朱敬丽
青岛西海岸公用事业集团水务有限公司，山东 青岛 266555
摘要：在20世纪中后期，臭氧_生物活性炭技术开始应用，该技术就是利用颗粒状的空隙结构和较大的表面积进行水中有机污染物吸附，确保水中污染物处理效率较高。与单独的生物活性炭技术相比较，臭氧_生物活性炭技术污水处理效果有非常显著的效果，具有很强的处理效果，一些发达国家在废水回收利用、污染水源净化方面应用非常广泛。
关键词：臭氧生物活性炭；净水工艺；应用
前言
饮用水的常规处理工艺主要目的是去除水中浊度、非溶解性有机物以及保证饮水的微生物安全，但对有机物、新型污染物、消毒副产物等物质的去除能力非常有限。当水源遭受污染又或对饮水水质有更高要求时，则需要对饮用水进行深度处理。活性炭是饮用水和废水处理中使用最广泛的吸附剂之一，对降低饮用水中有机物、消毒副产物、臭味物质等的含量有较好的效果，O3－BAC则是深度处理工艺中使用最为广泛的技术之一。
1臭氧-生物活性炭工艺的净水机理
臭氧在水处理中的应用历史悠久，可用来处理污水，达到脱色、灭藻、除臭等目的，还可以降低水中的COD和色度，已经被应用到诸多方面。臭氧与有机污染物的反应机理涉及两个方面，一是直接反应，即臭氧分子直接氧化有机污染物：另外是臭氧生成羟基自由基，在水中发生链式反应。臭氧工艺流程简单、耗时短，但氧分子的氧化能力有限且有较强的选择性，臭氧制备系统耗能过大阻碍了该技术的广泛应用。近年来臭氧与其他技术的联用取得了不错的效果，在水处理领域焕发出新的生机。臭氧－生物活性炭（O3－BAC)工艺将臭氧氧化，与活性炭物理、化学吸附及生物氧化降解技术合为一体，以达到净水目的。该工艺处理的污水水质得到明显提髙，同时大大降低了处理成本。在水处理过程中，臭氧与生物活性炭两者呈互补作用：臭氧将大分子有机物氧化分解成小分子有机物进入水体，可作为底物被生物生长代谢利用，提高水体的可生化性，剩下的小分子有机物由生物活性炭吸附降解。由于臭氧供氧充分，炭床中生长繁殖了种类繁多的好氧微生物，它们可以利用水中的溶解氧进一步降解吸附有机物，通过这种方式使活性炭得以不断生长更新，使生物活性炭能够保持对有机物和溶解氧的降解作用，在炭床中逐渐形成具有生物吸附和生物氧化降解双重作用的生物膜。臭氧催化氧化及其联用技术在兼顾有机物去除与氧化副产物含量方面具有明显的优势，可以使活性炭对有机物的吸附性能提高近一倍。
该技术的作用机理表现在以下几个方面：①臭氧具有较高的氧化还原电位（EV=2.07V);②对于不易被生物降解的有机物，臭氧氧化在一定程度上提高其可生化性并使有机物更易被吸附;③臭氧在反应中会分解为氧气，为活性炭上好氧微生物提供有利的生长条件;④活性炭的空隙结构为微生物提供了较好的附着场所。
2给水处理中臭氧—生物活性炭技术的运用
2.1臭氧化技术应用
近些年来，国内外为了更好的提高臭氧氧化的效果，逐步对臭氧与H2O2、UV联合氧化工艺进行了研究，从研究中发现在H2O2或UV存在背景下，一部分臭氧不可以直接的与有机物发生反应，形成氧化。但是氧化效果与有机物的类型、水的pH值有着密切的联系，所以在水处理中这一工艺很难得到应用。为了有效解决饮用水中污染问题，最佳的途径是对原水进行臭氧化处理后，再进行过滤吸附处理，尤其是要将臭氧化和颗粒状的活性炭结合在一起使用。
2.2活性炭吸附特性与净水工艺
通常情况下，活性炭是将木质和煤质果壳等含有碳物质的材料作为原材料，经过化学或者物理化过程制成。
活性染的微孔直径为10-105A°，表面积非常大，通常为700～1600㎡/g，所以活性碳的吸附能力比较强，在净水中可以有效去除水中的有机物、无机物以及杂质。目前在欧洲西部一些水厂使用了颗粒活性炭，平均能够降低水中20-30%的有机碳。一般情况下活性炭是溶解性有机物，吸附分子的大小是100A0～1000A0，分子量低于400的低分子量溶解性有机物。低分子量很高的化合物和腐殖质等很难吸附，如果有机物的分子大小形同，那么与脂肪族化合物相比芳香族化合物更难以吸附，与直链化合物相比支链化合物容易吸附。
应用活性炭的时候，主要是从消除水中的嗅味开始的，由于具有发达的微孔结构和巨大的比表面积，活性炭能有效地吸附产生嗅味的有机物，美国早在20世纪20年代就用粉末炭（PAC）去除水中由藻类产生的季节性嗅味，采用的工艺流程，其工艺特点是：使用PAC以混悬吸附方式除去水中产生嗅味的污染物。一般PAC与混凝剂同时投加，并在同一个混合池和反应池中混合、吸附、絮凝，然后在沉淀池中沉淀除去。由于PAC作业条件恶劣，污泥处置困难，失效PAC的再生问题难以解决等原因，在水处理中逐渐被粒状活性炭（GAC）所取代。此外进入到21世纪60年代以来，随着全球环境问题的越来越严重，饮用水水源中的有机物是威胁饮用水安全的重要因素，随之人们渐渐将注意力从去除水中嗅味转移到去除致癌、致畸的有机物上，其中预去除嗅味的寿命相比活性炭去除有机物的寿命要低一些，就造成水处理费用的不断提高，对此人们开始追求活性炭的净化效能、延长使用寿命的方法，其中臭氧与活性炭组合技术可以很好的解决这一问题，因此臭氧-生物活性炭技术就逐渐被应用到水处理中。
3臭氧-生物活性炭工艺与传统工艺处理效果对比
原水—预臭氧—反应池—沉淀池—砂滤池—后臭氧池—生物活性炭滤池—出水。开展饮用水臭氧-生物活性炭净化效果与传统工艺比较试验。试验结果表明：臭氧-生物活性炭净水效果较传统处理工艺明显提升，NH4+-N、CODMn去除率达到18.9%、30.4%，通过对出水藻毒素、三卤甲烷生成潜能、溴酸盐浓度及相对质量分布等进行对比，小分子有机物经臭氧-生物活性炭净水工艺更易去除，与传统工艺相比三卤甲烷生成潜能降低41%，藻毒素、溴酸盐指标均达到饮用水标准NH4+-N指标相对常规工艺得到一定降低，有机物去除率明显提高，三卤甲烷的产生风险显著降低。氨氮、铁、锰、总磷、AOC等指标显著降低，出水水质显著提升。
4臭氧-生物活性炭工艺影响因素
开展臭氧-生物活性炭净水工艺试验研究，分析比较不同运行工况参数下的运行效果，过滤速度、水力停留时间、活性炭厚度、余臭氧浓度、温度等对处理效果均有较大影响。增加活性炭层高度、降低过滤速度，以及延长接触时间均可提升污染物去除率。水中余臭氧浓度对活性炭池处理效果有较大影响，生物活性炭滤池进水余臭氧浓度建议控制在0.15mg/L以下。NH4+-N去除效果受水温影响较大，温度高于9℃时NH4+-N去除达90％，低温环境下NH4+-N的去除率下降明显，主要由于生物活性明显下降。有机物去除受温度影响较小。
结束语
综上所述，在新时代背景下，臭氧-生物活性炭技术是一种新型的技术，与传统水处理技术相比较，该技术在水处理中得到广泛应用，主要是因为该项技术可以有效的去除水中的有机物，保证用水安全，推动我国城市更好更快的发展。
参考文献：
[1]尹宇鹏，任永强.臭氧生物活性炭工艺深度处理微污染原水[J].环境科学与技术.2014，20（07）：131-135.
[2]龙雨涛.臭氧—生物活性炭组合净化技术研究[D].吉林大学，2016.
[3]胡顺莹，赵翠，施岩.生物活性炭技术在工业废水处理中的研究进展[J].当代化工，2017，（04）：625-627.