第３２卷第ｌＯ期２００６年１０月水处理技术ＴＥＣＨＮＯＬｏＧＹＯＦＷＡＴＥＲＴＲＥＡＴＭＥＮＴＶ０１．３２Ｎｏ．１０Ｏｃｔ．．２００６５７臭氧一生物活性炭在给水深度处理中的应用’陆少呜１，黄海真１，方平１，王娜２，刘姣－，杜敬一（１．华南理工大学环境科学与工程学院，广东广州５１０６４０；２．郑州市自来水总公司，河南郑州４５０００７）摘要．：本文以中试实验为基础，以枯水期的水质实验数据为依据，证明了采用臭氧一生物活性炭治理微污染水源能达到国家规定的生活饮用水水质标准，炭滤出水ＣＯ‰平均值为１．２５ｍｇ几，平均去除率为６４．５３％；ＮＨ广Ｎ平均值为Ｏ．４４９ｍｇ／Ｌ，平均去除率为７３．９０％；ｕＶ２５４的平均值为０．０１５ｃｍ～，平均去除率为６８．６９％；Ｎ０２－一Ｎ平均值为０．００４ｍｇ几；浊度平均值为０．２５８ＮＴｕ，都达到了国家生活饮用水水质标准。关键词：臭氧一生物活性炭；ｃ０Ｄｍ；ＮＨ３一Ｎ；’ｕＶⅢ；Ｎ０２一－Ｎ；浊度中图分类号：Ｔｕ９９１．２文献标识码：Ａ文章编号：ｌｏｏＯ．３７７０（２００６）１０．００５７一０３广州市的东江水源属ＩＩ类～Ⅲ类地面水，有机微污染较严重，针对常规处理工艺对氨氮和有机物去除的不足，必然要采用饮用水的预处理技术和深度处理技术。本中试实验以预臭氧（取消预加氯）＋常规处理＋后臭氧＋ＢＡＣ工艺为基础，以东江水源枯水期的实验数据为依据，研究探讨了臭氧一生物活性炭（Ｏ，一ＢＡＣ）在饮用水净化中的作用效果和机理。１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【１】。活性炭空隙多，比表面积大，能够迅速吸附水中的溶解性有机物，同时也能富集水中的微生物。炭床中形成生物膜具有生物氧化降解和生物吸附的双重作用，而活性炭孔隙中的有机物被分解后，经过反冲洗，活性炭孔隙腾出吸附位置，恢复了对有机物与溶解氧的吸附能力。０拉ＩＡＣ的净水机理ＯｒＢＡＣ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、生物氧化降解四种技术结合为一体的工艺。它是在传统水处理工艺的基础上，以预臭氧氧化代替预氯化，在快滤池后设置后臭氧塔和生物活性炭滤池。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，以降低后续处理单２工艺流程２．１ＯｒＢＡＣ中试工艺漉程本中试实验工艺流程为“预臭氧（取消预加氯）＋常规处理＋后臭氧＋ＢＡＣ”，工艺流程示于图ｌ。奥缸液铝元的负荷，增加水中溶解氧同时节省絮凝剂投加量。后臭氧的投加能使水中难以生物降解的有机物断链、开环，将大分子有机物氧化为小分子有机物，提高原水中有机物的可生化性和可吸附性，从而减小活性炭床的有机负荷，延长活性炭的使用寿命。另外，由于臭氧在水中自行分解为氧，活性炭柱进水含有较高浓度的溶解氧，因此促使好氧微生物在活性炭表面繁殖。活性炭作为一种多孔物质，能够吸附水中浓度收稿日期：２００５．０８．１７■ｌ中试工艺黼■Ｆｉｇ＋ｌＴｅｃｈｎｏＩＯｇｉｃａｌｎｏｗｆｏｒｐｉｌｏｔｔｅｓｔ２．２０徊；ＡＣ中试工艺设备及其参数主臭氧接触塔尺寸：多Ｏ．７ｍ×５．８ｍ，有效容积２．３ｍ３，陬Ｔ８～１２ｍｉｎ；采用一个垂１．５ｍ×５．０ｍ炭滤作者简介：陆少鸣（１９５９－），男，副教授，从事给排水和环境工程科研与教学工作联系电话：０２０．８７１１３２９３：Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｕｓｈａｏｍ＠１６３．ｃｏｍ。万方数据 ５８水处理技术第３２卷第１０期器，活性炭床的滤速为７．４ｎ泊，炭床厚度为２．０ｍ，采用柱状炭，空床接触时间１４ｍｉｎ。原水泵的提升流量为１３．ＯｍⅦ，提升泵提升流量为１２．０ｍⅦ，投加液态硫酸铝剂量为２８ｍＬ／ｍｉｎ，预臭氧投加量为１．０ｍｇ／Ｌ，主臭氧投加量为１．５ｍｇ／Ｌ。２３测定指标及方法测定指标及方法列于表１。囊ｌ实■舅窟疆目墨其方法ＴａｂｌｅｌＩｔｅｍｓａＩｌｄｍｅｔｈｏｄｓｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄｅｔｅｍｌｉｎａｔｉｏｎ测定项目测定方法氨氮（ＮＨｒＮ）纳氏试剂分光光度法亚盐氮（ＮＯｉ邶Ｎ一（１一萘基）．乙二胺光度法高锰酸盐指数（ＣＯＤ曲酸性高锰酸钾法浊度ＨＡｃＨ２１００Ｎ浊度仪ＵＶⅫ滤膜过滤紫外光度法３结果与讨论实验期间原水水质列于表２。囊２赛蚺—曩水水曩◆曩Ｔａｂｌｅ２山ｅｗａｔｅｒｑｕａｌｉｔｙｐａｒ锄ｅｔｅｒｏｆｏｒｉ舀ｎａｌｗａｔｅｒ项目范围平均值ＣＯＤ№（ｍｇ／Ｌ）２．７２～４．６ｌ３．４５ＮＨ３－Ｎ（ｍ∥Ｌ）１．３４７～２．０７０１．６８９Ｎ０２．－Ｎ（ｍｇ几）Ｏ．０９８～０－２１６０．１６８ＵＶ２ｓ４（ｃｍ’１）Ｏ．０３９～０．０５９０．０４９浊度（ＮＴＵ）１９．２～７１．３３８．４３３．１００‰试验从３月１日到３月３１日，试验期间水温在１８～２２℃之间，Ｏ，．ＢＡＣ中试试验运行稳定，对中试系统的原水、后臭氧出水、炭滤出水的ＣＯＤ№的检测结果见图２。时间（ｄ）圈２中试系统各单元００Ｄｈ变化曲线Ｆｉｇ．２ＣＯＤ¨、ｃｈａｎｇｉｎｇｏｆＶａｒｉｏｕｓｕｎｉｔｓｉｎｔｈｅｐｉｌｏｔｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍ在实验期间原水ｃＯＤ№为２．７２～４．６１ｍｇ／Ｌ，平均值为３．４５ｍ扎：经后臭氧出水后ｃｏＤ‰平均值下降到１．５５ｍｇ／Ｌ，最终炭滤出水平均值为１．２５ｍｇ／Ｌ，小于我国饮用净水标准（ＣＪ９４－１９９９）规定的２ｍ叽万 方数据的标准。对试验数据分析后认为，炭滤出水相对于原水的去除率最大值为８３．６４％，最小值为４６．０５％，平均去除率为６４．５３％：后臭氧相对于原水的平均去除率为５６．２２％；炭滤出水相对于后臭氧出水的平均去除率为１８．７９％。而一般只有混凝沉淀砂滤和加氯消毒的常规净水工艺的水厂，一般只能去除ＣＯＤ矗Ｏ％～３０％［２】。本工艺对ＣＯＤ№去除效果较好，这主要是因为经过预臭氧氧化加常规处理已经分解去除大部分有机物，并将难以降解的大分子分解为小分子增加水的可生化性，后又经过后臭氧的迸一步氧化分解水中剩余有机物，进一步将难降解有机物和大分子物质氧化为小分子，降低炭滤池负荷，最后经过活性炭的吸附和生物膜的生物氧化降解作用，使得炭滤出水相对于原水的平均去除率高达６４．５３％，出水ＣＯＤ№平均值为１．２５ｍｇ／Ｌ。３．２吼对中试系统的原水、砂滤出水、后臭氧出水、炭滤出水的ＵＶ埘的检测结果见图３。时间（ｄ）■３中试曩绞备簟元ＵＶ．曩变化曲■Ｆｉｇ．３ＵＶ２ＨｃｈａｎｇｉｎｇｏｆＶａｒｉｏｕｓｕｎｉｔｓｉｎｔｈｅｐｉｌｏｔｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍ在实验期间原水ＵＶ２５４值为０．０３９～０．０５９ｃｍ～，平均值为０．０４９ｃｍ～；经后臭氧出水后ＵＶ翻平均值下降为０．０２０ｃｍ～，最终炭滤出水平均值为０．０１５ｃｍ一。从图３可见，后炭滤池出水相对于原水的Ｕｖ：鬟有很大的去除率，最大去除率为８１．４０％，最小去除率为５４．０％，平均去除率为６８．６９％；后臭氧相对于原水的ＵＶ瑚平均去除率为５９．３２％，相对于砂滤出水的ＵＶ捌平均去除率为２５．９３％；而炭滤池相对于后臭氧塔的ＵＶ瑚的平均去除率为２３．１０％，据资料表明【３】：分子量愈大其紫外吸收愈强，特别是分子量大于３０００以上的有机物是水中紫外吸收的主体，而小于５００的有机物紫外吸收很弱。因此可见在该系统中砂滤出水经过后臭氧塔后，ＵＶ捌值明显下降，可陆少鸣等，臭氧一生物活性炭在给水深度处理中的应用５９见臭氧对大分子有机物具有很大的氧化分解作用，经过臭氧分解将水中部分大分子有机物降解为小分子，这有利于活性炭吸附降解作用的发挥和延长活性炭使用周期。３．３Ｎ｝ｂＮ对中试系统的原水、后臭氧出水、炭滤出水的ＮＨ，．Ｎ的检测结果见图４。时间（ｄ）■４中试曩霸滔●元■囊陵化曲■Ｆ培４ＮＨ３－ＮｃｈａｌｌｇｉｎｇｏｆＶ撕ｏｕｓｕｒＩｉｔＳｉｎｔｈｅｐｉｌｏｔｓｙｓｔｅｍ在实验期间原水ＮＨ３－Ｎ值为１．３４７～２．０７ｍｇ／Ｌ，平均值为１．６８９ｍｇ几；ＮＨ，一Ｎ经过臭氧出水后平均值上升到１．７８８ｍｇ／Ｌ，比原水高出０．０９９ｍｇ／Ｌ，最终炭滤出水平均值又下降为Ｏ．４４９ｍｇ／Ｌ。根据我国２００２年建设部Ｉ类水质标准，饮用水中氨氮、亚盐氮和盐氮的允许浓度分别为０．５ｍｇ／Ｌ、０．１ｍｇ／Ｌ和２０ｍ扎，可知在枯水期炭滤出水中氨氮浓度小于０．５ｍｇ／Ｌ的标准。从实验数据中分析得知，炭滤出水相对于原水的去除率最大值为９１．３４％，最小去除率为５０．３９％，平均去除率为７３．９０％：炭滤出水相对于后臭氧出水的平均去除率为７５．５５％。资料表明【４ｌ，臭氧氧化不能去除ＮＨ，．Ｎ，有时甚至使ＮＨ３一Ｎ略微升高。由图４可见，后臭氧塔出水的氨氮值反而比原水有所升高；究其原因在于臭氧将水中的部分有机氮转化为氨氮，而臭氧的投加量始终是有限的，它不能完全将转化过来的氨氮转化为盐氮，进而引起臭氧塔出水氨氮相对积累，导致氨氮浓度出水比进水有所升高。而炭滤池对氨氮的去除主要靠生物膜的吸附氧化作用，由于臭氧的充氧作用，炭滤池中生物膜以生长状况良好，活性强，通过亚硝化细菌和硝化细菌的硝化作用将氨氮转化为亚盐氮和盐氮进而将氨氮最终转化为盐氮去除。３．４ＮＯ渊和浊度经实验测定原水的ＮＯ：。一Ｎ值为０．０９８～０．２１６万 方数据ｍ班，平均值为０．１６８ｍｇ／Ｌ，后臭氧出水的Ｎ０２。一Ｎ平均值小于０．００３ｍｇ／Ｌ，而炭滤池出水的Ｎ０：‘．Ｎ平均值反而上升为０．００４ｍｇ／Ｌ。究其原因是环境温度比较低和枯水期水质比较差，而硝化细菌对环境温度和水质的变化比亚硝化细菌敏感，适应环境变化的能力比较差，因此此时炭滤池中硝化细菌活性较弱，而亚硝化细菌活性几乎不受影响，因此导致亚盐的相对积累，使得炭滤池出水的亚盐氮反而有所升高，但其仍然满足我国２００２年建设部Ｉ类水质标准中关于亚盐氮小于０．１ｍ譬／Ｌ的要求。原水浊度范围为１９．２～７１．３ＮＴＵ，平均值为３８．４３ＮＴｕ，经后臭氧后浊度降到０．６６２ＮＴＵ，经炭滤出水后其浊度降低到Ｏ．２５８ＮＴＵ，远小于饮用净水标准（ＣＪ９４—１９９９）规定的浊度应小于１ＮＴＵ的规定。经分析臭氧能将大分子氧化分解为小分子，能氧化还原性物质，比如说水中的二价铁、锰等，使其变为二氧化锰，和氢氧化铁等增大水中浊度，因而在实验过程中可见预臭氧出水的浊度比原水的要高，后臭氧出水的浊度比砂滤池出水的要高。系统对浊度的降低除常规工艺流程的巨大作用外，炭滤池的吸附降解和机械截留作用也起着重要作用。４结论Ｏ，一ＢＡＣ工艺是治理微污染原水的有效方法，它对ＣＯＤｍ氨氮、亚盐氮、浊度都有很高的去除率，以水源枯水期的实验数据为基础，本工艺流程对ＣＯＤ№平均去除率为６４．５３％，对氨氮的平均去除率为７３．９０％，对ｕｖ２５４的平均去除率为６８．６９％，对浊度、亚盐氮都有很高的去除率。后臭氧的投加能使水中难以生物降解的有机物断链、开环，将大分子有机物氧化为小分子有机物，提高原水中有机物的可生化性和可吸附性，从而减小活性炭床的有机负荷，延长活性炭的使用寿命，臭氧化还能有效地减少ＵＶ瑚的吸收。生物活性炭一方面凭借其巨大表面积的吸附作用，另一方面则利用生物膜的见解作用。由于本中心中式以运行将近半年，活性炭的物理吸附能力接近饱和，并且活性炭上的生物膜已成熟，因此炭滤池对有机物和氨氮的去除主要靠其生物作用。从实验结果可知盐细菌对环境的变化适应能力弱，当环境温度比较低和水质较差时，炭滤池中硝化细菌活性受到抑制，而亚硝化细菌活性适应环境变化能力强几乎不受影响，因此导致炭滤池出水亚盐氮相对富集。（下转第６２页）万方数据
