自來水廠臭氧活性炭深度處理工藝的要點分析

摘要：分析南方某水廠的臭氧活性炭深度處理工藝，并進行預臭氧和后臭氧投加量的優(yōu)化試驗。試驗結果表明，預臭氧投加量為0.4～0.6 mg/L時，氨氮和CODMn的去除率顯著提高，而過量的臭氧投加會使CODMn去除率下降。后臭氧投加量的增加顯著提高了CODMn和嗅味物質的去除率，但同時進一步增加了經濟成本和副產物生成風險。此外，預臭氧和后臭氧投加量對水質pH值的影響較小，綜合考慮水質和經濟成本，建議在實際運行中合理選擇臭氧投加量，從而達到最佳的處理效果。

關鍵詞：自來水廠；臭氧活性炭深度處理工藝；去除率

中圖分類號：TU991.2 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）01-0-03

Analysis of Key Points in Advanced Treatment Process of Ozone Activated Carbon for Waterworks

Abstract： The advanced treatment process of ozone and activated carbon in a water plant in south China was analyzed， and conduct optimization experiments on the dosage of pre-ozone and post-ozone. The experimental results show that when the dosage of pre-ozone is in the range of 0.4～0.6 mg/L， the removal rate of ammonia nitrogen and CODMn is significantly improved， while excessive ozone dosage will decrease the removal rate of CODMn. With the increase of post-ozone dosage， the removal rate of CODMn and odor substances was significantly improved， but at the same time， the economic cost and the risk of by-product formation were further increased. In addition， the dosage of pre-ozone and post-ozone has little influence on the pH of water quality. Considering the water quality and economic cost， it is suggested that the dosage of ozone should be reasonably selected in actual operation to achieve the best treatment effect.

Keywords： waterworks; advanced treatment process of ozone and activated carbon; removal rate

自來水是城市居民日常生活中不可或缺的資源。其水質直接關系到公眾健康，但隨著城市化進程的不斷加快，水源污染問題日益嚴重。其中，嗅味物質是影響自來水水質的主要因素之一，這些嗅味物質不僅影響自來水的感官特性，還可能對人體健康產生潛在危害。因此，如何有效去除這些嗅味物質成為自來水廠運行中的重要課題。預臭氧處理作為一種常用的水處理技術，具有氧化能力強、反應速度快等優(yōu)點，已廣泛應用于自來水廠。預臭氧通過氧化作用，能夠有效去除水中的有機污染物和嗅味物質，提高后續(xù)處理效果。因此，優(yōu)化預臭氧的投加量，找到最佳的運行參數(shù)，對于提高自來水廠的處理效率和水質具有重要意義。

1 自來水廠概況

南方某自來水廠主要水源為長江水。該水廠采用了一套完整的臭氧-活性炭深度處理工藝，原水到水廠進水前的階段去除水中的高分子有機物，減少后續(xù)處理環(huán)節(jié)的負荷。經過預臭氧處理后的水流經分配至各組混凝沉淀池，并在混凝沉淀池中投加適量的硫酸鋁作為混凝劑，通過混凝反應，形成大顆粒礬花進行沉淀。接著，沉淀池出水，經過砂濾池后處理掉水中的懸浮雜質，進一步凈化水質。經過砂濾池處理后的水通過提升泵房二次提升，進入臭氧接觸池和生物活性炭濾池，并在臭氧接觸池中再次投加臭氧，進一步氧化水中的有機物和微生物。處理水經過臭氧活性炭濾池后，進入加氯消毒環(huán)節(jié)，通過投加適量的次氯酸鈉，殺滅水中的病原微生物，防止發(fā)生水傳播疾病[1]。

2 預臭氧運行優(yōu)化試驗

2.1 不同預臭氧投加量條件下的氨氮去除率

試驗在自來水廠的預臭氧階段工藝段進行，通過調節(jié)預臭氧投加量（分別為0.2、0.4、0.6、1.0 mg/L），分析不同投加量對氨氮去除率的影響。通過分析，發(fā)現(xiàn)預臭氧投加量為0.2 mg/L時，氨氮去除率為20%；預臭氧投加量為0.4 mg/L時，氨氮去除率顯著提高至35%；預臭氧投加量為0.6 mg/L時，氨氮去除率達到最高，為40%；預臭氧投加量為1.0 mg/L時，氨氮去除率略有下降，下降率為38%。由試驗數(shù)據(jù)分析可知，預臭氧投加量不會影響預臭氧階段的氨氮去除效果，隨著預臭氧投加量持續(xù)上漲，結合臭氧去除氨氮的原理，進一步驗證試驗結果的可靠性[2]。

2.2 不同預臭氧投加量條件下的CODMn去除率

試驗設置預臭氧投加量分別為0.2、0.4、0.6、1.0 mg/L，分析不同投加量條件下預臭氧投加量對有機物去除效果的影響。試驗結果顯示，在預臭氧投加量為0.4～0.6 mg/L時，砂濾池前后的CODMn去除率呈現(xiàn)明顯增加趨勢。當預臭氧投加量為0.2 mg/L時，砂濾池前后的CODMn去除率分別為15%和25%；當預臭氧投加量為0.4 mg/L時，砂濾池前后的CODMn去除率分別為20%和35%；當預臭氧投加量為0.6 mg/L時，砂濾池前后的CODMn去除率分別為25%和40%；當預臭氧投加量為1.0 mg/L時，砂濾池前后的CODMn去除率分別為20%和35%[3]。從上述數(shù)據(jù)可以看出，在預臭氧投加量為0.4～0.6 mg/L時，CODMn的去除率顯著提高[4]。

2.3 不同預臭氧投加量條件下各處理單元出水pH值的變化

預臭氧投加量分別設置為0.2、0.4、0.6、1.0 mg/L，實時監(jiān)測不同處理單元中出水pH值的變化。試驗結果表明，試驗期間原水pH值在7.5浮動，而出廠水pH值為7.2。從試驗結果可以看出，在預臭氧投加量不同的條件下，各處理單元出水pH值具有較強的穩(wěn)定性，不存在明顯變化，不會影響水質pH值，即預臭氧投加量和水質pH值變化沒有直接關聯(lián)。在實際運行中，自來水廠根據(jù)水質情況靈活調節(jié)預臭氧投加量，而不必過于擔心對水質pH值的影響[5]。

3 后臭氧運行優(yōu)化試驗

3.1 不同后臭氧投加量條件下的氨氮去除率

在研究后臭氧投加量對氨氮去除率的影響時，將后臭氧投加量設置為0.2、0.4、0.6、1.0 mg/L，通過對比分析各投加量下的氨氮去除效果，揭示后臭氧投加量與氨氮去除率的關系。當后臭氧投加量為0.2 mg/L時，氨氮的去除率較低，約為30%，說明較低的臭氧投加量無法充分氧化水中的氨氮，導致去除效果不理想。隨著后臭氧投加量增加，氨氮的去除率逐漸提高。當投加量為0.4 mg/L時，氨氮去除率上升至50%左右，臭氧的氧化作用開始顯現(xiàn)，但不能完全去除水中的氨氮。當后臭氧投加量進一步增加至0.6 mg/L時，氨氮去除率顯著提升，在70%以上，這時臭氧氧化能力顯著增強，能夠有效分解水中的氨氮，但仍存在一定的去除潛力。當后臭氧投加量達到1.0 mg/L時，氨氮去除率達到90%以上，接近完全去除，表明較高的臭氧投加量能夠充分氧化水中的氨氮，實現(xiàn)高效的去除效果[6]。

3.2 不同后臭氧投加量條件下的CODMn去除率

在研究后臭氧投加量對CODMn去除率的影響時，將后臭氧投加量設置為0.2、0.4、0.6、1.0 mg/L。在試驗過程中，采用標準方法測定不同后臭氧投加量條件下的CODMn初始濃度，初始CODMn濃度為5.0 mg/L，并在不同后臭氧投加量條件下對水樣進行臭氧氧化處理，并測定處理后的CODMn濃度。試驗結果顯示，隨著后臭氧投加量的增加，CODMn去除率呈現(xiàn)出明顯的變化趨勢。當后臭氧投加量為0.2 mg/L時，CODMn去除率為20%，較低的后臭氧投加量對有機物的去除效果有限，僅可以氧化部分易降解的有機物。當后臭氧投加量增加至0.4 mg/L時，CODMn去除率顯著提高至40%。這一結果表明，適當增加后臭氧投加量可以顯著提高有機物的去除效果，但仍存在一定的提升空間。繼續(xù)增加后臭氧投加量至0.6 mg/L時，CODMn去除率達到60%，說明后臭氧投加量的進一步增加能夠有效提高有機物的去除效果，但去除率提升幅度開始減緩。當后臭氧投加量達到1.0 mg/L時，CODMn去除率進一步提升至75%，較高后臭氧投加量能夠顯著提高有機物的去除效果，但也會帶來一定的經濟成本。

3.3 不同后臭氧投加量條件下各處理單元出水pH值變化

在試驗中，設置后臭氧投加量為0.2、0.4、0.6、1.0 mg/L，通過設置這些不同投加量，旨在揭示后臭氧處理對水處理工藝中各單元出水pH值的動態(tài)影響。在0.2 mg/L后臭氧投加量條件下，較低的臭氧投加量對水體的酸堿平衡影響較小，因此pH值變化幅度不大。而隨著后臭氧投加量持續(xù)增加，pH值的變化逐漸顯現(xiàn)。在后臭氧投加量增加到0.4 mg/L時，各處理單元的出水pH值開始出現(xiàn)小幅下降，主要原因是臭氧氧化作用造成水體中部分有機物被分解，釋放出酸性物質，從而使pH值降低。盡管變化幅度不大，但這一趨勢表明，后臭氧投加量增加已經開始影響水體的酸堿平衡。進一步增加后臭氧投加量至0.6 mg/L，各處理單元出水的pH值顯著下降，特別是在臭氧接觸池和活性炭吸附池等處理單元，pH值下降幅度更明顯，能有效氧化水中的有機物，但同時也可能產生大量酸性副產物，顯著降低pH值。在后臭氧投加量為1.0 mg/L時，各處理單元出水的pH值達到最低點，驗證了高臭氧投加量對水體酸堿平衡的影響較大，高投加量有助于徹底去除有機污染物，但同時也會讓水體pH值過度降低，從而影響后續(xù)處理工藝的穩(wěn)定性。

3.4 不同后臭氧投加量條件對原水嗅味物質2-MIB、GSM去除率的影響

在本試驗中，后臭氧的投加量設置為0.2、0.4、0.6、1.0 mg/L，分析不同投加量對原水中嗅味物質2-甲基異莰醇（2-MIB）和土臭素（Geosmin，GSM）去除率的影響。當后臭氧投加量為0.2 mg/L時，2-MIB的去除率為25%，GSM的去除率為20%。該較低的投加量雖然對嗅味物質有一定的去除效果，但是無法完全消除其影響。隨著投加量持續(xù)增加，去除率逐漸提高。當投加量增加至0.4 mg/L時，2-MIB的去除率上升至40%，GSM去除率則達到35%，表明適當增加后臭氧的投加量可以顯著提升嗅味物質的去除效果。進一步增加后臭氧投加量至0.6 mg/L，2-MIB的去除率達到55%，GSM的去除率也提升至50%，嗅味物質去除效果明顯增強，但仍未達到理想水平。當投加量達到1.0 mg/L時，2-MIB的去除率顯著提高至75%，GSM去除率也達到70%。該結果表明，在較高投加量下，后臭氧對嗅味物質的去除效果顯著提升，基本能夠滿足水質要求。

4 結論

研究表明，合理的臭氧投加量能夠顯著提高氨氮、CODMn和嗅味物質的去除率，同時保持水質的穩(wěn)定性，但過量的臭氧投加不僅會增加經濟成本，還可能生成各種副產物，嚴重影響后續(xù)處理工藝的穩(wěn)定性。在未來研究中，將進一步探討不同水質條件下臭氧投加量的最佳控制策略，分析臭氧處理過程中副產物的生成方法，為自來水廠運行提供科學的指導。

參考文獻

1 陸勁蓉，竇 茵，李 玲，等.臭氧活性炭深度處理工藝中微生物泄漏防控的生產性試驗研究[J].復旦學報（自然科學版），2024（4）：538-544.

2 沈愷樂，鄧慧萍，沈冠杰.浙江省某水廠臭氧活性炭深度處理工藝運行效果分析[J].給水排水，2021（7）：26-31.

3 袁 哲，雷智豐，趙文彧，等.南水北調漢江水質變化后某水廠臭氧-活性炭深度處理工藝優(yōu)化研究[J].給水排水，2023（4）：16-24.

4 武珉輝，石 焱，夏 萍，等.臭氧/雙氧水/活性炭深度處理中試工藝效能評估[J].給水排水，2023（2）：1-7.

5 陳春玲.臭氧生物活性炭深度處理工藝在泉州金雞水廠的應用研究[J].皮革制作與環(huán)保科技，2023（23）：26-28.

6 王輝文，宋尊劍.臭氧-生物活性炭工藝在低溫有機微污染原水深度處理中的應用[J].工業(yè)用水與廢水，2022（4）：76-79.