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臭氧生物活性炭技术在高藻原水处理中的应用研究进展
更新时间:2017-01-15 来源:《净水技术》 作者:张淑敏,陈蓓蓓,侯伟昳

摘要:该文介绍了臭氧生物活性炭技术在高温高藻期的原水处理方面体现的优越性。臭氧生物活性炭工艺能有效地去除藻类、嗅味物质、有机物和消毒副产物及其前体物,能有效地控制臭氧化副产物溴酸盐和出水生物安全性,是一种能保证饮用水安全且具有广泛应用前景的高藻原水深度处理技术。该项技术在高藻原水的实际处理过程中需综合考虑臭氧投加量、pH、接触氧化时间、本底物质、活性炭性能、微生物数量和种群结构等因素对处理效能的影响。

我国湖(库)富营养化程度逐年加剧,致使藻类过度繁殖。处于高温高藻期的湖(库)原水各项水质指标均发生较大变化,其中叶绿素a、藻类、浊度、氨氮、有机物等指标的含量明显升高。有害藻类过度繁殖产生的藻源次生代谢产物也会释放到水体中,严重影响水处理效果及出水水质。因此,开发高效的高藻原水处理技术已成为饮用水领域亟待解决的问题。

1 高藻水的危害

(1)原水中藻密度过高给水厂和管网带来危害藻密度过高会造成滤池堵塞,反冲频率加大,混凝剂用量增加,大大降低了水处理工艺的效能[1]。进入管网的藻类所产生的有机质易促进细菌及后生动物生长,造成管网水质恶化和水龙头堵塞等问题。

(2)具有异嗅味的藻源次生代谢产物影响饮用水水质

藻类分泌的具有异嗅味的挥发性次生代谢产物会使水体产生刺鼻难闻的气味,导致饮用水水质下降并对人体健康构成威胁。部分藻类还会产生导致人类急慢性肝中毒的藻毒素。藻类及其可溶性代谢产物又是氯化消毒副产物的前体物,易造成水源水质恶化。

对于我国南方地区发生的以蓝藻为主导的藻类水华和藻源次生代谢产物污染而引起的水质安全问题,臭氧生物活性炭技术作为一种极具应用前景、高效、环保的饮用水深度处理方法,越来越受到水厂的重视和广泛应用。

2 臭氧生物活性炭技术的作用机理

臭氧预氧化技术常被用于高藻原水预处理阶段,可减轻后续常规处理和深度处理的负担。但是,在试验研究和工程应用中均发现其在去除藻类和嗅味物质的同时也造成了氯化消毒副产物生成势提高、管网中细菌二次繁殖以及溴酸盐等问题。因此,在工程应用中为确保出厂水质达标,臭氧预氧化后一般会增加活性炭或生物过滤等工艺。

始于20 世纪70 年代的臭氧生物活性炭技术是臭氧预氧化后常用的水处理单元。O3 BAC 集臭氧氧化、活性炭物理和化学吸附、生物氧化降解技术于一体,是高温高藻期藻类和嗅味物质深度水处理阶段的重要工艺。该技术可以解决常规工艺除藻除嗅不彻底、清水池和输配水管内藻类增殖的现象,已经在高藻原水处理中得到广泛应用[2]。

臭氧除藻的机理遵循臭氧分子或其产生的HO·的氧化途径,低剂量的臭氧会影响藻细胞的形态,不会使细胞破裂,通过与混凝剂共同作用去除藻类[3 ];高剂量的臭氧通过氧化可以破坏藻类细胞壁、细胞膜,导致胞内溶解性有机物释放从而灭活藻类[4 6]。臭氧氧化还具有一定的矿化能力,可以将一部分藻类有机物彻底氧化为无机物。

藻类污染的另一重点是产生嗅味化合物。2甲基异崁醇(2 MIB)和土臭素(geosmin)是两种最常见且最难以去除的嗅味化合物。由于这两种化合物分子均为饱和环叔醇结构,所以抗化学氧化性很强,很难被现有常规水处理工艺去除。臭氧以其极强的氧化能力可将这两种嗅味化合物氧化分解为小分子醛类和羧酸,分解产物和不能氧化的嗅味物质可被活性炭吸附除去。另一方面,活性炭上的微生物会降解去除活性炭吸附的物质,同时重新释放出活性炭的吸附活性位点,使活性炭保持持久的吸附能力,延长使用寿命。

3 臭氧生物活性炭技术在高藻原水中的应用

3.1 提高藻类的去除率

在南方湿热地区,高藻原水中藻类组成复杂,加大了去除难度。预臭氧+ 常规处理对藻类和叶绿素a 的去除率较低,一般为40% 左右。将预臭氧+ 常规处理+ O3 - BAC 工艺联用能明显提高藻类的去除率,可达到75% ~99% 。

研究表明,臭氧预氧化阶段只能杀灭或者融裂结构简单的藻种,O3 - BAC 则能处理藻类特性上难处理的藻类。孙邵华等[7]中试试验发现,采用预臭氧+ 常规处理+ O3 - BAC 组合工艺处理高藻期引黄水库水,当预臭氧投加量为1 mg/ L、主臭氧投加量为2 mg/ L 时,藻类总数去除率达99. 6% ,叶绿素a 100% 被去除。杜红等[8]的研究结果显示,预臭氧+ 常规工艺阶段臭氧投加量为1. 5 mg/ L、接触时间约5 min 后,可去除原水中97. 7% 的藻类;而在O3 - BAC 处理阶段投加2 mg/ L 的臭氧并接触约16 min后,砂滤出水中67% 的藻类可进一步被去除,明显提高了出水的安全性。

版权、出处:《净水技术》

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