臭氧活性炭工藝中溴酸鹽的控制研究進(jìn)展

溫冬花，李緒瑞

（德州市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測中心站，山東 德州 253000）

當(dāng)前，我國社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，水資源污染問題卻愈發(fā)嚴(yán)重，水中大分子有機(jī)物的種類越來越多，這給飲用水處理行業(yè)帶來了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。給水廠傳統(tǒng)的混凝-沉淀-過濾-消毒工藝已經(jīng)不能滿足《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006）中的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，因此對飲用水進(jìn)行深度處理勢在必行。臭氧活性炭工藝能夠處理大分子有機(jī)物等，因此在給水廠深度處理工藝中被廣泛應(yīng)用。

臭氧活性炭工藝是指利用臭氧將水中的大分子有機(jī)物氧化成小分子有機(jī)物，然后由活性炭對小分子物質(zhì)進(jìn)行吸附生物降解。任何一種凈水技術(shù)都有其局限性，臭氧活性炭工藝也不例外，如果對其不加以深入研究往往會帶來不可估量的損失。因此，本文首先介紹了臭氧活性炭工藝的優(yōu)點(diǎn)，然后對其溴酸鹽的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行分析，使人們深入認(rèn)識臭氧活性炭工藝，最后綜述了臭氧活性炭工藝中的溴酸鹽控制研究。

1　臭氧活性炭工藝的優(yōu)點(diǎn)

圖1為臭氧活性炭工藝處理流程，混凝過程通過投加混凝劑使水中的膠體物質(zhì)凝聚成大顆粒，在沉淀池中利用重力作用對其進(jìn)行去除，這兩個過程能夠使水中的膠體、細(xì)菌等物質(zhì)得到一定去除。在沉淀池不能靠重力去除的細(xì)小顆粒進(jìn)入濾池，懸浮顆粒在濾料孔隙中發(fā)生沉淀、慣性、截阻、分子擴(kuò)散與水動力這五種作用，從而得以去除?；炷⒊恋?、過濾對水源水中的大分子有機(jī)污染物去除率很低，常規(guī)處理工藝增加臭氧活性炭工藝以后，臭氧能夠?qū)⒋蠓肿佑袡C(jī)物氧化分解成小分子物質(zhì)。活性炭濾池濾料為顆?；钚蕴浚w?；钚蕴烤哂斜缺砻娣e大、孔隙率高等優(yōu)點(diǎn)，臭氧氧化后的小分子有機(jī)物在活性炭濾池中得到去除。臭氧活性炭工藝具有以下優(yōu)點(diǎn)。

圖1　臭氧活性炭工藝處理流程

1.1　臭氧消毒

臭氧本身就是一種消毒劑，臭氧的氧化作用極強(qiáng)，對水中的細(xì)菌、病原菌、卵囊等具有很強(qiáng)的滅活作用。

1.2　除藻

水源水中若含有藻類，將會降低混凝效率同時也會堵塞濾池，從而降低水廠的運(yùn)行效率影響出水水質(zhì)。臭氧能夠殺死或抑制藻類的活性，改善水廠出水水質(zhì)。

1.3　控制氯化消毒副產(chǎn)物

臭氧預(yù)氧化能夠破壞水中三氯甲烷的前驅(qū)物，從而降低氯化消毒副產(chǎn)物的生成量。

1.4　去除有機(jī)物

臭氧能夠?qū)⒋蠓肿佑袡C(jī)物氧化分解成小分子有機(jī)物，小分子有機(jī)物在活性炭濾池中得以去除。

1.5　臭氧與活性炭相互促進(jìn)作用

臭氧自身氧化分解產(chǎn)生氧氣，能夠增加水中的溶解氧濃度，從而提高了生物活性炭濾池中的微生物活性。

臭氧活性炭工藝在我國水廠深度處理中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，表1列舉了幾個我國利用臭氧活性炭工藝進(jìn)行深度處理的水廠。

表1　臭氧活性炭工藝在我國水廠中的應(yīng)用

2　溴酸鹽產(chǎn)生機(jī)理分析

臭氧活性炭工藝在運(yùn)行的過程中會產(chǎn)生副產(chǎn)物溴酸鹽，溴酸鹽被國際癌癥研究機(jī)構(gòu)定為2B級潛在致癌物，因此飲用水處理中溴酸鹽的控制至關(guān)重要。溴酸鹽的產(chǎn)生與水源水初始溴離子濃度和臭氧接觸程度有關(guān)，劉芳蕾等進(jìn)行了中試試驗(yàn)研究，以評估使用臭氧活性炭工藝產(chǎn)生的溴酸鹽情況[1]。試驗(yàn)結(jié)果表明，初始溴離子濃度與臭氧接觸程度都會影響溴酸鹽的產(chǎn)生，初始溴離子濃度越高，臭氧接觸程度越大，產(chǎn)生的溴酸鹽濃度就越高。在相同的臭氧接觸程度下，增加初始溴離子的濃度能夠使溴酸鹽的增加一倍以上。《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006）中規(guī)定了溴酸鹽的濃度值為0.01 mg/L，因此明確溴酸鹽的產(chǎn)生機(jī)理是控制溴酸產(chǎn)生的前提。

溴酸鹽的生產(chǎn)作用機(jī)理分為臭氧氧化反應(yīng)和羥基自由基氧化反應(yīng)兩大類。式（1）為溴酸鹽產(chǎn)生的臭氧氧化反應(yīng)，式（2）、式（3）為溴酸鹽產(chǎn)生的羥基自由基反應(yīng)。式（1）的直接氧化反應(yīng)速度較慢，式（2）、式（3）的羥基自由基反應(yīng)速度非?？?。

3　臭氧活性炭工藝中溴酸鹽的控制研究

凈水廠在采用臭氧活性炭工藝時會產(chǎn)生致癌作用的溴酸鹽，袁煦等對采用臭氧活性炭工藝的國內(nèi)外水廠如何控制溴酸鹽的產(chǎn)生進(jìn)行了總結(jié)，主要工程措施有：合理選擇臭氧的投加量、優(yōu)化臭投加方式、添加催化劑、在工藝前端投加氨氮、降低pH值、投加H2O2[2]。

以東太湖為水源的吳江二水廠采用臭氧活性炭工藝，在運(yùn)行的過程中，人們發(fā)現(xiàn)其出廠水中溴酸鹽存在超標(biāo)的危險。閆慧敏等分析了水廠溴酸鹽超標(biāo)的主要影響因素，溴酸鹽超標(biāo)與該水廠進(jìn)水中溴離子濃度、pH、有機(jī)物濃度以及投加臭氧的濃度有關(guān)[3]。進(jìn)一步的小試試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著投加臭氧濃度的增加，出水中的溴酸鹽濃度也會變大。當(dāng)投加臭氧的濃度為0.008 7 mg/L時，出水中的溴酸鹽濃度接近于0.01 mg/L，因此可以通過控制臭氧的投加量來控制溴酸鹽的形成。

黃河水中的溴離子濃度較高，以黃河水為水源的水廠在采用臭氧活性炭工藝時，如果對其運(yùn)行條件控制不好，往往會出現(xiàn)溴酸鹽濃度超標(biāo)的危險。王永磊等設(shè)計(jì)了集臭氧預(yù)氧化-溶氣氣浮-生物活性炭濾池于一體的中試試驗(yàn)裝置來研究對溴酸鹽的控制，試驗(yàn)用水為黃河水[4]。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)臭氧的投加量為1.5 mg/L時，通過降低進(jìn)水的pH以及投加高錳酸鉀或過氧化氫能夠使溴酸鹽的分別減少50%、33%和100%，同時對出水水質(zhì)進(jìn)行檢測未發(fā)現(xiàn)溴酸鹽濃度超標(biāo)的現(xiàn)象。

劉芳蕾分別設(shè)計(jì)小試試驗(yàn)與中試試驗(yàn)，以長江南京段水源為試驗(yàn)用水來探究臭氧活性炭工藝中溴酸鹽控制技術(shù)[1]。探究結(jié)果表明，臭氧投加量不變的情況下，通過減少臭氧投加濃度、延長反應(yīng)時間，能夠控制出水中溴酸鹽的濃度；降低pH值、降低反應(yīng)器內(nèi)的溫度、投加適量的氨氮，能夠減小出水中溴酸鹽濃度；不同的H2O2投加濃度會對溴酸鹽產(chǎn)生不同的作用。因此，實(shí)際工程可以根據(jù)此研究對臭氧活性炭工藝中產(chǎn)生的溴酸鹽進(jìn)行控制。

王永京等設(shè)計(jì)了中試試驗(yàn)，以黃河水為試驗(yàn)水源，研究臭氧生物活性炭（O3-BAC）工藝對臭味、消毒副產(chǎn)物的控制，同時探索了該工藝過程中產(chǎn)生的溴酸鹽控制措施[5]。試驗(yàn)結(jié)果表明，臭氧生物活性炭（O3-BAC）工藝對臭味的去除效果較好，同時能夠?qū)ο靖碑a(chǎn)物進(jìn)行有效的控制。探索結(jié)果表明，在工藝的前端投加適量的氨氮能夠有效控制溴酸鹽，當(dāng)氨氮的投加量為0.1 mg／L時，溴酸鹽即可被控制在0.01 mg/L以內(nèi)，出水中的氨氮值不會超標(biāo)。

4　結(jié)論

對臭氧活性炭工藝產(chǎn)生的溴酸鹽進(jìn)行控制是發(fā)揮該工藝優(yōu)勢必須要解決的一個問題，不同的控制措施已經(jīng)在我國水廠中得到了廣泛采用。對溴酸鹽的控制是新飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，也是保障居民飲用水安全的一項(xiàng)艱巨任務(wù)。在設(shè)計(jì)臭氧活性炭工藝時，人們應(yīng)對其進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)，針對不同的水源采取不同的設(shè)計(jì)，以保證出水中溴酸鹽的濃度不會超標(biāo)。