紫外臭氧协同生物活性炭净水处理技术的研究
臭氧化-生物活性炭技术的研究与应用
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。
臭氧-生物活性炭技术机理及在位污染水源水处理中的
臭氧+生物活性炭技术机理及在微污染水源水处理中的应用杨笑乐（市政与环境工程学院水工132班学号：20130411050）摘要介绍了臭氧-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微污染水饮用水深度处理目前，世界上大多数国家，特别是发展中国家的饮用水处理基本上采用“混凝一沉淀一砂滤一投氯消毒”的常规处理工艺。
大量文献表明，自来水厂传统水处理工艺虽然能够使水澄清、消除水传染病原菌，但是现代工业产生的许多有毒、有害物质，特别是大量有机污染物，并不能得到很好的去除。
某些污染物与城镇居民的发病率具有相关性，对人类健康构成了威胁，特别是经加氯消毒后，产生具有致畸致癌作用的有机物，更是引起了人们对饮用水安全性的普遍关注。
因此，以去除水中微污染有机物为目的的饮用水深度净化技术，得到了深入的研究和广泛的应用，其中臭氧与生物活性炭相结合的饮用水除污染新技术，即臭氧一生物活性炭净水工艺，因其具有的高效去除水中溶解性有机物和致突变物、出水安全、优质等优点，而备受瞩目和重视。
1微污染水的处理方法微污染水，指微量和痕量有毒有害的有机污染物进入水体后被污染的水。
有机污染物是近十几年来出现在给水处理技术中的术语，也是一个没有严格界限的术语，主要包括各类可溶性有机物、氮以及铁、锰等重金属。
大同市位于山西省北部，属全国110座严重缺水城市之一，人均水资源占有量只占全国人均水平的1/5，特别是一些企事业单位，用水困难的问题更突出。
如果把微污染水进行有效的处理，使其达到生活杂用水水质标准，用在冲厕、道路清扫和消防、城市绿化、车辆冲洗、建筑施工等方面，可有效循环利用水资源，使用水问题得到一定程度上的缓解。
在我国，微污染水源的污染程度要比西方国家的高很多，处理难度也较大，处理方法分为常规处理和深度处理等。
1.1常规处理包括混凝、沉淀、过滤和消毒。
这种方法可以较好地去除水中的浊度、色度、悬浮物、胶体及病原菌，比较适合处理有机物含量较少的原水，而对有机物含量较多的微污染水却显得力不从心。
臭氧与活性炭深度处理微污染原水试验研究
预臭氧氧化能明显提高常规工艺出水 中 CODMn 的 去除率。预臭氧条件下砂滤出水中 CODMn 的平均 去 除 率 为 50. 70% , 与 无 预 处 理 相 比 提 高 了 17. 52% 。这是由于臭氧具有强氧化性 , 可以氧化去 除有机物 , 或改变有机物分子的特性以便在后续工 艺中去除。同时, 臭氧对混凝效果的改善也有利于 有机物的去除。预臭氧化条件下, 深度处理工艺出 水中 CODM n 的去除率亦比无预处 理条件下高。这 是因为预臭氧化提高了常规工艺对 CODMn 的去除 效果 , 减轻了后续处理的负荷 , 另外 , 臭氧能将大分 子有机物分解为小分子有机物 , 将难生物降解的有 机物分解为易于生物降解的有机物, 以便在深度处
图5 G A C/ O 3 BA C 工艺进出水 CHC l3 浓度
2. 4
时间为 30 min, 余氯按 0. 6 mg / L 控制, 各工艺出水 氯消毒后三氯甲烷浓度如图 4 所示。由图 4 可知, 预臭氧化能有效去除 T H M FP, 常规工艺出水氯消 毒后 CH Cl3 浓度为 0. 23 g/ L, 与无预处理时( 1. 69 g/ L ) 相比 , 降低了 86. 4% 。预臭氧氧化条 件下, GAC 工艺出水氯消毒后 CH Cl3 浓度为 0. 50 g/ L, 比 常规工艺高 , 这是因为活性炭吸附 CH Cl3 饱和后, 进 水浓度较低时就会析出, 导致出水浓度高于进水。
给水排水 Vol 33 No 5 2007
3 3 3
。深度处理能进一步提高浊度的去除效
果, 但由于常规工艺出水浊度已较低, 去除率提高不 明显。O 3 BAC 工艺出水中浊度去除效果较 GAC 工艺稍差 , 这与 BAC 滤池中生物膜的脱落有关。
臭氧与活性炭在净水处理运用探究
臭氧与活性炭在净水处理运用探究前言：净水处理是水资源循环利用的重要环节，在我国现阶段受到相关部门、企业的重视。
传统的净水处理手段方法较多，但是在实际操作过程中存在有净水不彻底的情况或造成二次污染，违背了净水处理的工作本意。
臭氧和活性炭是现阶段净水处理工作中应用较为广泛的净化物质，它们的使用打破了传统净水处理工作的局限性，使用安全、环保、无污染，因此对臭氧及活性炭在净水处理中的运用进行探讨具有现实意义。
1.净水处理中臭氧的应用1.1臭氧的基本结构及氧化性能臭氧的化学分子式为O3，因含有刺激性气味而得名。
它作为氧气的同素异形体通常以一种淡蓝色形态存在，是一种稳定性较差的气体。
尽管味道有异，但是它的氧化性能却很高，因此可以作为杀菌利器在净水处理工作中得到应用和推广。
采用臭氧进行净水处理具有很多有点，如反应速度快、作用明显、无二次污染等。
具体的分解反应式如下：不僅臭氧具有强氧化性，上述反应中生成的两个自由基同样拥有氧化能力，从而活化了臭氧在净水处理中的应用。
在具体使用中，它们可以同水中有机物质发生反应，达到降解目的，同时还能除色、除味。
1.2臭氧在净水处理中的应用臭氧凭借其自身特点在净水处理工作中主要用作对饮用水的深层处理工作中。
臭氧系统是臭氧在净水处理中应用的媒介，它主要应用臭氧活性炭组合技术，使臭氧在净水处理中的应用流程一体化，具体的组成及运行如下：1.2.1系统组成以××净水厂为例，该工厂使用臭氧进行净水处理时使用的臭氧系统主要由以下几个部分组成：①臭氧发生系统。
氧气在进入该系统之后生成臭氧；②输送系统。
负责输送氧气至预臭氧接触池；③尾气破坏系统。
通过负压的方式进行尾气收集并进行分解破坏；④监测系统。
负责对臭氧系统的运作进行监测和控制；1.2.2系统运行使用臭氧进行净水处理首先先制备臭氧，这一过程主要是在臭氧发生器中完成的。
该净水厂的臭氧发生系统经调试之后可以实现自动化控制，能根据净水所需要的臭氧量对臭氧制备进行流量控制，该厂使用的臭氧发生器参数如表1所示：项目设计臭氧产量（kg·h-1）设计臭氧质量分数% 臭氧浓度范围% 标定臭氧产量时的电耗（kw·h）冷却水温度℃放电管结构变频频率KHz 保护等级参数值13 10 6～14可调127 5% 4～32 纯硅5～6 电子表 1该发生器制备臭氧所使用的液态氧，制备过程中除有相关设备进行流量控制之外，还有相关安全配备。
臭氧与活性炭结合对水中有机物去除的研究
臭氧与活性炭结合对水中有机物去除的研究
俞小明;孙妮娜
【期刊名称】《环境科学与管理》
【年(卷),期】2011(036)008
【摘要】阐明了臭氧及活性炭去除有机物的作用，以及在水处理中应用的现状。
将臭氧，活性炭及臭氧-活性炭应用到水处理中，臭氧对水中的UV254、COD、TOC去除率分别为14．3％、12．5％、17％，活性炭对uV254、COD、TOC 去除率分别为60．5％、52．7％、50．8％，臭氧一活性炭联合运用对水中UV254、COD、TOC去除率分别为66．8％、58．3％、65％。
臭氧与活性炭的结合工艺有较好的去除效果。
【总页数】3页(P92-94)
【作者】俞小明;孙妮娜
【作者单位】浙江冶金环境保护设计研究有限公司,浙江杭州310013;嘉兴市南湖区环境保护局,浙江嘉兴314051
【正文语种】中文
【中图分类】X703.5
【相关文献】
1.臭氧-活性炭工艺去除饮用水中有机物的试验研究 [J], 赖日明
2.臭氧生物活性炭工艺去除水源水中有机物的研究进展 [J], 王占金;于衍真
3.臭氧-生物活性炭工艺对微污染长江原水中有机物的去除特性 [J], 薛琦;朱光灿;
戴小冬;吕锡武
4.不同预氧化剂和臭氧-生物活性炭工艺对水中有机物和氨氮的去除效果 [J], 陆纳新;袁君;高乃云;戎文磊;周圣东
5.臭氧—活性炭深度处理工艺对微污染水中有机物的去除特性 [J], 张雪;张璐;华伟因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
臭氧-活性炭联合净水工艺
臭氧-活性炭联合工艺特点简介
臭氧-活性炭联合净水处理优缺点
优点
缺点
1、常规加氯工艺处理的自来水的Ames致突变试 验（污染物致突变性检测）结果多为阳性，而 臭氧-生物活性炭工艺处理后为阴性；
1、臭氧氧化处理饮用水存在臭氧利用率低、 氧化能力不足等缺陷；
2、臭氧－活性炭工艺对有机污染物的去除率为 50％以上，比常规处理提高15-20个百分点；
技术特点：活性炭池采用升流 式，防止炭层膨胀，后接砂滤 池把关水质。
技术特点：增加前砂滤池，减 小进水浊度，减少臭氧投加量， 后砂滤池进行进一步把关。
臭氧-活性炭联合工艺
臭氧-活性炭联合工艺所用设备一览
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
水质安全管理
一、水质监测： 应对活性炭反应器进出水进行检测，并记录相关药剂投加量。
二、活性炭出水pH控制： 1、活性炭反应单元运行初期宜采用浸泡法或稀释法减小pH值升高的影响， 也可将砂滤池和活性炭反应单元出水混合。 2、正常运行期间，如活性炭反应单元出水pH值降幅过大或过小，应通过 调节出厂水pH值或增加水质化学稳定性来保证水质达标。
的生成。
臭氧-活性炭水处理工艺流程
原水
预臭氧接触池
混凝沉淀池
砂滤池
原水
清水池 预臭氧接触池
活性炭滤池 混凝沉淀池
主臭氧接触池 主臭氧接触池
原水
清水池 预臭氧接触池
砂滤池 混凝沉淀池
活性炭滤池 前砂滤池
清水池
后砂滤池
活性炭滤池
主臭氧接触池
技术特点：将活性炭滤池作为 最后的把关工艺，活性炭滤池 池型通常采用降流式。
臭氧+活性炭实验方案
臭氧+活性炭实验方案一、实验目的1、了解臭氧制备的基本原理以及工艺流程；2、考察反应时间、臭氧投加量对COD去除效果的影响；3、加深理解活性炭吸附的基本原理；4、通过尝试性实验来分析确定影响RO浓水中COD及氨氮去除率的因素。
二、实验原理由于活性炭微孔孔隙小，限制了对大分子物质的吸附，O3可破坏物质分子结构，形成小分子，增大活性炭吸附容量。
1、臭氧预氧化臭氧单元处理主要是催化氧化法，臭氧之所以表现出强氧化性，是因为臭氧分子中的氧原子具有强烈的亲电子或亲质子性，臭氧分解产生的新生态氧原子，在水中形成具有强氧化作用的羟基自由基·OH，它们的高度活性在水处理中被用于杀菌消毒、破坏有机物结构等等。
直接反应：污染物+ O3→产物或中间物（PH＜4时）有选择性，速度慢；间接反应：污染物+ HO·→产物或中间物（PH＞4时）无选择性，HO·（E0=2.8V）电位高，反应能力强，速度快，可引发链反应，使许多有机物彻底降解。
2、活性炭吸附在吸附过程中，活性炭比表面积起着主要的作用。
同时，被吸附物质在溶剂中的溶解度也直接影响吸附的速度。
活性炭对水中所含杂质的吸附既有物理吸附现象，又有化学吸附现象。
当活性炭对水中所含杂质吸附时，水中的溶解性杂质在活性炭表面集聚而被吸附，同时也有一些被吸附物质由于分子的运动而离开活性炭表面，重新进入水中即发生解吸现象。
当吸附和解吸处于动态平衡状态，称为吸附平衡。
在水和污水处理中通常用Fruendlich表达式来比较不同温度和不同溶液浓度时的活性炭的吸附容量，即：q e=KC(1/n)式中：q e——吸附容量（mg/g）；K——与吸附比表面积、温度有关的系数；n——与温度有关的常数，n＞1；C——吸附平衡时的溶液浓度（mg/L）。
这是一个经验公式，经常用图解方法求出K、n的值，为了方便易解，往往将式（1）变换成线性对数关系式：lgq e=lg(C0-C)/m=lgK+(1/n)lgC式中：C0——水中被吸附物质原始浓度（mg/L）；C——被吸附物质的平衡浓度（mg/L）；m——活性炭投加量（g/L）。
臭氧与活性炭结合对水中有机物去除的研究
试验水样采用温州市龙湾工业区受污染的河流
中段水 。 ２ ２ 试 验材 料及 实验 装置 ． 臭 氧 ： 氧柱 高度 为 １ ５ｍ， 臭 ． 直径 为 ０ ６ ｍ， ． 水力
高 和 水 源 污 染 的加 剧 ， 对 各 常 规 处 理 工 艺 的 不 针
ＵＶ２ ５ ４，ＣＯＤ ，Ｔ ｒ ４ ３ ，１ ． ＯＣ ａ ｅ １ ． ％ ２ ５％ ，１ ％ ；ａ ｔ ａ ｅ ａ ｂ ｎ Ｏ ７ ｃｉ ｔ ｄ ｃ ｒ ｏ Ｈ ＵＶ２ ，Ｃ ｖ ５ ４ ＯＤ ，Ｔ ｅ ｖ ｌ ｒ ０ ５ ， ２ ７ ，５ ． ＯＣ ｒ ｍｏ ａ ｅ６ ． ％ ５ ． ％ ａ ０ ８％ ；
６ ． ％ 、８ ３ 、５ 。臭氧与活性炭的结合 工艺有较 好的去除效果 。 ６８ ５．％ ６％ 关键 词 ： 臭氧 ； 活性炭 ； 有机物
中 图分 类 号 ： ７ ３５ Ｘ ０ ． 文献标识码 ： Ａ
Ｓｕ ｙ ｏ ｍｏ ｉｇ Ｏ ｇ ｎｃ ｎ Ｗ ａ ｅ ｙ Ｏｚ ｎ ｎ ｔ ａｅ ａ ｂ ｎ ｔ ｄ ｎ Ｒｅ ｖｎ ｒ ａ ｉ ｓｉ ｔｒｂ ｏ ｅ ａ ｄ Ａｃｉ ｔｄ Ｃ ｒ ｏ ｖ
第３ ６卷 第 ８期 ２１ ０ １年 ８月
环 境 科 学 与 管 理
ＥＮＶＩ Ｒ０ＮＭ ＥＮＴＡＬ ＳＣＩ ＥＮＣＥ ＡＮＤ ＡＮＡＧＥＭ［ Ｍ ＥＮＴ
Ｖ０ ＿ ６ ｏ ８ Ｉ３ Ｎ ．
Ａｕ ． ２ １ ｇ ０１
文章 编 号 ：６ ４－ １ ９ ２ １ ）８—０ ９ ０ １７ ６３ （０ １ ０ ０ ２— ３
收稿日期 ：０ １一Ｏ ２ １ ７—１ ２
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紫外臭氧协同生物活性炭净水处理技术的研究
本文介绍了传统的净水处理技术和紫外线水质处理器在净水处理中的运用，在此基础上设计出了紫外臭氧协同生物活性炭的净水处理技术，并通过进行实验和结果分析，得出这一技术是可行的，以期通过此技术提高净水处理的效果。
标签：净水处理；臭氧；紫外线；生物活性炭
1 净水处理技术简介
随着我国水源污染情况的不断加剧，净水处理技术日趋复杂。
本文的目的是为了能够在保证出水水质的标准的同时，在传统的净水处理技术上不断融入新的技术，以助于提供净水处理效率。
1.1 臭氧-生物活性炭
臭氧-生物活性炭技术是指在生物活性炭处理水质前，先预臭氧化。
此法可以使水中一些原来不容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，使活性炭保持好氧状态，在炭粒表面生长着大量的好氧微生物，充分发挥它们对有机物的分解作用，从而显著地提高净水处理能力，保证出水水质，并延长了活性炭的使用周期[1]。
1.2 紫外线水质处理器
随着社会的发展和生活品质提高，相比较传统的二氧化氯、次氯酸钠等消毒方式，人们迫切的需要一种高效且无副作用的杀菌消毒技术来提高现代给水消毒的质量，而紫外线给水就在这一时代背景下应运而生。
紫外线水质处理器集光学、微生物学、化学、电子、流体力学等综合科学于一体，采用特殊设计的高效率、高强度和长寿命的紫外线杀菌装置产生的强紫外线照射水流，能使细菌病毒丧失自我复制的能力，既而使水质得到杀菌、消毒和净化的目的。
2 紫外臭氧协同生物活性炭净水处理技术工艺设计
2.1 紫外线的选用
在净水处理中所用的紫外线水质处理器发出的就是UVC短波紫外线，一般分为185 nm和254 nm两种。
UVC波段，波长100～280nm，又称为短波灭菌紫外线。
它的穿透能力最弱，波长短能量大，具有杀菌作用，能分解分子的结合。
对固体表面和水中污染物的光处理来说，只有UVC具有强的作用效果[2]。
2.2 反应机理
（1）紫外线对生物活性炭影响。
生物活性炭通常能够去除水中的余氯，但缺点在于它需要不断再生，而且经常遇到细菌滋生的问题。
而紫外线对于杀菌有着明显的作用，因为即使是在微量的紫外线投射剂量下，也可以破坏一个细胞的生命核心—DNA，因此阻止细胞再生，丧失再生能力使细菌变得无害，从而达到灭菌的效果。
因此紫外线能使生物活性炭使用不受细菌滋生影响，净化的水质中余氯含量很小。
（2）紫外线对臭氧影响。
紫外线对臭氧的影响是由Garrison等人在治理含复杂铁氰盐废水中开发出来，他们发现该法对处理难氧化的物质十分有效，试验表明，将紫外光线辐射与臭氧相结合，能使氧化速度提高10～104倍。
3 实验分析
3.1 实验装置
本次试验利用上海管道纯净水股份有限公司在杭州的某小区净水处理项目，根据设计的紫外协同生物活性炭净水处理技术工艺，在现场搭建完成一套10T/h 的净水处理设备。
3.2 数据记录
实验中，我们设置了4个水样采取点：
（1）原水：市政自来水。
（2）水样1：自来水为原水，不开启臭氧发生器和紫外线水质处理器的情况下，最后的净水水箱出水。
（3）水样2：自来水为原水，开启臭氧发生器，但不开启紫外线水质处理器的情况下，最后的净水水箱出水。
（4）水样3：自来水为原水，同时开启臭氧发生器和紫外线水质处理器的情况下，最后的净水水箱出水。
实验数据记录如下：
3.3 结果分析
从上述表格的水样检测结果，可以看出：
（1）三种净水处理技术都能对原水进行一定的处理，使得最后的水质得到提高，但从强到弱为：紫外臭氧协同生物活性炭>臭氧-生物活性炭>生物活性。
（2）臭氧-生物活性炭技术相比传统的生物活性炭技术，在水质处理效果上有一定的提高，尤其是PH能提升为弱碱性，耗氧量去除率接近40%，但是研究发现，臭氧处理会提升水中AOC含量，即使后续有生物活性炭降解，当效果也不理想，这表明经臭氧处理后的水中有一部分生物不可降解的有机物被转变成为生物可降解物质。
（3）紫外臭氧协同生物活性炭技术能使水中色度、浊度能进一步被去除，而耗氧量的去除率超过50%，更能降解因为臭氧而升高的AOC，亚硝酸盐和余氯的指标也远低于标准要求。
对于水中PH值稍有影响，当仍处于中性到弱碱的区间内。
4 总结
通过对现行的净水处理技术研究，提出紫外臭氧协同生物活性炭技术的可行性，进行设计、实验和数据分析，得出的结论是可行的，且比单一的臭氧-生物活性炭技术处理能力更强，水质更好。
（1）紫外臭氧协同生物活性炭能进一步提高水中的物理指标，如色度、浊度、PH值等。
（2）紫外臭氧协同生物活性炭由于紫外的杀菌功能，能抑制细菌滋生，在更全面地对水质进行杀菌同时，使得活性炭提高余氯的去除率。
（3）紫外臭氧协同生物活性炭能催化臭氧在水中的分解，提高水中溶解氧含量，有助于活性炭去除有机物。
参考文献：
[1]李来胜，祝万鹏等.催化臭氧化—一种有前景的水处理高级氧化技术[J].给水排水，2001（27）：26-29.。