張金松1，李仲欽2
（1.深圳市水務(wù)[集團(tuán)]有限公司，深圳518031；2.南海海洋工程勘察與環(huán)境研究院，廣州510300）

　　摘要：概述國(guó)內(nèi)外臭氧化-生物活性炭的發(fā)展歷史，分析和介紹國(guó)內(nèi)外該工藝技術(shù)應(yīng)用的典型案例，并指出臭氧化-生物活性炭工藝當(dāng)前的技術(shù)難點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。
　　關(guān)鍵詞：臭氧；活性炭；臭氧化-生物活性炭；消毒副產(chǎn)物；致病微生物

1. 引　 言

　　隨著世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，飲用水的衛(wèi)生和安全也受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注。由于水源污染日趨嚴(yán)重，水微量分析技術(shù)不斷進(jìn)步，在飲用水中越來(lái)越多的有機(jī)、有毒污染物被檢測(cè)出來(lái)，并通過(guò)流行病學(xué)調(diào)查研究和對(duì)污染物毒理學(xué)的驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)某些污染物與居民發(fā)病率具有密切的相關(guān)性，從而更引起了人們對(duì)飲用水安全的高度重視。
　　在美國(guó)，六十年代初曾對(duì)30個(gè)大城市、11590個(gè)城鎮(zhèn)的飲用水進(jìn)行調(diào)查，調(diào)查指出，飲用經(jīng)氯化以后的地表水可能對(duì)人體健康造成潛在危險(xiǎn)。在1974～1977年間，美國(guó)環(huán)保局又組織了兩次全國(guó)性的調(diào)查，一次是調(diào)查80個(gè)城市的飲用水中4種鹵代烴濃度，并對(duì)10個(gè)城市飲用水中所含的有機(jī)物質(zhì)作了詳細(xì)的分析；另一次是調(diào)查俄亥俄，印地安納、伊利諾斯、威斯康星、明尼蘇達(dá)、密執(zhí)安等州的83個(gè)城市飲用水中三鹵甲烷的存在情況。調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，飲用水的有機(jī)污染已遍及整個(gè)美國(guó)¹。德國(guó)、英國(guó)、加拿大等國(guó)也調(diào)查了城市地下水及地面水加氯消毒后揮發(fā)性鹵代烴的存在情況，并根據(jù)調(diào)查結(jié)果修訂了本國(guó)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。隨著這些研究和調(diào)查的不斷深入，人們逐漸認(rèn)識(shí)到，常規(guī)的混凝沉淀－砂濾－投氯消毒處理技術(shù)不能充分保障飲用水的衛(wèi)生與安全，因此，以去除水中有機(jī)污染物為目標(biāo)的飲用水深度凈化技術(shù)得到日益廣泛的研究和應(yīng)用。臭氧與活性炭聯(lián)用的飲用水除污染新技術(shù)，即臭氧化－生物活性炭處理工藝，以其氧化性強(qiáng)、副產(chǎn)物少、吸附與降解效果顯著等特點(diǎn)，日益受到重視，并迅速地從理論研究走向?qū)嶋H應(yīng)用。
　　與此同時(shí)，飲用水中隱孢子蟲(chóng)、賈第蟲(chóng)等新的致病微生物因子不斷出現(xiàn)，嚴(yán)重影響飲用水的生物學(xué)安全。70年代以來(lái)，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家暴發(fā)了多起由賈第蟲(chóng)、隱孢子蟲(chóng)等致病原生動(dòng)物，引起的較大規(guī)模水介流行病。鑒于這兩種致病原生動(dòng)物已經(jīng)構(gòu)成對(duì)飲用水微生物安全的主要危脅，各國(guó)相繼開(kāi)展水源水、出廠中賈第蟲(chóng)、隱孢子蟲(chóng)的監(jiān)測(cè)，修訂飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，并開(kāi)展相關(guān)的工藝技術(shù)研究，其中值得注意的是臭氧化-生物活炭深度處理技術(shù)對(duì)這兩種致病原生動(dòng)物具有很好處理效果。臭氧對(duì)隱孢子蟲(chóng)卵囊的滅活能力明顯高于游離氯和氯氨。在1mg/L臭氧、接觸5分鐘可以對(duì)隱孢子蟲(chóng)卵囊滅活90%，而達(dá)到同樣的去除率，則需要80mg/L的自由氯和氯氨接觸近90分鐘。這表明，除臭氧外，水廠通常使用的消毒劑不能用來(lái)滅活隱孢子蟲(chóng)卵囊2。粒狀活炭過(guò)濾去除賈第蟲(chóng)孢囊、隱孢子蟲(chóng)卵囊與砂濾池或雙層濾料濾池的效果大致相同 ³，也就是說(shuō)臭氧化-生物活性炭工藝中的炭濾可以在原有工藝的基礎(chǔ)上，增加一道安全屏障。臭氧化-生物活性炭技術(shù)的這一新的優(yōu)勢(shì)，使其應(yīng)用又呈現(xiàn)出更快的增長(zhǎng)勢(shì)頭。

2．臭氧化-生物活性炭技術(shù)發(fā)展概況

2.1 臭氧化技術(shù)的特點(diǎn)與應(yīng)用
　　臭氧是氧的同素異構(gòu)體，由3個(gè)氧原子組成，常溫常壓下是一種不穩(wěn)定的淡紫色氣體，并可自行分解為氧氣。它的密度是氧氣的1.5倍，在水中的溶解度是氧氣的10倍。臭氧具有極強(qiáng)的氧化能力，在水中氧化還原電位僅次于氟而居第二位。臭氧本身的特性決定了臭氧化技術(shù)具有以下特點(diǎn)：①臭氧由于其氧化能力極強(qiáng)，可去除其它水處理工藝難以去除的物質(zhì)；②臭氧化的反應(yīng)速度較快，從而可以減小反應(yīng)設(shè)備或構(gòu)筑物的體積；③剩余臭氧會(huì)迅速轉(zhuǎn)化為氧氣，既不產(chǎn)生二次污染，又能增加水中溶解氧；④在殺菌和殺滅病毒的同時(shí)，可除嗅、除味；⑤臭氧化有助于絮凝，可以改善沉淀效果。
　　自1785年由Van Marum發(fā)現(xiàn)臭氧后，1886年Meritens證實(shí)臭氧具有極強(qiáng)的殺菌能力4，本世紀(jì)初，開(kāi)始作為自來(lái)水的消毒凈化劑。隨后證明臭氧還可有效地去除水中的酚、氰、硫、鐵、錳，降低COD和BOD，并能脫色、除臭和殺藻。但由于臭氧設(shè)備費(fèi)和運(yùn)行費(fèi)較高，未能廣泛應(yīng)用。二次世界大戰(zhàn)后，臭氧發(fā)生器的研制取得很大進(jìn)展，其規(guī)模和效率也有了大幅度提高，特別是進(jìn)入20世紀(jì)70年代，臭氧化技術(shù)得到迅速發(fā)展，因此已成為水處理的重要手段之一⁵。
　　臭氧化技術(shù)應(yīng)用以歐洲大陸最為普遍。法國(guó)和瑞士臭氧化工藝的應(yīng)用有著悠久的歷史，臭氧化設(shè)備也居世界領(lǐng)先地位；德國(guó)全國(guó)85%的水廠采用了臭氧深度處理技術(shù)。目前這些國(guó)家在臭氧化技術(shù)發(fā)展的進(jìn)程中仍處在世界前列。在70年代，世界上約有1039座水廠應(yīng)用了臭氧消毒技術(shù)，而其中有近1000座位于歐洲。到90年代，應(yīng)用臭氧技術(shù)的水廠在歐洲已達(dá)近2000家左右，成為世界上最集中的地區(qū)。與此同時(shí)，多種復(fù)合型臭氧水處理技術(shù)首先在這些國(guó)家得到開(kāi)發(fā)和正式投入生產(chǎn)應(yīng)用。
　　在美國(guó)、加拿大、澳大利亞等國(guó)家，臭氧技術(shù)的發(fā)展在60年代以來(lái)一直比較穩(wěn)定，但其應(yīng)用規(guī)模都比較小，到了80年代，這些國(guó)家在臭氧技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用上明顯加快了步伐。以美國(guó)為例，1977年，全美只有2個(gè)小型水廠應(yīng)用臭氧，進(jìn)入八十年代以來(lái)，由于美國(guó)環(huán)保局提出了新的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)出廠水和管網(wǎng)水的消毒作了更加嚴(yán)格的規(guī)定，同時(shí)又對(duì)減少水中的消毒副產(chǎn)物作出進(jìn)一步的限制，這雙重的壓力迫使國(guó)內(nèi)的水廠不得不考慮采用臭氧化、強(qiáng)化混凝和生物過(guò)濾等技術(shù)來(lái)達(dá)到供水要求。因而臭氧化深度處理技術(shù)改造已在全國(guó)范圍內(nèi)興起，。1989年，有55座采用臭氧化工藝的水廠投入運(yùn)行，進(jìn)入新千年，美國(guó)已有200余座水廠已經(jīng)應(yīng)用了臭氧化技術(shù)，還有許多類似的水廠則正在設(shè)計(jì)或建設(shè)之中⁶。
　　為了提高臭氧氧化的效果，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外逐漸開(kāi)展了臭氧與H2O2、UV聯(lián)合氧化工藝的研究，發(fā)現(xiàn)在H2O2或UV存在下，一些與臭氧不能直接反應(yīng)的有機(jī)物得以氧化，但氧化的效果則與有機(jī)物的種類和水的pH值等密切相關(guān)，因而這一工藝尚難以實(shí)際應(yīng)用⁷。目前，解決飲用水微污染問(wèn)題的有效途徑之一是在對(duì)原水進(jìn)行臭氧化以后，再進(jìn)行過(guò)濾吸附處理，特別是臭氧化與粒狀活性炭結(jié)合使用。
2.2 活性炭吸附特性與凈水工藝
　　活性炭通常是以木質(zhì)、煤質(zhì)果殼（核）等含碳物質(zhì)為原料，經(jīng)化學(xué)活化或物理活化過(guò)程制成。活性炭微孔發(fā)達(dá)，孔徑10-105A°，擁有巨大的比表面積，一般700～1600m2/g。因此，活性炭具有很強(qiáng)的吸附能力，在凈水過(guò)程中對(duì)水中有機(jī)物、無(wú)機(jī)物、離子型或非離子型雜質(zhì)都能有效去除。西歐一些水廠使用顆粒活性炭，平均可降低水中20～30％的總有機(jī)碳。一般活性炭對(duì)溶解性有機(jī)物吸附的有效范圍為：分子大小在100A0～1000A0之間；分子量400以下的低分子量的溶解性有機(jī)物。極性高的低分子化合物及腐殖質(zhì)等高分子化合物難于吸附。有機(jī)物如果分子大小相同，則芳香族化合物較脂肪族化合物易于吸附，支鏈化合物比直鏈化合物易于吸附1。
　　活性炭的應(yīng)用是從消除水中嗅味的實(shí)踐開(kāi)始的。由于具有發(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積，活性炭能有效地吸附產(chǎn)生嗅味的有機(jī)物，美國(guó)早在20世紀(jì)20年代就用粉末炭（PAC）去除水中由藻類產(chǎn)生的季節(jié)性嗅味，采用的工藝流程如圖1所示：

　　其工藝特點(diǎn)是：使用PAC以混懸吸附方式除去水中產(chǎn)生嗅味的污染物。一般PAC與混凝劑同時(shí)投加，并在同一個(gè)混合池和反應(yīng)池中混合、吸附、絮凝，然后在沉淀池中沉淀除去。由于PAC作業(yè)條件惡劣，污泥處置困難，失效PAC的再生問(wèn)題難以解決等原因，在水處理中逐漸被粒狀活性炭（GAC）所取代，工藝流程如圖2所示：
　　

　　流程a的工藝特點(diǎn)是，以GAC取代部分砂濾層，GAC濾層起著過(guò)濾和吸附的雙重作用。GAC不僅能有效地去除水中產(chǎn)生嗅味的有機(jī)污染物，還能有效地去除烴類、芳烴類、酯類、胺類、醛類、醚類等多種有機(jī)污染物。GAC去除嗅味的使用壽命很長(zhǎng)，一般為２年左右，但其去除色度和THMS 的壽命則很短，約為幾個(gè)月。而去除氯仿萃取物的有效壽命則介于兩者之間。
　　流程ｂ的工藝特點(diǎn)是，在砂濾池之后加設(shè)GAC濾池，此時(shí)砂濾主要是過(guò)濾作用，除去沉淀池水中的細(xì)小絮凝體，這樣可保護(hù)其后的活性炭顆粒的孔隙不致被懸浮顆粒堵塞，使之更有效地去除溶解性的污染物，這樣有利于延長(zhǎng)活性炭使用壽命。
　　進(jìn)入本世紀(jì)六十年代以來(lái)，由于全球性的環(huán)境問(wèn)題日益加劇，飲用水水源的有機(jī)污染成為威脅飲用水安全的主要因素之一，人們逐漸把注意從僅僅去除水中嗅味轉(zhuǎn)移到去除致癌、致畸、致突變的有機(jī)物上來(lái)，而活性炭去除有機(jī)物的壽命遠(yuǎn)低于去除嗅味的壽命，因而水處理的費(fèi)用大大提高，人們開(kāi)始尋求強(qiáng)化活性炭的凈化效能、延長(zhǎng)其使用壽命的途徑。臭氧與活性炭聯(lián)用的處理技術(shù)，臭氧化－生物活性炭技術(shù)由此應(yīng)運(yùn)而生。

3．臭氧化-生物活性炭技術(shù)的研究與應(yīng)用

3.1 臭氧化--生物活性炭技術(shù)的發(fā)展過(guò)程
　　從六十年代末開(kāi)始?xì)W美發(fā)達(dá)國(guó)家在飲用水處理中較普遍地采用了活性炭，以進(jìn)一步去除水中的有機(jī)污染物，這時(shí)活性炭處理前多采用預(yù)氯化。在此情況下，炭床進(jìn)水中含有游離氯，微生物的生長(zhǎng)受到抑制，炭床中沒(méi)有明顯的生物活性。
　　臭氧化與活性炭吸附的第一次聯(lián)合使用是1961年在德國(guó)Dusseldorf 市Amstaad水廠中開(kāi)始的8。由于該廠水源--萊茵河水質(zhì)不斷惡化，原有的河岸過(guò)濾→臭氧化→過(guò)濾→加氯的工藝已不能滿足要求，為了提高出水水質(zhì)，進(jìn)一步消除嗅味，在過(guò)濾后又加上了活性炭吸附。該流程與當(dāng)時(shí)一般采用的預(yù)氯化活性炭流程相比較，出水水質(zhì)明顯提高，炭的使用周期大為延長(zhǎng)。此后，經(jīng)過(guò)多年的使用和研究，逐漸認(rèn)為炭床中大量生長(zhǎng)的微生物所具有的生物活性是處理效率提高和炭使用周期延長(zhǎng)的主要原因。
　　以預(yù)臭氧化代替預(yù)氯化，可以使水中一些原來(lái)不易生物降解的有機(jī)物變成可生物降解的有機(jī)物，臭氧化的同時(shí)還可提高水中溶解氧的含量。此外，水中溶解臭氧的濃度很低，自分解速度又快，活性炭對(duì)溶解臭氧有催化分解作用，因此不會(huì)抑制床中微生物的生長(zhǎng)，與預(yù)氯化時(shí)的情況完全不同。上面這些因素都可促進(jìn)床中微生物的生長(zhǎng)。在適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)和運(yùn)行條件下，活性炭床中保持好氧狀態(tài)，在炭粒表面生長(zhǎng)著大量的好氧微生物，充分發(fā)揮了它們對(duì)有機(jī)物的分解作用，顯著地提高了出水水質(zhì)，并延長(zhǎng)了活性炭的使用周期，由于這種活性炭具有明顯的生物活性，后來(lái)被稱之為生物活性炭。
　　法國(guó)是最早在給水處理廠應(yīng)用臭氧化技術(shù)的國(guó)家，臭氧化-雙過(guò)濾技術(shù)是其工藝特色。Rouen La Chapella水廠以地下水為原水，處理能力５萬(wàn)m3/d，由于水體污染以及地下水的過(guò)度開(kāi)采，導(dǎo)致水中氨氮、鐵、錳和有機(jī)污染物濃度過(guò)高。為解決這些問(wèn)題，1976年飲用水深度凈化設(shè)施投入使用，該工藝采用兩階段臭氧化流程9。水經(jīng)過(guò)預(yù)臭氧化（接觸時(shí)間為4min，平均臭氧投量0.5mg/l），進(jìn)入雙層濾池，濾料采用石英砂和活性炭。之后進(jìn)行后臭氧化（水力停留時(shí)間10min，投量為0.6mg/l），然后安全投氯。處理后以有機(jī)物的綜合指標(biāo)衡量，去除率可達(dá)50％以上，而臭氧化與雙層過(guò)濾對(duì)去除揮發(fā)性有機(jī)氯化物效果也很顯著。
　　瑞士使用臭氧處理地下水和地表水已有近半個(gè)世紀(jì)的歷史，最大的蘇黎世Lengg水廠處理能力25萬(wàn)m3/d。該水廠將臭氧和活性炭結(jié)合使用，以去除水中的有機(jī)污染物10。臭氧的投加方式為預(yù)臭氧化和中間臭氧化，其投加總量為3.0mg/l。通過(guò)取消預(yù)氯化，消除了飲用水的鹵仿、醛和酮類物質(zhì)。預(yù)臭氧化的投量為0.4～2ｍｇ／l，對(duì)水進(jìn)行消毒，同時(shí)消除藻類，部分地去除色度和嗅味，并控制總?cè)u甲烷（THMS）的生成。中間臭氧化可氧化水中的有機(jī)物質(zhì)，并再次消毒，其氧化產(chǎn)物為易生物降解的小分子有機(jī)物。由于生物作用，活性炭的使用周期可由１年延長(zhǎng)到３～５年。
　　這些國(guó)家臭氧化－生物活性炭技術(shù)的應(yīng)用，為我國(guó)飲用水深度凈化工藝技術(shù)研究提供了有益的借鑒，對(duì)我國(guó)開(kāi)發(fā)具有中國(guó)特色的臭氧化－生物活性炭技術(shù)起到積極的促進(jìn)作用。
3.2 國(guó)內(nèi)應(yīng)用概況
　　我國(guó)自七十年代以來(lái)開(kāi)始對(duì)臭氧化--生物活性炭進(jìn)行研究，在八十年代初，先后建成一批應(yīng)用該工藝的深度凈化水廠。
　　北京田村山水廠是我國(guó)較早采用臭氧化－生物活性炭技術(shù)的現(xiàn)代化水廠11，處理水量為17萬(wàn)m3／d，1985年投產(chǎn)，是北京市第一座取用地表水源（官?gòu)d水庫(kù)）的凈水廠。由于水源污染較重，嗅味、色度、有機(jī)物和氨氮濃度都較高，因此1984年以來(lái)原水經(jīng)常規(guī)處理后，又進(jìn)行了臭氧化－生物活性炭深度凈化。臭氧的設(shè)計(jì)投加量為2mg/l，接觸反應(yīng)時(shí)間10min，活性炭濾池炭層厚1.5ｍ，濾速為10m/hr。出水水質(zhì)：色度＜５度，無(wú)異嗅和異味，濁度＜2NTU，NO2—－N由0.03降到0.01mg/l，CODMn由4mg/l降至3mg/l左右。該水廠的工藝流程見(jiàn)圖3。由于臭氧設(shè)備全套從日本引進(jìn)，運(yùn)行維護(hù)困難，加之后來(lái)水源由官?gòu)d改用密云水庫(kù)，水質(zhì)有了很大改善，所以臭氧系統(tǒng)經(jīng)常處于停機(jī)狀態(tài)。

　　大慶石化總廠、吉林前郭煉油廠根據(jù)哈爾濱建筑大學(xué)小試和中試結(jié)果，對(duì)生活飲用水系統(tǒng)現(xiàn)有常規(guī)處理工藝進(jìn)行深度凈化改造，規(guī)模分別為2萬(wàn)m3／d和1萬(wàn)m3／d，改造后的工藝流程見(jiàn)圖4。實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，深度凈化后COD可由濾后水的4-6 mg/L，降至2.5 mg/L以下；在色質(zhì)聯(lián)機(jī)總離子流色譜圖上，深度凈化后水中有機(jī)物的濃度大幅度下降，有機(jī)物種類顯著減少；水的濁度和色度由濾后水的4.6度和10度，降至接近0度，水質(zhì)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平¹²。

　　昆明市自來(lái)水公司針對(duì)滇池水源低濁高藻特征，1996年底在第六水廠南分廠應(yīng)用了臭氧化-生物活性炭處理工藝，規(guī)模10萬(wàn)m3／d，原水經(jīng)過(guò)混凝、氣浮、過(guò)濾后，進(jìn)行臭氧接觸反應(yīng)、生物活性炭過(guò)濾，臭氧接觸10min，生物活性炭濾池濾速8.27m/hr。運(yùn)行投產(chǎn)后，出廠水濁度低于0.5NTU，色度小于5度；UV254，CODMn的去除率分別為42%和50%。該工藝對(duì)提高水質(zhì)發(fā)揮了積極作用¹³。
　　除此之外，九江煉油廠生活水廠、上海周家渡水廠、北京燕山石化公司動(dòng)力分廠、南京煉油廠生活水廠也分別采用了臭氧化－生物活性炭工藝進(jìn)行飲用水深度凈化，均取得很好的處理效果。
3.3 臭氧化-生物活性炭技術(shù)的研究熱點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì)
　　根據(jù)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和水源污染的現(xiàn)狀，在常規(guī)處理的基礎(chǔ)上，通過(guò)臭氧化－－生物活性炭進(jìn)行深度凈化，已成為國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)解決健康飲水問(wèn)題的迫切需要，但是，盡管臭氧化－生物活性炭工藝已有一定規(guī)模的實(shí)際應(yīng)用，針對(duì)該技術(shù)國(guó)內(nèi)外也進(jìn)行了大量的研究工作，但目前仍存在一些理論和實(shí)踐上的問(wèn)題，影響著對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的深入研究和推廣應(yīng)用，因而亟待解決。
　　臭氧投加方式、投加量的優(yōu)化與接觸反應(yīng)設(shè)備效能的提高，是當(dāng)前臭氧化-生物活性炭工藝應(yīng)用中一個(gè)難點(diǎn)。臭氧投加的位置分為預(yù)臭氧（又稱前臭氧，在混凝前投加）、主臭氧（又稱中間臭氧，在混凝后、過(guò)濾前投加）、后臭氧（在過(guò)濾后投加），其作用各不相同。選擇合理的投加位置，并對(duì)投量進(jìn)行優(yōu)化分配，在工程應(yīng)用之前應(yīng)慎重考慮。對(duì)原水水質(zhì)全面的和較長(zhǎng)時(shí)段的分析與調(diào)查，十分必要。只有對(duì)水中消耗臭氧的有機(jī)物和還原性物質(zhì)有了量化的把握，并在此基礎(chǔ)上測(cè)定臭氧初始需求量，才能作為工程設(shè)計(jì)的依據(jù)。在深度凈化設(shè)施投入運(yùn)行后還要結(jié)合臭氧的接觸反應(yīng)方式，對(duì)接觸反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行化學(xué)衡算。水中和尾氣中剩余臭氧的在線測(cè)定，對(duì)于分析接觸反應(yīng)裝置效率和確定臭氧的最佳投加量非常重要，這已在深圳預(yù)臭氧化的工程實(shí)踐得到充分證明¹⁴。
　　臭氧化副產(chǎn)物和臭氧化出水AOC（可同化有機(jī)碳）升高，已成為臭氧化技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。近年來(lái)的研究表明，臭氧化會(huì)形成溴酸鹽、甲醛等一些有害副產(chǎn)物¹⁵。當(dāng)水中含有Br-時(shí)，臭氧可氧化Br-為亞溴酸鹽、溴酸鹽、溴仿等溴化有機(jī)副產(chǎn)物。溴酸鹽被國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)列為可能對(duì)人體致癌的化合物，WHO建議飲用水中溴酸鹽最大含量為25μg/L，美國(guó)EPA規(guī)定現(xiàn)階段溴酸鹽的最大污染物水平為10μg/L¹⁶。如何控制出水中溴酸鹽，成為臭氧化技術(shù)應(yīng)用要考慮的一個(gè)重要問(wèn)題，目前國(guó)外主要是采取臭氧多點(diǎn)投加、改變水的化學(xué)條件¹⁷、生物過(guò)濾¹⁸等方法來(lái)減少溴酸鹽的生成。AOC是自來(lái)水管網(wǎng)中細(xì)菌再次繁殖的重要因素，也是管壁生長(zhǎng)生物膜，管道腐蝕結(jié)垢的主要原因之一¹⁹。臭氧化有機(jī)物的中間產(chǎn)物醛、酮、羧酸等使水中的AOC明顯升高，采用適宜的臭氧投加量并結(jié)合生物過(guò)濾是控制臭氧化出水中AOC的主要途徑²⁰。
　　在臭氧化-生物活性炭工藝中，活性炭的選擇、再生的方式，以及生物活性炭的出水生物安全性一直為研究和設(shè)計(jì)人員所關(guān)注。商品活性炭的性能指標(biāo)主要有碘吸附值、亞基甲藍(lán)吸附值和機(jī)械強(qiáng)度等，前兩項(xiàng)指標(biāo)代表了活性炭表面微孔數(shù)量的多少，但并不能反映活性炭對(duì)水中有機(jī)物的處理能力，活性炭在選用之前還要結(jié)合具體水質(zhì)進(jìn)行靜態(tài)吸附試驗(yàn)、動(dòng)態(tài)穿透試驗(yàn)等，試驗(yàn)程序、裝置十分復(fù)雜，需要時(shí)間較長(zhǎng)21。如能利用膜技術(shù)、生物技術(shù)對(duì)水中有機(jī)物分布、活性炭表面性質(zhì)進(jìn)行微觀分析，快速地選炭，將是一個(gè)有益的嘗試。生物活性炭通常使用3-5年后就要更換，這部分費(fèi)用在深度凈化運(yùn)行成本中約占30%。活性炭的的再生方法主要是加熱再生和化學(xué)再生，這些再生方法設(shè)備昂貴，操作復(fù)雜，因而采用臭氧化-生物活性炭工藝的實(shí)際水廠一般不考慮再生。隨著生物技術(shù)的不斷進(jìn)步，以及原水中有機(jī)物污染物的濃度和數(shù)量的增加，生物再生將是一種很有潛力的再生方法1。生物活性炭上附著生長(zhǎng)的微生物對(duì)水中的有機(jī)物起到降解作用，同時(shí)在水流的沖刷下，一部分細(xì)菌從活性炭脫離進(jìn)入水中，對(duì)水的生物安全性構(gòu)成潛在威脅。國(guó)外通常是生物活性炭濾池后接石英砂濾池，或采用炭砂雙層濾池截留細(xì)菌。但對(duì)炭濾出水安全性的系統(tǒng)評(píng)估，后續(xù)工藝的合理優(yōu)化則是今后我們?cè)诔粞趸锘钚蕴抗に噾?yīng)用時(shí)必須面對(duì)和解決的問(wèn)題。此外，控制THMs生成和減少反應(yīng)副產(chǎn)物、最佳工藝條件和反應(yīng)裝置結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)，與其它氧化技術(shù)的優(yōu)化組合等也值得進(jìn)一步研究。
　　生物活性炭與臭氧的聯(lián)用技術(shù)近年來(lái)呈現(xiàn)出一些新的特點(diǎn)。2000年底投產(chǎn)的香港牛潭尾水廠的兩階段臭氧化和生物濾池，代表了當(dāng)今水處理技術(shù)的發(fā)展方向。在微污染水源條件下，該水廠采用的兩階段臭氧化技術(shù)包括預(yù)臭氧化和中間臭氧化，可以有效殺滅水中隱孢子蟲(chóng)等致病微生物，同時(shí)氧化水中的溶解有機(jī)物，將水中殘留的有機(jī)物轉(zhuǎn)化成可生化形式，并保證生物濾池的好氧需要，為生物濾池去除氨氮?jiǎng)?chuàng)造有利條件。生物濾池采用活性炭濾料，在水質(zhì)變化時(shí)，人工投加一些營(yíng)養(yǎng)元素，并對(duì)水質(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以保持其生物活性22。傳統(tǒng)的生物活炭是在運(yùn)行中自然形成的，現(xiàn)在已開(kāi)始利用生物工程技術(shù)篩選、培養(yǎng)工程菌，經(jīng)過(guò)富營(yíng)養(yǎng)到貧營(yíng)養(yǎng)反復(fù)馴化，使之能夠在含微量有機(jī)污染物的水中生存，并通過(guò)物理吸附方式固定在活性炭上，從而使生物活性炭具有長(zhǎng)期穩(wěn)定的有機(jī)物去除率，使用壽命延長(zhǎng)到4年以上²³。

　　 總之，臭氧化—生物活性炭技術(shù)無(wú)疑是一種新型高效的水處理工藝方法，尤其是對(duì)去除當(dāng)前水源普遍存在的有機(jī)微污染具有顯著的效果和推廣應(yīng)用的價(jià)值，隨著實(shí)踐過(guò)程的不斷改進(jìn)提高，必將飲用水深度凈化領(lǐng)域中發(fā)揮更大的作用。

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作者簡(jiǎn)介：張金松 博士，教授級(jí)高工，主要從事飲用水深度凈化、水處理工藝技術(shù)等方面的研究工作。

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