臭氧—生物活性炭深度制水工艺若干问题分析与优化

引言

为适应新世纪经济社会发展的要求，我国城市供水行业的战略重点已转为以提高水质为目标，通过技术改进和加强管理，缩小与国外发达国家的供水水质差距，其中重点城市和有条件的地区供水水质力争早日接近或达到国际先进水平。《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）增加了对有机污染物的检测项目，增加了二虫在内的许多新指标，针对微污染原水，去除水中微量有机污染物，迫切要求水厂引入饮用水深度制水技术，推进实施城市给水深度制水工艺。因此，弄清楚采用臭氧活性炭处理所带来的负面影响，及其如何解决有着十分重要的意义。

为适应新世纪经济社会发展的要求，我国城市供水行业的战略重点已转为以提高水质为目标，通过技术改进和加强管理，缩小与国外发达国家的供水水质差距，其中重点城市和有条件的地区力争早日接近或达到国际先进供水水质水平。

臭氧化副产物问题

采用臭氧氧化工艺，将产生一些臭氧化副产物，主要可分为两类：一是溴酸盐和次溴酸盐，其中溴酸盐具有强致癌性，我国将饮用水中溴酸盐控制标准定为l0ug/L。如果原水中含有一定浓度的溴离子，则有导致臭氧化后的水中产生溴酸盐的风险。其次，次溴酸盐是溴仿和溴化有机物的前驱物，而溴代消毒副产物也是饮用水标准严格限制的。另一类是臭氧化有机物后产生的小分子有机物，如醛类、脂肪酸、羧酸、酮类、AOC等，这些有机物有些具有较强的生物毒性，不过经过生物活性炭处理后，由于活性炭的吸附作用和生物降解作用，可在一定程度上将这些有机物分解。

太湖水源存在溴化物含量较高的现象，有必要分析投加臭氧后溴酸盐超标的可能性。苏州市自来水公司在臭氧活性炭处理工艺水厂生产实践中，原水溴化物在100ug/L—400ug/L，氨氮在0.1mg/L—1.1mg/L，后臭氧水经过活性炭滤池后，出厂水溴酸盐浓度小于10ug/L，符合国家标准。对于臭氧化产生的溴酸盐问题，常通过以下几种方式来解决：（1）合理控制臭氧投加量，降低溴酸盐的生成量。（2）预氧化工艺中采用高锰酸盐和臭氧复合氧化使两种氧化剂优势互补，减少臭氧氧化过程中所产生的副产物。（3）后臭氧氧化过程中，用分次投加方式，通过增加臭氧投加点数量可使BrO3-一生成量降低，设置三个投加点，三级臭氧投加量依次为50%，30%，20%，可有效减少出水中溴酸盐问题。

对于溴代消毒副产物的控制主要从两个方面着手：（1）控制前体物的产生：在O3-BAC工艺中，由于大部分有机物被氧化和去除，消耗消毒剂的物质减少，消毒剂投加量可适当减小，控制消毒副产物的发生量。（2）减小消毒剂的投加量：前体物的产生量取决于水中有机物的多少和形态，以及臭氧活性炭对有机物的去除效果。在保证滤池内流态均衡，减小厌氧情况的发生，以及原水本身有机物较少的条件下，前体物量在生物活性炭的作用下，应是减少而不是增加。因此设计时要做到炭滤池内水流均衡，生物活性炭与水中有机物的充分接触，保证活性炭滤池足够的接触时间，并在使用中合理设定冲洗频率和冲洗强度，保证冲洗的均匀性。

臭氧化会造成AOC含量增加，据研究，经臭氧氧化后增长的有机物主要分布在500以下和1000—3000这两个分子量区间。后续生物活性炭的物理化学吸附和生物降解将去除部分的AOC，一般在30%以上。出水是否可以做到AOC＜100ug/L，保证出水消毒后达到生物稳定的要求，还决定于原水水质状况。考虑在活性炭滤池足够接触时间，下设砂滤池层，可以截留微生物和水蚤，并延长生物作用时间，将AOC进一步去除。

微生物安全问题

臭氧生物活性炭工艺在活性炭上会生长大量的微生物，这些微生物将对炭滤后出水水质产生影响。首先，这些微生物会产生一些胞外分泌物，其中一些胞外分泌物可能具有一定的生物毒性；其次，这些微生物会穿透活性炭床进入到出水中去，而且由于这些微生物经过了臭氧消毒工艺后存活下来的，对消毒剂一般具有更强的耐受能力，不容易被杀灭；再次，进入到出水中的微生物往往被包裹在细微颗粒之中，因此很难接触到消毒剂。这些都造成了后续消毒工艺的困难。目前工程设计中可以采用的控制方式有以下几种。

（1）砂滤池置于炭滤池后。炭滤池后设混合池可以加助滤剂，也可以加消毒剂，后进入砂滤池，可将炭滤池内泄露的微生物杀死并截留，克服了以往炭滤池泄露微生物到清水池中杀灭的困难，可以防止微生物进入管网，确保用水安全性。

（2）炭滤池下设砂滤层。考虑在炭层下面加设一定厚度的石英砂滤料层。生物活性炭-石英砂双层滤池比单纯的生物活性炭滤池的出水效果好，有利保证出水水质的生物安全性。

（3）BAC-UF联用工艺。随着膜价格的降低和膜技术的推广运用，膜滤对水中悬浮物和细菌的去除效果得到认可，实现细菌和水蚤类的全部去除，病毒部分去除，出水的浊度可以达到0.1NTU，BAC-膜技术应运而生。目前研究较多的是将超滤（UF）或微滤（MF）与活性炭联用技术，采用活性炭吸附去除溶解性有机物，采用超滤膜分离颗粒性固体。如生物炭一超滤技术（BAC-UF）、生物炭—微滤技术(BAC-MF）、活性炭吸附一膜生物反应器系统（PAC-MBR）、活性污泥—粉末炭吸附—超滤混合系统（AS-PAC-UF）等。联用技术对有机物及细菌的去除极为有效。

采用方式（1），进入炭滤池的原水浊度较高，使得炭滤池冲洗频率升高，不利于炭滤池对有机物的去除。炭滤池位置预留于砂滤池之后，若置于砂滤池之前，常与水厂总体高程及总平面布置难以协调。方式（3）投资较高，运行维护成本高。因而推荐采用下向流炭滤池，并下设砂滤层的方式，以提高炭滤池对微生物的截留能力，减少微生物泄露问题和提高炭滤池出水的浊度控制能力。

目前饮用水处理中倍受关注的致病微生物“两虫”（隐孢子虫和贾第虫）问题，生物活性炭技术去除贾第虫胞囊和隐孢子虫卵囊的效果大致与双层或多层滤料过滤工艺的效果相同。研究表明：滤池反冲洗水及初滤水中含有大量的两虫胞囊，而过滤成熟期（3-5h）后出水基本检测不到“两虫”。因而需专门设置炭滤池初滤水排放管，加强对初滤水的管理。

藻毒素问题

在原水藻类较多的情况下，臭氧能氧化藻类，使原来包裹在藻细胞内的胞内毒素释放出来，水中藻毒素增加。在藻类高发时期，胞内毒素占总藻毒素比例可高达90%以上，所以去除藻细胞防止毒素释放是水处理过程中的首要环节。本工程在取水泵房设置有高锰酸钾预氧化工艺，在高藻季节，可采用高锰酸钾和臭氧复合氧化方式，这样可大大减少藻类细胞胞内毒素的释放。据资料显示，微囊藻毒素是出现频率最高、危害最严重的藻毒素，分子量在1000u左右，后臭氧氧化和活性炭可以有效去除这部分溶解性藻毒素，保证出厂水微囊藻毒素达标。

进水浊度及炭滤池残余臭氧控制

炭滤池进水浊度控制应小于1NTU，其目的是防止炭床堵塞，缩短吸附周期，本工程炭滤池置于砂滤池之后，砂滤池出水可以保证活性炭滤池进水浊度小于1NTU。

滤池上部空气残余O3的出现主要是由于臭氧接触池出水后，水中余臭氧的释出。采取的对应措施主要有以下几点：（1）控制余臭氧量。臭氧接触池出水中余臭氧浓度不宜过高，水厂控制水中余臭氧在0.2mg/L-0.4mg/L是没有必要的，宜控制在0.lmg/L。主要原因为：①不浪费，炭滤池降流式运行，水中臭氧会逸出，使环境中臭氧浓度过高；②能抑制出水中溴酸盐的浓度。（2）活性炭滤池。臭氧与活性炭或水中物质继续反应，将余臭氧量消耗至最小，有效地控制余臭氧逸出。（3）活性炭滤池在池上方设置盖板，仅留有炭料进出孔和检修孔，彻底防止臭氧的逸出，造成空气污染，也能起到防止藻类和剑水蚤滋生，并防止外部雨水污染。

结语

随着臭氧活性炭深度制水工艺在国内的不断推广，其引发的一系列负面影响需加以重视。对于文中所提及的各类解决方案可根据水厂的实际情况，采取切实有效的方法加以改进实施，避免这一系列负面影响造成饮用水的二次污染。