臭氧—活性炭联用工艺在海宁市第二水厂的应用
时间：2008-01-28 11:50 2007给水深度处理年会 潘盛开;李炜;林毅;周华峰;张明廉; 来源：专家 属性：期刊论文 评论： 0条
关键词：臭氧 活性炭 提高水质 CODMn去除率

潘盛开2 李 炜1 林 毅1 周华峰1 张明廉1,2
1海宁市第二水厂有限公司 2海宁市水务投资集团有限公司
　　摘要：海宁市第二水厂采用臭氧—活性炭联用工艺有效提高出水水质，CODMn合格率由原4.64%提高到90.41%，平均值由3.73 mg/L降低至2.39mg/L，总结近一年的运行经验，对运行中的一些问题进行探讨，寻求更佳的运行参数。
　　关键词：臭氧 活性炭 提高水质 CODMn去除率
　　1 前言
　　海宁市第二水厂地处浙江省海宁市崇长公路与泰山港交界处，主要负责海宁西部地区城乡用水，建成于1999年7月，一期包括5万m3/d生物氧化预处理、常规处理设施。由于源水水质常年较差，单项氨氮为劣Ⅴ类（2006年平均为3.66mg/L），CODMn为Ⅳ类（2006年平均为7.40mg/L），仅靠生物氧化预处理和常规处理已无法满足最新的生活饮用水卫生标准（CODMn≤3.0 mg/L），因此水厂在2004年始建的二期5万m3/d扩建工程后又增建了10万m3/d的臭氧活性炭深度处理工艺设施。全部工程于2006年8月中旬完工，现在的二水厂拥有包括生物接触氧化预处理、加强常规处理、臭氧活性炭联用深度处理及废水处理四段处理工艺设施，其对有机污染物的去除能力大为提高。深度处理工艺使用前的2006年1～7月二水厂出厂水CODMn<3.0 mg/L的合格率只有4.64％，平均值为3.73 mg/L，深度处理工艺使用后的2007年1～7月出厂水的CODMn合格率上升为90.41％，平均值为2.39mg/L，效果非常显著。
　　本文重点介绍臭氧—活性炭联用工艺在二水厂中的应用情况和运行过程是的问题及解决方法。
　　2 二水厂臭氧—活性炭联用工艺原理及设施介绍
　　常规砂滤出水通过提升泵进入臭氧接触池，在接触池中与臭氧发生器生产的臭氧混合反应，经过活性炭滤池过滤完成整个深度处理过程。
　　2.1 臭氧发生器
　　臭氧发生器是生产臭氧的装置。臭氧是一种强氧化剂，氧化还原电位为2.07mV，仅次于氟，是氯的1.52倍。臭氧能快速氧化水中的有机物、低价铁和锰，有效改善处理水的嗅味和色度。臭氧能氧化水中的大多数有机物，如蛋白质、氨基酸、木质素、腐殖酸、链式不饱和化合物、芳香烃等。在臭氧的作用下，不饱和化合物形成臭氧化物，臭氧化物水解，不饱和键断裂，就会形成较小的有机分子。
　　水厂的臭氧发生器采用2台德国WEDECO SMO 800型，单台臭氧产量7.5kgO3/h，总投加量≥3.5g/m3，气源为液氧，控制方式为PLC自控。
　　2.2 臭氧接触池
　　臭氧接触池有效水深7.0m，以10万吨/d进水计停留时间为15min。其臭氧投加分四段，第一段为重量的50％，第二段和第三段各为25％，第四段为后续反应，不投加臭氧。采用陶瓷式微孔扩散接触系统，臭氧向上流，水流向下流，以达到充分反应。此外在臭氧接触池出水顶池顶部，设有臭氧尾气收集管，收集残余臭氧至尾气破坏器。
　　2.3 BAC滤池
　　BAC滤池采用煤质颗粒活性炭，是煤炭经高温炭化和活化后得的疏水性吸附剂，因此具有良好的吸附性能及稳定的化学性能。活性炭比表面积高达700～1600m2/g，有很多各种性状的和大小的细孔。根据细孔的半径大小可分为大孔，半径100～1000nm；中孔，半径2～100nm，微孔，半径小于2nm，水处理中主要是中孔和微孔在起作用，它们对分子量在500～3000的有机物有十分明显的去除效果。
　　二水厂共有八格BAC滤池，每格长9.0m，宽8.55m，单格滤池面积64.8 m2 ×30目破碎碳，亚甲兰值为210mg/g，碘值为1021mg/g。炭层深2m，，颗粒活性炭采用8 滤池高度为5.05m，冲洗方式为气水反冲，冲洗强度为气冲q1=10L/s•m2，q2=5.0L/s•m2, q3=1.5L/s•m2。水冲q水=3L/s•m2，q表=2.2L/s•m2。
　　3 水质的提高
　　臭氧活性炭联用工艺，臭氧在接触池中直接氧化有机物及断裂大分子有机物，通过BAC滤池的物理吸附、生物降解等作用去除断链的小分子有机物。
　　3.1有机污染物物理吸附阶段
　　活性炭滤池投入运行前需对颗粒活性炭进行浸泡、漂洗，砂滤水经臭氧接触反应后进入BAC滤池，这一阶段主要以活性炭物理吸附为主，有机物去除率较高。从图一可以看出CODMn去除率下降很快，CODMn去除率第一周为75％，至第13周，已降到45％。

图一 物理吸附阶段CODMn去除效果
　　3.2稳定运行阶段
　　使用运行至第4个月，活性炭的物理吸附能力显著下降，其亚甲兰值从210mg/g下降至130mg/g，对有机物的去除从物理吸附为主，逐渐转变为生物降解为主阶段，从第4个月至第11个月，BAC滤池一直处在这一阶段。从图二可以看出，这一阶段CODMn去除率较为稳定，一直保持在40％左右。

图二 生物降解阶段CODMn去除效果
　　4 影响因素
　　4.1水温的影响
　　进入冬季，水温持续下降，图2中第5个月是水温最低的月份，平均只有7℃，同时也是CODMn去除率最低的月份，平均只有30％左右，这是因为在颗粒活性炭物理吸附阶段过后，生物降解的作用越来越重要，水温越低，生物活性越低，造成有机物的去除率降低。
　　4.2臭氧投加量对臭氧活性炭深度处理工艺的影响
　　由于开始二水厂臭氧发生器未使用氮气投加装置，使液氧纯度过高，造成臭氧投加量一段时间（前10周）里一直较低，只能达到0.8mg/L左右，笔者分析正是臭氧投加量偏少对水厂的颗粒活性炭使用寿命产生了影响。从一些文献看臭氧投加量一般应保持在1.5mg/L左右，而颗粒活性炭的吸附性能也要到6个月后才会出现较大的下降，我们水厂的活性炭亚甲兰吸附能力在短短三个月后就下降了40％，物理吸附阶段的保持时间明显偏少。
　　臭氧投加量对水质处理效果也有影响，臭氧投加量只能达到0.8mg/L，10月27添加氮气投加装置后臭氧浓度达到了设定浓度，臭氧投加量增加到1.25 mg/L。图三显示的是水厂修复臭氧发生器前后CODMn去除率的变化情况，从图中我们看出，在我们将臭氧投加量提升以后CODMn去除率也跟着有所提高，臭氧投加量提高后CODMn去除率比前一周上升了5.16％。

图三 臭氧对CODMn的去除效果
　　4.3反冲洗周期对运行的影响
　　二水厂采用的是8×30目颗粒活性炭，碳层2m，进水浊度平均为0.29NTU，出水浊度平均为0.13NTU，有大量的悬浮物被截留，使得BAC滤池同时也发挥了常规滤池的作用。造成BAC滤池冲洗周期很短（52h）。究其原因，一方面我们的进水浊度偏高，影响了滤速，另一方面BAC滤池出口的观察井的挡墙偏高，增加了水头损失。
　　理论上讲频繁的反冲洗磨损了颗粒，降低了活性炭的使用寿命，又不利于生物膜的结成。因此我们在10月9日(使用了8周后)在观察井的挡墙底部钻了圆孔，使BAC滤池出水不必翻过挡墙，直接从圆孔流过，从而减少了水头损失。
　　打完孔后，冲洗周期从以前的平均52h提高到了平均101h。但随着BAC滤池滤速的提高，水力停留时间也相应减少。图四显示的是挡墙钻孔改造改造前后几天里CODMn去除率的变化情况，我们看到CODMn去除率略微出现下降，改造后一周的CODMn去除率平均比前一周下降了6.85％。

图四 反冲周期对CODMn去除效果
　　5 结论
　　5.1臭氧活性炭深度处理工艺能有效去除水中有机污染物，是取用微污染水源水厂的理想处理工艺。
　　5.2从水厂实际运行来看，适当提高臭氧投加量能延长活性炭使用寿命，提高CODMn去除率。
　　5.3冬季是臭氧活性碳深度处理工艺的薄弱期，应通过强化常规处理等其他手段降低常规沉淀水浊度，进而提高深度处理设施的进水水质，以保障深度处理出水水质。
　　5.4 BAC滤池的停留时间对有机物的处理效率有较大的影响。降低进水的浊度，控制滤速，减轻浊度对BAC滤池的负担，可达到延长反冲洗周期与提高出水水质。
　　5.5从实际运行效果来看，由于活性炭物理吸附性能下降很快，后期处理主要以生物降解为主，且在频繁的气水反冲中对颗粒活性炭的磨损很大，因此选择活性炭时可适当降低吸附参数，可更多的考虑选择高强度、高耐磨的活性炭。

臭氧活性碳技术是目前国际上最先进的自来水处理工艺，在日、美、欧等发达国家已广泛采用，目前我国昆明，大庆的自来水 厂已开始采
用该技术，取得了明显的效果，上海、杭州等地也在实施中，采用臭氧消毒处理是水厂消毒的发展趋势。
一、对臭氧在水处理中的应用
20世纪90年代起，由于怀疑水中的有机物和天然物质与氯发生反应形成的三卤甲烷具有致癌性，美国、日本和英国等国家也逐渐对臭氧在
水处理中的应用产生了兴趣，并逐步 在一些饮用水处理系统中采用或增设了臭氧处理工艺。
由于臭氧比氯有较高的氧化电位，因此它比氯消毒具有更强的杀菌作用。对细菌的作用也比氯快，消耗量明显较小，且在很大程度上不受
PH的影响。有关资料报道，在0.45mg/L臭氧作用下，经过2min，脊髓灰质炎病毒即死亡；如用氯消毒，则剂量为2mg/L时需经过3h。当1mL水
中含有274~325个大肠菌，在臭氧剂量为1mg/L时可降低在肠菌数86%；剂量为2mg/L时，水几乎可以完全被消毒。
较之传统的氯消毒方法，臭氧消毒还有如下优点：
（1） 消毒的同时可改善水的性质，且较少产生附加的化学物质污染。
（2） 不会产生如氯酚那样的臭味。
（3） 不会产生三卤甲烷等氯消毒的消毒副产物。
（4） 臭氧可就地制造获得，它只需要电能，不需任何辅料和添加剂。
（5） 某些特定的用水中，如食品加工，饮料生产以及微电子工业等，臭氧消毒 不需要从已净化的水中除去过剩杀菌剂的附加工序，如用氯消
毒时的脱氯工序 。由于臭氧在水中很不稳定，容易分解，如接触池口处水中剩余臭氧尚有0.4mg/L,但经过水厂清水池的停留后，水中的剩余臭
氧已完全分解，没有剩余消毒剂的水将进入管网。因此，经过臭氧消毒的自来水通常在其进入管网前还要加入少量的氯或氯胺，以维持水中一
定的消毒剂剩余水平。
二、臭氧的主要特性和消毒机理
1）臭氧的主要物理、化学特性臭氧是一种高活性的气体，通过对氧气的放电而形成，其分子式是O3，是氧的同素异形体。臭氧最显著的特性是
具有强烈的气味，臭氧的英文词为“OZONE”，来源于希腊语，意为“味道”。在常温常压下，臭氧是淡蓝色的具有强烈刺激性气味的气体。
臭氧具有很高的氧化电位（2.076V），比氯（1.36V）高出50%以上，因此它具有比氯更强的氧化能力。臭氧是由氧按以下热化学方程式形成：
3O3 →2O3-69kcal 由上式可见臭氧的形成是吸热过程,因此,臭氧分子极不稳定,可自行分解,伴随着分解过程全放出能量因此,臭氧比氧具有更高的
活性和氧化能力。
2）臭氧气体向水中的传递能力也可表示为：单位时间内的传递能力=传递系数×交换面积×交换电位这里所指的交换 电位不仅与气液的浓度差
有关，而且与臭氧和水中物质发生直接化学反应的活性有关。许多实验表明，臭氧气体要溶解在水中，首先必须在与之接触的液体表面上完全扩
散进而溶解在表面的液体中，最终扩散到液体的内部。因此，气液两相间的传递率主要由下列因素所决定： 2.臭氧的氧化反应和消毒机理
臭氧一经溶解在水里，会出现下列两种反应：一种是直接氧化，它是较缓慢的且有明显选择性的反应；另一种则是在水中羟基、过氧化氢、有机
物、腐殖质和高浓度的氢氧根诱发下自行分解成羟基自由基，间接地氧化有机物、微生物或氨等。后一种反应相当快，且没有选择性，另外还能
将重碳酸根氧化成重碳酸和碳酸。这两种反应中后一种反应更强烈，氧化能力更强。由于氢氧根和有机物等能诱发臭氧自行分解成羟基自由基，
所以低ph条件下有利于臭氧直接氧化反应，而高ph值和有机物含量高的条件下则有利于羟基自由基的间接氧化反应。臭氧的自行分解率在很大程
度上取决于ph值、温度、UV值、臭氧浓度以及水中存在的其他可去除物。其分解速率可由余臭氧的含量来间接表示。由于重碳酸盐和碳酸盐（
尤其是碳酸盐）具有较强的缓冲性能，因此在低PH和高缓冲性能的余臭氧可维持较长时间。臭氧可杀菌消毒的作用主要与它的高氧化电位和容
易通过微生物细胞膜扩散有关。臭氧能氧化微生物细胞的有机物或破坏有机体链状结构而导致细胞死亡。因此，臭氧对顽强的微生物如病毒、芽
孢等有强大的杀伤力。此外，臭氧在杀伤微生物的同时，还能氧化水中的各种有机物，去除水中的色、嗅、味和酚等
（1） 气液两相的物理特性；
（2） 气体通过气液界面的浓度差；
（3） 气体湍流的程度。
3）臭氧在水中的溶解浓度大于氧。
臭氧在水中的溶解一般遵循亨利定律。对臭氧在水中的溶解度的主要影响因素是温度和供气压力。由于臭氧采用在使用现场利用空气或氧气
就地制备，制备出来的臭氧气体实际上是一种臭氧化气体，属于混合气体，其中含有大量的空气和氧气。而亨利定律表示的是某一单纯气体在水
中的溶解规律，所以，臭氧在水中的溶解特性除了与上述的温度和供气压力有关外，还与供气中含臭氧的浓度有关。此外，在一定的大气压力下
，臭氧在水中的浓度与供气中的臭氧浓度有关。虽然臭氧在水中的溶解度大于氧，但溶于水中的臭氧极不稳定，很容易分解。
三、臭氧消毒系统 臭氧消毒系统通常有四部分组成,包括气源制备\臭氧发生\接触反应和尾气处理.
1、按照臭氧消毒系统的运行特点，气源制备部分是臭氧消毒系统中的前置系统，它的作用是为臭氧发生器提供所需的质量适宜和数量足够的气
体。气源制备部分有各种形式可供选择。对不同形式的气源制备部分的选择主要考虑的因素是供气的规模、现场条件以及运行能耗。臭氧发生部
分是臭氧消毒系统中的核心，它的作用是生产消毒工艺所需的数量足够臭氧气体。它的投资约占整个臭氧消毒的60%以上，运行能耗约占
60%—80%。臭氧发生部分因臭氧发生器的形式不同而有所差异，选择臭氧发生部分要考虑的因素主要是臭氧产量、设备投资以及运行能耗。接
触反应是臭氧消毒系统生产运行的核心，它的作用是将由臭氧发生器发生的臭氧气体迅速有效的扩散到处理水中，并稳定可靠地完成预定工艺所
要求的反应。接触反应形式的确定主要依赖于工艺目标及其相应的反应。相对臭氧消毒系统其他部分而言，尾气处理部分是相对独立的子系统。
它的作用是及时有效地消除尾气中的剩余臭氧。由于臭氧的强氧化能力，因此它具有高腐蚀性能。通常橡胶、大多数塑料、EPDM（乙烯、丙烯
共聚）、普通的钢和铁、铜、铝等材料不能用于臭氧系统的。可用的材料主要包括316和304不锈钢、玻璃、Hyplaon（氯磺烯化聚乙烯合成橡胶
）Telon（聚四氟乙烯）以及混凝土。
2、臭氧接触 臭氧接触是通过一定的方式使氧气扩散到液体中并使之与液体全面接触和完成预期反应的过程.这一过程一般通过臭氧接触
器来完成。不同的工艺目标和相同的反应决定了接触器的形式和接触时间。臭氧接触器的主要形式有：传统的微气泡扩散接触器、吸气式涡轮
扩散接触器、带有接触填料的密闭式接触柱以及吸气式水射器扩散接触器。对于净水消毒而言，采用的形式主要是微气泡扩散和吸气式涡轮扩
散型。臭氧接触时间对于不同的反应通常在1到12min之间。在需要有可靠灭病毒的场合，通常需要维持剩余臭氧达0.4mg/L的4min接触时间
由于水中除细菌外通常还会含有与臭氧发生快速反应的物质（如构成水中色度和嗅味等物质）。因此，消毒接触时间一般采用10min。采用
微起泡扩散消毒接触器时，通常布置成双格间和三格间接触室。第一格间是为了水的化学需臭氧量（降低色和味）通常以0.4—1.0mg/L的用
量和4---6min的接触时间为基础。而后续格间的功能主要是杀灭病毒，在此格间的进口处剩余臭氧的水平至少必须有0.4mg/L,而且此格间的低
部应注入足够的臭氧以保持这一水平达到4min的时间。后续格间臭氧的注入量通常为0.4—0.6mg/L。采用微气泡扩散方式时，为了保证臭氧
向水中有较高的传输率，通常需要有至少5.5-6m的设计水深。采用吸气式涡轮扩散接触器时，由于这种形式的接触器尤如一个完整的快速混
合器，为了满足消毒所需要的时间和剩余臭氧的水平，通常需要设置停留池或采用多级布置方式。由于涡轮机具有使臭氧气体与水高效混合的
优点，因此，这种接触器的设计水深不需要很深。
3、尾气处理 当臭氧与水在接触器内接触后，从接触器排气管排出的气体中仍含有一定的残余臭氧，这些含有残余的臭氧的气体被称之为臭氧尾
气。尾气中残余臭氧的量随臭氧同水的接触方法和处理水中维持的臭氧浓度有关，一般约占臭氧总投量的1%-5% 。 空气中一定浓度的臭氧对人
的机体有害。人在含臭氧1/100万的空气中长期停留，会引起易怒、感觉疲劳和头疼等不良症状。而在较高的温度下，除这些症状外还会增加恶
心、鼻子出血和眼粘液膜发炎。经常受臭氧的毒害会导致严重的疾病。为了保护环境空气，要求空气中臭氧的极限允许浓度为0.1mg/m3因此，
除了少数特定场合允许利用大气的稀释能力解决尾气处置外，一般情况富含臭氧的尾气不得直接排放，必须通过剩余臭氧的破坏来加以处置。尾
气处置的方法通常有回用法、加热分解法、化学消减法、催化分解法以及稀释法。

臭氧- 生物活性炭工艺的设计与运行管理
张金松, 　范　洁, 　乔铁军
(深圳市水务〈集团〉有限公司, 深圳518031)
　　摘　要: 　针对臭氧—生物活性炭工艺设计和运行管理的重点问题,首先对工艺设计中的活性炭滤料选择、活性炭滤层结构设计、活性炭池型选择、臭氧系统选择、臭氧接触池优化设计和复合预氧化设计等内容进行了研究和总结,并且对工艺运行管理中存在的微生物安全、大型微生物控制、活性炭滤池初滤水管理及pH控制、预臭氧和主臭氧工艺的运行管理等问题,提出了相应的解决方案,以及今后应用中应重点注意的若干问题。
关键词: 　臭氧活性炭; 　设计; 　运行管理; 　微生物安全; 　标准
　深水集团所属梅林水厂和笔架山水厂的臭氧—生物活性炭工艺分别于2005 年和2006 年投入运行,对水厂进一步提高有机物、氨氮的去除效果,降低嗅味,全面改善水质发挥了重要作用。但在实际运行中,也陆续发现了一些国内外文献未曾报道过的新问题,如生物活性炭导致pH值大幅降低,出水有剑水蚤、线虫等微型动物检出等水质问题。因此,如何通过更好的设计和运行管理,从技术上解决这些问题,无论在理论上还是在实践中均具有非常重要的意义。
1　工艺设计
1.1　活性炭性能指标的选择标准
根据制造原料不同,活性炭可分为木质炭、果壳炭和煤质炭等,其中煤质活性炭因其具有多孔性和高硬度的优点,且来源稳定和价格较低,在大规模水处理工程中得到广泛应用。
在水处理工程中,国外多采用不定型炭(主要是压块破碎炭) ,而国内柱状炭的应用最为广泛。近些年来,不定型炭(主要是柱状破碎炭)在国内得到越来越多的关注,并已经被应用在一些新建水厂中。
研究结果表明,活性炭滤池出水水质与活性炭性能指标之间具有某种相关性。根据分析结果和实际运行情况,并参考国内外活性炭选择的标准,制定了适合于我国南方地区饮用水中活性炭选择的性能指标,如表1所示。

1.2　活性炭滤层结构
活性炭滤层厚度一般不低于1. 2 m,根据要去除的不同污染物,接触时间在6～30 min之间,但在一些应用中可高于或低于这个范围。通常,以去除嗅味为主时,接触时间一般为8 ～10 min; 以去除CODMn为主时,接触时间一般为12～15 min。
研究结果表明,砂垫层对浊度有去除效果,但是去除率不高,当砂垫层进水浊度为0. 10 NTU时,浊度的平均去除率为6. 5%;石英砂垫层对高锰酸盐指数和氨氮基本没有去除作用。然而砂垫层对微生物有较好的截留作用。活性炭柱在反冲洗后的运行初期,石英砂垫层能够有效地截留活性炭出水中的部分细菌,而运行一段时间后(一般为数周) ,石英砂垫层就失去了对水中细菌的截留作用。但是,活性炭柱经过再次反冲洗后,石英砂垫层将恢复对水
中细菌的部分截留作用。因此,为了保障出水水质,砂垫层的设计考虑采用滤料级配为0. 8～1. 2 mm的石英砂,砂垫层厚度为300 mm。从长期生产运行情况看,砂垫层起到了预期效果。
1.3　活性炭滤池池型
活性炭滤池可以分为重力式和压力式。重力式活性炭滤池可以采用钢筋混凝土结构,因此在大中型水厂中应用通常是经济的。重力式活性炭滤池的构造与普通砂滤池相似,只是把滤料层换成了活性炭炭层,但活性炭炭层厚度较砂滤池中的砂层厚。
重力式活性炭滤池虽然有利于悬浮物的去除,但为了避免悬浮物和微生物产生的粘液堵塞活性炭滤层,必须重视反冲洗
国内已建成水厂中的活性炭池型多采用普通快滤池、虹吸滤池、V型滤池、翻板滤池,且在技术上都是可行的,其中以V型滤池和翻板滤池相对更具吸引力和代表性。
1.4　臭氧系统选择
臭氧系统由气源、发生系统、接触池、尾气破坏系统和控制系统五部分组成 。
①　气源
臭氧气源主要有三种,即使用成品纯液态氧、现场用空气制备纯气态氧和直接利用空气。为了提高臭氧浓度,同时节省能耗,降低设备及管道尺寸,目前较先进的臭氧发生器多采用前两种方式制备臭氧,第三种方式适用于臭氧产量较小的场合。
②　臭氧发生系统
臭氧发生是由臭氧发生器来完成的,目前使用最广的臭氧发生器一般分为石英管和陶瓷管两类。臭氧发生器的备用率一般应大于30% ,备用的方式有设备台数备用(硬备用)与设备发生能力备用(软备用)两种。每台臭氧发生器臭氧发生量的调节范围不应小于10%～100%。
③　接触池
预臭氧接触池一般设1个臭氧投加点,较多采用水射器投加方式,臭氧投量通常为0. 5～1. 5 mg/L,反应时间为3～5 min,水中余臭氧一般为零或很少。主臭氧接触池一般设多个臭氧投加点(通常为2～3个) ,采用微孔曝气投加方式,臭氧投加量通常为1. 5～3. 0 mg/L (水中余臭氧为0. 2～0. 4 mg/L) ,反应时间一般不小于10 min。为了保证对隐孢子虫和贾第虫的杀灭效果, CT值一般要大于4。
④　尾气破坏系统
尾气破坏系统是收集臭氧接触池排出的剩余臭氧并将其分解成对环境无害的氧(保证排出的气体臭氧浓度< 0. 05～0. 1 mg/L) ,主要有催化氧化法和加热分解法,目前两种方法均得到广泛应用。
⑤　控制系统
预臭氧投加控制一般根据水量进行比例投加,投加浓度根据铁锰等还原物质含量确定。主臭氧投加控制一般根据水量和水中余臭氧进行双因子复合环投加控制(水量是前馈条件, 余臭氧是后馈条件) 。
1.5　臭氧接触池优化设计
为了提高臭氧接触池效率,采用计算流体力学作为模拟工具,对A水厂的臭氧接触池进行了分析和优化,结果表明,原设计下接触池内廊道的高宽比过大,造成较严重的短流现象, T10 /HRT比值仅为0. 4,说明水力效率较低。
通过分析,决定在池内适当位置增加导流板,以改变池内的流态,使流速分布更为均匀,从而减少短流现象。增加导流板后,反应室内的流场得到明显改善,降低了短流现象,大幅提高了水力效率。T10 /HRT的数值增加到0. 66,比原设计中的T10 /HRT比值增加了0. 26,相当于在原设计基础上增加了73%。
因此,进行臭氧接触池设计时,应最大限度地提高臭氧接触池效率。如果条件允许,应考虑采用尽量大的高宽比,另外,从曝气室到反应室的连通处应增加穿孔墙,以改变流体进入反应室的流态。当条件不允许时,可考虑增设导流板。
1.6　复合预氧化工艺
当臭氧作为预氧化剂时,能够去除色度、嗅味,降低三卤甲烷等氯化消毒副产物含量,对混凝沉淀也有一定作用。但是,臭氧氧化也会对混凝产生不利的影响。一般情况下,臭氧在低剂量下( 0. 4 ～1. 5 mg/L)可以起到良好的助凝作用,但浓度过高则会使结果恶化。臭氧还会在水中产生AOC问题,在原水中存在溴离子情况

臭氧—生物活性炭（O3—BAC）
一、 臭氧—生物活性炭工艺原理
臭氧—生物活性炭（O3—BAC）深度处理工艺由两部分组成：臭氧氧化和生物活性炭的物理吸附、生物降解。
臭氧具有极强的氧化能力，其在水中的氧化还原电位仅次于氟而第二位。利用臭氧氧化作用，初步氧化分解水中的一部分简单的有机物及其还原性物质，使之变为CO2和H2O，以降低生物活性炭滤池的有机负荷。提高活性炭处理能力；同时臭氧氧化能使水中难以生物降解的大分子有机物，如天然有机物（NOM）断链、开环、氧化成短链的小分子有机物或分子的某些基团被改变从而使原来不能生物降解的有机物转化成可降解的有机物，减少大分子极性污染物BOD浓度得到提高，所以提高了处理水的可生化性，同时使个别有机物（POC）转化为（DOC），如腐植酸等，分解后的小分子有机物的极性和亲水性得到了提高，更容易被活性炭吸附和附着在活性炭上的细菌生物降解；臭氧氧化可有效去除水中的酚、氰、硫、铁、锰，并能脱色、除嗅和味、杀藻以及杀菌消除病毒等；臭氧氧化还能有效地减少UV254的吸收。
臭氧氧化后会生成氧气和臭氧混合气体中含有的大量氧气以及剩余臭氧会迅速转化为氧气，不产生二次污染，又可增加水中溶解氧，使生物活性炭滤池有充足的溶解氧（DO），因此促使好氧微生物在活性炭上繁殖。提高了微生物增长潜力，加快生物氧化和硝化作用，延长了活性炭使用寿命，加快有机物的生物降解，从而提高了其对有机物的去除效果；同时臭氧能氧化水中的溶解性的铁和锰，生成难溶性的氧化物。通过过虑，铁、锰的去除率增加，提高过滤速度50%，延长过虑工作周期，降低了过滤反冲洗水量。
臭氧氧化也是减少溴酸化合物形成的有效方法，加强了活性炭对溴酸化合物的高效去除。
由于臭氧的强氧化性，在去除水中其它水处理工艺难以去除物质的同时，可以减小反应设备或构筑物的体积；臭氧化还有助于絮凝，改善沉淀效果。因此，臭氧化技术在欧洲、美国、加拿大等国家普遍应用。尤其是进入20世纪70年代，臭氧氧化技术得到迅速发展，已成为水处理的重要手段之一。
活性炭具有发达的微孔结构和巨大的比表面积，具有很强的吸附能力。在净水过程中能有效地去除水中有机物、无机物、合成洗涤剂和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，增加水中溶解氧（DO）的浓度。
活性炭孔隙多、比表面积大，在迅速吸附水中溶解性有机物的同时，也能富集水中的微生物。活性炭对水中有机物的吸附和微生物的氧化分解作用是相继发生的，微生物的氧化分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，两着相互促进，形成相对稳定状态，得到稳定的处理效果，从而大大延长了活性炭的再生周期。O3—BAC工艺中，BAC处于饱和状态时，DOC和THMFP的去除率仍可保持在36%和57%。
活性炭附着的硝化菌还可以转化水中的氨氮化合物，降低水中的氨氮和亚硝酸盐氮的浓度。同时微生物在活性炭上的活性强于其它载体。活性炭加强了微生物的活性，生物活性炭通过有效地去除水中有机物、氨氮化合物和嗅味，从而提高了饮用水的化学、微生物安全性，是自来水深度净化的一个重要途径。
因此，从20世纪60年代末开始，欧美发达国家在饮用水处理中普遍地采用活性炭，以进一步去除水中的有机污染。此时活性炭处理前多采用预氯化。一般活性炭对溶解有机物吸附的有效范围为：分子量400以下的低分子量溶解性有机物；极性高的低分子化合物及腐殖质等高分子化合物难于吸附，支链化合物比直链化合物易于吸附。
二、 臭氧—生物活性炭水处理效果的影响因素。
随着给水水源水体污染的加重，在水处理领域引进臭氧—生物活性炭深度处理技术目的的主要是去除水中有机物、氨氮以及亚硝酸盐氮。很显然影响臭氧—生物活性炭水处理效果的因素应该包括三个方面：一是原水水质。二是氧化的吸附与传质。三是活性炭滤池的滤料本身及其生产运行参数影响。
1、 原水水质的影响。
原水水质对臭氧—生物活性炭技术有影响的方面，主要有水中有机物的组成和特性、水温以及及pH值。
① 水中有机物的组成和特性。
水中有机物的形态各异，性质也不尽相同。其可降解性存在较大差异，但从分子量上看又具有一定的规律，水中可生物降解的溶解性有机物（BDOC）几乎全部来自分子量1000道尔顿以下的有机物。研究表明：在净水工艺流程中，不同的单元工艺有其特定的有机物去除对象。传统处理对分子量大于10000道尔顿的有机物（以TOC计）可全部去除，对分子量在10000以下的有机物去除率仅30%左右；活性炭吸附对分子量小于3000，尤其是对分子量500～1000的有机物有较好的去除性；生物处理对分子量小于1000，尤其是对分子量小于500的有机物有更好的去除效果。
从水中有机物的组成上看：1、由于腐殖质本身已经是微生物分解后形成的较为稳定的化合物，所以一般生物处理很难去除腐殖质。2、多糖是由一些已糖或戊糖通过糖苷键连结起来的大分子聚合物，大量存在于植物中。在受污染水源水中，多糖成分很复杂，常见的有淀粉、纤维素、木质素、果胶质等。这些分子量很大的多聚物，不能透过生物膜，必须由微生物分泌的胞外酶降解为双糖或单糖后，才能被微生物吸收利用。3、水中藻类的胞外产物大部分为生物易降解有机物，藻类细胞分解的初期产物也是生物易降解物，但它的某些分泌物如多肽类以及细胞壁是生物难降解有机物。4、与有机物生成络合物的无机物和大小相当于有机胶体的无机物，其行为类似于生物难降解的有机物而且种类繁多。
② 水温和pH值。
首先，水温和pH值影响O3在水中的溶解度和O3在水中的自分解速率。任何物质在溶剂中都有一定的溶解度，对于气体在水中的溶解度随着温度的升高而降低。在水处理中使用的O3是低浓度的O3化空气，也应符合这一规律。研究表明，温度和pH值是影响O3自分解的两个重要参数，Hewes和Davison总结了他们的研究结果得出，O3自分解速率在低pH值范围内变化很小，O3自分解速率很慢；当pH＞6时，O3自分解速率随pH值增大而迅速增加。
其次，活性炭表面膜中的微生物量，活性及种类对水温和pH值等因素的变化也很敏感，容易导致生物活性炭的生物降解效率发生波动。温度主要通过影响微生物的生长速率和代谢性来影响有机物和氨氮等污染物的去除效果。低温会抑制微生物的活性。微生物的生长和代谢活动随着温度的升高而加速，并在最适温度时达到顶点，然后迅速下降，当水温低于5℃时，水处理效果极差。
③ 臭氧的吸收与传质。
在气—液反应过程中间的扩散传质和化学反应是并列进行的，其宏观动力学的定量描述是与气—液传质模型密切相关的，当前用来描述气—液两相间传质的理论主要有两大类：一是按稳态扩散来处理的双膜理论。一是按非稳态扩散处理的溶质渗透理论和表面更新理论。
路易斯（Lewis）和怀特曼（Whitman）的双膜理论把整个相际传质过程简单化为气、液两膜的分子扩散过程。按双膜理论，在臭氧从相被吸收到液相的过程中。在气—液两相的相界处各存在一层很薄的量滞流壮态的气膜，臭氧从气相主体穿过气膜向气液相界扩散。在界面处溶解并达到平衡，界面处溶解的臭氧继续穿过液膜向液相主体扩散，并同时与液相中的物质发生化学反应。气—液两相阻力集中在这两个流体膜内，气相主体和液相主体组成均匀，不存在传质阻力。臭氧是通过在气膜和液膜内的稳定的分子扩散过程进行传质的。假设相界面上处于平衡状态，那么整个相际传质的阻力就会全部集中在两个有效膜内。相际传质总阻力等于双膜传质阻力的加和。在两相主体浓度主体一定的情况下，两膜的阻力便决定了传质速率的大小。对于难溶或微溶气体，气相的传质阻力非常小，传质阻力主要集中在液相，因为臭氧在水中微溶，所以它在溶液中的吸收过程阻力集中在液相，如果臭氧不和液相中的物质发生化学反应，则传质过程主要受臭氧从界面向液相主体扩散的速率控制在臭氧被水溶液吸收过程中，臭氧从界面向液相主体扩散和臭氧和液相中的物质所发生的化学反应对传质过程都非常重要。
赫格比（Higbi）的渗透理论考虑了在膜内建立起浓度梯度的过渡时间。在过渡时间中，有一个溶质从界面向液膜浓度方向逐步渗透的全过程。在初期渗入尚浅，随着液体与气体接触时间t的增长，渗入深度逐步增大，气相接触在液膜内建立浓度梯度，到最后，液相混合浓度梯度消失。这两个过程反复进行，这样臭氧就稳定地扩散通过膜层进入湍流水体。
丹克（）兹（Dankweres）的表面更新理论的主要特点是屏弃了停滞膜的概念，认为湍动流体中的某些旋涡能直接在界面和湍动主体之间移动使液体表面单元不断被湍流区移来的一个个液体单元所更新。一个单元在液面停留一段时间又被新移来的单元所置换，使之返回湍流区。这些单元以不稳定扩散方式从气体中吸收溶质。
传质速率受水动力和物理化学影响，水动力学特性是同分子运动有关的紊流使相间接触增加，从而传质速率高，物理化学方面。要考虑由于臭氧的不稳定特性产生的自分解反应以及系统内的温度、压力和化学成分，温度和压力影响臭氧的扩散系数，也影响臭氧的溶解度。臭氧在水中的溶解度随压力而增大，同时也温度降低而提高。同时臭氧在接触池中被水体吸收反应的效率高低与气液接触装置的形式有关，好的臭氧扩散装置可以提高传质效率。
在O3—BAC工艺中O3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。研究结果表明，根据水中有机物的类型和浓度，存在一个最佳O3投加量，O3投加量高于这个最佳值时，并不会提高原水的可生化性，延长接触时间也不会获得明显的效果。
三、 活性炭滤池的滤料本身及其生产运行参数的影响。
活性炭滤池对水中有机物的去除是吸附和生物降解综合作用的结果。在运行初期生物膜尚未形成之时，活性炭滤池就对有机物有着非常理想的去除效率，随着净化过程的不断进行，炭上生物量逐渐增加，最后达到某一相对稳定数值。这时炭床的物理吸附和生物膜的生物降解共同负担着对有机物的去除，影响活性炭池的因素较多，下面选择主要部分进行说明。
1

美国臭氧化技术在给水处理中的应用

给水排水专业知识 2007-06-04 22:29 阅读146 评论0 字号： 大大 中中 小小 臭氧在饮用水处理中的应用已经有一百多年的历史。但是由于其技术复杂、成本昂贵，使应用受到限制。本世纪七十年代，由于水污染的加剧和公众健康意识的提高，迫使人们在传统水处理工艺的基础上采用新的手段，保证供水水质符合更加安全的饮用水标准。经过近二十年的研究和实践，以臭氧为主组成的复合应用技术，以其良好的处理效果成为给水深度净化技术的首选。
　　目前，臭氧化技术应用以欧洲大陆最为普遍。法国和瑞士臭氧化工艺的应用有着悠久的历史，臭氧化设备也居世界领先地位；德国全国85%的水厂采用了臭氧深度处理技术。在美国，进入八十年代以来，由于美国环保局提出了新的水质标准，对出厂水和管网水的消毒作了更加严格的规定，同时又对减少水中的消毒副产物作出进一步的限制，这双重的压力迫使国内的水厂不得不考虑采用臭氧化、强化混凝和生物过滤等技术来达到供水要求。因而臭氧化深度处理技术改造正在全国范围内兴起，据1990年统计，美国已有40余座水厂已经应用了臭氧化技术，还有许多类似的水厂则正在设计或建设之中。下面以洛杉矶水厂(The los Angeles Aqueduct Filtration Plant)为主，结合新泽西特拉华河区域水厂(The Delaware River Regional Water Treatment Plant)的工艺情况，介绍美国当今给水处理中臭氧化技术应用的特点。

一、工艺概况



　 洛杉矶水厂于1987年4月正式投产，是全美最大的臭氧化水厂，最高日处理量230万 m3，平均日处理量160万m3。原水来自内华达西拉山的东坡，积雪融化的水，采用渠道和水管两种输水方式，经540 km距离，重力输送至水厂。原水浊度2NTU左右，pH8-8.5，TOC平均1.5mg/l，水质较好。
1、工艺流程
　　洛杉矶水厂的主要工艺过程包括：
　　·预臭氧化
　　臭氧发生器设计采用5台(4用1备)，臭氧发生量149kg／h。臭氧接触室共4座，单池尺寸为30×9×6m，臭氧投加量1.0-2.0mg／l，停留时间5min，尾气由接触室顶部集中抽送到臭氧尾气破坏装置中，将尾气中臭氧降至0.1 mg／l以下，排入大气。
　　·混凝
　　快速混合池共8个，单池尺寸为3×3×4.3m，各安装快速搅拌器，把混凝剂快速均匀地扩散至水中。混凝剂投量为：阳离子聚合物1.3 mg／l，三氯化铁1.1 mg／l。混合时间0．86s。絮凝池36个，单池尺寸 7.6×7，6×6.1 m，停留时间10 min。
　　·过滤
　　滤池24只，单池面积130m2，无烟煤滤料，厚度1.83 m，有效粒径1.5mm，均匀系数1.5。采用3段式气水混合反冲洗：首先气水同时冲洗，通气时间1min，冲洗强度20 l/(s·m2)，水冲2 min，冲洗强度6.8 l/(s·m2)；然后单水高速反冲5 min，冲洗强度17 l/(s·m2)；最后低强度漂洗2 min，冲洗强度15 l/(s·m2)。冲洗效果良好，滤料表面不易结块，滤层不形成泥球。
　　·消毒
　　由于预臭氧化的作用，最后消毒时，三卤甲烷大大减少。4台加氯机容量124kg／h，最大加氯量5.6mg/l。
2. 出水水质
　　洛杉矶水厂处理前后的水质指标见表1。由浊度、三卤甲烷生成势、总有机碳等项指标来衡量，该水厂的出水优良。










洛杉矶水厂处理前后的水质　　　表1 参 数 单 位 原水 出水 参 数 单 位 原水 出水
浊度
NTU 2.6 0.1 镁 mg/l
4.2 4.2
溶解固体 mg/l 100 100 钠 mg/l 29 29
pH
8.2 7.8 钾 mg/l 8.0
8.0
三卤甲烷生成势 μg/l
90 60 碱度 mgCaCO3/l 94 94
总有机碳 mg/l
1.5 1.1 硫酸盐 mg/l 20 20
溶解氧 mg/l 9.3 9.3 氯化物 mg/l 13
16
色度 铂钴单位 4 1 硝酸盐 mg/l 0.44
0.44
硬度 mgCaCo3/l 68 68 铁 mg/l 0.01 0.01
钙 mg/l 21 21 氟化物 mg/l 0.56 0.56



二、臭氧化技术特点与应用效果



1．臭氧采用纯氧发生
　　洛杉矶水厂采用管式水冷臭氧发生器，使用9.5-10.5kV、 600Hz高压中频交流电，以纯氧为原料产生臭氧，臭氧浓度按重量计可达6％。氧气由洛杉矶水厂的低温氧气发生厂供应，日产45,360kg，氧气从空气中制备，纯度达95％。为了满足生产过程中臭氧用量的不同需要，氧气产量可在设计能力的100％到60％之间进行调节。每日还产生大约 l,820kg的液态氧，贮存在一个35,250l的液氧罐内。液态氧可在需氧高峰期间增加氧气的供应，也是氧气厂停机时的后备供氧源。
　　臭氧发生器原设计采用5台，1993年又添置了1台臭氧发生器，以增加臭氧的投加能力。1997年，其中的1台臭氧发生器根据Ozonia的最新技术（Advanced Technologyâ）进行了改造，将原有的玻璃放电管改换为陶瓷放电管，将产量提高近1倍，并可节约能量。目前的总装机能力为250 kg/h。运行时，臭氧的产量可通过增减臭氧发生器的工作台数，在系统能力的25％到100％之间进行调节，氧气的流量及发生器的功率均可自动控制。
2．臭氧以微孔扩散方式接触反应
　　预臭氧化之前，水仅在入口处经过筛网过滤。臭氧注入接触池，水深≤6.10m，水力停留时间≤5min。池内的导流墙可以使水的短流降至最小。在每一个接触池内有两排微孔陶瓷扩散器，从中注入臭氧。臭氧投加量通常为1.0到1.5mg/l，根据需要，可增加到2.0mg/l以上。根据10年来统计的结果，臭氧的平均投加量为1.3mg/l。1993年7月美国环保局地表水处理规定(Surface Water Treatment Rule)实施以来，水中剩余臭氧较以往有所增加，目前通常保持臭氧接触池的第一反应室剩余臭氧浓度值在0.3mg/l以上，以达到美国环保局规定杀灭 0.5个数量级贾第虫所需的CT值。
　　臭氧化水厂要定期测定臭氧的转移效率，以便确定臭氧扩散器的工作状况，检查不同组的臭氧接触池的臭氧投加是否均衡。原来的棒状微孔陶瓷扩散器在最初的2年运行良好，但到了第3年，一些扩散棒的端帽发生开裂，需要进行焊接；一些耐腐塑料垫片出现破损，要用硅胶垫片进行更换，并用密封胶作了处理。从1991年开始，一种经过改进的微孔陶瓷扩散器投入使用，克服了原有扩散器的缺陷。1997年，另外3套扩散器也进行了更换。
3.臭氧在水处理过程中的作用
　　洛杉矶水厂十年的运行经验充分证实，臭氧除了可有效地控制嗅、味与色度和控制消毒副产物以外，臭氧化通过微絮凝和消毒灭菌，在水厂处理工艺中发挥着至关重要的作用。
　　·微絮凝作用
　　与预加氯比较，臭氧有助于加快絮凝，絮凝时间从20min缩短到10min)，相应地絮凝池的数目减少了—半；臭氧能提高滤池过滤速度，过滤速率由 22m/h增加到33m/h，相应所需过滤装置的数目则降低了三分之一；延长了反洗周期之间的过滤装置运行时间，降低了反洗所需的用水量，减少所需反洗设备的规模；臭氧可降低凝聚剂的用量，所需的化学凝聚剂减少了33％，并且减少了过滤装置反洗污泥。
　　·消毒灭菌
　　在水厂控制贾第虫和病毒的多道屏障中，臭氧首当其冲。根据美国环保局地表水处理规定进行测算，臭氧对贾第虫的平均灭活率达0.8个数量级以上。臭氧与后加氯共同作用可以达到杀灭贾第虫1个数量、杀灭病菌3个数量级。
　　同时，控制水中颗粒数量的试验表明，如果将臭氧关闭，代之以预氯化，滤后水中的颗粒数量将增加5倍。
　　此外，臭氧化使后消毒的氯需求减少了50％，改善了供水的口感，降低了水中的消毒副产物。



三、 臭氧化技术的发展



1、臭氧化与生物过滤的结合使用
　　水中天然有机物对于供水水质有着重要影响，可同化有机碳 (AOC)进入管网后可能会造成细菌的再度繁殖，使水中大肠菌的数量超过规定的标准。同时，供水能否符合关于消毒副产物的规定，原水中的天然有机物的种类和数量至关重要。非腐殖酸类天然有机物据认为是引起管网中微生物再度繁殖的碳源，生物过滤能够有效去除这类天然有机物；臭氧化能够通过将天然有机物的大分子，氧化为小分子，减少三卤甲烷(THMs)和其它消毒副产物的前驱物；但这些小分子大多易于生物降解，会导致管网中细菌再度繁殖。因此，将臭氧化和生物过滤结合有利于发挥其各自的优势。
　　洛杉矶水厂在现有工艺的基础上，通过改变无烟煤滤池前的投氯量，进行了臭氧化—生物过滤的生产性对比试验。结果表明，臭氧化—生物过滤能够去除29%的三卤甲烷和卤乙酸的前驱物，去除29%的TOC，并能控制臭氧化以后水中AOC的增加。这项研究还消除了关于生物过滤对滤池出水浊度、过滤周期，以及出水中大肠菌的疑虑。生物滤池出水中的大肠杆菌和其它异养菌的数量完全可以通过后加氯消毒与以杀灭，并且在所有的水样中，尽管一些大肠菌检验呈阳性，但埃希氏大肠菌均呈阴性，也未发现粪便污染。在1年的运行试验中，两种对比流程出水平均浊度均为0.07NTU，滤池的运行周期亦未见差别。
　　基于上述试验结果，洛杉矶水厂拟将臭氧化—生物过滤工艺正式投入生产。
2、洛杉矶水厂臭氧化经验的应用
　　在洛杉矶近郊的一座水库附近，一个新的直接过滤水厂正在设计之中。为了满足即将颁布的美国环保局有关强化地表水处理规定(Enhanced Surface Water Treatment Rule)的要求，根据已有的经验，与洛杉矶水厂原设计相比，该水厂在以下几个方面有所不同：
　　·臭氧接触池的水力停留时间由洛杉矶水厂的5min，增加为10min；
　　·臭氧投加点由2个增加到3个，以有利于控制溴酸盐的生成；
　　·臭氧设计投加量由1.5mg/l增加到2.5mg/l（目前洛杉矶水厂的实际投加能力已达2.6mg/l）；
　　·设计采用新型的高浓度臭氧发生器（臭氧浓度按重量达10%以上），以便于运行管理、降低噪声、减少占地。
3、新泽西特拉华河区域水厂的臭氧化工艺
　　1996年4月运行投产的特拉华河区域水厂，日处理能力11.5万m3，处理工艺包括臭氧化、强化混凝和生物过滤（见图2）。原水由特拉华河泵送至水厂内6万m3的贮水池，进行贮存和调节，再用泵提升至臭氧接触池，进行预臭氧化，臭氧投加量为2-4mg/l。臭氧接触池分为A、B、C共3个室，每个室接触时间4-5min，A室和B室分别设有66、22套微孔扩散器。水与臭氧接触后，投加混凝剂氯化铁和一种高分子助凝剂，进入静态混合器。出水流经静态混合器和快速混合池形成矾花。在快速混合池的末端完成絮凝后投加高分子聚合物，便于在后续构筑物中形成悬浮污泥层，出水经配水井进入4座超脉冲悬浮污泥澄清池。澄清出水进入生物滤池，每个生物滤池装有1.5m厚单层活性炭滤料。滤后水流入后处理池后加药，然后进入清水池进行消毒，再泵送至管网。







　　特拉华河区域水厂与洛杉矶水厂工艺上的主要差别在于：
　　·特拉华河区域水厂的臭氧投加量为2-4mg/l，而洛杉矶水厂为1-2 mg/l，前者高出后者1倍；
　　·特拉华河区域水厂采用了澄清-过滤工艺，而洛杉矶水厂则采用的是直接过滤工艺，前者的工艺更加复杂；
　　·特拉华河区域水厂滤池采用粒状活性炭滤料，而洛杉矶水厂则采用的是无烟煤滤料，前者更加注重通过吸附和生物降解去除有机物。
　　特拉华河区域水厂与洛杉矶水厂的原水在浊度和有机物含量上大体相当，但在工艺上出现明显差别。这主要是由于近年来美国环保局和各州政府，对水的消毒和消毒副产物以及供水的浊度提出了越来越严格的限制，新建水厂通过强化混凝进一步降低浊度，以特拉华河区域水厂为例，原水浊度2NTU，澄清出水 0.55NTU，滤后水0.04NTU，始终保持出厂水<0.1NTU，进而确保管网供水<0.3NTU；同时，为了适应消毒和消毒副产物的要求，新建水厂通过加大臭氧的投加量，改用活性炭过滤，使流程更加接近臭氧化—生物活性炭的工艺特点，从而使出厂水的TOC去除率达到90%， THMs<8μg/l。



结语



　　与欧洲相比，美国的臭氧化技术起步较晚，但随着有关供水水质的法令和规定日趋严格，以及各州对臭氧的使用由限制转为更加宽容和开放，美国行业内人士预测，在下一世纪到来之际，臭氧化技术将逐步成为美国各地水厂处理流程中的标准配置，预臭氧化、臭氧化-生物活性炭工艺将会在全国范围得到普及。
　　我国长期以来受经济发展水平和饮水观念的局限，饮用水深度净化尚未得到普遍认同，但随着我国经济的发展、人们水质意识的提高，笔者认为，城市供水深度净化工艺将会提到日程上来。学习、借鉴国外已有的成功经验，针对特定的原水水质，进行以预臭氧化、臭氧化-生物活性炭为代表的饮用水深度净化工艺探索和应用，将是我们走向二十一世纪净水工艺的重要课题。

城市饮用水的臭氧消毒
摘要：对臭氧进行饮用水处理中的相关问题进行了分别探讨。通过对饮用水的一般水质要求，本文简述了臭氧的性质以及自来水的臭氧消毒工艺，臭氧进行饮用水处理的技术原理以及臭氧消毒的一般工艺的阐述，证明了臭氧法处理饮用水的可行性和实用性。
关键字：饮用水 水处理 臭氧氧化 消毒
我国自来水处理工艺90%以上仍采用20世纪初形成的混凝、沉淀、过滤和加氯消毒的常规工艺.这种工艺是建立在有合格水源的基础上，以去除浊度和细菌为主要目标，对有物尤其是溶解性有机物的去除能力很低(20%一30％ ) . 2000年，我国7大重点流域地表水普遍存在有机污染，各流域干流仅有57. 7%的断而满足我国供水水源ш类水质的标准;新的病原微生物隐抱子虫微抱子虫尺寸小(1- 5 1-lm)，很难用常规过滤技术去除，而且对加氯消毒有很强的抗性;含有机污染物的水经加氯消毒后还会产生有机卤化物等“三致”物质.供水水质的下降严重危害健康，己引起供水行业和居民的极大关注.
1.水深度净化的目的与对策
改善饮用水水质有两条途径:一是控制污水的排放量及提高污水处理率，保护饮用水源，一是强化处理工艺对受污染水源进行深度处理.经过深度净化后的饮用水应去除三卤甲烷等有机污染物，不危害健康;去除病原菌和病毒，不引起传染性疾病;硬度和矿质元素含量适当，有益健康，我国不宜将深度净化工艺设于自来水厂，因为要在所有水厂加设深度处理工艺，改造和运行费用相当可观.如加设臭氧活性炭工艺会使自来水厂的基建费用增加50％，且市政供水中只有2%用于生活饮用，其余为工业和消防等用水，全而提高市政供水水质是不经济的.再者，我国中小城市陈旧的铸铁供水管网和一次供水设施也会对深度处理的出厂水造成一次污染.在小区设置集中净化装置供给管道直饮水具有良好的经济性，取用便利，卫生可靠，己在哈尔滨、上海和深圳等地推广应用.广州市政府明文规定新建小区和公共场所必须配套分质供水系统,我国目前的分质供水方式是在厨房设置一根深度净化水管，供给烹饪和饮用水.其余生活用水仍使用市政自来水.但水中有害化学物质通过消化系统进入人体不是最主要的途径，通过皮肤和呼吸也能摄入.研究表明当用含二氯苯乙烷的水淋浴时，通过呼吸吸入的化学物质比口腔进入的要多6- 80倍.只在水龙头上安一个水过滤器还不足以保证人体免受水中有害化学物质的损害.因此分质供水时应在卫生间也留一个深度净化水的供水管，使有经济条件的家庭在淋浴时也能使用保证健康的水.

2臭氧在饮用水处理中的作用及机理
2．1微污染水特点
随着工业的发展，水体中增加了种类繁多的有机毒物，其中的有机污染物可分为两类:天然有机物，和人工合成有机物。天然有机物是指动植物在自然循环过程中经腐烂分解所产生的物质，主要有腐质酸等。水中大分子天然有机物不仅是造成色度,异臭味，配水管腐蚀和沉淀物的原因物质，也是目前常规氯化消毒副产物的前体物。而人工合成的有机物大多为有毒有机污染物，其中包括“三致”有机污染物。它们具有以下特点:难于降解，在环境中有一定的残留水平，具有生物富集性和“三致”作用。相对于水体中的人然有机物，它们种类多，在水环境中存在很小的数量就可产生有害影响，对公众的危害史大。检出的多环芳烃、卤代烃、呋喃类等物质是最难降解的“持久性有机污染物”。常规的混凝、沉淀、过滤和投氯消毒工艺以去除水中浊度、悬浮物胶体、色度和病原菌等为目的，而它对水中有机物尤其是溶解性有机物不能有效地去除，水中的大分子物质如腐殖质、蛋白质和多糖等在水中易形成分子聚集体，有较好的稳定性。臭氧氧化法与常规水处理方法比较，具有显著的特点，如对于生物难降解物质氧化能力强、分解速度快、占地而积小、自动化程度高、无一次污染、浮渣和污泥产生量较少，同时具有杀菌、脱色、防垢等作用。
2．2臭氧的氧化消毒机理
臭氧在水处理中的作用是从利用它的消毒作用开始的，目前臭氧仍是加药消毒法中最有效的消毒剂。臭氧的杀菌作用比氯快15- 30倍，在灭活病毒方而，由于臭氧的高氧化电位容易通过微生物细胞膜扩散，所以臭氧能氧化微生物细胞的有机物或破坏有机体链状结构而泞致细胞死亡。从而臭氧对过滤性或其他病毒、芽抱等，具有强大的杀伤力，而氯对病毒作用很小或不起作用。用臭氧消毒时对细菌的灭活率都在95%以上，所以经臭氧消毒过的水，其中的病毒实际上己完全失去了活力在水处理中，较传统的氯消毒方法，臭氧消毒还有如下优点:①消毒的同时可改善水的性质,较少产生附加的化学物质污染。②不会产生如氯酚那样的臭味。③产生二卤甲烷等氯消毒的消毒副产物。④氧可就地制造，为了获得它只需要电但臭氧作为消毒剂是有选择性的，绿霉菌、青霉菌之类对臭氧具有抗药性，需较长时间才能将其杀死。单独使用臭氧作为杀菌剂时，山于臭氧在较短时间内分解掉，残留效果小，甚至会出现细菌回升现象，为了改善这种状况，可以考虑辅助加氯。臭氧消毒也是各种消毒工艺中费用较高的一.
由于臭氧的强氧化能力，臭氧的氧化作用是破坏有机物的分子结构，可将一部分有机物彻底分解，同时可将大分子的、细菌不易利用的有机物，生成小分子的、细菌易氧化分解的有机物，降低了有机物的分子量，改变了有机物的性质，提高其可生化险。原水经过臭氧氧化后，分子量在l 000-3 000的有机物含量增加了13.5％，分子量在104 5的有机物增加9.7％，但其它区间的有机物含量都减少了，尤以分子量大于1 }5的有机物含量减少得最多。溶于水中的臭氧可氧化、分解从而有效去除水中的有毒物质，如有机毒物、氰化物以及敌敌畏:氧化乐果等农药。同时臭氧用于水消毒可以大大降低自来水中卤代烃等有机致癌物。尽管臭氧的氧化能力很强，但主要是选择性地与水中有机污染物作用，破坏其不饱和键，导致有机物极性增加，可生化性提高，对总有机碳的影响很小。臭氧氧化很难将水中的有机污染物彻底无机化，主要以中间产物的形式存在于水中 .
臭氧与水中污染物的反应极为复杂，主要通过两条途径，即臭氧的直接反应和臭氧分解产生的羟基自由HO• ( E0= 2. 8V)的间接反应。两者比较，直接反应有选择性，速度慢;间接反应无择性、电位高、反应能力强、速度快，可引发链反应，使许多有几物彻底降解。
直接反应(D反应):污染物+03→产物或中间物
间接反应(R反应):污染物+HO•→产物或中间物
因此在处理水时应注意控制臭氧反应途径，提高臭氧的有效利用率。有机物与臭氧的反应有以下几种形式:
03+有机物1→产物(直接反应)
03+有机物2→产物(瞬间反应)
OH•+有机物3→02+产物(促进反应)。
OH•+有机物4 →产物(消除反应)
臭氧在饮用水中(pH值在7左右)的分解可分
为以下的步骤:
03+ H20→02+ 20H•
03+ OH•→02+ H02•
03+ H02•→202+ OH•
OH•+OH•→H2O2•
0H•+OH•→H20+ 1/202•

3臭氧在饮用水处理中的应用
臭氧氧化能力强，用于消毒杀菌杀伤力大，速度快;臭氧可氧化溶解性铁或锰，形成高价沉淀物，使之易于去除;可将氰化物、酚等有毒有害物质氧化为无害物质;可氧化致嗅和致色物质，从而减少嗅味，降低色度;可将生物难分解的大分子有机物氧化分解为中小分子有机物，使之易于生物降解;使用臭氧预处理，还可以起到微絮凝作用，提高出水水质;应用臭氧，不会在处理过程中产生有害的“三致”物质。饮用水处理中臭氧的投加方式包括预氧化、中间氧化和最后消毒。臭氧的预氧化可去除水中的无机物色度、浊度、悬浮固体、异臭和味，可部分分解有机物并灭活微生物，从而提高混凝一絮凝一沉淀效果。中间氧化主要是分解有毒微污染物，去除二氯甲烷前体物，并提高有机污染物的可生化降解性。臭氧消毒可灭活水中所有残留的微生物，并使消毒产生的副产物减到最少。
3.1臭氧的其它作用
臭氧预氧化能够进一步提高常规给水处理的除藻效果，臭氧是强氧化剂，可以致死藻类或限制它们的生长，对动物性浮游生物的灭活效果好。臭氧氧化可提高后续絮凝、过滤对藻类的去除效果，减少絮凝剂的用量，有一定的助凝作用。臭氧同时具有除色作用，通过与不饱和官能团反应、破坏碳碳双键而去除真色，去除程度取决于臭氧投加量和接触条件;臭氧的微絮凝效应还有助于有机胶体和颗粒物的混凝,常规处理可使东江原水色度从68度(均值)降到滤后水的1- 3度，而投加ρ(03)为0. 5一1.Omg/L进行预臭氧化和投加1. 5 mg/ L的ρ(03)进行主臭氧化后，滤后水基木无色。
3结论
预臭氧化技术可用于脱色除臭、控制氯化消毒副产物、去除藻类和藻毒素、助凝和助滤、初步去除或转化污染物等，但臭氧化学性质的不稳定性使其对水质的改善程度取决于原水水质和臭氧化条件。预臭氧化过程中会产生一定的醛类、溴酸盐等有害副产物，使不能生物降解的有机化合物，如富里酸、腐殖酸变得容易降解，为细菌生长提供营养基质，为后续生物处理环节提供了条件。臭氧预处理技术宜结合具体水质和经济条件统筹决定是否采用，臭氧投加量可根据具体水质净化目标，臭氧与过氧化氢联用等高级氧化技术以及臭氧化与后续处理环节的优化值得进一步研究。
参考文献:
徐新华.赵伟荣.水与废水的臭氧处理,北京:化学化业出版社.2003.1.5
张慧.臭氧与生话饮用水 宁波职业技术学院学报.
2002.2( 4):89-90
王占生.刘文君.微污染水源饮用水处理 北京:中国建筑下业出版社.1999:188-189
王琳. 王宝贞.饮用水深度处理技术 . 北京:化学工业
出版社.2002:
潘理黎.郑红艾.浮建军.臭氧及联用技术在水处理中的
应用.环境技术.2003 ( 1)
陈文.熊正为.娄金生.等.臭氧在水处理中副产物的论述
.怀化学院学报.2003, 22( 2)
陈伟.徐兴忠.臭氧及其联合氧化下艺在饮用水处理中
的应用.1999

前面几篇文章大致看了看，好几篇都提到了臭氧预处理可以改善混凝、沉淀效果，减少混凝剂投加量，有的还说臭氧预处理可以起到微絮凝作用，从而提高滤速、延长过滤周期，对这两方面原理的解释都有点模棱两可，而这正是我想知道的。

你好！~臭氧-活性炭技术的应用成效已经有很多网站、水司做了介绍。
我想了解一下，关于这个技术的弊端，比如说消毒副产物，运行故障，以及可能出现的事故之类的。
以便我们这里的水厂投运后考虑。

应该是实验确认可以降低混凝剂的投加，具体原理也不清楚，希望有高手解答

臭氧活性炭工艺目前是自来水深度处理的一个典型的工艺