臭氧—生物活性炭工艺设计工程方法探析

赵艳 李燕楠

摘要：在现阶段，常规的水处理工艺设计工程已不能满足对水源的处理要求，研究水源的预处理工艺设计及其他水源处理工艺成为现代社会的一个重要方向。基于此，文章对臭氧-生物活性炭工艺设计工程方法进行了探讨和分析。

关键词：臭氧-生物活性炭；工艺设计工程；水中污染物；水处理工艺；臭氧气源；活性炭池

中图分类号：TU991 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）08-0013-02

基于生物活性炭技术上发展起来的臭氧-生物活性炭工艺是得到现代社会业界人士公认的去除水中污染物的有效处理措施。在许多水厂的改造过程中，臭氧-生物活性炭工艺的实施过程中最关键的工程环节是活性炭滤池池型的选择和臭氧气源的选择，因为这二者关系到工程中资金的投入问题，所以必须在工艺设计工程方法中做好臭氧气源和活性炭滤池池型的选择工作，保证工程的顺利实施。

1 臭氧-生物活性炭的工艺设计原理

所谓臭氧-生物活性炭技术的使用指的是在工作过程中将臭氧氧化并与活性炭工艺结合，主要的工作内容包括活性炭的吸附、臭氧的预氧化以及生物的降解等。在使用该技术时不仅能在活性炭的帮助下将臭氧氧化得到的有机物除去，活性炭还能将臭氧还原为氧气，使臭氧的释放量减少而增加氧气的释放量；同时在臭氧的供氧功能下，位于炭床中的好氧细菌进行大量的繁殖和生长，将活性炭吸附到的有机物进行分解以供其中的微生物生命活动所需，最终在生物降解作用中将其除去。此时，在炭床中既有活性炭的吸附作用，也有微生物的降解作用，大大增加了活性炭的吸附作用，远远地超过了吸附等温线时的规定标准，从而使活性炭的工作周期增长，在一定程度上降低了运行的费用。

2 活性炭吸附池设计方法

2.1 活性炭吸附V型滤池的工作方法

活性炭吸附V型滤池的工作方法与其他的V型砂滤池具有相似的工作原理，只是在该过程中用活性炭层代替了其中的砂滤层，但活性炭比砂层厚，并且在工作过程中采用较多的活性炭颗粒，从而在一定程度上增加了活性炭的工作周期。同时在该施工的反冲洗时，活性炭层不发生膨胀，故活性炭在深度方向上的粒径保持一定的均匀度，不会出现水力的分级现象，提高吸附层的含污能力。在活性炭V型滤池的工作过程中必须对反洗能力进行保证，它是悬浮物和微生物产生的粘液不堵塞活性炭层的有效保障。

2.2 活性炭吸附翻板滤池的工作方法

活性炭吸附翻板滤池的工作方法与其他气水反冲型的滤池一致即原水在通过进水区并经过溢流堰后才缓缓地流进滤池。在重力的作用下，水穿过滤料层，在恒水头被过滤之后进入积水室。在滤池的反洗工作中，必须先将进水阀门关闭，接着将气冲、气水冲、水冲这几个阶段的阀门进行对应的操作，在重复该工作两次后将排水舌阀关闭，打开进水阀门，使过滤恢复到正常。在不断的技术革新中翻板滤池取得了一定的技术革新，在排水系统等方面取得了明显的进步，从而使得该滤池的水质较高，反冲洗效果高，同时能降低耗水量和运行周期等。

2.3 炭吸附池池型上向流的工作方法

活性炭使用上向流的方法，一方面使炭层的厚度增加，在一定程度上增加了吸附量。在膨胀床的作用下，能够使炭粒在上升的水流中进行悬浮，同时加快炭粒表面的水流，增强炭粒对水中污染物的处理能力，充分发挥吸附作用，使得有毒副产物的量减少。另一方面能够使臭氧化水质滤池表面的路径增加，同时臭氧还可以与活性炭或其他的物质发生化学反应，消耗余下的臭氧，对臭氧的溢出进行了有效的控制。此外，采用向上流活性炭能减少池水头的损失，在冲洗过程中可用气冲的方式，对冲洗次数的减少以及工程投资的节约起到一定的作用。

吸附池中活性炭使用上向流必须对该种池型中的生物膜进行考虑，因为在该生物膜上形成的生物较多，在这些微生物中有一定比例的致病菌。此外，剑水蚤等具有较强抗性的微生物在经过常规水处理后还能存活，所以活性炭池易出现生物泄漏的情况。基于此，必须在该池后接砂滤池，对活性炭池中脱落的生物膜进行处理，并可以在臭氧的帮助下净化浑浊度，成为最后的屏障。

就目前的情况而言，在国内的水源的净化过程中选择活性炭吸附池池型的过程中更多地倾向于翻板滤池或者向上流活性炭吸附池。在具体的设计过程中可以根据实际情况，在效率、投资以及运行中进行比较后确定方法。

3 臭氧发生器气源的选择方法

3.1 压缩空气气源

所谓压缩空气气源主要是在相关设备诸如净气设备、冷凝设备以及鼓风机等的准备下，将已经处理过的空气送入到制定的发生器中，从而获得臭氧。将空气当作臭氧发生器的过程中对空气的质量要求相对较高。所以必须对进入发生器之前的空气进行一些处理，诸如除湿、除尘、除油及污染物等。同时为了保证空气与水处理过程中的相关要求，必须对空气进行压缩处理，将因压缩机给臭氧发生器及水处理流程带来的污染物进行处理。按照使用的干燥剂的不同将其分为压力再生式和加热再生式。将空气作为气源的最大优势在于获取容易并且廉价，但是其缺点也比较明显，那就是在发生器内臭氧的浓度比较低，通常情况下仅为3%，效率较低，需要较高的能耗和电耗。

3.2 液氧作为气源

在工作过程中不需要任何制气设备，只需要对制氧厂家的制氧罐进行租用，购买液氧即可。由于在该过程中用纯氧作为气源，所以臭氧的浓度较高，一般情况下能达到10%，甚至更高。

3.3 现场制氧

现场制氧常用两种方式即由租用设备的制氧厂家负责和由购买设备的水厂自行负责。在工作现场将租用或者购买的设备进行安装，及时地将制造的纯氧供给臭氧发生器使用，这样能够获得高浓度的臭氧，纯度能够达到99%以上，还需要补充一部分氮气，也可以补充部分空气。

对空气的分离常采用变压或者变真空措施，在高选择性能的吸附床的作用下，针对不同的压力，氮气被优先吸附，同时能够实现氧气的富集。在国内引进先进技术和设备的情况下，在生产1m3氧气约耗电0.3～0.4kW·h。采用该方法能够在常压下制得90%～93%的氧气，同时输出压力也保持在常压附近。在压力不足的情况下可通过压力泵增加所需要的压力并将其供给臭氧发生器。在分子筛达到饱和后，将以真空方式将被吸附的氮气解析同时进行再生产，随后将压力恢复到吸附状态。

用氧气代替空气作为生产臭氧的主要气源时，能够有效地提高臭氧发生器的生产效率。使其浓度达到6%～10%。从设备运行的角度而言，租用制氧设备或者购买制氧设备具有较为明显的优势，这主要是因为场内所有设备都是租用的，不需要对任何技术问题进行考虑，在正常的生产过程中设备的维修和管理都是保证正常生产的关键，对制氧设备而言更甚。比如多数产品需要维修的次数为每年一次，时间需要1～2周，此外，在制氧过程中阀门使用次数较高，对阀门的要求极高。

4 结语

对于臭氧-生物活性炭工艺而言，活性炭滤池池型与臭氧气源的选择对工艺的设计具有重要的影响，所以必须根据水厂建设的具体情况选择合适的气源和池型。通常情况下，活性炭滤池池型的选择主要有V型滤池、翻板滤池、上向流滤池，必须根据投资、效率以及成本综合考虑后确定。

（责任编辑：秦逊玉）