臭氧-生物活性炭工艺

臭氧/生物活性炭工艺浅谈
摘要：臭氧/生物活性炭工艺是水质深度处理的方法之一。

关键词：臭氧；活性炭；doc
中图分类号：tu7文献标识码：a文章编号：2095-2104（2012）随着居民生活水平的不断提高和健康条件的日益改善，饮用水水质标准的要求愈来愈高，当常规的絮凝、沉淀（澄清）、过滤、消毒净水工艺，已难以满足水质不断提高的要求时，有必要在现在常规处理工艺的基础上，再增加水质深度处理的工艺。

1 工艺概述
臭氧/生物活性炭工艺是水质深度处理的方法之一。

主要目的是去除水中的溶解有机物(doc)。

目前笔者参与建设的苏州某水厂深度制水工艺改造工程，由于近年太湖蓝藻较多，水厂采用的是常规平流沉淀加砂滤池的常规工艺已经难以应对特水情况，加入臭氧/生物活性炭工艺后采用如下流程：
原水+臭氧（预）---絮凝----沉淀----砂滤池水+臭氧（主）----生物活性炭池水+消毒（氯）----请水库----供水管网。

原水中含有天然有机物（nom）合成有机物，其物种、浓度、形状、分子量的大小以及吸附、生物活动各有差异，加上臭氧化、活性炭的作用机理都有极其复杂的内容，因此臭氧/活性炭工艺的采用必须在现场结合具体的水质、流程、臭氧化的目的以及臭氧化接触池（反应器）的具体条件进行从小试到中试的试验，才能获得必
要的设计参数可靠数据。

也就是说设计参数的可靠数据只能从试验中得出，而无法预测。

2 臭氧系统组成
臭氧系统是臭氧/活性炭工艺的重要组成部分，它的配置直接影响到净水效果与运行成本。

臭氧的氧化能力很强，仅次于氟，臭氧的制取方法有高压放电法、紫外线照射法和电解法。

用于水处理时一般采用高压放电法。

在本工程中，臭氧系统由气源系统、电源系统、臭氧发生系统、冷却水系统、plc控制系统、臭氧投加以及尾气破坏系统组成。

此外还有大量的辅助设备如测量系统，阀门及管道等。

本工程的臭氧气源为液态氧气制备，臭氧发生器的臭氧产率高。

臭氧制备投加系统为国外成套设备，这里不展开赘述。

3 臭氧系统的控制
臭氧需求量一般按以下方法确定：
r=q*d ---------（1）
式中：r--臭氧需求量，kg/h；q—处理水量，k/h；d—臭氧的投加量，g/。

臭氧的供应量按以下方法确定：
s=m*c ----------（2）
式中：s-臭氧供应量，kg/h；m-臭氧化气体（混合气体）流量，kg/h，c—臭氧的质量百分数。

臭氧系统的控制，就是使r=s。

预臭氧投加控制，一般采用设定臭氧投加量，根据水量的变化比例投加。

投量的控制根据公式（1），采用plc自动控制预臭氧发生器的产量。

主臭氧投加控制，一般采用设定臭氧投加量，根据水量变化与水中余臭氧浓度的变化，采用双因子复合环投加控制。

处理水量是前馈条件，余臭氧是后馈条件。

投加量的控制也是根据式（1），采用plc自动控制预臭氧发生器的产量。

但式（1）中的d值，需要根据余臭氧反馈数据进行自动修改。

臭氧发生量的控制一般有三种方式：第一种为恒臭氧质量百分数，变臭氧流量；第二种为恒臭氧流量，变臭氧质量百分数；第三种为变臭氧流量，变臭氧质量百分数。

臭氧发生量大小的控制，均是由plc系统根据式（1）、式（2），通过调整相关参数来完成的。

4 臭氧工艺
臭氧在给水处理工艺中的主要作用有：预（前）氧化、主（后）氧化和臭氧消毒。

臭氧投入水中后，与有机物的反应分为直接反应和间接反应。

直接反应室臭氧直接氧化水中有机物，它是有选择性的，它的反应速度较慢；间接反应，臭氧是通过水中形成的羟基自由基（*oh,是一种强氧化剂）氧化有机物，它是没有选择性的，它的反应速度很快。

预臭氧的主要作用有：去除臭味和色度、铁、锰、重金属和藻
类（有待探讨-编者）；改善絮凝和过滤效果，减少混凝剂的投量；取代前加氯，减少thm的前驱物质；氧化无机物质如氰化物、碳化物、硝化物以及促进有机物的氧化降解。

在主臭氧化工艺中，臭氧一般与活性炭联合使用，其作用主要是：杀死细菌、去除病毒、氧化水中有机物（如杀虫剂、清洁剂、农药）和生物难降解有机物；将cod转化为bod（可降解有机物）；氧化分解螯合物（如洗涤剂等）。

与活性炭过滤联用，增加活性炭吸附的生物作用，延长活性炭的再生周期。

5 活性炭简介
任何碳质的原料几乎都可以用来制造活性炭，植物类原料有木材、果壳等。

无机类原料有褐煤、烟煤、石油、沥青等。

原料中的灰分含量是关系到原料品味的重要因素，一般是灰分含量越少越好。

活性炭的制造主要分为碳化和活化两步。

碳化也称热化，是在隔绝空气条件下对原料加热，一般温度在600℃以下。

碳化的主要作用一时时原材料放出水封、一氧化碳、二氧化碳及氢气等气体；二是是原材料分解成碎片，并重新集合成稳定结构。

原材料碳化后成为一种由碳原子微晶体构成的空隙结构，其比表面积达
200-400/g。

活化是在有氧化剂的作用，对碳化后的材料加热，以产生活性炭。

氧化过程的温度为800-900℃时，一般用蒸汽或为氧化剂；当氧化温度低于600℃时，一般用空气为氧化剂，活化过程所起的作用目前只有大致的理解，认为对碳化后的原料起3个作用：
5.1 生成新的微孔或将原来闭塞的微孔打通；
5.2 扩大原有的细孔尺寸；
5.3 将相邻的细孔合并成更大的孔。

这样，经过活化后就产生更完美的空隙结构，并使比表面积可达1000-1300/g。

活化过程同时把活性炭表面的化学结构固定下来。

一般水处理工艺都采用活性炭固定床。

活性炭床的处理功能不仅有活性炭的吸附作用，还有炭床内的生物活动，对可生物降解的有机物同时起去除作用。

对可吸附而有可降解的有机物来说，吸附与生物降解之间将是相互竞争的作用。

6 生物活性炭水处理效果的影像因素
在水处理领域应用生物活性炭深度处理的目的是去除水中溶解有机物。

影响生物活性炭水处理效果的因素大致有三个方面：一是原水水质；二是臭氧的投量、臭氧化的吸收与传质；三是活性炭滤池的滤料本身及其生产运行参数影响。

6.1 原水水质的影响：
原水水质对生物活性炭技术的影响主要有水中有机物的组成和特性、水温及ph值。

臭氧投量、臭氧化的吸收与传质
6.2 臭氧投量是臭氧活性炭工艺的重要参数。

投量过低，达不到臭氧化的处理效果，投量过高，易生成极性较强的中间产物，不利于活性炭的吸附和生物降解，大剂量的投的投加臭氧还有可能增加臭氧副产物的生成量，同时也大大增加臭氧发生系统的投资和运行费用。

臭氧投量与有机物的去除率并不是成线性关系，最佳的臭
氧投量因水中有机物的种类和浓度不同而有所差异，应通过试验确定。

6.3 活性炭滤料及其生产运行参数的影响：
活性炭滤池在运行初期生物膜尚未完全形成时，活性炭对有机物有去除效率，随着精华过程的不断进行，活性炭上生物量逐渐增加，最后达到某一相对稳定的数值。

这时滤池的物力吸附和生物膜的生物降解共同负担着对有机物的去除，影响活性炭的因素较多，这里就不一一展开叙述。

7 实践与总结
近年太湖水共出现7纲97种之多，以蓝藻、硅藻、绿藻为优势种群。

上世纪90年代末蓝藻占有绝对优势，占了藻类总量的70%。

除蓝藻外，一般藻类对人类健康舞影响，因此，在饮用水标准中并没有规定藻含量的限制，但规定了藻毒素的限制，可能就是这个道理。

在给水处理中之所以要去除藻类，一是藻类容易阻塞滤池，滤池阻塞会导致滤池反冲洗频次增多，增加了反冲洗水量，严重时直接影响供水量和能耗；二是藻类严重干扰混凝、沉淀效果，影响出厂水质，直接影响到饮用水安全；三是藻类容易产生嗅和色，感观差。

去除藻类的方法很多，臭氧化技术仅是其中一种。

一般来书，硅藻的可通过混凝沉淀去除，蓝藻、绿藻则需要经过预氧化结合强氧化混凝后才能去除。

实践证明，在去除蓝藻的过程中，单一依靠
预氧化并不能取得明显效果，大量的藻源性絮体会进入滤池，二强化混凝是必不可少的手段，显得非常重要，必要时还可以通过微絮凝的方法（沉淀池出水进入滤池前）进一步去除藻源性絮体，提高滤池的出水水质。

参考文献：
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[2]吴松勤.建筑安装工程质量检验评定标准讲座（第二版）.中国建筑工业出版社。

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