰、铁的去除率；臭氧在水中还可以自动分解为氧，为活性炭床提供大量的溶解氧（DO），补充水中DO消耗，为耗氧菌提供良好的生长环境，增强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。[3,4,5] 1.2 臭氧灭菌消毒

臭氧灭菌消毒又称臭氧后氧化，投加到常规处理之后。主要为了杀灭细菌及病毒；氧化水中有机物质如苯酚、洗涤剂、农药和生物难降解有机物；增加水中的溶解氧，有利于生物活性炭上好氧微生物的生长；减少出水厂水的加氯量。[4]

浅谈臭氧—生物活性炭技术

浅谈臭氧—生物活性炭技术

浅谈臭氧—生物活性炭技术

作者：宝青娜 张 楠

来源：《创新科技》 2013年第6期

宝青娜 张楠

（长安大学环境科学与工程学院，陕西西安710054）

[摘要] 本文介绍了臭氧-生物活性炭技术的工作原理及其在国内外的发展现状，指出该技术在应用中体现的优越性，并根据目前的试验结果提出了应对臭氧-生物活性炭技术进行继续研究的一些问题。

[关键词] 臭氧-生物活性炭技术；原理；注意事项；继续研究

[中图分类号] TQ424 [文献标识码] A

随着人们生活水平的不断提高，人们对饮用水水质的要求也逐渐提高。大量实例表明，传统的水处理工艺（“混凝→沉淀→砂滤→投氯消毒”）已不能适应现有的水源和水质标准。为改变这种现状，国内外研究了多项技术，其中臭氧-生物活性炭技术因其能够高效地去除水中的溶解性有机物和致突变物[1]，得到广泛的关注。

1 臭氧-生物活性炭净水的基本原理1.1 臭氧预氧化

臭氧能够初步氧化分解水中的一些简单的大分子有机物，同时将难以生物降解的有机物氧化成小分子有机物，提高其可生化性，并且使其更容易被活性炭吸附。此外，臭氧能分解成氧气，为生物活性炭滤池中的好氧微生物提供氧气，促进生物的氧化和硝化作用，提高活性炭的使用寿命。

1.2 生物活性炭

活性炭具有比表面积大、高孔隙度的特性，能够迅速吸附水中的溶解性有机物，也能聚集水中大量的微生物。因此，活性炭表面聚集的微生物能以这些溶解性有机物为营养源，同时炭床中生长繁殖的大量好氧微生物吸附降解小分子有机物。这样便在活性炭表面形成了一层又有生物吸附和氧化降解双重作用的生物膜，由此称其为生物活性炭。微生物和活性炭两者之间相互促进，形成相对平衡态，显著延长了活性炭的再生周期。

2 臭氧-生物活性炭技术发展及应用现状

臭氧—生物活性炭工艺始于20世纪70年代，最早用于德国的杜塞尔多夫水厂[2]。

臭氧—生物活性炭工艺对化工污水深度处理方法的研究

臭氧—生物活性炭工艺对化工污水深度处理方法的研究

臭氧—生物活性炭工艺对化工污水深度处理方法的研究

摘 要：本研究采用臭氧 - 生物活性炭工艺深度处理化工污水，并对其的作用机理进行详细论述，探讨了化工污水深度处理的工艺流程，考察了影响此工艺对化工污水的处理效果的因素。结果表明：臭氧-生物活性炭工艺主要是利用臭氧化学氧化、活性炭物理吸附和微生物氧化降解的原理。水温、处理水量、臭氧投加量等都对工艺的去除效果产生影响。

关键词：臭氧 生物活性炭 化工污水 深度处理

随着经济的迅速发展和科技的进步，工厂的不断扩建，水污染逐渐加剧。工业废水是水污染最主要的原因，造成的水污染最严重。主要是由于工业废水中含有重金属、各种有机物等污染物，成分复杂，不易分解，在水中得不到净化，处理困难。水资源回用是实现污水资源化的直接措施，是解决城市水资源危机的重要途径，是保护水资源、改善水环境的必然要求，也是协调城市水资源与水环境的根本出路[1]。

一、臭氧-生物活性炭工艺

1.论述

1.1 臭氧-生物活性炭工艺的概念

臭氧-生物活性炭工艺利用臭氧的强氧化能力将难降解有机物分解为易降解的小分子有机物，再通过活性炭吸附和微生物降解的协同作用将其去除，结合了过滤、吸附、高级氧化和生物处理等多种技术[2]。臭氧在室温下为无色气体，但有臭味，具有较强氧化能力，用于废水处理不仅反应速度快，脱色效果好，不产生污泥和无二次污染，而且可杀菌及除臭，操作简单。活性炭吸附能力强，活性炭可以作为微生物繁殖生长的载体，利用微生物的降解作用，来处理废水，效率更高。

1.2 深度处理

深度处理是将二级处理出水经过物理、化学和生物处理去除污水中各种不同性质的杂质的技术。污水深度处理的新技术逐渐被发现，主要有对污水进行消毒、混凝—沉淀—过滤、活性炭吸附、曝气生物滤池、人工湿地、高级氧化、膜处理（包括微滤、超滤、纳滤和反渗透等）和电渗析、离子交换等[3]。当水中污染物含有亚甲蓝活性物质，可采用泡沫分离、活性炭吸附、生物氧化的手段，含有有毒有机物时，采用化学氧化、活性炭吸附的方法进行处理。当废水中含有无机物氨氮时，采用吹脱、生物氧化、化学氧化、离子交换、反渗透等方法，含有磷酸盐，采用混凝、沉淀、生物氧化的方法，存在硝酸盐时，采用生物脱氮、离子交换等方法。