臭氧活性炭
生物活性炭与臭氧生物活性炭
生物活性炭与臭氧生物活性炭査戎032127101.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—生物活性炭(O3—BAC)
臭氧—生物活性炭(O3—BAC)臭氧—生物活性炭（O3—BAC）一、臭氧—生物活性炭工艺原理臭氧—生物活性炭（O3—BAC）深度处理工艺由两部分组成：臭氧氧化和生物活性炭的物理吸附、生物降解。
臭氧具有极强的氧化能力，其在水中的氧化还原电位仅次于氟而第二位。
利用臭氧氧化作用，初步氧化分解水中的一部分简单的有机物及其还原性物质，使之变为CO2和H2O，以降低生物活性炭滤池的有机负荷。
提高活性炭处理能力；同时臭氧氧化能使水中难以生物降解的大分子有机物，如天然有机物（NOM）断链、开环、氧化成短链的小分子有机物或分子的某些基团被改变从而使原来不能生物降解的有机物转化成可降解的有机物，减少大分子极性污染物BOD浓度得到提高，所以提高了处理水的可生化性，同时使个别有机物（POC）转化为（DOC），如腐植酸等，分解后的小分子有机物的极性和亲水性得到了提高，更容易被活性炭吸附和附着在活性炭上的细菌生物降解；臭氧氧化可有效去除水中的酚、氰、硫、铁、锰，并能脱色、除嗅和味、杀藻以及杀菌消除病毒等；臭氧氧化还能有效地减少UV254的吸收。
臭氧氧化后会生成氧气和臭氧混合气体中含有的大量氧气以及剩余臭氧会迅速转化为氧气，不产生二次污染，又可增加水中溶解氧，使生物活性炭滤池有充足的溶解氧（DO），因此促使好氧微生物在活性炭上繁殖。
提高了微生物增长潜力，加快生物氧化和硝化作用，延长了活性炭使用寿命，加快有机物的生物降解，从而提高了其对有机物的去除效果；同时臭氧能氧化水中的溶解性的铁和锰，生成难溶性的氧化物。
通过过虑，铁、锰的去除率增加，提高过滤速度50%，延长过滤工作周期，降低了过滤反冲洗水量。
臭氧氧化也是减少溴酸化合物形成的有效方法，加强了活性炭对溴酸化合物的高效去除。
由于臭氧的强氧化性，在去除水中其它水处理工艺难以去除物质的同时，可以减小反应设备或构筑物的体积；臭氧化还有助于絮凝，改善沉淀效果。
因此，臭氧化技术在欧洲、美国、加拿大等国家普遍应用。
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-活性炭深度处理工艺
精品整理
臭氧-活性炭深度处理工艺
一、技术简介
传统的臭氧-生物活性炭处理工艺置于常规处理工艺砂滤之后，生物活性炭池采用下向流，炭池出水直接进入清水池。
由于活性炭出水中颗粒物较多，影响消毒效果，容易导致出水中微生物超标，影响水的生物安全性。
臭氧-微膨胀上向流生物活性炭-砂滤集成技术的生物活性炭池采用上向流方式，不易堵塞，水头损失小；砂滤置于活性炭池之后，可有效保障出水浊度在较低水平，降低生物泄漏的风险。
二、工艺流程
三、技术优势
微膨胀上向流生物活性炭处理技术
通过研究确定了活性炭粒径、上向流滤速与膨胀率的关系曲线，发现活性炭粒径不影响生物处理效果，因此可选用常规粒径的活性炭而不必选用高价的小颗粒炭，并发现活性炭层膨胀率在20%左右的微膨胀状态时，水流分布均匀，有机物去除效果更好，炭磨损小，不易堵塞，反冲洗周期可以达到一个月，节省运行费用。
四、技术优势
有机物去除效果好，水头损失小，运行费用低，可有效降低微生物泄漏风险，与传统的砂滤-臭氧-下向流生物活性炭处理技术相比具有较明显的优势。
臭氧-生物活性炭机理
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。
臭氧活性炭联用法工艺流程
臭氧活性炭联用法工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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臭氧生物活性炭深度饮用水处理技术ppt课件
臭氧氧化作用的优缺点
优点
臭氧 氧化法
氧化能力强、 反应速度快、 反应条件温和、 操作简单、 无二次污染
缺点
臭氧生成设备复杂、 臭氧水处理中的应用
6 生物降解： 水解化合物进入细胞内，在酶作用下进行氧化分解。 7 外反扩散： 降解产物通过液膜扩散至污水中。
臭氧—生物活性炭技术原理
生物活性炭池的反应过程
活性炭孔隙中的有机物被分解后，经 过反冲洗，活性炭腾出吸附位置，恢复 了对有机物及溶解氧吸附能力。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，微生物的氧化降解作 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，两者互相促进，形成相对 平衡态，得到稳定的处理效果，从而大 大延长了活性炭的再生周期。
臭氧的反应机理
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，其副产物无毒，基本无二次污染，有着许多别的氧化剂无法比拟的优点， 不仅可以消毒杀菌，还可以氧化分解水中污染物。
臭氧—生物活性炭技术原理
生物活性炭的作用机理
生物活性炭对废水中有机物的去除机理主要由以下7方面组成：
1 外扩散： 污染物通过液膜达到活性炭表面。 2 内扩散： 污染物从活性炭表面进入微孔道和中孔道，进而扩散至中孔和微
孔表面。
3 吸附： 进入微孔、中孔表面的污染物被活性炭吸附相对固定。
4 水解：污染物与菌胶团分泌的胞外酶反应，水解成分子量较小的物质。 5 内反应： 水解后的化合物由中孔道和微孔道扩散至外表面生物膜吸附区。
臭氧-活性炭工艺研究现状PPT演示课件
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3、臭氧-活性炭工艺的主要问题
消毒副产物 溴酸盐的产生过程
溴酸盐生成过程主要包 括臭氧和氢氧自由基两 种途径。
臭氧途径：Br-直接与O3反 应生成HOBr-/OBr-，接着只有 OBr-被O3继续氧化成BrO2-， BrO2-继续被氧化最后生成 BrO3-。
氢氧自由基途径：首先 是·OH与Br一反应生成Br-， Br-既可被O3氧化成BrO-，也 可与Br反应生成Br2-，然后反 应生成HOBr-与O3。不同的 是，·OH既可与OBr-反应，也 可与HOBr-反应生成BrO·，且 两个反应速率相近。BrO·发生 歧化反应，生成OBr-和BrO2-， BrO继续被O3氧化生成BrO3-。
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3、臭氧-活性炭工艺的主要问题
生物稳定性影响因素
影响生物活性炭滤池出水水质的因素很多,目前国内外对于这 方面都还没有系统的研究结果。
何元春等研究指出用不同的水冲强度和冲洗时间对活性炭池进行冲洗后,活 性炭池出水中的颗粒物数目呈现出不同的变化趋势,在低强度、长时间水洗条 件下,初滤水中颗粒较多,而在高强度、短时间水洗条件下,初滤水中的颗粒较少。
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3、臭氧-活性炭工艺的主要问题
消毒副产物 甲醛生成特性及影响因素
臭氧消毒副产物甲醛生成影响因素主 要包括腐殖酸等前体物质的结构、种 类、浓度、臭氧浓度和 pH 值等因素。
有机物浓度的影响 在臭氧氧化过程中，特定前体 物质的浓度是影响甲醛形成的 首要因素。
这说明丙烯酸浓度与甲醛生成 量是线性相关的。
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3、臭氧-活性炭工艺的主要问题
消毒副产物 溴酸盐生成特性及影响因素
臭氧消毒副产物溴酸盐生成受多种因素的 影响，主要包括溴离子浓度、催化剂投加 量、臭氧投加量及投加方式、反应温度和 反应时间、pH 值、腐殖酸浓度、硬度、碱 度等。
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➢产生的CO2从活性炭的内表面
脱吸
➢CO2从空隙中输送到GAC外表面 ➢CO2通过炭粒外的液膜层进入
水体
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速率控制
扩散时，经过孔隙的输送是最慢的一步， 因此是确定生物活性炭过滤整体速率的关键
4 优缺点
生物再生
作用机理
影响因素 工程应用
优缺点
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4.1 O3-BAC优点
➢Ames致突变实验结果为阴性，常规加氯工艺为阳性 ➢有机物去除的去除率为50%以上，比常规处理提高15-20% ➢水中氨氮和亚硝酸氨可被生物氧化为硝酸盐，从而越少了
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3 影响因素
生物再生
作用机理
优缺点 工程应用
影响因素
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影响因素
活性炭 性质和颗
粒大小
空床接 触时间
水质的 影响
滤速的 影响
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问题
O3-BAC主要由于什么样的水源水处理？
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5 工程应用
生物再生
作用机理
优缺点 影响因素
工程应用
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1 作用机理
影响因素
生物再生
优缺点 工程应用
作用机理
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1.1 活性炭的空隙特性
大孔
直径 100~10000n m
比表面积占 1%
中孔
直径 2~100nm
比表面积占 5%.
小孔
直径 <2nm
比表面积占 94%
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工程应用
➢德国缪尔霍姆水厂 ➢梅林水厂 ➢北京田村山水厂
➢ 上海周家渡水厂 ➢ 广州南洲水厂 ➢ 杭州市南星水厂
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5.1 梅林水厂
梅林水厂处理能力为60*104/d,该水厂始建于 1994年,常规处理工艺为混凝、沉淀和砂滤,深度处 理工艺于2003年8月开始建设,2004年12月建成并开 始运行。
2.1 生物再生
概念：
BAC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陆 续空出了吸附位，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，二者相互促进，起到了生物再 生作用 结果： 增多吸附容量，延长活性炭滤池的工作周期
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1.4 各部分去除对象
臭氧氧化
主要对象是 大分子的憎水 性有机物
活性碳吸附
主要对象是 中间分子量的 有机物
微生物
去除小分子 的亲水性有机 物
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2 生物再生
影响因素
作用机理
优缺点 工程应用
生物再生
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1.2 生物活性炭作用机理
生物活性炭
生物降解
颗粒表面、 大空隙
吸附作用 中、微孔隙.
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1.3 O3-BAC工艺流程
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2.2 生物再生步骤
活性炭吸附有机物，液相中有机物含量减低 水中细菌附着在活性炭表面 细菌选择水中的生物易降解有机物分解，并不断繁殖；易 生物降解有机物含量下降，难降解有机物含量不受影响
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2.2 生物再生步骤
伴随液相生物易降解有机物含量下降，吸附的有机物发生 解吸；解吸的有机物中易降解有机物在液相中扩散，被细 菌降解 解吸后空出活性炭表面的吸附点有可吸附有机物，起到生 物再生
5.1 梅林水厂
工艺流程图
预臭氧接触池:2组,接触时间 为4min,水深为6.0m,臭氧通 过水射器投加
主臭氧接触池:采用6廊道,流 量为15*104m3/d,尺寸 L*W*H=68.60m*32.90m* 6.0m,接触时间10.6min,采用 微孔曝气器投加臭氧
后氯化的投加量，降低了三卤甲烷的生成量
➢延长了活性炭的运行寿命，可以达到3年（约6倍），减少
了运行费用
➢提高对铁、锰的去除率
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4.2 缺 点
➢ 挂膜时间长 ➢ 进水水质的pH限制 ➢ 浊度对生物活性炭的影响 ➢ 冲击负荷对运行效果影响 ➢ 生物泄露问题 ➢ 反消化的碳源不足
深圳水库是深圳市的主要供水水源,属南方地 区典型的低浊、高藻、微污染类水质。虽然东深供 水生物预处理工程(处理能力为400*104m3/d)的实施 在一定程度上改善了深圳水库的水质,但是原水中 的嗅味、藻类和有机物等出水水质 得不到保证。
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1.2 生物活性炭的作用机理
➢水中反应物通过GAC外液
膜层输送到炭粒表面
➢反应物从炭粒表面传送
到GAC空隙中
➢反应物被吸附在GAC的内
表面上（大、中、微孔）
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1.2 生物活性炭的作用机理
➢高浓度AOC，促使微生物在GAC