浅谈臭氧-生物活性炭深度水处理工艺在第二水源水厂的应用

李刚

摘要：简要探讨臭氧—生物活性炭深度水处理工艺，介绍了国内外净水厂的一些 运用实例，为臭氧—生物活性炭深度水处理工艺在第二水源水厂的应用提供参考 和决策依据。

关键词：臭氧;活性炭;城市供水

一、临沂城第二水源水厂工艺简介

临沂城第二水源水厂工艺主线为：自许家崖水库取水，进厂后经调流调压井进入稳压配水井及预臭氧接触池，预臭氧处理后进入机械混合池对混凝剂和絮凝剂做初步混合，后经网格反应池促进混凝剂（聚合氯化铝）和絮凝剂（聚丙烯酰胺）的反应形成矾花促进沉底，水流进入平流沉淀池后流速骤降，矾花会在此过程中吸附水中杂质并逐步沉淀，至沉淀池出水总管进入V型滤池配水渠分配至各滤格内进行过滤（此处滤料为石英砂滤料），滤后水进入后臭氧接触池反应后经活性炭吸附池配水渠分配至各活性炭吸附池（此处滤料为包含柱状活性炭滤料与石英砂滤料的混合滤料），在活性炭吸附池出水总管处加次氯酸钠消毒剂后进入1#清水池，经30分钟消毒接触后分别接入2#和3#清水池，2#清水池和3#清水池出水分别接入吸水井，在吸水井补氯后经送水泵送至厂外清水输送管道。

二、 臭氧-生物活性炭技术概况

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COD，保证净水工艺出水的化学稳定性和生物稳定性。 （一） 臭氧的消毒原理

臭氧的分子表达式为03，通常状态下是浅蓝色气体，并具有剧毒性。由于有一种鱼腥臭味变得了这个不雅的称谓。在-112℃凝聚为深蓝色液体，在-192℃凝 结为黑紫色固体。臭氧在水中的溶解能力很小，但比氧易溶入水。液态臭氧与液 氧不能互溶。与氧气相反，臭氧是非常不稳定的，在常温下缓慢分解，200℃以 上分解较快，且分解时释放大量热量。纯的臭氧还容易爆炸。

臭氧溶入水后会发生两种反应：一种是直接氧化，反应速率慢，选择性高，  易与苯酚等芳香族化合物及乙醇、胺等反应;另一种是臭氧分解产生羟基自由基  从而引发的链反应，此反应还会产生十分活跃的、具有强氧化能力的单原子氧（O）， 可瞬时分解水中有机物、细菌、微生物。臭氧最为高效的无二次污染的氧化剂，是常用氧化剂中氧化能力最强的（臭氧>二氧化氯>氯>氯胺），其氧化能力是氯的2倍，杀菌能力是氯的数百倍，能够极迅速的杀灭水中的病菌、藻类、病原体等。

（二） 臭氧预氧化

臭氧预臭氧化的作用是去除悬浮物质，大颗粒物质和水体的色、味、嗅等，并把较大的天然有机物质分解成较小的有机物质以提高后序絮凝、沉淀等步骤的 效率。

（三） 臭氧后氧化

臭氧后氧化主要与生物活性炭联用，即臭氧-生物活性炭技术。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。

（四） 活性炭

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。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，增加水中的溶解氧的浓度。

三、第二水源水厂深度处理工艺及运行效果预测

（一） 臭氧接触池

臭氧接触池两座，每座由进水室、臭氧投加室和接触池串联而成，总有效容积1628m3 ，臭氧接触时间为11.1分钟。臭氧气体自臭氧制备间接出通向臭氧接触池，通过接触池底部安装的微孔曝气盘曝气，与接触池内的水充分接触反应，每座臭氧接触池臭氧投加分3点投加，投加比例为4：3：3。尾气破坏装置采用加热催化的方式将臭氧分解，分解后的气体臭氧浓度小于0.1ppm，可直接排放到大气中。

（二）活性炭滤池

活性炭滤池采用V型滤池池型，设10格炭滤池，过滤面积105.3m2 ，滤速为   8.31m/h，气冲强度60m3/m2h，水冲强度37 m3/m2h，冲洗周期（水）>6d，冲洗周期（气）>30d。滤池采用自动反冲洗，反冲洗程序根据炭滤池单池水头损失或时间控制恒水位过滤。炭滤池有效水深4.55米，清水层2米，吸附层总高度2.55米，分为三层：活性炭层粒径为1.0-2.5mm，填充厚度为2m;石英砂有效粒径0.7mm，填充厚度为0.4m;砾石承托层，粒径2-4mm，厚度为0.15m。

（三） 运行效果预测

預臭氧投加量为0.5-1.0mg/L，后臭氧投加量为 1.0-2.0mg/L。预计臭氧-活性炭深度处理工艺运行一周后形成生物膜，对有机物的去除效果明显，COD去除率达30%以上，氨氮去除率达70%以上，同时能够增加水中的溶解氧和活性氧含量，极大优化嗅味和口感。综合臭氧发生电费、液氧费用、活性炭费用等，预计运营成本增加0.15-0.25元/吨。

五、结语

第二水源水厂作为临沂市首个在常规工艺的基础上，增加预臭氧和臭氧-生 物活性炭深度水处理工艺的净水厂，出厂水质能够大幅度减低水中的三致物质， 增加水中的溶解氧和活性氧含量，优化嗅味和口感，提升居民的用水体验。下一步我们将通过优化运行管理，逐渐降低运营成本，实现经济效益和社会效益双丰收。

参考文献：

[1] 方林;自来水厂臭氧——活性炭深度处理工艺的应用探讨[J];企业技术开发，2018年06期.

[2] 崔婧，温汝青，何士忠，陈欣，曹雪梅，闫晓晔，刘晓玲.北方某水厂臭氧/活性炭深度处理工艺设计[J];中国给水排水，2015年10期

[3]杭世珺，张大群，宋桂杰.净水厂、污水厂工艺与设备手册.北京：化学工业出版社;2018.4