臭氧活性炭工艺中溴酸盐的控制研究进展

温冬花，李绪瑞

（德州市环境保护监测中心站，山东 德州 253000）

当前，我国社会经济快速发展，水资源污染问题却愈发严重，水中大分子有机物的种类越来越多，这给饮用水处理行业带来了严峻的考验。给水厂传统的混凝-沉淀-过滤-消毒工艺已经不能满足《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）中的水质标准，因此对饮用水进行深度处理势在必行。臭氧活性炭工艺能够处理大分子有机物等，因此在给水厂深度处理工艺中被广泛应用。

臭氧活性炭工艺是指利用臭氧将水中的大分子有机物氧化成小分子有机物，然后由活性炭对小分子物质进行吸附生物降解。任何一种净水技术都有其局限性，臭氧活性炭工艺也不例外，如果对其不加以深入研究往往会带来不可估量的损失。因此，本文首先介绍了臭氧活性炭工艺的优点，然后对其溴酸盐的产生机理进行分析，使人们深入认识臭氧活性炭工艺，最后综述了臭氧活性炭工艺中的溴酸盐控制研究。

1　臭氧活性炭工艺的优点

图1为臭氧活性炭工艺处理流程，混凝过程通过投加混凝剂使水中的胶体物质凝聚成大颗粒，在沉淀池中利用重力作用对其进行去除，这两个过程能够使水中的胶体、细菌等物质得到一定去除。在沉淀池不能靠重力去除的细小颗粒进入滤池，悬浮颗粒在滤料孔隙中发生沉淀、惯性、截阻、分子扩散与水动力这五种作用，从而得以去除。混凝、沉淀、过滤对水源水中的大分子有机污染物去除率很低，常规处理工艺增加臭氧活性炭工艺以后，臭氧能够将大分子有机物氧化分解成小分子物质。活性炭滤池滤料为颗粒活性炭，颗粒活性炭具有比表面积大、孔隙率高等优点，臭氧氧化后的小分子有机物在活性炭滤池中得到去除。臭氧活性炭工艺具有以下优点。

图1　臭氧活性炭工艺处理流程

1.1　臭氧消毒

臭氧本身就是一种消毒剂，臭氧的氧化作用极强，对水中的细菌、病原菌、卵囊等具有很强的灭活作用。

1.2　除藻

水源水中若含有藻类，将会降低混凝效率同时也会堵塞滤池，从而降低水厂的运行效率影响出水水质。臭氧能够杀死或抑制藻类的活性，改善水厂出水水质。

1.3　控制氯化消毒副产物

臭氧预氧化能够破坏水中三氯甲烷的前驱物，从而降低氯化消毒副产物的生成量。

1.4　去除有机物

臭氧能够将大分子有机物氧化分解成小分子有机物，小分子有机物在活性炭滤池中得以去除。

1.5　臭氧与活性炭相互促进作用

臭氧自身氧化分解产生氧气，能够增加水中的溶解氧浓度，从而提高了生物活性炭滤池中的微生物活性。

臭氧活性炭工艺在我国水厂深度处理中已经得到了广泛的应用，表1列举了几个我国利用臭氧活性炭工艺进行深度处理的水厂。

表1　臭氧活性炭工艺在我国水厂中的应用

2　溴酸盐产生机理分析

臭氧活性炭工艺在运行的过程中会产生副产物溴酸盐，溴酸盐被国际癌症研究机构定为2B级潜在致癌物，因此饮用水处理中溴酸盐的控制至关重要。溴酸盐的产生与水源水初始溴离子浓度和臭氧接触程度有关，刘芳蕾等进行了中试试验研究，以评估使用臭氧活性炭工艺产生的溴酸盐情况[1]。试验结果表明，初始溴离子浓度与臭氧接触程度都会影响溴酸盐的产生，初始溴离子浓度越高，臭氧接触程度越大，产生的溴酸盐浓度就越高。在相同的臭氧接触程度下，增加初始溴离子的浓度能够使溴酸盐的增加一倍以上。《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）中规定了溴酸盐的浓度值为0.01 mg/L，因此明确溴酸盐的产生机理是控制溴酸产生的前提。

溴酸盐的生产作用机理分为臭氧氧化反应和羟基自由基氧化反应两大类。式（1）为溴酸盐产生的臭氧氧化反应，式（2）、式（3）为溴酸盐产生的羟基自由基反应。式（1）的直接氧化反应速度较慢，式（2）、式（3）的羟基自由基反应速度非常快。

3　臭氧活性炭工艺中溴酸盐的控制研究

净水厂在采用臭氧活性炭工艺时会产生致癌作用的溴酸盐，袁煦等对采用臭氧活性炭工艺的国内外水厂如何控制溴酸盐的产生进行了总结，主要工程措施有：合理选择臭氧的投加量、优化臭投加方式、添加催化剂、在工艺前端投加氨氮、降低pH值、投加H2O2[2]。

以东太湖为水源的吴江二水厂采用臭氧活性炭工艺，在运行的过程中，人们发现其出厂水中溴酸盐存在超标的危险。闫慧敏等分析了水厂溴酸盐超标的主要影响因素，溴酸盐超标与该水厂进水中溴离子浓度、pH、有机物浓度以及投加臭氧的浓度有关[3]。进一步的小试试验结果表明，随着投加臭氧浓度的增加，出水中的溴酸盐浓度也会变大。当投加臭氧的浓度为0.008 7 mg/L时，出水中的溴酸盐浓度接近于0.01 mg/L，因此可以通过控制臭氧的投加量来控制溴酸盐的形成。

黄河水中的溴离子浓度较高，以黄河水为水源的水厂在采用臭氧活性炭工艺时，如果对其运行条件控制不好，往往会出现溴酸盐浓度超标的危险。王永磊等设计了集臭氧预氧化-溶气气浮-生物活性炭滤池于一体的中试试验装置来研究对溴酸盐的控制，试验用水为黄河水[4]。试验结果表明，当臭氧的投加量为1.5 mg/L时，通过降低进水的pH以及投加高锰酸钾或过氧化氢能够使溴酸盐的分别减少50%、33%和100%，同时对出水水质进行检测未发现溴酸盐浓度超标的现象。

刘芳蕾分别设计小试试验与中试试验，以长江南京段水源为试验用水来探究臭氧活性炭工艺中溴酸盐控制技术[1]。探究结果表明，臭氧投加量不变的情况下，通过减少臭氧投加浓度、延长反应时间，能够控制出水中溴酸盐的浓度；降低pH值、降低反应器内的温度、投加适量的氨氮，能够减小出水中溴酸盐浓度；不同的H2O2投加浓度会对溴酸盐产生不同的作用。因此，实际工程可以根据此研究对臭氧活性炭工艺中产生的溴酸盐进行控制。

王永京等设计了中试试验，以黄河水为试验水源，研究臭氧生物活性炭（O3-BAC）工艺对臭味、消毒副产物的控制，同时探索了该工艺过程中产生的溴酸盐控制措施[5]。试验结果表明，臭氧生物活性炭（O3-BAC）工艺对臭味的去除效果较好，同时能够对消毒副产物进行有效的控制。探索结果表明，在工艺的前端投加适量的氨氮能够有效控制溴酸盐，当氨氮的投加量为0.1 mg／L时，溴酸盐即可被控制在0.01 mg/L以内，出水中的氨氮值不会超标。

4　结论

对臭氧活性炭工艺产生的溴酸盐进行控制是发挥该工艺优势必须要解决的一个问题，不同的控制措施已经在我国水厂中得到了广泛采用。对溴酸盐的控制是新饮用水水质标准的要求，也是保障居民饮用水安全的一项艰巨任务。在设计臭氧活性炭工艺时，人们应对其进行精细化设计，针对不同的水源采取不同的设计，以保证出水中溴酸盐的浓度不会超标。