臭氧生物活性炭O3BACWord文件下载.docx

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臭氧氧化还能有效地减少UV254的吸收。

臭氧氧化后会生成氧气和臭氧混合气体中含有的大量氧气以及剩余臭氧会迅速转化为氧气，不产生二次污染，又可增加水中溶解氧，使生物活性炭滤池有充足的溶解氧（DO），因此促使好氧微生物在活性炭上繁殖。

提高了微生物增长潜力，加快生物氧化和硝化作用，延长了活性炭使用寿命，加快有机物的生物降解，从而提高了其对有机物的去除效果；

同时臭氧能氧化水中的溶解性的铁和锰，生成难溶性的氧化物。

通过过虑，铁、锰的去除率增加，提高过滤速度50%，延长过滤工作周期，降低了过滤反冲洗水量。

臭氧氧化也是减少溴酸化合物形成的有效方法，加强了活性炭对溴酸化合物的高效去除。

由于臭氧的强氧化性，在去除水中其它水处理工艺难以去除物质的同时，可以减小反应设备或构筑物的体积；

臭氧化还有助于絮凝，改善沉淀效果。

因此，臭氧化技术在欧洲、美国、加拿大等国家普遍应用。

尤其是进入20世纪70年代，臭氧氧化技术得到迅速发展，已成为水处理的重要手段之一。

活性炭具有发达的微孔结构和巨大的比表面积，具有很强的吸附能力。

在净水过程中能有效地去除水中有机物、无机物、合成洗涤剂和阴离子表面活性剂等活性物质。

活性炭还具有催化作用，催化氧化臭氧为羟基自由基最终生成氧气，增加水中溶解氧（DO）的浓度。

活性炭孔隙多、比表面积大，在迅速吸附水中溶解性有机物的同时，也能富集水中的微生物。

活性炭对水中有机物的吸附和微生物的氧化分解作用是相继发生的，微生物的氧化分解作用使活性炭的吸附能力得到恢复而活性炭的吸附作用又使微生物获得丰富的养料和氧气，两着相互促进，形成相对稳定状态，得到稳定的处理效果，从而大大延长了活性炭的再生周期。

O3—BAC工艺中，BAC处于饱和状态时，DOC和THMFP的去除率仍可保持在36%和57%。

活性炭附着的硝化菌还可以转化水中的氨氮化合物，降低水中的氨氮和亚硝酸盐氮的浓度。

同时微生物在活性炭上的活性强于其它载体。

活性炭加强了微生物的活性，生物活性炭通过有效地去除水中有机物、氨氮化合物和嗅味，从而提高了饮用水的化学、微生物安全性，是自来水深度净化的一个重要途径。

因此，从20世纪60年代末开始，欧美发达国家在饮用水处理中普遍地采用活性炭，以进一步去除水中的有机污染。

此时活性炭处理前多采用预氯化。

一般活性炭对溶解有机物吸附的有效范围为：

分子量400以下的低分子量溶解性有机物；

极性高的低分子化合物及腐殖质等高分子化合物难于吸附，支链化合物比直链化合物易于吸附。

二、 

臭氧—生物活性炭水处理效果的影响因素。

随着给水水源水体污染的加重，在水处理领域引进臭氧—生物活性炭深度处理技术目的的主要是去除水中有机物、氨氮以及亚硝酸盐氮。

很显然影响臭氧—生物活性炭水处理效果的因素应该包括三个方面：

一是原水水质。

二是氧化的吸附与传质。

三是活性炭滤池的滤料本身及其生产运行参数影响。

1、 

原水水质的影响。

原水水质对臭氧—生物活性炭技术有影响的方面，主要有水中有机物的组成和特性、水温以及及pH值。

① 

水中有机物的组成和特性。

水中有机物的形态各异，性质也不尽相同。

其可降解性存在较大差异，但从分子量上看又具有一定的规律，水中可生物降解的溶解性有机物（BDOC）几乎全部来自分子量1000道尔顿以下的有机物。

研究表明：

在净水工艺流程中，不同的单元工艺有其特定的有机物去除对象。

传统处理对分子量大于10000道尔顿的有机物（以TOC计）可全部去除，对分子量在10000以下的有机物去除率仅30%左右；

活性炭吸附对分子量小于3000，尤其是对分子量500～1000的有机物有较好的去除性；

生物处理对分子量小于1000，尤其是对分子量小于500的有机物有更好的去除效果。

从水中有机物的组成上看：

1、由于腐殖质本身已经是微生物分解后形成的较为稳定的化合物，所以一般生物处理很难去除腐殖质。

2、多糖是由一些已糖或戊糖通过糖苷键连结起来的大分子聚合物，大量存在于植物中。

在受污染水源水中，多糖成分很复杂，常见的有淀粉、纤维素、木质素、果胶质等。

这些分子量很大的多聚物，不能透过生物膜，必须由微生物分泌的胞外酶降解为双糖或单糖后，才能被微生物吸收利用。

3、水中藻类的胞外产物大部分为生物易降解有机物，藻类细胞分解的初期产物也是生物易降解物，但它的某些分泌物如多肽类以及细胞壁是生物难降解有机物。

4、与有机物生成络合物的无机物和大小相当于有机胶体的无机物，其行为类似于生物难降解的有机物而且种类繁多。

② 

水温和pH值。

首先，水温和pH值影响O3在水中的溶解度和O3在水中的自分解速率。

任何物质在溶剂中都有一定的溶解度，对于气体在水中的溶解度随着温度的升高而降低。

在水处理中使用的O3是低浓度的O3化空气，也应符合这一规律。

研究表明，温度和pH值是影响O3自分解的两个重要参数，Hewes和Davison总结了他们的研究结果得出，O3自分解速率在低pH值范围内变化很小，O3自分解速率很慢；

当pH＞6时，O3自分解速率随pH值增大而迅速增加。

其次，活性炭表面膜中的微生物量，活性及种类对水温和pH值等因素的变化也很敏感，容易导致生物活性炭的生物降解效率发生波动。

温度主要通过影响微生物的生长速率和代谢性来影响有机物和氨氮等污染物的去除效果。

低温会抑制微生物的活性。

微生物的生长和代谢活动随着温度的升高而加速，并在最适温度时达到顶点，然后迅速下降，当水温低于5℃时，水处理效果极差。

③ 

臭氧的吸收与传质。

在气—液反应过程中间的扩散传质和化学反应是并列进行的，其宏观动力学的定量描述是与气—液传质模型密切相关的，当前用来描述气—液两相间传质的理论主要有两大类：

一是按稳态扩散来处理的双膜理论。

一是按非稳态扩散处理的溶质渗透理论和表面更新理论。

路易斯（Lewis）和怀特曼（Whitman）的双膜理论把整个相际传质过程简单化为气、液两膜的分子扩散过程。

按双膜理论，在臭氧从气相被吸收到液相的过程中。

在气—液两相的相界处各存在一层很薄的量滞流壮态的气膜，臭氧从气相主体穿过气膜向气液相界扩散。

在界面处溶解并达到平衡，界面处溶解的臭氧继续穿过液膜向液相主体扩散，并同时与液相中的物质发生化学反应。

气—液两相阻力集中在这两个流体膜内，气相主体和液相主体组成均匀，不存在传质阻力。

臭氧是通过在气膜和液膜内的稳定的分子扩散过程进行传质的。

假设相界面上处于平衡状态，那么整个相际传质的阻力就会全部集中在两个有效膜内。

相际传质总阻力等于双膜传质阻力的加和。

在两相主体浓度主体一定的情况下，两膜的阻力便决定了传质速率的大小。

对于难溶或微溶气体，气相的传质阻力非常小，传质阻力主要集中在液相，因为臭氧在水中微溶，所以它在溶液中的吸收过程阻力集中在液相，如果臭氧不和液相中的物质发生化学反应，则传质过程主要受臭氧从界面向液相主体扩散的速率控制在臭氧被水溶液吸收过程中，臭氧从界面向液相主体扩散和臭氧和液相中的物质所发生的化学反应对传质过程都非常重要。

赫格比（Higbi）的渗透理论考虑了在膜内建立起浓度梯度的过渡时间。

在过渡时间中，有一个溶质从界面向液膜浓度方向逐步渗透的全过程。

在初期渗入尚浅，随着液体与气体接触时间t的增长，渗入深度逐步增大，气相接触在液膜内建立浓度梯度，到最后，液相混合浓度梯度消失。

这两个过程反复进行，这样臭氧就稳定地扩散通过膜层进入湍流水体。

丹克沃兹（Dankweres）的表面更新理论的主要特点是屏弃了停滞膜的概念，认为湍动流体中的某些旋涡能直接在界面和湍动主体之间移动使液体表面单元不断被湍流区移来的一个个液体单元所更新。

一个单元在液面停留一段时间又被新移来的单元所置换，使之返回湍流区。

这些单元以不稳定扩散方式从气体中吸收溶质。

传质速率受水动力和物理化学影响，水动力学特性是同分子运动有关的紊流使相间接触增加，从而传质速率高，物理化学方面。

要考虑由于臭氧的不稳定特性产生的自分解反应以及系统内的温度、压力和化学成分，温度和压力影响臭氧的扩散系数，也影响臭氧的溶解度。

臭氧在水中的溶解度随压力而增大，同时也随温度降低而提高。

同时臭氧在接触池中被水体吸收反应的效率高低与气液接触装置的形式有关，好的臭氧扩散装置可以提高传质效率。

在O3—BAC工艺中O3的重要作用是将大分子有机物降解为小分子有机物，提高原水的可生化性。

研究结果表明，根据水中有机物的类型和浓度，存在一个最佳O3投加量，O3投加量高于这个最佳值时，并不会提高原水的可生化性，延长接触时间也不会获得明显的效果。

三、 

活性炭滤池的滤料本身及其生产运行参数的影响。

活性炭滤池对水中有机物的去除是吸附和生物降解综合作用的结果。

在运行初期生物膜尚未形成之时，活性炭滤池就对有机物有着非常理想的去除效率，随着净化过程的不断进行，炭上生物量逐渐增加，最后达到某一相对稳定数值。

这时炭床的物理吸附和生物膜的生物降解共同负担着对有机物的去除，影响活性炭池的因素较多，下面选择主要部分进行说明。

活性炭

活性炭具有发达的微孔结构和巨大的比表面积，具有良好的吸附能和化学稳定性，可耐碱、高温和高压以及不易破碎，流体阻力小等特点。

活性炭对无机离子的去除，主要通过静电作用实现，离子的大小将是影响吸附效果的主要因素，活性炭对有机物的吸附能力与有机物性质和活性炭本身的微孔结构有关，二者之间的作用是范德华力中的色散力起决定作用。

活性炭的表面分子与被吸附的有机物分子之间不发生电子转移，不形成化学键。

作为滤料的活性炭滤池中的作用是过滤介质和生物膜的载体，是滤池主要功能实现的物质基础，载体的性质是生物膜形成的主要影响因素。

当载体表面带电，疏水性强，孔隙率高、粗糙度大时，容易挂膜；

当载体比表面积大、浓度高时，所固着生物量多。

微生物附着在载体上后，其生物活性受到影响，这一现象由Zobel于1943年发现。

Hattori、Audic、Klein等都证明了这一点。

Feltch、Klein和Ziehr认为细胞生理活性发生了改变。

Dagostine发现微生物在载体表面发生了基因变异，但Rittmanm.Manem等则认为载体表面对微生物本身的活性没有直接影响，微生物活性的变化主要是由于载体的间接影响。

这表明现在活性炭载体具有吸附性，在贫基条件下它对基质的吸附使生物膜周围基质浓度增高，促使微生物的增长，提高其降解能力；

形成生物膜后。

微生物受反应器水力条件影响较小，更容易保留在反应器中使活性炭载体表面生物增多。

Marshall认为活性炭吸附能够改变微生物的生物学形态。

在高水力负荷下炭滤池池中发现杆菌的表面形态变粗了，从而更有利于吸附。

还有研究表明，吸附能改变微生物的生理性质。

例如吸附会刺激胞外多聚物的产生，这有利于微生物的附着和恶劣环境下抵御毒害的能力。

活性炭比表面积、比孔容积孔径分布等性质反映了多孔为特性的活性炭孔隙的结构情况是决定活性炭吸附能力的基础性指标。

通过一种活性炭的孔径分布情况就能