臭氧—生物活性炭工藝設計工程方法探析

趙艷 李燕楠

摘要：在現(xiàn)階段，常規(guī)的水處理工藝設計工程已不能滿足對水源的處理要求，研究水源的預處理工藝設計及其他水源處理工藝成為現(xiàn)代社會的一個重要方向。基于此，文章對臭氧-生物活性炭工藝設計工程方法進行了探討和分析。

關鍵詞：臭氧-生物活性炭；工藝設計工程；水中污染物；水處理工藝；臭氧氣源；活性炭池

中圖分類號：TU991 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）08-0013-02

基于生物活性炭技術上發(fā)展起來的臭氧-生物活性炭工藝是得到現(xiàn)代社會業(yè)界人士公認的去除水中污染物的有效處理措施。在許多水廠的改造過程中，臭氧-生物活性炭工藝的實施過程中最關鍵的工程環(huán)節(jié)是活性炭濾池池型的選擇和臭氧氣源的選擇，因為這二者關系到工程中資金的投入問題，所以必須在工藝設計工程方法中做好臭氧氣源和活性炭濾池池型的選擇工作，保證工程的順利實施。

1 臭氧-生物活性炭的工藝設計原理

所謂臭氧-生物活性炭技術的使用指的是在工作過程中將臭氧氧化并與活性炭工藝結合，主要的工作內容包括活性炭的吸附、臭氧的預氧化以及生物的降解等。在使用該技術時不僅能在活性炭的幫助下將臭氧氧化得到的有機物除去，活性炭還能將臭氧還原為氧氣，使臭氧的釋放量減少而增加氧氣的釋放量；同時在臭氧的供氧功能下，位于炭床中的好氧細菌進行大量的繁殖和生長，將活性炭吸附到的有機物進行分解以供其中的微生物生命活動所需，最終在生物降解作用中將其除去。此時，在炭床中既有活性炭的吸附作用，也有微生物的降解作用，大大增加了活性炭的吸附作用，遠遠地超過了吸附等溫線時的規(guī)定標準，從而使活性炭的工作周期增長，在一定程度上降低了運行的費用。

2 活性炭吸附池設計方法

2.1 活性炭吸附V型濾池的工作方法

活性炭吸附V型濾池的工作方法與其他的V型砂濾池具有相似的工作原理，只是在該過程中用活性炭層代替了其中的砂濾層，但活性炭比砂層厚，并且在工作過程中采用較多的活性炭顆粒，從而在一定程度上增加了活性炭的工作周期。同時在該施工的反沖洗時，活性炭層不發(fā)生膨脹，故活性炭在深度方向上的粒徑保持一定的均勻度，不會出現(xiàn)水力的分級現(xiàn)象，提高吸附層的含污能力。在活性炭V型濾池的工作過程中必須對反洗能力進行保證，它是懸浮物和微生物產生的粘液不堵塞活性炭層的有效保障。

2.2 活性炭吸附翻板濾池的工作方法

活性炭吸附翻板濾池的工作方法與其他氣水反沖型的濾池一致即原水在通過進水區(qū)并經過溢流堰后才緩緩地流進濾池。在重力的作用下，水穿過濾料層，在恒水頭被過濾之后進入積水室。在濾池的反洗工作中，必須先將進水閥門關閉，接著將氣沖、氣水沖、水沖這幾個階段的閥門進行對應的操作，在重復該工作兩次后將排水舌閥關閉，打開進水閥門，使過濾恢復到正常。在不斷的技術革新中翻板濾池取得了一定的技術革新，在排水系統(tǒng)等方面取得了明顯的進步，從而使得該濾池的水質較高，反沖洗效果高，同時能降低耗水量和運行周期等。

2.3 炭吸附池池型上向流的工作方法

活性炭使用上向流的方法，一方面使炭層的厚度增加，在一定程度上增加了吸附量。在膨脹床的作用下，能夠使炭粒在上升的水流中進行懸浮，同時加快炭粒表面的水流，增強炭粒對水中污染物的處理能力，充分發(fā)揮吸附作用，使得有毒副產物的量減少。另一方面能夠使臭氧化水質濾池表面的路徑增加，同時臭氧還可以與活性炭或其他的物質發(fā)生化學反應，消耗余下的臭氧，對臭氧的溢出進行了有效的控制。此外，采用向上流活性炭能減少池水頭的損失，在沖洗過程中可用氣沖的方式，對沖洗次數(shù)的減少以及工程投資的節(jié)約起到一定的作用。

吸附池中活性炭使用上向流必須對該種池型中的生物膜進行考慮，因為在該生物膜上形成的生物較多，在這些微生物中有一定比例的致病菌。此外，劍水蚤等具有較強抗性的微生物在經過常規(guī)水處理后還能存活，所以活性炭池易出現(xiàn)生物泄漏的情況?；诖耍仨氃谠摮睾蠼由盀V池，對活性炭池中脫落的生物膜進行處理，并可以在臭氧的幫助下凈化渾濁度，成為最后的屏障。

就目前的情況而言，在國內的水源的凈化過程中選擇活性炭吸附池池型的過程中更多地傾向于翻板濾池或者向上流活性炭吸附池。在具體的設計過程中可以根據(jù)實際情況，在效率、投資以及運行中進行比較后確定方法。

3 臭氧發(fā)生器氣源的選擇方法

3.1 壓縮空氣氣源

所謂壓縮空氣氣源主要是在相關設備諸如凈氣設備、冷凝設備以及鼓風機等的準備下，將已經處理過的空氣送入到制定的發(fā)生器中，從而獲得臭氧。將空氣當作臭氧發(fā)生器的過程中對空氣的質量要求相對較高。所以必須對進入發(fā)生器之前的空氣進行一些處理，諸如除濕、除塵、除油及污染物等。同時為了保證空氣與水處理過程中的相關要求，必須對空氣進行壓縮處理，將因壓縮機給臭氧發(fā)生器及水處理流程帶來的污染物進行處理。按照使用的干燥劑的不同將其分為壓力再生式和加熱再生式。將空氣作為氣源的最大優(yōu)勢在于獲取容易并且廉價，但是其缺點也比較明顯，那就是在發(fā)生器內臭氧的濃度比較低，通常情況下僅為3%，效率較低，需要較高的能耗和電耗。

3.2 液氧作為氣源

在工作過程中不需要任何制氣設備，只需要對制氧廠家的制氧罐進行租用，購買液氧即可。由于在該過程中用純氧作為氣源，所以臭氧的濃度較高，一般情況下能達到10%，甚至更高。

3.3 現(xiàn)場制氧

現(xiàn)場制氧常用兩種方式即由租用設備的制氧廠家負責和由購買設備的水廠自行負責。在工作現(xiàn)場將租用或者購買的設備進行安裝，及時地將制造的純氧供給臭氧發(fā)生器使用，這樣能夠獲得高濃度的臭氧，純度能夠達到99%以上，還需要補充一部分氮氣，也可以補充部分空氣。

對空氣的分離常采用變壓或者變真空措施，在高選擇性能的吸附床的作用下，針對不同的壓力，氮氣被優(yōu)先吸附，同時能夠實現(xiàn)氧氣的富集。在國內引進先進技術和設備的情況下，在生產1m3氧氣約耗電0.3～0.4kW·h。采用該方法能夠在常壓下制得90%～93%的氧氣，同時輸出壓力也保持在常壓附近。在壓力不足的情況下可通過壓力泵增加所需要的壓力并將其供給臭氧發(fā)生器。在分子篩達到飽和后，將以真空方式將被吸附的氮氣解析同時進行再生產，隨后將壓力恢復到吸附狀態(tài)。

用氧氣代替空氣作為生產臭氧的主要氣源時，能夠有效地提高臭氧發(fā)生器的生產效率。使其濃度達到6%～10%。從設備運行的角度而言，租用制氧設備或者購買制氧設備具有較為明顯的優(yōu)勢，這主要是因為場內所有設備都是租用的，不需要對任何技術問題進行考慮，在正常的生產過程中設備的維修和管理都是保證正常生產的關鍵，對制氧設備而言更甚。比如多數(shù)產品需要維修的次數(shù)為每年一次，時間需要1～2周，此外，在制氧過程中閥門使用次數(shù)較高，對閥門的要求極高。

4 結語

對于臭氧-生物活性炭工藝而言，活性炭濾池池型與臭氧氣源的選擇對工藝的設計具有重要的影響，所以必須根據(jù)水廠建設的具體情況選擇合適的氣源和池型。通常情況下，活性炭濾池池型的選擇主要有V型濾池、翻板濾池、上向流濾池，必須根據(jù)投資、效率以及成本綜合考慮后確定。

（責任編輯：秦遜玉）