臭氧生物活性炭各工艺阶段的特点及应用
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。
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-生物活性炭工艺
生作用
结果： 增多吸附容量，延长活性炭滤池的工作周期
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
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
微生物
去除小分子的亲 水性有机物
2 生物再生
影响因素
作用机理
优缺点 工程应用
生物再生
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
始运行。
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、藻类和有机物等污染物质的浓度仍然维持在
一个较高的水平,采用常规工艺处理时出水水质得不
到保证。
工艺流程图
臭氧-生物活性炭工艺
内容
1
作用机理
2
生物再生
3
影响因素
4
优缺点
5
工程应用
1 作用机理
影响因素
生物再生
优缺点 工程应用
作用机理
1.1 活性炭的空隙特性
大孔
直径 100~10000nm 比表面积占1%
浅谈臭氧,臭氧活性炭的技术应用
浅谈臭氧-生物活性炭深度水处理工艺摘要主要探讨臭氧—生物活性炭深度水处理工艺的优缺点，总结工艺设计的要点，并介绍了它们的一些具体运用，为臭氧-生物活性炭深度水处理工艺的进一步推广提供技术支持。
关键词臭氧活性炭城市供水工艺设计1臭氧－生物活性炭深度水处理工艺(O3-BAC) 概述臭氧-生物活性炭深度水处理技术被称为饮用水净化的第二代净水技术，臭氧-生物活性炭技术采用臭氧氧化和生物活性炭滤池联用的方法，将臭氧化学氧化、臭氧灭菌消毒、活性炭物理化学吸附和生物氧化降解四种技术合为一体。
其主要目的是在常规处理之后进一步去除水中有机污染物、氯消毒副产物的前体物以及氨氮，降低出水中的BDOC和AOC，保证净水工艺出水的化学稳定性和生物稳定性。
臭氧是氧的同素异性体，分子式为O3，常态呈气体，淡蓝色，有特殊气味；臭氧是自然界最强的氧化剂之一，具有广谱杀微生物作用，其杀菌速度高于氯气。
臭氧投加在水中以后，主要有三个作用，一方面直接降解有机物，减少进入活性炭池中的有机负荷；一方面把大分子有机物降解为小分子有机物，改变水中有机物的分子量分布，提高水中有机物的可生化性，从而有利于强化后续活性炭工艺对于中小分子量有机物的吸附降解；最后一个作用就是为后续活性炭工艺充氧，有利于活性炭好氧微生物的生长。
活性炭几乎可以用含有碳的任何物质做原材料来制造，这包括木材、锯末、煤、泥炭、果壳、果核、蔗渣、骨、石油脚、皮革废物、纸厂废物等等，近来有的国家倾向于用天然煤和焦炭制造粒状活性炭。
活性炭的主要特征是比表面积大和带孔隙的构造，因而显示出良好的吸附性能。
活性炭分粉末活性炭和颗粒活性炭两种，两者不同之处是颗粒大小不同，其吸附性能没有本质上的区别。
活性炭作为一种多孔物质，能够吸附水中浓度较低、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。
臭氧活性炭联用法工艺流程
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臭氧_生物活性炭技术在微污染水处理中的应用
臭氧-生物活性炭技术在微污染水处理中的应用周大佐 邱凌峰(同济大学环境工程学院,上海200092)摘 要 分析了臭氧-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 饮用水深度处理收稿日期:1997-03-10作者简介:周大佐,男,24,工学硕士,毕业于上海同济大学环境工程学院,现准备攻读同济大学环境工程学院博士研究生。
在水污染日益严重的今天,原水中有毒有害化学有机污染物含量正逐年上升,品种也正逐年增多,这给饮用水处理带来了极大的困难。
大量文献表明,自来水厂传统水处理工艺已不能有效地去除水中各种污染物,特别是溶解性有机物。
为解决这一问题,国内外研究了多项技术对其进行改进,其中臭氧-生物活性炭净水工艺以其高效去除水中溶解性有机物和致突变物,出水安全、优质而倍受瞩目。
1 臭氧-生物活性炭法基本原理臭氧-生物活性炭工艺是将活性炭物理化学吸附、臭氧化学氧化、生物氧化降解及臭氧灭菌消毒4种技术合为一体的工艺。
简单地说,它的做法是在传统水处理工艺的基础上,以预臭氧氧化代替预氯化,在快滤池后设置生物活性炭滤池〔1〕。
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,以降低生物活性炭滤池的有机负荷,同时臭氧氧化能使水中难以生物降解的有机物断链、开环,使它能够被生物降解。
另外,臭氧化工艺还能在处理水中起到充氧作用,使生物活性炭滤池有充足的溶解氧用于生物氧化作用。
活性炭能够迅速地吸附水中的溶解性有机物,同时也能富集水中的微生物。
活性炭表面吸附的大量有机物也为微生物提供了良好的生存环境。
在有丰富的溶解氧的情况下,微生物以有机物为养料生存和繁殖,同时也使活性炭表面得以再生从而具有继续吸附有机物的能力,即大大地延长了活性炭的再生周期。
臭氧生物活性炭工艺就是这样达到去除水中的有机物,对饮用水进行深度处理的目的的。
以下是一种典型的增加了臭氧-生物活性炭工艺给水处理厂工艺流程图:2 臭氧-生物活性炭法国内研究情况我国从80年代开始研究以来,各地方对该法开展了较为广泛的研究和应用。
臭氧-生物活性炭工艺
臭氧-生物活性炭工艺臭氧-生物活性炭工艺结合了臭氧工艺和生物活性炭工艺，净水前通过臭氧预氧化，对于无机物，臭氧在水中可以有效地将其中的溶解性铁，锰等无机离子转化成难溶解性氧化物从水中沉淀出来，从而在混凝沉淀与过滤中去除。
而对于有机物，臭氧分子与有机污染物间的直接氧化作用缓慢且有明显的选择性反应。
另一种是臭氧被分解后产生羟基自由基间接地与水中的有机物作用。
在臭氧后氧化中增加水中的溶解氧，有利于后继生物活性炭上好氧微生物的生长。
生物活性炭滤池位于臭氧接触池之后，活性炭因其内部具有发达的孔隙结构和巨大的比表面积从而用微孔吸附的方法去除有机物，活性炭的吸附性也可经济有效的去除嗅，味，色度，农药，放射性有机物及其其它人工合成有机物。
由于活性炭是一种兼有吸附，触媒和化学反应活性的多功能载体。
好氧微生物群落可以分散在炭段表面，也可以成膜覆盖在整个炭粒外表面，形成生物活性炭，这样可以发挥生化和物化处理的协同作用，从而延长活性炭的工作周期，大大提高处理效率，改善出水水质，并能处理那些采用单纯生化处理或活性炭吸附法所不能去除的污染物质。
影响臭氧－生物活性炭工艺主要因素1、微生物生命活动对水温、pH值等因素的变化很敏感，容易导致炭床中生物降解效率发生波动。
当温度低于5℃时，水处理效果极差。
2、活性炭柱承担着吸附和生物降解有机物的双重作用，延长水与活性炭柱的接触时间对去除有机物有利；而反冲洗条件对保护某些菌落很重要。
3、为了维持活性炭的生物平衡和避免高于微生物生命形式的发展，活性炭定期冲洗是维护生命活动的重要手段。
活性炭冲洗一般采用水洗、气洗、气水同时冲洗等几种方式。
反冲后重新启动时水质一般较差，将持续10-20min，以使扰乱的炭层复原到正常过滤状态。
工程实践证明，反冲效果的好坏直接影响处理水质。
4、臭氧－生物活性炭工艺一般设置在砂滤之后，去除有机物的效果取决于水中有机物的性质、活性炭的特性、操作条件、温度等。
5、在臭氧－生物活性炭工艺中，臭氧的重要作用是将大分子有机物降解为小分子有机物，提高原水的可生化性。
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。
臭氧活性炭深度处理工艺简介
2020年8月2日6时50分
深度处理技术简介—活性炭
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5. 在给水处理中的应用
➢ 原水突发性或季节性出现污染物质增高、异味、异臭和THM前驱 物质浓度很高时，作为应急措施投加粉末活性炭。
2020年8月2日6时50分
深度处理技术简介—工艺
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5. 影响工艺处理效果的主要因素
a. 水中有机物的性质 b. 活性炭的特性 c. 操作条件 （臭氧投加量控制、反冲洗方式、负荷等） d. 温度
2020年8月2日6时50分
深度处理技术简介—工艺
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6. 运行时注意事项
a. 臭氧制备及投加系统的正常运行和维护 b. 活性炭滤池运行前准备 c. 运行中生物膜的形成 d. 防止炭粒滤料流失 e. 及时更新和再生活性炭 f. 控制出水水质（浊度、耗氧量、氨氮、色度、pH) e. 各项操作必须按照操作规程进行
工艺流程 17
3. 主要工艺参数
a. 前加臭氧量0.5 ～1mg/L。
b. 臭氧-活性炭系统设计规模20万吨/天，进水浊度<3NTU。
c. 臭氧接触池分3次曝气接触，三阶段反应，后臭氧投加量为2.5 ～ 3mg/L，接触时间13min。
d. 活性炭滤池采用序批式反冲洗池型，单格尺寸10×8m，面积80m2， 空床滤速10.94m/h。填料层由上而下为：活性炭粒径8～30目，厚 度2.2m，空床停留时间12.1min；下设砂层，平均粒径0.6mm，不 均匀系数1.3，厚度0.5m；支承层D=2.0~16.0mm，厚0.45m。冲洗 周期5～10d，冲洗历经气冲、气水混充、水冲三个阶段，冲洗强度 视冲洗频率和 方式而定。
臭氧生物活性炭技术11上课讲义
促使砂粒表面的生物生长。也可能与传统工艺水中较高的氯浓度
的抑制作用有关
饮用水深度处理应用效果
氨氮去除率比较
传统工艺：沉淀池对NH+4-N的去除率较大,均值为58.9%.滤池 对NH+4-N的去除率为2.6%.
组合工艺：澄清后氨氮质量浓度仍比原水高1.2倍，砂滤池出水 的NH+4-N相对原水去除率为80%左右，后续的深度处理后,氨 氮的质量浓度低于检测限
适 反冲洗强度：10~15L/(s.㎡)，10~20min 工作周期：生物活性炭的使用周期按1年设计
工艺应用条件与设计参数
构筑物形式：
饮用水深度处理： 目前,国内活性炭滤池已建成水厂多采用普通快滤池、虹吸滤池、
V型滤池、翻板滤池等池型,其中以V型滤池和翻板滤池更具代 表性。 工业废水处理： 活性炭塔
臭氧分解增加水中DO，促进活性炭表面好氧微生物的生长， 增强微生物的活性。
作用原理——生物活性炭技术
生物活性炭技术：
利用具有巨大比表面积及发达孔隙结构的活性炭,对水中有机物 及溶解氧有强的吸附特性,以及将其作为载体,是微生物集聚、 繁殖生长的良好场所,在适当的温度及营养条件下,同时发挥活 性炭的物理吸附作用和微生物生物降解作用的水处理技术,或称 为生物活性炭法。
嗅阈值(ＴＯＮ),出厂水为6，是用常规处理工艺出厂水的1/4·1/3(测 定常规处理出厂水的ＴＯＮ为18~24)
内分泌干扰物烷基酚(ＡＰ),采用臭氧生物活性炭处理可使AP降至 10μｇ/Ｌ以下安全浓度。（常规处深度处理工艺与常规处理工艺效果比较
臭氧生物活性炭技术
主要内容
臭氧生物活性炭技术简介 作用原理 工艺应用条件与设计参数 饮用水深度处理应用效果 优缺点 其他应用
臭氧应用优缺点
臭氧应用优缺点预臭氧的主要作用是杀藻、改善絮凝沉淀效果、去除部分有机物、优点:臭氧-生物活性炭滤池工艺是将活性炭物理化学吸附、臭氧化学氧化、生物氧化降解及臭氧灭菌消毒四种技术合为一体,与传统水处理工艺相比,具有明显的优势,主要体现在:①常规加氯工艺处理的自来水的Ames致突变试验结果多为阳性,而臭氧-生物活性炭工艺处理后为阴性;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;③提高色度和嗅味的去除率,改善感官性指标;④提高对铁、锰的去除率;⑤可以去除氨氮到90%左右,水中的氨氮和亚硝酸盐可被生物氧化为硝酸盐,从而减少了后氯化的投氯量,降低了三卤甲烷等消毒副产物的生成;⑥有效去除AOC、蛋白氨氮,提高处理水的生物稳定性,提高管网水质。
另外臭氧和活性炭联合使用,还可以延长活性炭的运行寿命,减少运行费用。
缺点:尽管臭氧-生物活性炭滤池深度处理技术对于控制饮用水质污染和改善水质发挥了较好的作用,但也存在局限性。
主要表现在: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臭氧可以有效降解含有不饱和键或者部分芳香类有机污染物,而对于部分的稳定性有机污染物(如农药、卤代有机物和硝基化合物等)难以氧化降解。
臭氧对一些有机物的降解仅仅局限与母体化合物结构上的变化,可能会生成毒性更大且不易被生物活性炭降解的中间氧化产物;③臭氧可以将大分子有机物氧化成小分子有机物,而有研究表明,活性炭吸附对分子质量为500~ 3000Da的有机有较好的去除效果,而对大分子和小分子的有机物去除效果较差。
臭氧氧化后有机物的分子质量变小,将不利于活性炭的吸附;④当水中含有溴化物(Br-)时,臭氧氧化将会生成溴酸根(BrO3-)及溴代三卤甲烷(Br-THM)等有害副产物,对人体健康有很大的影响。
臭氧生物活性炭技术11
A
17 饮用水深度处理应用效果
常规处理水厂氨氮处理效果
常规水处理工艺中混凝 沉淀对氨氮有一定的去 除作用，但主要靠砂滤 池微生A 物作用去除
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饮用水深度处理应用效果
三卤甲烷生成潜能比较
预臭氧后三卤甲烷总量有所增加。
整个工艺去除三卤甲烷生成潜能的最关键部分是生物活性炭滤 池,其对三卤甲烷生成潜能的去除率达到52.9%,出水后三卤甲烷生 成潜能仅为519μg·L-1,大大降低了消毒出水中过量消毒副产物产 生的风险。
与过滤配合使用——生物活性炭前需设过滤，不能将生物活性 炭作为过滤器来运行。一般生物活性炭进水的浊度<5NTU。
换炭再生——使用一定时间后必须更换新炭,饱和炭进行就地再 A生或是外运委托再生,否则将影响出水水质。
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工艺应用条件与设计参数
设计参数：
吸附容量(qe)；高出单纯活性炭4~20倍 通水倍数(n)：根据水质确定 空塔速度(LV)：4-5m/h，满足足够的接触时间，微生物降解 炭层高度(Hc)：一般1~2m，不宜过高 气水比：炭层内应有足够溶解氧（＞1mg/L），4~6：较为合
炼油废水
隔油 浮选 生物曝气 后浮选 生物活性炭工艺。生物活性炭的吸 附容量已达到2.52 gCOD/kg炭。
A
22
其他应用——生活污水深度处理
宝钢厂采用SBR 生物活性炭工艺,分别在各厂区陆续建成十多套 800 m3/d的综合污水处理及再生装置。
A
23
已连续运行2年以上,没有更换过新炭,处理出水达到中水水质标 试验
臭氧氧化一生物活性炭的第一次联合使用是1961年在德国 Dusseldorf（杜塞尔多夫）市Amstaad水厂中开始的,它的成 功引起了德国以及西欧水处理工程界的重视。
浅谈臭氧-生物活性炭工艺及应用
浅谈臭氧-生物活性炭工艺及应用摘要：臭氧-生物活性炭工艺是一种先进的饮用水深度净化工艺，它将臭氧化学氧化、臭氧灭菌消毒、活性炭物理化学吸附、生物氧化降解四种作用紧密结合为一体。
关键词：臭氧-生物活性炭；深度处理前言臭氧-生物活性炭工艺一般设在砂滤之后，砂滤水经臭氧氧化后，其中一小部分有机物被彻底氧化为水和二氧化碳，大部分有机物转化为臭氧化中间产物，使原来不能被生物降解的有机物变为可生物降解的有机物，提高水的可生化性；臭氧在水中可以自动分解为氧，使活性炭床处于富氧状态，增强了活性炭表面好氧微生物的活性，形成生物膜，降解吸附在活性炭中的有机物，使活性炭得到更高程度的使用[1]。
1 臭氧-生物活性炭工艺机理该工艺将臭氧化学氧化、臭氧灭菌消毒、活性炭物理化学吸附、生物氧化降解四种作用紧密结合为一体，它们互相促进，取得多重效应[2]。
（1）.臭氧预氧化。
臭氧初步氧化分解水中的有机物及其他还原性物质，降低生物活性炭滤池的有机负荷，同时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，提高其可生化性和可吸附性，使其能够被生物降解。
同时氧化水中溶解性的锰和铁，生成难溶性的氧化物，提高砂过滤的效果，提高锰、铁的去除率。
臭氧在水中分解生成氧气，使生物活性炭滤池有充足的溶解氧（DO），使好氧微生物活性增强，提高了微生物增长潜力，加快了生物的氧化和硝化作用，延长了活性炭的使用寿命，加快了有机物的生物降解，从而提高了对有机物的去除效果[3]。
（2）.生物活性炭处理。
主要发挥以下几种作用：①破坏水中残余臭氧；②通过吸附去除化合物或臭氧副产物；③通过活性炭表面细菌的生物活动降解有机物；④吸附水中浓度较低、其他方法难以去除的有臭味或异味的物质；⑤附着的硝化菌还可以降低水中氨氮的浓度[4]。
（3）.臭氧后氧化。
破坏细菌体上的脱氢酶，干扰细菌的呼吸作用，导致细菌死亡；氧化有机物，如杀虫剂、清洁剂、苯酚等；去除DOC；氧化分解螯合物，如EDTA和NTA等[5]。
臭氧活性炭工艺单元简介
1.1.臭氧氧化单元臭氧既是一种强氧化剂，也是一种有效的消毒剂。
通过臭氧氧化可以去除水中的嗅、味，提高和改善水的感官性状；降低高锰酸盐指数，使难降解的高分子有机物得到氧化、降解；通过诱导微粒脱稳作用，诱导水中的胶体脱稳；杀灭水中的病毒、细菌与致病微生物。
与活性炭滤池联用，可以增加活性炭的生物作用，延长活性炭再生周期。
1.1.1.气源选择气源制备一般可采用空气处理、液态纯氧蒸发和现场纯氧制备等方法。
当采用空气作气源时，包括无油空气压缩机、冷却器、冷冻、冷凝装置，过滤净化及稳压、减压装置、空气吸附、干燥及干燥剂再生装置等。
供臭氧发生器的气源可以是空气，也可以是纯氧。
纯氧可以在现场制备，也可以购买液态氧通过蒸发取得。
三种气源的特点如下：1、干燥纯净压缩空气（CDA）：效率较低，能耗较高，空气源易取得。
2、液态纯氧（LOC）：效率高，具灵活性，适应小水厂。
3、现场制氧气（V－GOC）：效率高，可靠性好，适应大中型水厂。
结合本工程的实际情况及经济因素考虑，选用空气为气源。
1.1.2.臭氧需量计算臭氧接触装置是保证臭氧氧化处理效果的关键环节，为了保证接触装置的设计合理、可靠，应通过模拟实验取得设计数据。
由于在三级处理中使用臭氧更侧重于对有机物的氧化功能，且介质中的有机物浓度和细菌总数较高，因此，在设计中应按三级处理的水质条件来确定臭氧投加量和接触时间，并根据这一特点来选择适宜的接触装置。
臭氧的消耗不仅取决于COD的降解幅度，而且与COD的组分有密切关系。
所以对不同的原水，臭氧的消耗量也不同。
在没有模拟实验条件和项目前期设计时，三级处理的臭氧氧化单元可参考下述经验参数设计手册第五册设计：降解1mg/LCOD消耗4mg/LO3（臭氧化气）接触时间15～60min。
本设计中，前处理构筑物对COD的去除效率如下表：表2-1 COD 的去除效率SBR 池出水COD 仍高于排放标准，故本单元设计去除COD 浓度按40mg/L 计算，则臭氧投加量：L mg C C /16040==则需臭氧量：d QC Q O /kg 96016060003=⨯==1.1.3.空气气量计算干空气量：αC Q V 1000=干空气 式中 V 干空气——干空气气量，（Nm 3/h ）；Q ——根据水处理要求计算出来的臭氧产量（kg/h ）；C ——单位体积空气产出的臭氧量，根据发生器而定（g/m 3）；α——系数，本设计取0.92；本设计中，参考经验值C 取10g/m 3，代入得h Nm V /43472492.010********≈⨯⨯⨯=干空气总干空气量： (1.2 1.5)V V -总干空气＝公式中的系数1.2～1.5，是考虑增加再生干燥剂的用气量，本设计取1.5。
臭氧生物活性炭技术PPT幻灯片
促使砂粒表面的生物生长。也可能与传统工艺水中较高的氯浓度
的抑制作用有关
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饮用水深度处理应用效果
氨氮去除率比较
传统工艺：沉淀池对NH+4-N的去除率较大,均值为58.9%.滤池 对NH+4-N的去除率为2.6%.
组合工艺：澄清后氨氮质量浓度仍比原水高1.2倍，砂滤池出水 的NH+4-N相对原水去除率为80%左右，后续的深度处理后,氨氮 的质量浓度低于检测限
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作用原理——生物活性炭技术
活性炭吸附与微生物降解的协同作用
——生物活性炭胞外酶再生假说：一部分水解酶扩散进入活性炭 微孔，与吸附质反应，活性炭的吸附能力得以再生。
——微生物的降解作用改变了活性炭的物理吸附平衡,使生物活性 炭得以再生。
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作用原理——生物活性炭技术
炭表面生长的微生物是否会影响炭的正常吸附过程？ 活性炭的吸附速率主要取决于中孔或微孔的吸附速率，炭表面
17 饮用水深度处理应用效果
常规处理水厂氨氮处理效果
常规水处理工艺中混凝 沉淀对氨氮有一定的去 除作用，但主要靠砂滤 池微生物作用去除
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饮用水深度处理应用效果
三卤甲烷生成潜能比较
适 反冲洗强度：10~15L/(s.㎡)，10~20min 工作周期：生物活性炭的使用周期按1年设计
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工艺应用条件与设计参数
构筑物形式：
饮用水深度处理：
目前,国内活性炭滤池已建成水厂多采用普通快滤池、虹吸滤池、 V型滤池、翻板滤池等池型,其中以V型滤池和翻板滤池更具代表 性。
工业废水处理：
活性炭塔
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饮用水深度处理应用效果
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臭氧生物活性炭各工艺阶段的特点及应用宋文涛1 ，胡志光1 ，常爱玲1 ，潘晓丽21华北电力大学环境科学与工程学院（071003）2北京国电富通科技发展有限责任公司（100055）E-mail:swt305@摘要：针对日益恶化的饮用水水源水质，臭氧生物活性炭饮用水深度处理方法受到人们的广泛关注。
本文论述了臭氧生物活性炭工艺中的臭氧发生系统、臭氧尾气破坏系统、臭氧预氧化及后氧化、生物活性炭滤池的应用现状及特点，并对其发展前景作了展望。
关键词：饮用水；深度处理；臭氧氧化；生物活性炭1．引言随着饮用水水源污染的日益加剧和居民环保意识的不断增强、生活水平的不断提高，饮用水水质标准要求亦将愈来愈高，常规的絮凝、沉淀、过滤、消毒净水工艺已难以满足水质不断提高的要求，饮用水深度处理技术受到人们的广泛关注，对深度处理技术研究和应用在我国已呈现出蓬勃发展的形式。
臭氧生物活性炭饮用水深度处理方法是集臭氧氧化、活性炭吸附和生物降解于一体，以去除污染的高效性成为当今世界各国进行饮用水深度处理的主流工艺，现已广泛地应用于欧洲，美国，日本等上千座水厂中[1]。
该项技术在我国正在逐步推广应用，目前在昆明、北京、常州、深圳、杭州、上海等城市已有应用[2]。
本文对臭氧生物活性炭工艺中的臭氧发生系统、臭氧尾气破坏系统、臭氧预氧化及后氧化、生物活性炭滤池的应用现状及特点进行了详细论述。
2. 臭氧发生系统传统臭氧发生器以空气为原料，其优点是原料为空气，不需成本。
但是其不足之处很多：需要对空气进行除尘，脱湿的预处理；臭氧产量低，通常国产臭氧发生器的臭氧质量分数为1％左右；能耗高；设备庞大，增加占地等。
当前水厂使用的臭氧发生器多以氧气为原料，其优点是：提高臭氧浓度，增加臭氧产量，通常臭氧质量分数为6％左右；降低电耗；简化设备，减少设备体积和占地面积；加快氧化速度[3]。
对臭氧发生系统而言，臭氧浓度低则臭氧发生器的能耗也低，但臭氧发生器所消耗的氧气量大；臭氧浓度高则臭氧发生器的能耗也高，但臭氧发生器所消耗的氧气量小。
因此，究竟采用多大臭氧浓度应根据当地的电价和氧气价格，在进行总成本经济核算后才能确定。
如何使臭氧发生系统进一步降低基建投资和运行费用，改进臭氧发生器的臭氧发生技术将成为今后的研究重点。
3. 臭氧尾气破坏系统从臭氧接触池排出的尾气中仍含有一定数量的臭氧，如果直接排入大气，会造成大气环境污染。
当大气中臭氧浓度超过0.1mg/L时，会对人的眼、鼻、喉等呼吸器官产生刺激。
臭氧尾气的环境排放规定为0.3mg/L。
因此，臭氧尾气必须进行处理。
常用的臭氧尾气处理方法有化学法和电热分解法。
化学法通常为催化剂法和活性炭吸收法。
催化剂法是以二氧化锰为基质的填料作为催化剂，它能对臭氧起到催化分解作用。
该方法的优点是设备投资少，运行能耗低。
其不足之处为：尾气进入破坏器前必须先除湿，否则催化剂遇潮后效果降低，很容易失效；安全稳定性差；催化剂要定期更换等。
活性炭吸附法是利用可燃性载体炭表面对臭氧吸收分解，以及一部分臭氧与活性炭直接反应，生成CO2和CO。
该方法的缺点是臭氧在活性炭吸附氧化过程中，产生热量，并形成不稳定的臭氧化产物，吸收装置容易发生燃烧和爆炸，当存在氮的氧化物时发生爆炸的危险性更大。
在实际生产中，这种方法应慎重选用。
电加热分解法是利用臭氧受热加速分解的特性处理臭氧尾气。
臭氧在300℃时，1min内可分解92～95％；在温度为350℃时，臭氧半衰期小于0.04 s，在1.5～2s 内完全分解，热分解后的臭氧浓度基本不受分解前臭氧浓度的影响。
该方法的优点是反应速度快，效果好，便于自动运行，工作安全可靠。
缺点是增加了部分设备的投资和运行能耗[4]。
电加热分解法是今后水厂应用的重点。
4．臭氧预氧化臭氧预氧化的投加点位于常规处理之前。
其主要用途为去除色度，嗅味等感观指标；氧化去除铁、锰以及其它重金属；除藻；助凝并减少絮凝剂的投加量和反冲洗水量；减少污泥生成量；将大分子有机物氧化为小分子有机物；取代前加氯（可以减少氯的消毒副产物生成）；氧化无机物质如氰化物、硝化物等。
由于原水浊度较高，为防止臭氧扩散装置被杂质堵塞，预臭氧一般以静态混合器或水射器的形式投加。
静态混合器的水头损失较大（4.9～9.8kPa），适用于原水水头有富余的场合。
水射器不消耗原水水头，但需增加部分动力设备来提示少量的原水与臭氧混合，以提高臭氧的传质效率。
预臭氧投加量较少，一般为1～2mg/L，接触时间短，一般为1～4分钟，主要考虑使絮凝剂的投加与除藻的效果最佳，反应后水中剩余臭氧几乎为零[5]。
预臭氧接触池一般设计有效水深6m，超高≥0.75m。
预臭氧一般采用前端1点投加，竖向廊道混合，混合水头控制在0.1m以内。
预臭氧氧化可降低原水中有机物的分子量，尤其以分子量大于105的有机物含量减少最多，但可使分子量在1000～3000和104～105的有机物浓度增加[6]。
预臭氧化对UV254的去除比较有效,去除率约为50％,而常规处理对这类有机物只有5％的去除率。
UV254代表一类含有芳香环和共轭双键结构的有机物，臭氧容易与有机物的―C＝C―双键反应，并对苯环有破坏力，使有机物的芳香性降低或消失。
预臭氧氧化了原水中部分的溶解性有机物，使DOC的浓度降低，但氧化的产物多是有机酸、醛类、酮酸等可生物降解的小分子有机物，使得BDOC 的浓度有所增加，提高了原水的可生化性，强化了后继工艺的处理能力。
目前对臭氧氧化机理研究和如何利用臭氧更有效去除饮用水中有机物的研究成为给水处理中关注的重点。
5. 臭氧后氧化臭氧后氧化的投加点位于常规处理之后。
后臭氧氧化的作用为：杀灭细菌，去除病毒；氧化水中有机物质如苯酚、洗涤剂、农药和生物难降解有机物；增加水中的溶解氧，有利于后继生物活性炭上好氧微生物的生长；减少出厂水的加氯量；氧化分解鳌合物，如EDTA 等。
由于砂滤出水浊度较低，后臭氧一般通过微空曝气盘以微气泡的形式与水充分接触，它不消耗动力，价格便宜，传质系数可达90％以上。
后臭氧接触时间一般大于10min，水中臭氧余量一般为0.2～0.4mg/L。
后臭氧接触池设计有效水深一般也为6m，超高≥0.75m。
后臭氧接触氧化系统在每条生产线一般设2～3个投加点。
当采用2点投加时，各点的臭氧投加比例依次为总投加量的80％～50％、20％～50％，每个投加点的臭氧接触时间分别为总时间的50％。
当采用3点投加时，各点的臭氧投加比例依次为80％～40％、10％～30％、10％～30％，各投加点的臭氧接触时间依次为总时间的30％、30％、40％[7]。
后臭氧投加量是一个重要的参数，一般为1.5～2.5mg/L。
因为水中有机物的种类和浓度不同，后臭氧的最佳投加量必须通过试验确定。
过小的臭氧投加量不能使原水中大分子有机物有效的分解，不利于后继生物活性炭的吸附和生物降解。
过大的臭氧投加量虽能使原水中一部分有机污染物降解氧化为最终产物H2O和CO2，降低了活性炭的有机负荷，但很不经济实用[8]。
在实际工程应用中进一步改进臭氧投加方式、更高效的利用臭氧氧化作用是今后的研究重点。
6. 生物活性炭滤池生物活性炭滤池位于后臭氧接触池之后。
活性炭可经济有效的去除嗅、味、色度、农药、放射性有机物及其它人工合成有机物。
活性炭是内部具有发达的孔隙结构和巨大的比表面积，其中微孔构成的内表面积占总面积的95％以上，活性炭对有机物的去除主要是微孔吸附作用。
活性炭的孔径特点决定了它对不同分子大小有机物的去除效果不同。
试验结果表明，活性炭易于吸附水中苯类化合物和小分子量腐殖质，对分子量500～1000的腐殖质，可吸附面积达GAC吸附面积的25％[9]，去除率一般为70％～86.7％，而对分子量小于500和大于3000的有机物则达不到有效去除的效果[10]。
正是这一特点，使活性炭能够有效的吸附臭氧氧化分解产生的小分子有机物。
活性炭是一种兼有吸附、触媒和化学反应活性的多功能载体。
好氧微生物群落可以分散在炭段表面，也可以成膜覆盖在整个炭粒外表面，形成生物活性炭。
微生物附着其上，可以发挥生化和物化处理的协同作用，从而延长活性炭的工作周期，大大提高处理效率，改善出水水质，并能处理那些采用单纯生化处理或炭吸附法法所不能去除的污染物质。
试验证明生物活性炭的处理效果只与空床接触时间（EBCT）有关，在同样的接触时间下，处理效率与滤速无明显的相关性。
因次，设计时应以接触时间为活性炭滤池设计运行的优先控制参数。
当以去除嗅和味为主，接触时间一般为8～10min；当以去除COD Mn为主时，一般接触时间为12～15min左右[11]。
生物活性炭滤池初期运行是以物理吸附为主，之后随着活性炭表面生物膜的不断形成，其功能将转为生物吸附与生物降解为主。
实际运行的生物活性炭的再生期一般可在10年以上。
炭床的厚度一般采用2～2.5m较为合理。
若厚度小于2m，则滤速偏低，滤池占地面积大，不经济；厚度大于 2.5m，则炭床反冲洗不干净。
今后的研究重点是降低生物活性炭滤池投资成本和增加各种预处理措施与生物活性炭滤池联用提高处理效果。
7. 结语臭氧生物活性炭技术作为饮用水深度处理技术的最典型代表，对该技术进行系统深入的研究显得极为重要。
当前我国对臭氧生物活性炭技术的研究同世界先进水平尚有较大差距。
因此，我们应积极研究开发该项新技术，提高它的设计和运行控制水平，降低投资和运行成本，充分发挥臭氧生物活性炭工艺除污染的效能，充分体现该项技术的优越性，促进其在工程实践中的广泛应用。
臭氧生物活性炭饮用水深度处理技术在我国给水处理事业中的应用潜力巨大，发展前景十分广阔。
参考文献[1] 洪觉民 欧洲水厂观感，给水排水，1998,24(3):10－13[2] 吴舜泽，王宝贞，王琳 饮用水深度净化工艺现场对比试验，给水排水，1999,25(12):3－7[3] 周云，罗启达 臭氧活性炭处理工艺在周家渡水厂的应用，给水排水，2003,29(9):5－9[4] 黄年龙，廖凤京 净水厂臭氧系统的设计与安装调试，给水排水，2003,29(2):3－6[5] 周云 周家渡水厂深度处理工程和新臭氧技术的应用，上海水务，2001,第三期:20－23[6]吴红伟，刘文君，王占生 臭氧组合工艺去除饮用水源水中有机物的效果，环境科学，2000,21(4):29-33[7] 黄年龙，廖凤京，冯霞 给水厂深度处理工艺中的臭氧系统设计，中国给水排水，2003,19(9):76－78[8] 张金松 臭氧接触装置的传质与吸收试验研究，哈尔滨建筑大学学报，1997,30(2):75－79[9]Summers R Scott er al. Activated Carbon Adsorption of Humic Substances. Colloid InterfaceSci.,1988,122(2):367－381[10] 董晴宇，胡海修 饮用水深度处理技术探讨，西南给排水，2001,23(5):1－5[11] 黄年龙，廖凤京 深圳梅林水厂臭氧活性炭深度处理工艺设计，给水排水，2003,29 (13):13－16。