饮用水源微污染处理技术臭氧—生物炭技术浅析

陈立强 顾令宇

（淮河水资源保护科学研究所 蚌埠 233001）

饮用水源微污染处理技术臭氧—生物炭技术浅析

陈立强 顾令宇

（淮河水资源保护科学研究所 蚌埠 233001）

1 前言

目前饮用水水源保护问题已成为关系国计民生的重大问题，城市饮用水源微污染越来越受公众和政府管理部门的关注。根据环保部组织开展的全国城市、城镇、典型乡镇和部分农村饮用水源基础状况调查与评估，2009年我国城市及县级政府所在镇共有集中式饮用水源地4002个，其中约80%达到或优于《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)或者《地下水质量标准》（GB/t14848—93）Ⅲ类水质标准，约20%不能达到Ⅲ类水质标准；据2010年中国环境状况公报，全国113个环保重点城市共监测395个集中式饮用水源，监测结果表明，重点城市年取水量220.3亿t，达标水量占76.5%，不达标水量占23.5%。

饮用水源水微污染是指水源水部分或者全部指标超过《地表水环境质量标准》中Ⅲ类水质的上限值。由于城市饮用水源地的固定性，自来水厂不得不使用微污染的饮用水源水生产居民生活自来水，其采用的传统絮凝-沉淀-消毒净水技术（工艺）无法保证供水水质符合《生活饮用水卫生标准》（GB5749—2006），难以解决目前面临的诸多的微污染水质问题，迫切需要采用高效、安全、经济的新型饮水处理技术。

2 微污染水源处理技术

在水源水质存在微污染的情况下，自来水厂传统工艺已经不能完全保证出水水质安全，要使自来水达到新的水质标准要求，必须针对微污染水质特点将常规工艺改造成深度处理工艺，增加去除溶解性有机污染、臭味与氨氮的能力。

目前我国成熟的深度处理技术有投加氧化剂、活性炭吸附、生物预处理和膜技术。投加氧化剂可以改善混凝条件，提高有机物去除效果。生物预处理可以有效去除氨氮。膜技术中，微滤和超滤对有机物的去除效果不高，纳滤和反渗透可去除溶解性小分子有机污染物，并能去除硬度、盐和重金属离子等，但膜的造价较高，现阶段在净水厂中的应用主要受经济性限制。

臭氧—生物炭工艺对有机物和臭味物质有很好的去除效果，基建费和运行费用不高，针对我国水源水微污染水质，无论是从高效、安全角度出发，还是从经济适用观点出发，臭氧—生物炭技术目前是经济有效的新型饮水深度处理技术。

3 臭氧—生物炭技术

3.1 臭氧—生物炭技术原理

臭氧—生物炭由于臭氧的氧化作用，可将大分子有机物降解到较小分子，便于活性炭的物理吸附，同时可将难降解有机物氧化成易降解有机物，使生物炭上微生物能发挥生物降解能力，这样臭氧—生物炭组合技术就能有效去除溶解性有机物和臭味。

3.1.1 臭氧预氧化

臭氧—活性炭处理技术是利用臭氧的氧化能力和活性炭的吸附能力去降解长链、大分子的难降解有机物，将其转化为较小且可降解的有机物利用臭氧预氧化作用，初步氧化分解水中的一部分简单的有机物及其他还原性物质，使之变为二氧化碳和水，同时使水中难以生物降解的有机物断链、开环，氧化成短链的小分子有机物，使其更容易被活性炭吸附并被附着在活性炭上的细菌降解，提高处理水的可生化性。臭氧氧化能改变有机物生色基团，强化活性炭的脱色效能，此外，臭氧氧化后生成的氧气能在处理水中起充氧的作用，补充水中溶解氧的消耗，为后续工段附着于活性炭上的好氧菌和硝化菌提供营养源，使好氧微生物活动增强，加快生物氧化和硝化作用，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。

3.1.2 生物活性炭

活性炭自身具有孔隙多、比表面积大的特性，能够迅速吸附水中的溶解性有机物，也能富集水中大量的微生物。被吸附在活性炭表面的溶解性有机物为微生物提供了营养源，同时炭床中大量生长繁殖的好氧菌生物降解吸附低分子有机物，这样在活性炭表面便生长出了具有氧化降解和生物吸附双重作用的生物膜，形成生物活性炭。

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。

3.2 臭氧—生物炭技术应用

臭氧化与活性炭吸附的第一次联合使用是1961年在德国Dusseldorf市Amstaad水厂。目前，在欧洲的德国、法国、瑞士等国家有着广泛的运用。我国自20世纪70年代以来开始对臭氧化－生物活性炭进行研究，在80年代初，先后建成一批应用该工艺的深度净化水厂。目前，臭氧—生物炭在我国的微污染水处理实践中有着广泛的运用，北京田村山水厂、昆明的第五水厂和第六水厂、常州市水厂、燕山石化公司水厂、胜利炼油厂水厂等水厂都采用了该技术。实践证明可以长期有效去除含高锰酸盐指数（CODMn）的20%～25%，活性炭的活性可持续3～5年；上向流炭池采用30×60目（约0.3～0.6mm）炭粒，可以减少水头损失（约0.30m水头损失），由于粒径小，吸附的表面积大，又因上升水流环绕充分，可增加下向流炭池CODMn去除率。

4 臭氧—生物炭技术存在问题

臭氧—生物活性炭技术在研究和运用中也存在一些问题需要继续开发创新，主要有：

微污染源水中Br-浓度过高（>100μg/L）时投加臭氧会引起出水中消毒副产物溴酸盐（BrO3-）超标（>10 μg/L）；臭氧的吸收率和处理尾气需要综合利用；生物炭池出水泄漏微生物，增加消毒工段难度。

5 结语

臭氧—生物活性炭技术是一种先进的深度水处理技术，其在饮用水处理中有着其他处理方法无法比拟的优越性，既有效地去除水中的有机物和氨氮，对水中的无机还原性物质、色度、浊度也有很好的去除效果，并有效地降低出水突变活性，出水水质全面提高。随着饮用水源污染的日益加剧和饮用水质标准的提高，臭氧—生物活性炭技术必会获得更广泛的发展和应用