臭氧_生物活性炭深度处理工艺的一些改进措施及工程应用

臭氧—生物活性炭深度处理工艺的一些改进措施及工程应用

袁　煦１　郑志民２　黄天寅１　王　纵２　邬亦俊２

（１苏州科技学院，苏州　２１５０１１；２上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海　２０００９２）

摘要　目前净水厂在臭氧—生物活性炭深度处理工艺应用过程中会发生活性炭滤池生物泄漏、溴酸盐超标、中间提升泵房运行不稳定等不利情况，针对上述问题进行总结分析，提出防止生物泄漏、溴酸盐超标等设计优化和改进措施，并列举国内部分净水厂取得成功的案例，为臭氧—生物活性炭工艺更加科学合理的运用提供依据。

关键词　臭氧—生物活性炭　生物活性炭滤池　高密度沉淀池　微生物　溴酸盐

为应对污染日益严重的原水水质和贯彻执行国家新版《生活饮用水卫生标准》（ＧＢ　２００６—５７４９）要求，在传统的常规处理工艺无法满足出水水质的情况下，臭氧—生物活性炭深度处理工艺得到了广泛的关注和应用，同时，国内各大研究机构进行了大量的相关试验研究，验证该工艺对不同原水水质的适应性，为工艺设计提供了科学依据。经过一段时期的生产应用，臭氧—生物活性炭深度处理工艺反映出一些值得注意的问题，如活性炭滤池微生物泄漏和溴酸盐超标等，这些问题直接影响到出水水质和安全运行，必须对臭氧—生物活性炭工艺进行设计优化和适当改进，使其更加趋于完善。

１　防止微生物泄漏的改进措施及工程应用

由于生物活性炭滤池的氧气充足，营养充分，水温合适，微生物生存条件好，滤池会孳生水蚤和红虫等水生动物，并可能发生泄漏，出水中细菌和水蚤等时有超标。如南方某水厂［１］实际运行中，在炭池出水中检测出剑水蚤等微型动物。剑水蚤抗氯性很强，使出水生物安全性下降，此外，摄入含有受感染的剑水蚤自来水将致病。因此，生物活性炭滤池设计需考虑避免微生物滋生和泄漏的措施。目前有以下几种可行的改进措施。

１．１　生物活性炭滤池置于砂滤池前

该工艺组合模式为混凝池—沉淀池—臭氧接触池—生物活性炭滤池—砂滤池—清水池，当生物活性炭滤池采用上向流方式时，活性炭层处于流化状态，微生物和红虫不宜聚积在炭层中生长，易被水带走。在生物活性炭滤池出水中可投加助滤剂或消毒剂，再进入砂滤池，可将活性炭出水中可能出现的微生物杀死并截留，以解决生物活性炭滤池泄漏微生物的问题，防止微生物进入供水管网，确保出水安全性。

为防止生物活性炭滤池堵塞，缩短吸附周期，《室外给水设计规范》（ＧＢ　５００１３—２００６）规定炭吸附池进水浊度应小于１ＮＴＵ。如果生物活性炭滤池置于砂滤池之前，就对沉淀池出水提出很高要求，对于原水水质较差的水厂而言，传统的平流沉淀池、斜管沉淀池和澄清池都难以满足沉后水质要求。因此，该组合工艺大多采用高密度沉淀池，这也成为该组合工艺的限制条件之一。目前国内率先采用该组合工艺的水厂为嘉兴南郊水厂［２］，该厂原水为劣Ｖ类，运行至今未出现生物泄漏，出水水质稳定。此外，该工艺组合在日本猪名川水厂和吹田市的泉水厂得到成功应用。

嘉兴南郊水厂工艺流程见图１

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图１　南郊水厂工艺流程

１．２　生物活性炭滤池下层设砂滤层

目前国内老厂水质升级改造和新水厂建设中采用最多的工艺组合模式为传统常规处理（混凝—沉淀—砂滤池）＋深度处理（臭氧—生物活性炭）工艺。当生物活性炭滤池置于砂滤池之后时，

如不采取截留措

图２　带长柄滤头的气水反冲洗生物活性炭滤池

施，会出现微生物泄漏现象，影响水质安全。有研究表明，在生物活性炭滤池滤料下增设２００～５００ｍｍ厚砂滤层，并适当减少砂滤料粒径，加上活性炭滤料本身的截留作用，可有效地减少微生物穿透，同时设置初滤水排放，减少截留的微生物及有机物进入清水池的几率。此外，砂滤池出水浊度较低，一般在０．５ＮＴＵ以下，生物活性炭滤池可采用带长柄滤头的气水反冲洗普通快滤池池型，取消Ｖ型槽和表扫功能，简化炭池构造和投资。

上海、江苏、广东等地深度处理工程基本都采取在炭层下增设一定厚度的砂滤层的改良型活性炭滤池，以防止微生物泄露和浊度升高。以上海源江水厂为例，石英砂有效粒径为０．９ｍｍ，Ｋ８０≤１．４０，厚度为５０ｍｍ。带长柄滤头的气水反冲洗生物活性炭滤池构造见图２。

１．３　生物活性炭滤池＋超滤膜组合工艺

臭氧—生物活性炭工艺可有效地去除有机物，改善口感；超滤膜能几乎将细菌、病毒、两虫、藻类及水生生物全部去除，出水浊度可以到达０．１ＮＴＵ。超滤膜设在生物活性炭滤池之后可有效去除泄漏的微生物，确保出水水质安全。随着超滤膜价格降低，该组合工艺必将会逐步得到应用。上海青浦三水厂一期和杭州清泰水厂都采用该组合工艺模式。其中青浦三水厂一期工程设计规模１０万ｍ３／ｄ，工艺流程见图３，目前该工程正在建设中

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图３　上海青浦三水厂一期工艺流程

１．４　增设辅助设施

在生物活性炭滤池池顶加设盖板或屋顶，以防止炭池受阳光照射，滋生藻类和蚊虫，同时可以防止池顶雨水污染，加盖形式见图２。

２　控制副产物溴酸盐的措施及工程应用

臭氧作为强氧化剂，可以有效去除水中色度、臭味、三卤甲烷前驱物以及农药等微污染物，另外，臭氧氧化可以改变有机物的分子质量分布，提高水中有机物的可生化性和可吸附性，从而提高生物活性炭的作用效果，但是当原水含有溴离子时，臭氧氧化会产生溴酸盐副产物，溴酸盐具有致癌和致突变性［３、４］，已被国际癌症研究机构定为２Ｂ级（较高致癌可能性）潜在致癌物。新版国家《生活饮用水卫生标准》（ＧＢ　２００６—５７４９）也增加了溴酸盐项目，限值为１０μｇ／Ｌ。最近几年，控制溴酸盐含量已是饮用水行业关注的热点。在确保臭氧有效氧化有机物等污染物的同时，如何采取措施控制溴酸盐的生成，保证出水溴酸盐不超标，已成为一个亟待解决的问题。

通常认为，臭氧化过程中溴酸根离子的生成途径有两种［５］：一是臭氧分子直接氧化溴离子生成的，一是羟基自由基（·ＯＨ）氧化溴离子生成的。除了水中溴离子浓度外，影响溴酸盐生成的因素主要还有臭氧投加量及投加方式、ｐＨ、碱度、温度、ＮＯＭ等。有研究表明，水中溴离子浓度增加，臭氧投加量增加，水温和ｐＨ值增加，都有助于溴酸盐生成，因此，降低臭氧投加量、优化臭氧投加方式［６］、降低ｐＨ值［７］、加氨［８］、加Ｈ２Ｏ２［９、１０］等措施都可以减少溴酸盐的生成量。

２．１　合理选取臭氧投加量

水中溴离子浓度对溴酸盐生成量产生直接影响，因此了解水中溴离子浓度是控制溴酸盐的首要前提，遗憾的是溴离子浓度是非常规检测项目，一般来说，日常很难评价溴酸盐生成风险。早期设计仅凭工程经验和规范设定臭氧投加量，致使设计投加量过大，造成臭氧设备闲置。如南方某水厂臭氧—生物活性炭工艺上马较早，对溴酸盐的认识不足，

未