臭氧活性炭方法饮用水处理

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臭氧活性炭方法饮用水处理

2019/3/9 8:51:30

目前饮用水污染问题比较突出，常规的饮用水水处理技术不能很好的去除消毒副产物以及微量的有机污染物，因此在常规处理之后往往需要饮用水的深度处理技术加以进一步的处理，从而保证饮用水的健康安全。目前主要的相关处理技术有：臭氧生物活性炭工艺、生物膜、预氧化技术、活性炭吸附技术等。在这些技术当中，活性炭因其能有效的除色除味和去除有机物以及运行成本相对偏低等优点，活性炭-臭氧处理技术成为当今各国饮用水深度处理的主要选择。
生物活性炭(BAC)的作用
   活性炭去除污染物主要有两种：生物降解以及吸附作用。在吸附过程中，也就是生物活性炭滤池的初级阶段，系统通过活性炭对污染物的吸附去除污染物。另一方面在生物降解阶段，当活性炭运行一段时间后，活性炭上微生物会逐渐累积，从而附着形成生物膜，进而当生物膜成熟后，通过活性炭上附着生物的生物降解将去除有机污染物，这一过程也称之为活性炭滤池的生物降解处理，活性炭滤池也称为生物活性炭滤池（BAC）。
生物活性炭处理指水处理过程中，有助于在活性炭吸附中的好氧生物活性的处理。活性炭与微生物有多种结合方式，它取决于活性炭炭粒大小和微生物的种类，水中基质条件等。活性炭是一种兼有触媒，化学反应和吸附的多功能载体。微生物附着在活性炭上面，可以发挥生化和物化处理的作用，从而延长了活性炭的工作以及生命周期，提高了处理效率，改善了水质，而且能处理一些采用单纯生化处理或活性炭吸附法所不能除去的污染物。生物活性炭也有它的不足之处，其一般采用自然挂膜的方式，时间相对较长；入水浑浊度高，活性炭微孔容易被污染物阻塞，会造成活性炭的使用周期缩短；进水水质的PH值适用范围相对较窄，峰值负荷差等缺点。活性炭的主要作用是去除在之前水处理中未能去除的有机污染物及其他污染物。
臭氧的作用
   臭氧在饮用水处理工艺中有多种作用方式：预氧化、后氧化以及臭氧消毒。预氧化的作用主要有：去除臭和味、色度以及重金属和藻类，使水中胶体微粒脱稳，减少混凝剂的使用量，并可去除THMs等三致物质的母体物，同时也可将大分子有机物氧化为小分子产物，氧化无机物质如氰化扬、硝化物等。由于使用臭氧两产生的小分子有机物的同时会使水中可生物同化有机碳增加，导致水的生物稳定性变差，因此，在后氧化处理中一般不单独使用臭氧净化处理。臭氧一般与活性炭一起使用，其作用主要是杀死细菌和病毒，氧化有机物，如清洁剂、苯酚等；去除DOC等。由于臭氧在水中不稳定，臭氧作为消毒剂时，往往需要臭氧消毒后，投加少量氯或二氧化氯以维持消毒能力。
   活性炭臭氧法(GAC/O3)是在活性炭处理之前加入臭氧，进行臭氧氧化处理反应，降解水中有机污染物，将大分子有机物分解为小分子的中间产物，这些中间产物被活性炭吸附的同时，活性炭颗粒表面的微生物群落通过生物吸附和氧化降解提高了活性炭去除有机物的能力，同时也延长了活性炭的使用寿命。
现存问题
现阶段臭氧-活性炭处理中存在主要问题有两大类：臭氧作用下，有机消毒副产物和无机消毒副产物的产生；出水中微生物以及颗粒物含量对饮用水质的影响，出水中附着在颗粒物上未被灭活的微生物随颗粒物导致的二次污染等。
溴酸盐
    溴酸盐是溴酸（HBrO3）的盐类，难溶于水，受热易分解，是臭氧化含溴水消毒的一种副产物，它是一种强氧化剂。已经证明溴酸盐会导致肾病；在动物试验中发现，溴酸盐使动物细胞出现肿瘤。当人们终身饮用含溴酸根为5μg/L和0.5μg/L的应用水时，其致癌危险度分别为10^-4和10^-5。因此，溴酸盐已被国际癌症研究机构定为2B级潜在致癌物。我国《生活饮用水卫生标准》（GB 5749-2006）中明确要求，饮用水中的BrO3-含量不得高于10μg/L。
针对以上问题，控制溴酸盐的技术主要有加氨、降低pH值、去除氢氧自由基、改善反应器和臭氧催化氧化等。由于溴酸盐控制技术的缺陷，溴酸盐的去除技术应运而生，主要包括活性炭吸附去除法、离子交换法、零价铁还原去除法、紫外线照射法等。
甲醛
    臭氧在氧化水中的有机污染物时，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，即生成了许多的副产物。这些副产物中环氧衍生物、过氧化物和醛类是饮用水处理特别关注的。而由于环氧衍生物和过氧化物极不稳定且很难检测，目前水中还未曾检测出它们的存在，醛类则较容易被测出。醛类的代表产物甲醛，具有较强的毒性，对饮用水安全性构成一定威胁。
要控制饮用水处理过程中甲醛的产生量，可以通过控制进水中有机物浓度，从而减少甲醛的产生量。同时，根据工艺工程中臭氧投加量与甲醛产生量的关系，优化臭氧的投加量，在达到臭氧消毒、氧化效果的同时，控制甲醛的产生量。
生物安全性
   随着生物活性炭技术的越来越多的被使用，研究人员发现，不论是否布置有预臭氧单元，活性炭池出水中细菌的数量都会增加，微生物作用使活性炭上滋生大量细菌，这些细菌脱落进入出水，从而使得活性炭池出水中的细菌数普遍偏高，因此生物活性炭技术也在某些程度上降低了饮用水的微生物安全性。臭氧-活性炭深度处理技术可以有效的去除饮用水的微量有机污染物，但是随着活性炭中生物颗粒和非生物颗粒的积累，出水中的细菌数较多，并多与细小的活性炭颗粒一起流出，也在一定程度上降低了水源的微生物安全性。
要解决生物安全性可通过提高臭氧接触池效率，活性炭滤池的运行管理主要是控制过滤周期，在高温的夏季，微生物生长很快，应加强反冲频率，宜采用反冲洗3～4次/周；在特殊情况下，可能会1次/天。同时掌握好活性炭再生或者换碳周期，从而使出水中微生物的含量得到控制。同时也可添加膜工艺，控制最终出水中微生物和颗粒物的含量。

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