摘要：传统的饮用水处理工艺是混凝、沉淀、过滤及消毒，主要处理的是细菌、浊度及色度等，但不能有效去除臭味、有机物、氨氮、藻类及内分泌干扰物等，且传统的氯消毒会产生“三致”消毒副产物等问题。主要通过研究臭氧-活性炭技术，发掘其对深度饮用水处理带来的应用。
关键词：臭氧，活性炭，臭氧-活性炭
臭氧具有强氧化性，能在水中分解为羟基自由基，将有机物氧化成小分子有机物，反应速度快且不产生有害物质。且有除臭、脱色的功效。臭氧 - 活性炭技术是 1961 年在欧洲最先使用，该技术将臭氧氧化技术、活性炭吸附技术等组合在一起。臭氧氧化技术与活性炭技术非常互补，在一起能发挥彼此的优势，先对饮用水进行臭氧预氧化，使水中的有机物及其他还原性物质得到氧化，提高活性炭滤池进水可生化性的同时也降低了活性炭滤池的有机负荷。Takeuchi 等人通过研究发现，臭氧 - 活性炭工艺中，水样经臭氧氧化后，BOD/COD 增加了 0.23，极大的改善了水样的可生化性。西方国家水厂资料统计表明，该工艺中活性炭使用寿命是单独使用活性炭的 6 倍，且对有机物的去除能力也大大增加，大约是 10 倍之高。尤其我国已经研制出比国外更低价高效的优质活性炭，相信在不久的将来，通过我们研究的深入，臭氧 - 活性炭技术会在我国有更广泛的应用。目前，昆明水厂、北京田村山水厂及上海周家渡水厂等都有应用该技术进行饮用水的深度处理[1]。
1、臭氧活性炭工艺技术机理
臭氧的化学氧化作用、活性炭的屋里吸附作用以及微生物的降解作用三项特点的有机结合，构成了臭氧活性炭工艺技术的技术优势。活性炭负责吸附难以降解的大分子有机物所氧化分解成的小分子，臭氧在处理过程中能够产生氧气，水中含氧量有所提高，微生物生存所需的营养源有所保障，一些好氧微生物能够很好的生活在该环境中，对活性炭的工作寿命也有很大的积极影响，实现大幅降解有机物从而将有机物从水中去除的目的。
有机污染物能够被活性炭表面所附着的细菌和微生物降解掉，同时，能够高效吸附水中的残余臭氧和处理过程中所产生的副产物，提高了饮用水的安全指数。在水中颗粒上吸附着大量的有机污染物，臭氧活性炭工艺能够利用强氧化性将有机物剥离下，大分子有机物被分解，氧化断裂不饱和键，水质浊度和色度指标均能够大幅提升，处理效果更为明显的是针对分子量大于1×105的有机物[2]。臭氧能够在臭氧活性炭工艺处理过程中氧化有机物从而产生氧气，提高水中含氧量，附着在活性炭表面的好氧微生物能够很好的生存于该环境中，保证异养菌和硝化菌存活率，提高水中氨氮和亚硝酸盐去除效率，保障了后续水处理工艺的处理效果。
2、臭氧活性炭工艺技术特点
臭氧活性炭工艺集合了臭氧处理技术和活性炭处理技术的所有特点，将各自的优势展现出来，强氧化是臭氧的作用，大分子有机物被臭氧氧化降解，同时，能够令活性炭的吸附功能有所提高，氧化分解有机物的过程中，使活性炭表面的微生物不断再生，几方面综合作用，保证
了出水水质的各项指标合格，能够去除残存于水中的氨氮、有机污染物、致癌物及消毒副产物，水质稳定性得到有效控制。臭氧活性炭工艺中臭氧具备三大优势：一是，水中有机物质能够被强氧化性的臭氧分解掉，后续处理负荷得到缓解；二是，大分子的有机物质能够在处理过程中被臭氧分解成小分子，与活性炭形成协同效应，提高其吸附能力，水质可生化性大幅提高；三是，氧气的产生是臭氧在水质处理过程中反应所产生的，能够为好氧微生物创造良好的生活环境[3]。活性炭所具备的优势是强大的孔道连通性和多孔结构，超大的比表面积增加了活性炭的比表面能，能够有效的将溶解在水中的有机质吸附起来，同时，能够保证活性炭表面的微生物的生存环境，能够有效改善因为污染而造成的浊度、色度、臭味等水质问题，提高出水水质，氧化分解作用和生物吸附作用是活性炭的重要特点，依靠两项功能的相互保障才能保障水质稳定。同时，活性炭能够长时间有效运行，运行和投入成本相对较低，在国内外该工艺已经得到高度认可和广泛应用。
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3、在饮用水深度处理的作用
3.1浊度
水中存在有机物时易吸附在颗粒表面引起空间位阻稳定，臭氧能氧化分解这些有机物，从而诱导颗粒脱稳。采用预臭氧化通常可以提高混凝过滤过程对颗粒和浊度的去除效率，与此同时却常常降低了混凝过程对 DOC 的去除。
3.2色度
色度可以间接反映水中溶解性污染物的数量，对微污染原水来说是极为重要的感官性指标。水中能产生色度的物质是水中溶解或胶态的带有生色基团的有机物，如酚类、重氮、偶氮化合物。臭氧可以使不饱和有机物中双键断裂，生成酮类、醛类或羧酸类物质。一旦这种共轭部分通过氧化被破坏，颜色就随之而去。
3.3臭和味
臭氧生物活性炭工艺对臭味物质的去除机理主要为: 臭氧化学氧化作用、活性炭物理化学吸附作用和微生物的降解作用，三者同时作用可高效地去除水中臭味物质。引起臭和味的硫化物、氯等无机物质由于具有挥发性并且相对分子质量小，故能被活性炭有效吸附。
3.4有机物
臭氧生物活性炭工艺去除有机物是臭氧氧化和生物活性炭的吸附、生物降解与同化作用的联合效果。臭氧将原水中大分子有机物氧化成小分子物质，改变了分子结构、分子极性，同时臭氧氧化能使水中难以生物降解的有机物断链、开环，使它能够被生物降解，以降低生物活性炭滤池的有机负荷[4]。
3.5氮
臭氧预氧化能将大部分有机氮化合物氧化为氨氮，后续处理工艺生物活性炭纤维能将氨氮通过亚硝酸菌的作用基本上能转变为亚硝酸盐氮，然后亚硝酸盐氮再通过硝酸菌将其转变为硝酸盐氮。由于经臭氧氧化的水，溶解氧较充足，生物活性炭纤维工艺中厌氧菌很难生长繁殖，因此很难发生反硝化反应，从而导致处理水中总氮含量变化不大，只是在含氮物的存在形式间发生相互转化。目前，饮用水深度处理工艺中利用反硝化去除水中硝酸盐氮的方法，主要还处于研究阶段，其经济、生物安全等问题有待进一步研究[5]。
3.6铁和锰
当铁或锰与腐殖质或其他有机物共存时，可能会以一种复杂的有机物形式出现，一般氧化剂往往不足以破坏这种结构，在这种情形下使用臭氧这样的强氧化剂可以破坏这种复杂结构，达到去除水中铁、锰的目的。
4、结语
在日益恶化的水源水质和我国对饮用水不断提升的水质指标要求的大背景下，臭氧活性炭工艺技术的推广应用，能够及时的将我国的饮用水水质指标提升，该项技术具有很强的发展前景。臭氧活性炭工艺是建立在臭氧处理技术的基础之上，水中的无机污染物和有机污染物均能得到大幅消除，微污染水更是能够受到改善，在水质处理行业中具有很大的发展前景和挖潜意义。
参考文献
[1] 王晟,徐祖信,王晓昌. 饮用水处理中臭氧一生物活性炭工艺机理[J].中国给水排水,2004,20(3) :33-35.
[2] 袁志彬,王占生. 臭氧—生物活性炭工艺在给水处理中 的作用研究[J].工业用水与废水，2005，36(1) :1- 4．
[3] 金鹏康，许建军.臭氧生物活性炭有机物吸附与生物降解量化分析[J].安全与环境学报，2007，7(6) :22-25．
[4] 叶辉，陈翼孙. O3－ BAC 深度处理黄浦江污染源水中试研究[J].给水排水，2000，26(12) : 18-22 .
[5] 贾华,李凤娥.臭氧化—生物活性炭深度处理工艺分析[J].包钢科技，2010，36(1) : 78 -82．
论文作者:滕非, 曹璟, 郭林虎
论文发表刊物:《城镇建设》2019年第12期
论文发表时间:2019/8/27
标签：臭氧论文; 活性炭论文; 有机物论文; 水中论文; 工艺论文; 水质论文; 作用论文; 《城镇建设》2019年第12期论文;