臭氧—生物活性炭深度处理工艺对有机物的去除效果

臭氧—生物活性炭深度处理工艺对有机物的去除效果
张兰芳;纪永超;梅新敏
【摘要】通过对采用臭氧—活性炭深度水处理工艺的X水厂运行一年多以来的监测数据进行统计分析,得出以下结论:臭氧活性炭深度水处理工艺对有机物的去除效果较好,CODMn的平均去除效率为30％,TOC的平均去除效率为22％,UV254的平均去除效率为44％；去除效率为UV254＞CODMn＞TOC;臭氧—活性炭深度水处理工艺能有效降解和去除水中有机物,是一种适宜的饮用水深度净化工艺.【期刊名称】《城镇供水》
【年(卷),期】2013(000)001
【总页数】4页(P26-29)
【关键词】臭氧—生物活性炭工艺;水厂;有机物;去除效果
【作者】张兰芳;纪永超;梅新敏
【作者单位】苏州市自来水公司,江苏苏州 215000;苏州市自来水公司,江苏苏州215000;苏州市水利(水务)局,江苏苏州 215000
【正文语种】中文
随着原水水质的微污染以及饮用水水质标准的提高，常规工艺已越来越不能满足社会发展以及国家对城市净水厂出厂水水质的要求。

为此，于2010年投产的X水厂在常规工艺的基础上增加了臭氧预氧化技术及臭氧—生物活性炭深度处理工艺。

本文以X水厂臭氧—生物活性炭深度处理工艺一年多来的运行监测指标为基础，
深入详尽地分析和研究了该工艺对有机物的去除效果，以期为臭氧—生物活性炭
深度处理工艺的进一步推广提供实例。

1 臭氧—生物活性炭深度处理工艺的净水机理
臭氧—生物活性炭深度处理工艺被称为饮用水净化的第二代净水技术，是指臭氧
和活性炭吸附结合在一起的水处理方法，采取先臭氧化后活性炭吸附，并利用活性炭表面生长的微生物的生物降解作用，完成对水中有机污染物的有效去除，它集臭氧化学氧化、杀菌消毒、活性炭物理吸附和微生物氧化降解作用为一体，充分发挥各自特长，互相促进，取得了去除有机物的多重效应，从而达到水质深度净化的目的[1-2]。

2 水厂概况
X水厂设计规模为30万吨/天，净水工艺采用臭氧预氧化技术、折板反应-平流沉
淀池-V型砂滤池的常规处理工艺和臭氧-生物活性炭滤池深度处理工艺。

水厂工艺流程图如下：
臭氧—生物活性炭工艺自2010年11月开始正式投运。

臭氧采用微孔扩散器投加，设计最大投加量为2.0毫克/升，分三级投加，分配比例为2：1：1，总的接触时
间约为12分钟，主臭氧接触池内有效水深为6.0m。

活性炭采用12×40的煤质柱状破碎炭，炭层厚2.25米，空床停留时间为10.5—12分钟，滤速为11.5米/小时，采用单气冲结合单水冲的冲洗方式，运行采用恒水位自动控制。

为避免雨水进入、阳光照射、其他异物进入和剩余臭氧逸出，活性炭滤池采用加盖封闭方式。

厂内定期对炭滤池滤前、滤后主要水质指标进行跟踪化验，以评估臭氧活性炭工艺的生产运行效果。

3 有机物去除效果
3.1 CODMn的去除
高锰酸盐指数CODMn反映的是受有机污染物和还原性无机物质污染程度的综合
指标[3]，可以有效反映水中有机物污染程度。

从图2可以看出，X水厂原水CODMn比较稳定，基本维持在3~4mg/L之间。

深度处理工艺投产前（2010.9~2010.11），经常规工艺处理后的出厂水平均CODMn为1.6mg/L，臭氧—活性炭深度处理工艺投产初期
（2010.11~2011.1），出厂水的平均CODMn降低至1.2 mg/L；从总的去除率
来看，深度处理工艺投产前，CODMn的平均总去除率为43%，而投产初期，CODMn的平均总去除率上升至67%，可见臭氧活性炭深度水处理工艺的投产对CODMn有良好的去除效果，初期主要是依靠活性炭自身的物理吸附作用，在原
水CODMn浓度比较稳定的情况下，对原水中大分子有机物具有较好的去除效果，但随着吸附时间的延长，活性炭物理吸附能力也逐渐趋于饱和，此时活性炭表面负载了一定量的生物，开始发挥物理吸附与生物降解双重作用[4]。

此外，对深度处理工艺投产一年多的数据（2010.11-2012.6）统计分析后可以得
出以下结论（见图3）：CODMn主要是在常规工艺和活性炭滤池中得到去除,平
均去除率分别达到40.6%和25.12%，而臭氧对CODMn的去除作用不大,预臭氧
和主臭氧平均去除率分别仅为6.07%和6.33%，这与臭氧氧化有机物的机理相符,臭氧主要是将大分子的有机物氧化成为小分子的有机物,而要将有机物彻底氧化成
水和CO2则比较困难[5]。

整个工艺对CODMn去除效果较好，达到60.22%，因此X水厂
CODMn<2.0mg/L的保证率为100%。

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，后又经过后臭氧的进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CODMn的去除率大大提高[2]。

图4 臭氧活性炭工艺对TOC的去除效果
3.2 TOC的去除
TOC是表征水体中有机物质总量的综合指标之一，代表了水体中所含有机物质的
总量，直接反映了水体被有机物质污染的程度[3]。

从图4可以看出，臭氧活性炭工艺对水中TOC的去除效果较好。

运行初期TOC
的去除率大概在70%左右，此时活性炭存在大量的吸附位点，水中的有机物很容
易被活性炭吸附，随着时间的推移去除率逐渐趋于平稳，在13~30%之间，平均
效率为22%。

此外，从该图还可以看出，臭氧氧化对TOC的去除作用不大，平均去除率仅为5%左右，臭氧活性炭工艺对TOC的去除主要是依靠活性炭工艺来完
成的。

3.3 UV254的去除
UV254是经过0.45 μm滤膜过滤后的水样在254 nm的波长下的紫外吸光度[6,7]，表征芳香族化合物和具有共辘双键的有机化合物含量，主要代表憎水性有机物和大分子有机物，与消毒副产物的前体物有良好的相关性，因此UV254含量的降低可以很好地遏制后期消毒副产物的生成，UV254的去除现实意义重大。

从图5可以看出，臭氧活性炭工艺对UV254的去除效果非常好，基本上都维持在较高的去除水平上，初期的去除效率高达90%左右，这主要是由于在运行初期，
活性炭存在大量的吸附位点，水中所有可吸附性的有机物（包括腐殖质等不易生物降解有机物和可生物降解有机物）均可被活性炭吸附，因此表现为对UV254指标的高效去除[8]，随着运行时间的推移去除率逐渐趋于平稳，在25-60%，平均为44%。

此外，从该图还可以看出，臭氧活性炭深度水处理工艺对UV254的去除从
初期的靠活性炭吸附为主，逐渐转变为臭氧与活性炭工艺共同发挥作用，甚至臭氧工艺去除率还略占优势，这是因为随运行时间的延长，活性炭上的吸附位减少，而臭氧氧化既降低了UV254，又可提高活性炭滤池进水的可生化性和DO，从而可提高生物活性炭滤池对有机物的去除率，因此臭氧氧化是去除水中UV254的有效方法[8]。

4 结论
X水厂臭氧活性炭深度水处理工艺对CODMn去除效率在15~40%，平均去除率为30%；对TOC的去除率为13~30%，平均去除率为22%，对UV254的去除率为25~60%，平均为44%；去除效率UV254>CODMn>TOC。

有机物含量的降低，消除了可能生成卤代物的前驱有机组分，对提高水的安全性起到重要作用，同时有机物的进一步去除，能明显改善水厂出厂水的口感。

因此，臭氧—活性炭深度处理工艺是一种有效的深度水处理技术。

参考文献：
[1]汪麟,吴恬.浅谈臭氧—生物活性炭深度水处理工艺.西南给排水[J],2009,31（4）:1～4
[2]陆少鸣,黄海真,方平,等.臭氧—生物活性炭在给水深度处理中的应用.水处理技术[J],2006,32（10）:57～59,62
[3]GB/T 5750.1-2006.生活饮用水标准检验方法[S]
[4]陈健,刘奔逸,叶均.江南某水厂活性炭滤池初期投运概况.江苏供水[J],2011,3:7～10
[5]朱建文,许阳,汪大翚.臭氧活性炭工艺在杭州南星桥水厂的应用.中国给水排水[J],2005,21（6）:84～87
[6]董秉直,陈艳,高乃云等.有机物的相对分子质量对膜过滤通量的影响[J].同济大学学报(自然科学版),2006,3(12):1643-1667
[7]蒋绍阶,刘宗源.UV254作为水处理中的有机物控制指标的意义[C].成都:中国土木工程学会水工业分会给水委员会第八次年会论文集,2001:61-65
[8]刘建广,张晓健,王占生.生物活性炭滤池处理高氨氮原水.中国给水排水[J],2003,19（12）,61～64。