（土木工程专业论文）o3bac组合工艺对黄浦江微污染原水的净化效果研究.pdf

摘要 摘要 本沦文研究成果拟作为上海阂行二水厂深度处理改造项目设计和运行参数 确定的依据。在原有常规处理的基础上，对黄浦江微污染原水进行预臭氧化和 臭氧生物活性炭深度处理的中试试验研究，试验证实了此套工艺处理黄浦江原 水的良 好效果。 目 前广泛应用的预氯化处理虽然从消毒成本、使用方便的角度来看是较好 的预处理方法，但是它会产生三卤甲烷 ( t h m s )和卤乙酸 ( h a a s )等有毒副产 物( d b p s ) ,预臭氧氧化可以 在明显改善水质、提高常规处理效果的同时，可大 大降低消毒副产物的生成。 臭氧一 生物活性炭工艺是国内外研究较多的一种深度处理工艺。臭氧是强氧 化剂，可以将生物难降解的大分子有机物分解为易生物降解的小分子有机物， 能有效去除水中产生色度、嗅味的污染物，还可以 起到向水中补充溶解氧的作 用。颗粒活性炭具有良 好的吸附性能，经过一段时间的挂膜可以形成生物活性 炭，活性炭吸附水中有机物的同时，利用附着在表面的微生物将其降解，微生 物对活性炭起到生物 “ 再生”作用，使活性炭使用寿命大幅度延长。 试验证明，预臭氧化一混凝沉淀砂滤一后臭氧化，生物活性炭的处理 工艺流程能够有效去除黄浦江原水中的典型有机物一有机物、氨氮、铁和m等， 降低出水浑浊度，将a m e s 致突变阳性转化为阴性，基本上使得出水水质能够达 到 2 0 0 1年卫生部颁布的 生活饮用水水质卫生规范 。此外，本文在研究工艺 净水效果的同时，探讨了臭氧投加量和接触时间等工艺参数，并且试验研究了 温度、 原水水质、臭氧一 水接触时间和余臭氧浓度等多种影响处理效果的因素。 本试验所采用的臭氧一 生物活性炭组合联用工艺是可靠的预处理、常规处理 以及深度处理方式，但其需要增加投资，根据工程投资估算和制水成木分析， 新增的单位制水成本相对而言较小，并且在人们可承受的范围之内。随着人们 对饮用水水质要求的提高，臭氧一 生物活性炭及其组合联用工艺有着广阔的应用 前景，具有实用价值和理论意义并且向 着更加经济有效的方式发展。 关键词:预臭氧化，臭氧一 生物活性炭， 微污染原水，常规水质指标，余臭氧浓 度 ab s t r a c t abst ract t h i s p a p e r s t u d i e s t o g u i d e t h e a d v a n c e d t r e a t m e n t m o d i f i c a t i o n p r o j e c t o f t h e 2 n d mi n h a n g w a te r w o r k s . a n d t h e p i l o t - s c a l e t e s t o f t h e p r e - o z o n a t i o n a n d 0 3 - b a c a d v a n c e d t r e a t m e n t i n t h e h u a n g p u j i a n g m i c ro - p o l l u t e d r a w w a t e r h a s b e e n c a r r i e d o u t b a s e d o n t h e o r i g i n a l c o n v e n t i o n a l t r e a t m e n t . t h e t e s t h a s p r o v e d t h e g o o d r e s u l t o f t h i s p r o c e s s p r e - c h l o r i n a t i o n n o w a d a y s i s a re l a t iv e l y g o o d p re t r e a t m e n t m e t h o d i n t h e c o s t o f d i s in f e c t i o n a n d t h e c o n v e n i e n c e . b u t it w i l l f o r m d b p s j u s t l i k e t h m s , t h e p r e - o z o n a t i o n c a n o b v i o u s l y d e c r e a s e t h e d b p s , i m p r o v e t h e w a t e r q u a l i t y a n d t h e c o n v e n t i o n a l t r e a t me n t e ff e c t . 0 3 - b a c p r o c e s s i s a n a d v a n c e d t r e a t m e n t e x t e n s i v e l y s t u d i e d h o m e a n d a b r o a d , 0 3 i s s t r o n g o x i d a n t t h a t c a n d e c o m p o s e t h e o r g a n i c m a tt e r h a r d t o d e g r a d e d i n t o t h o s e e a s i e r t o d e g r a d e d , i t c a n r e c e i v e e x c e l l e n t r e m o v a l e ff e c t i n t h e t r e a t m e n t o f c o lo r a n d o d o r s u b s t a n c e s , t h e o x y g e n i s a l s o a e r a t e d i n t o t h e w a t e r . g r a n u l a r a c t i v a t e d c a r b o n ( g a c ) h a s a l a r g e a b s o r p t i o n c a p a c i t y , a n d i t c a n b e t r a n s f o r m e d i n t o b i o l o g i c a l a c t i v a t e d c a r b o n ( b a c ) a ft e r n a t u r a l b a c t e r i a l a t t a c h m e n t t h a t t a k e s s e v e r a l m o n t h s . t h e a c t i v a t e d c a r b o n c a n a b s o r b t h e o r g a n i s m a n d a l s o m a k e i t d e g r a d e d 勿t h e m i c ro b e s a t t a c h e d o n t h e s u r f a c e ; a n d t h e b i o l o g i c a l r e g e n e r a t io n o f m i c r o b e s c a n l e n g t h e n t h e l i f e o f t h e a c t i v a t e d c a r b o n . t h e e f f l u e n t q u a l i t y c a n u p t o t h e d r i n k i n g w a t e r q u a l i ty h y g i e n e s t a n d a r d w h i c h i s s u e d b y m i n i s t ry o f p u b l i c he a l t h i n 2 0 0 1 . t h e t e s t re s u l t h a s s h o w e d t h e p r o c e s s o f p r e - o z o n a t i o n -c o n v e n t i o n a l t r e a t m e n t -0 3 - b a c c a n e ff e c t i v e l y r e m o v e t h e o r g a n i s m , n h 3 - n , f e , m n a n d t u r b i d i ty , a n d t h e s a m e t i m e , i t c a n c h a n g e t h e w a t e r fr o m p o s i t i v e re a c t i o n t o n e g a t i v e r e a c t i o n in ame s t e s t a n d d e c r e a s e t h e t hms . t h is p a p e r h a s d i s c u s s e d t h e p r o c e s s i n g p a r a m e t e r a n d t h e f a c t o r s t h a t i n fl u e n c e t h e t r e a t m e n t e ff e c t w h e n t h e w a t e r p u r i fi c a t i o n i s b e i n g s t u d i e d t h e仇- b a c c o m b i n e d p r o c e s s i n t h i s t e s t i s a c r e d i b l e a d v a n c e d t r e a t m e n t ab s t r a c t m e t h o d , w h i c h n e e d m o r e c o s t . a c c o r d i n g t o t h e p r o j e c t i n v e s t m e n t e s t i m a t i o n a n d c o s t a n a l y s i s , t h e u n i t w a t e r c o s t n e w ly i n c r e a s e d i s r e l a t i v e l y s m a l l a n d b e l o w t h e a c c e p t a b l e l e v e l o f p e o p l e . wi t h t h e h i g h e r r e q u i r e m e n t o f t h e d r i n k i n g w a t e r q u a l i t y , i t i s e x p e c t e d t h a t t h e m e t h o d w o u l d b e c o m e a n e x t e n s i v e l y a p p l i e d t e c h n i q u e o f d r in k i n g w a t e r a n d d e v e lo p i n m o r e e c o n o m i c a n d e ff e c t i v e w a y . k e y wo r d s : p r e - o z o n a t i o n , o s - b a c , m i c r o - p o l l u t e d r a w w a t e r , c o n v e n t i o n a l w a t e r - q u a l i t y i n d e x , a n d r e s i d u a l o z o n e c o n c e n t r a t i o n i i i 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容:按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本;学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、 数字化或其它手段保存论文; 学校有权提供目 录检索以 及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务; 学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版; 在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学 位 论 文 作 者 签 名 : 闷禹 ? o 牌; 3 月比日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在 本 授 权 书 。 7 痣 年解密后适用 指 ” ” 师 ” “ :乡 乃 落 夕 。 了 年; 月 : 日 学 位 论 文 作 者 签 名 : b d 态 六 旧 ? v v 年 3 月 以 日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个a , i h 集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 签名：t c i 晨 越年专只l i ：t 第 1 章 概述 第 1 章 概述 1 . 1饮用水预处理和深度处理技术 微污染原水无法达到 “ 地面水环境质量标准”中作为生活饮用水水源的物 理、 化学和微生物指标的要求川 。微污染原水中含有的污染物种头繁多，具有 呈现浑浊度、色度和嗅味的物质，有硫、氮氧化物等无机物，还有各种各样有 害有毒的有机物等，其中后者的污染愈来愈受到人们的重视。 这类水的特征是:江河水源往往表现为氮氮、有机物、色度、总磷等指标 高于生活饮用水水源卫生标准;湖泊水库水源表现为其水体的富营养化，并在 一定时期内藻类滋生，造成水质恶化，一部分指标超过标准。 当常规处理 ( 混凝、沉淀或者澄清、过滤和消毒)难以使微污染原水达到 饮用水水质卫生标准时，一般采用加强常规处理，如强化混凝、强化过滤等; 增加预处理，如生物预处理，预氧化技术等;增加深度处理，如活性炭吸附、 臭氧一 生物活性炭法和膜处理等。 上述措施可以采用一种，或同时采用多种，取决于技术经济条件和要求的 水质。 1 . 1 . 1预处理 ( 1 ) 化学预氧化 化学预氧化的主要目的是去除微量有机污染物、除藻、除嗅、氧化助凝、 去 除 铁 锰 等 o 在预氧化过程中，氧化剂与水中多种成分作用，能提高对有害成分的去除 效果，但也会产生某些副产物。各种氧化剂对于原水的预处理效果和影响程度 差别较大。目 前能够用于给水处理的氧化剂主要有臭氧、高锰酸钾及其复合药 剂、二氧化氯和氯等。表 1 . 1 是几种氧化剂进行预处理时对水质情况综合影啊 的对比。 ( 2 )生物预处理 生物预处理是微污染原水中去除氨氮效率最高的方法之一。它可以去除常 第 1 章 概述 第 1 章 概述 1 . 1饮用水预处理和深度处理技术 微污染原水无法达到 “ 地面水环境质量标准”中作为生活饮用水水源的物 理、 化学和微生物指标的要求川 。微污染原水中含有的污染物种头繁多，具有 呈现浑浊度、色度和嗅味的物质，有硫、氮氧化物等无机物，还有各种各样有 害有毒的有机物等，其中后者的污染愈来愈受到人们的重视。 这类水的特征是:江河水源往往表现为氮氮、有机物、色度、总磷等指标 高于生活饮用水水源卫生标准;湖泊水库水源表现为其水体的富营养化，并在 一定时期内藻类滋生，造成水质恶化，一部分指标超过标准。 当常规处理 ( 混凝、沉淀或者澄清、过滤和消毒)难以使微污染原水达到 饮用水水质卫生标准时，一般采用加强常规处理，如强化混凝、强化过滤等; 增加预处理，如生物预处理，预氧化技术等;增加深度处理，如活性炭吸附、 臭氧一 生物活性炭法和膜处理等。 上述措施可以采用一种，或同时采用多种，取决于技术经济条件和要求的 水质。 1 . 1 . 1预处理 ( 1 ) 化学预氧化 化学预氧化的主要目的是去除微量有机污染物、除藻、除嗅、氧化助凝、 去 除 铁 锰 等 o 在预氧化过程中，氧化剂与水中多种成分作用，能提高对有害成分的去除 效果，但也会产生某些副产物。各种氧化剂对于原水的预处理效果和影响程度 差别较大。目 前能够用于给水处理的氧化剂主要有臭氧、高锰酸钾及其复合药 剂、二氧化氯和氯等。表 1 . 1 是几种氧化剂进行预处理时对水质情况综合影啊 的对比。 ( 2 )生物预处理 生物预处理是微污染原水中去除氨氮效率最高的方法之一。它可以去除常 第 1 章 概述 规处理时不易去除的一些污染物，除氨氮之外，还可去除合成有机物和溶解4目 可生物降解有机物等可降低 a o c的含量，但不能改变其生物致突变性。 ;) 废水相比，尽管微污染原水中污染物的种类和浓度有所不同，f 叼丈 的生物可降 解性是相近的，所以废水处理中的生物膜法，如生物滤池、生物转盘、生物接 触氧化池和生物流化床等，均可用来处理微污染原水，但山于原水中的基质浓 度比废水低，两者的设计和运行参数应有差别。生物预处理目前在国内有代表 的方法有生物接触氧化池和淹没式颗粒填料生物接触氧化池 ( 简称生物陶粒滤 池 ) 。 表 1 . 1儿种不同化学氧化剂对水中各种物质氧化作用的比较 1 h 日臭软 氯- 1 0t 化氛 高锰脸钾 除微污染物显著 略有效果 较好 以 著 除藻显著 较好较好 撇著 除臭味n % 著 略有效果较好 妞若 控制氯化 o f 产物 显著无 显著极著 软化助凝 显著 较好较好 i著 除铁锰显著 略有效果i . 著 较好 主要氧化 副产物 醛、酮、澳酸盐等 t h ms , h a a s 等多 种抓化副产物 c i o , - , c i o , -水合m n o , p h影响 p h堵响小。 p h越小 余臭靓残余越久 消毒效果随p h 增大 而降低，p h为， 左 右加氯最好 p h值6 -1 0 范14 -a1 内 均有很好的消毒杀 菌作用 中性条件下效果 良好 适用条件 成本高，适用于有机 物污染较严里和较高 出水水质要求 绝大多数水 一 使用 成本较p i ， 运输保存 不便， 正在逐步研究 推广 投资较小。 适用于 解决随季节变化 的水质问题 ( 3 )吸附预处理 常用的吸附剂有活性炭和粘土等。 活性炭吸附能有效去除水中的有机物， 并且可使致突变活性从阳性转为阴性。由于粉末活性炭参与混凝沉淀，残留于 污泥中，目 前还没有很好的回收再生利用方法，所以运行费用高，难以推广应 用，相比较而言，颗粒活性炭的应用范围更 一 。枯土类吸阳剂虽然货x充足， 价格便宜，但大量粘土投入混凝沉淀池中，势必增加沉淀池的排泥量，给生产 运行带来一定的困难因此寻找货源充足、便于回收利用的吸附剂势在必行。 第 章 概述 有报道表明19 1沸石、 活化硅藻土都是良 好的吸附剂，对水中的有机物有良 如 的吸附效果，相信不久将会应用 于 微污染原水的处理中。 1 . 12深度处理 饮用水的深度处理可以去除常规处理难以去除的重金属离r 、有机污染物 等。现阶段常用的深度处理技术主要有以下儿种: ( 1 ) 活性炭吸附 活性炭的处理对象主要是水中的色、味、多环芳烃( p a h s ) ,挥发性有机卤 化物( t h m s ) 、 有机农药、 杀虫剂等口 但对有毒的重金属、一般的盐类、 致癌的 亚硝酸盐和放射性物质、 细菌、 病毒等的去除效果则不佳， 有些物质( 如细菌等) 在处理时间长时甚至会略有增加。此外，活性炭的价格也较高，使其使用受到 了一定的限制。 ( 2 )臭氧氧化以及臭氧一 生物活性炭处理 臭氧的消毒能力很强，能氧化有机物，去除水中的色、味、溶解性的铁、 锰及酚等.但其在水中不稳定，容易分解，在管网中杀菌效力不能持久:而且 设备复杂，投资大，能耗也大，目前在我国应用较少。另外，经臭氧氧化后的 水因新生了小分子有机化合物，使水的生物稳定性变差。当前，通常把臭氧与 活性炭联合应用，其效果较佳。 ( 3 ) 膜技术 近年来膜分离技术在水和废水处理方面的应用得到了较快的发展，有关膜 处理技术的应用研究和学术活动也很活跃，它是一个新兴的高效分离、浓缩、 提纯和净化技术， 其主要特点是节能( 因为膜分离过程不发生相变化) 、 分离对 象广 ( 有机物、 无机物、 病毒、 细菌和微粒等) 、 装置简单、易操作、易于自 控 以及易维修， 特别适用于对热敏感物质的分离、分级、浓缩与富集 ( 因为分离 过程只需在常温下进行) 。 一般以 膜的孔径大小对膜进行分类， 常分为微滤( m f ) 膜、超滤 ( u f ) 膜、纳滤 ( n f )膜和反渗透 ( r o )膜，这些处理技术都属于 压力推动下的膜分离工艺。r o和 n f作为水及其他液体分离膜之一，在分离 膜应用领域占有重要的地位。 第 章 概述 有报道表明19 1沸石、 活化硅藻土都是良 好的吸附剂，对水中的有机物有良 如 的吸附效果，相信不久将会应用 于 微污染原水的处理中。 1 . 12深度处理 饮用水的深度处理可以去除常规处理难以去除的重金属离r 、有机污染物 等。现阶段常用的深度处理技术主要有以下儿种: ( 1 ) 活性炭吸附 活性炭的处理对象主要是水中的色、味、多环芳烃( p a h s ) ,挥发性有机卤 化物( t h m s ) 、 有机农药、 杀虫剂等口 但对有毒的重金属、一般的盐类、 致癌的 亚硝酸盐和放射性物质、 细菌、 病毒等的去除效果则不佳， 有些物质( 如细菌等) 在处理时间长时甚至会略有增加。此外，活性炭的价格也较高，使其使用受到 了一定的限制。 ( 2 )臭氧氧化以及臭氧一 生物活性炭处理 臭氧的消毒能力很强，能氧化有机物，去除水中的色、味、溶解性的铁、 锰及酚等.但其在水中不稳定，容易分解，在管网中杀菌效力不能持久:而且 设备复杂，投资大，能耗也大，目前在我国应用较少。另外，经臭氧氧化后的 水因新生了小分子有机化合物，使水的生物稳定性变差。当前，通常把臭氧与 活性炭联合应用，其效果较佳。 ( 3 ) 膜技术 近年来膜分离技术在水和废水处理方面的应用得到了较快的发展，有关膜 处理技术的应用研究和学术活动也很活跃，它是一个新兴的高效分离、浓缩、 提纯和净化技术， 其主要特点是节能( 因为膜分离过程不发生相变化) 、 分离对 象广 ( 有机物、 无机物、 病毒、 细菌和微粒等) 、 装置简单、易操作、易于自 控 以及易维修， 特别适用于对热敏感物质的分离、分级、浓缩与富集 ( 因为分离 过程只需在常温下进行) 。 一般以 膜的孔径大小对膜进行分类， 常分为微滤( m f ) 膜、超滤 ( u f ) 膜、纳滤 ( n f )膜和反渗透 ( r o )膜，这些处理技术都属于 压力推动下的膜分离工艺。r o和 n f作为水及其他液体分离膜之一，在分离 膜应用领域占有重要的地位。 第 e 章 概述 o)光催化氧化技术 光催化氧化是以化学稳定性和催化活性很好的t i 0 : 为代表的n型半导体 为敏化剂的光敏化氧化，一般认为在合适的反应条件下，有机物经光催化氧化 的最终产物是c 0 = 和h 2 o等无机物。 该方法的强氧化性、 对作川对象的无选择 性与最终可使有机物完全矿化的特点，使光催化氧化在饮用水深度处理方面具 有较好的应用前景。有关研究证明经过光催化氧化，自来水中各类优先污染物 的 浓度 及 水中 有 机物的总 含量 均大 大下 降， 水 质明 显改 善 ! 1 0 。 但是1 3 0 : 粉末 颗 粒细微，不便加以回收，同传统净水工艺相比，光催化氧化处理费用较高，设 备复杂，近期内推广使用受到限制。 1 . 2奥氟在饮用水处理中的应用 臭 氧( o 3 ) 是一种极不稳定、 带有刺激性气味的强氧化性气体。其 氧化能 力 非常强，臭氧的氧化还原电位为2 .0 7 6 m v，比水处理中使用的氯、二氧化氯、 氯胺、高锰酸钾等氧化剂的氧化能力都要强。在微污染原水的处理过程中，可 以利用臭氧的强氧化能力，氧化分解水中的有机物和无机物，杀灭水中的微生 物和细菌。 以下从几个方面讲述臭氧在水处理特别是饮用水处理中发挥作用的原理。 1 . 2 . 1奥氛对有机物的氧化 饮用水水源中主要含有天然有机物， 其主要组成部分为腐殖质，约占水中 溶解性有机碳 ( d o c )的4 0 01 a -6 0 %。 这些物质都是耗氧物质，因此臭氧可以 氧化去除或分解水中的有机物。臭氧与有机物反应的结果通常是使有机物分子 量变小，芳香性消失，极性增强，可生化性提高。 臭氧与水中有机物反应有两种不同的途径。第一，臭氧分子通过高选择性 的化学反应直接进行;第二，臭氧可以自身分解成具有强氧化性的y 基自由 基 o h间接与水中有机物反应，这种反应是快速的和无选择性的并且在反应 过程中占支配地位。 ( 1 )色度 臭氧化的脱色处理与混凝的脱色处理过程有所不同，其区别在于前者不需 第 e 章 概述 o)光催化氧化技术 光催化氧化是以化学稳定性和催化活性很好的t i 0 : 为代表的n型半导体 为敏化剂的光敏化氧化，一般认为在合适的反应条件下，有机物经光催化氧化 的最终产物是c 0 = 和h 2 o等无机物。 该方法的强氧化性、 对作川对象的无选择 性与最终可使有机物完全矿化的特点，使光催化氧化在饮用水深度处理方面具 有较好的应用前景。有关研究证明经过光催化氧化，自来水中各类优先污染物 的 浓度 及 水中 有 机物的总 含量 均大 大下 降， 水 质明 显改 善 ! 1 0 。 但是1 3 0 : 粉末 颗 粒细微，不便加以回收，同传统净水工艺相比，光催化氧化处理费用较高，设 备复杂，近期内推广使用受到限制。 1 . 2奥氟在饮用水处理中的应用 臭 氧( o 3 ) 是一种极不稳定、 带有刺激性气味的强氧化性气体。其 氧化能 力 非常强，臭氧的氧化还原电位为2 .0 7 6 m v，比水处理中使用的氯、二氧化氯、 氯胺、高锰酸钾等氧化剂的氧化能力都要强。在微污染原水的处理过程中，可 以利用臭氧的强氧化能力，氧化分解水中的有机物和无机物，杀灭水中的微生 物和细菌。 以下从几个方面讲述臭氧在水处理特别是饮用水处理中发挥作用的原理。 1 . 2 . 1奥氛对有机物的氧化 饮用水水源中主要含有天然有机物， 其主要组成部分为腐殖质，约占水中 溶解性有机碳 ( d o c )的4 0 01 a -6 0 %。 这些物质都是耗氧物质，因此臭氧可以 氧化去除或分解水中的有机物。臭氧与有机物反应的结果通常是使有机物分子 量变小，芳香性消失，极性增强，可生化性提高。 臭氧与水中有机物反应有两种不同的途径。第一，臭氧分子通过高选择性 的化学反应直接进行;第二，臭氧可以自身分解成具有强氧化性的y 基自由 基 o h间接与水中有机物反应，这种反应是快速的和无选择性的并且在反应 过程中占支配地位。 ( 1 )色度 臭氧化的脱色处理与混凝的脱色处理过程有所不同，其区别在于前者不需 第 e 章 概述 o)光催化氧化技术 光催化氧化是以化学稳定性和催化活性很好的t i 0 : 为代表的n型半导体 为敏化剂的光敏化氧化，一般认为在合适的反应条件下，有机物经光催化氧化 的最终产物是c 0 = 和h 2 o等无机物。 该方法的强氧化性、 对作川对象的无选择 性与最终可使有机物完全矿化的特点，使光催化氧化在饮用水深度处理方面具 有较好的应用前景。有关研究证明经过光催化氧化，自来水中各类优先污染物 的 浓度 及 水中 有 机物的总 含量 均大 大下 降， 水 质明 显改 善 ! 1 0 。 但是1 3 0 : 粉末 颗 粒细微，不便加以回收，同传统净水工艺相比，光催化氧化处理费用较高，设 备复杂，近期内推广使用受到限制。 1 . 2奥氟在饮用水处理中的应用 臭 氧( o 3 ) 是一种极不稳定、 带有刺激性气味的强氧化性气体。其 氧化能 力 非常强，臭氧的氧化还原电位为2 .0 7 6 m v，比水处理中使用的氯、二氧化氯、 氯胺、高锰酸钾等氧化剂的氧化能力都要强。在微污染原水的处理过程中，可 以利用臭氧的强氧化能力，氧化分解水中的有机物和无机物，杀灭水中的微生 物和细菌。 以下从几个方面讲述臭氧在水处理特别是饮用水处理中发挥作用的原理。 1 . 2 . 1奥氛对有机物的氧化 饮用水水源中主要含有天然有机物， 其主要组成部分为腐殖质，约占水中 溶解性有机碳 ( d o c )的4 0 01 a -6 0 %。 这些物质都是耗氧物质，因此臭氧可以 氧化去除或分解水中的有机物。臭氧与有机物反应的结果通常是使有机物分子 量变小，芳香性消失，极性增强，可生化性提高。 臭氧与水中有机物反应有两种不同的途径。第一，臭氧分子通过高选择性 的化学反应直接进行;第二，臭氧可以自身分解成具有强氧化性的y 基自由 基 o h间接与水中有机物反应，这种反应是快速的和无选择性的并且在反应 过程中占支配地位。 ( 1 )色度 臭氧化的脱色处理与混凝的脱色处理过程有所不同，其区别在于前者不需 第 1 章 概述 要向水中投加其它化学药剂，臭氧的强沉化能力即叫以使水得到深度的脱色处 理 川 1 水中色度主要是由带色的腐殖酸引起的，这些物质都是高分子和多g i 能le i 含氮的环状结构化合物，腐殖酸中的成分可分为腐殖质和白腐酸，它们含有炭 炭双键、苯环和金属离子等生色基团。一日 _ 生色基团遭破坏，水中的色度即可 大幅度降低。臭氧具有强氧化性，可以攻击破坏水中的碳碳双键和苯环，也可 以氧化铁和锰等无机成色离子，因此臭氧可以很好的降低水中的色度。 ( 2 )嗅昧 饮用水中的臭气， 主要来自 藻类、 铁细菌、 放线菌等生物在原水中的繁殖a 除此之外，水的氯化也是引起气味的一个原因，给水管道内壁的涂层材料等也 可引起气味。臭气的种类有芳香性臭气、植物性臭气、土臭、霉臭、角腥臭、 血腥臭、药品性臭气、金属臭和腐败性臭气。在饮用水的地表水源和处理后的 饮用水中，存在两种挥发性的有机化合物，会引起味道和气味，一种是产生泥 土气味的化合物土臭味素 ( g e o s m i n ) :另一种是产生霉味的 2 一甲基异冰片 ( 2 - m e t h y l i s o b o m e o l ， 简称2 - m i b ) 。 这两 种 化合 物即 使 浓度极 低也能 闻出 味 道， 且其抗化学氧化性能很强，氯气和高锰酸钾都不能消除这两种化合物产生的气 味。 根 据 有关 文 献 报道1 2 13 1 ， 由 于 臭 氧的 强 氧化 性以 及 氯 投加 量的 减少， 水中 产生嗅味的土臭味素和2 一甲基异冰片可以被明显得决ilk ( 3 ) c o d m o 高锰酸钾指数 ( 以下称c o d m ) 是有机物含量的指标之一，可以 表征水体 被还原性物质污染的程度，它是氧化剂在短时间 ( 2 h )内对有机物的氧化所需 的氧量，并不能反映全部有机物含量的指标，因为高锰酸钾所能氧化的只是一 些比较容易被氧化的有机物，一般约占水中有机物的一半以下。所以 c o d m 目 前较多用于微污染原水和饮用水。在新颁布的 生活饮用水水质卫生规范 中 将 c o d , 。 作为 控制 有机 物量 的 一 项 新 指 标 (14 1 。 臭 氧可以 去除 水中 一 小 部 分 有机物， 增强大多数有机物的可生化性， 将臭氧用于臭氧一 生物活性炭深度处理， 可以大大降低出水中的c o d m ,， 含量。 ( 4 ) u v 2 5 4 作为水中非挥发性有机物和三卤甲烷前驱物的替代参数，u v 2 1 ; 主要代表 第 1 章 概述 的是在紫外光范围内容易被吸收的一些含共扼双键或苯环的有机物，也可以间 接表示水中有机物的含量( 消毒副产物前驱物的含量) 。 据相关文献报道1 出 厂水的瞬时气卤甲烷总最 ( t t h m )可以通过原水的 u v 2 5 a ,温度以及出)水 的p 1 i 与总耗氯里的多重相关来预测。 由于 臭氧的强氧化能力， 可以打开苯环， 将其氧化成解、酸、环氧化物和过氧化物等饱和有机物，因此臭,a 可以较好的 去 除 u v 2 54 115 1 116 j o ( 5 ) toc 总有机碳 ( t o c )常常被用来评价水体中有机物污染程度，该指标是以碳 的含量表示水中的有机物质总量，是测定水中有机化合物含量的快速方法。据 有关文献报道( 1 6 1 ，在腐殖质的臭氧化过程中，总有机碳 t o c会减少或不变。 由于臭氧去除水中的有机物仅占总有机物的一小部分，大部分大分子有机物被 转化为小分子，因此单独使用臭氧并不能有效的去除t o c ，对于t o c的处理 需要结合不同的工艺和因素进行考虑。 ( 6 ) aoc 可同化有机碳a o c ( a s s i m i l a b l e o r g a n i c c a r b o n 表示饮用水中有机昔养 物的浓度，并以a o c作为饮用水生物稳定性的评价指标。a o c是有机物中最 易被细菌吸收、直接同化成细菌体的部分，是生物可降解的溶解性有机碳的一 部分。如果饮用水中有机营养物含量高，即a o c高，水质生物稳定性就差， 细菌容易在水中生长， 致病菌出现的可能性就会增强。 因此， a o c所表征的是 依靠水体中营养物生存的一些菌类的繁殖。 由于臭氧可以分解氧化部分大分子的、细菌不易降解利用的有机物，生成 小分子的、易被细菌氧化分解的有机物 ( 有利于 g a c去除) ，导致臭氧化后 a o c增加。 因此臭氧氧化后溶解性n o m的可生化降解性得到了 提高， 臭氧常 与生物活性炭过滤相结合以去除臭氧氧化后所产生的可生化降解分子。在低投 加量条件下，臭氧并没有将有机物都氧化成c 0 2 和h 2 o ,而是生成了一些小分 子易降解的中间产物，如小分子有机酸，醛和酮等。这些小分子易降解物质可 被细菌利用以合成自身组成物质，因此水中的a o c含量提高了。 a o c的增加量与臭氧投加量之间存在线性关系，但当臭氧投加到一定程 度，会将臭氧氧化的中间产物进一步氧化为c 0 2 和姚o ， 这时水中a o c的含 量 不 会提高， 如 王占 生等 认为 超 过2 m 叭， 可 使 水中a o c 值有 所下降 ii 伙 第 1 章 概述 1 . 2 . 2奥氧对无机物的氧化 水中也存在铁、锰、亚硝酸盐 氨氮和硝酸t 等无机物。由于臭城的s y t 从 化性，可以与无机物中具有还原性的物质发生反应 ( 1 )金属离子 ( 铁、锰等) 臭氧可以将水中过渡价态的金属离子氧化成高价态的离子，而n价态的金 属阳离子在水中易形成溶解度很低的氢氧化合物，从而得以去除。 臭氧可将水中的二价铁和二价锰氧化成三价铁和高价锰，使溶解性的铁、 锰变成固 态物质， 在沉淀或过滤过程中去除。 臭 氧与f e z . 和m n 2 十 反 应如f 12 0 12 1 1 : he 2 + + 0 , + h 2 0 - - 2 f e ( o h ) 3( 1. 1 ) m n 2 + 0 3 + h 2 0 m n 0 2 + 2 h + + o 2 ( 易)( l 2 ) m n 2 + 0 3 + h 2 0 - - m n 仇一 + 2 h ( 难)( 1 . 3 ) 以阳离子形式存在的铁和锰采用比臭氧弱得多的氧化剂即可将其氧化.但 当 锰以 有机络合物形式存在时， 则需使用臭氧这类强氧化剂才能使之在中性p h 值条件下形成金属水和氧化物沉淀分离。由于过量的臭氧可能会使锰成为完全 溶于水且具有毒性的过锰酸根离子，进入管道后缓慢还原成 m n ( o h ) ; 而形成 m n o z 沉积，因此臭氧的投加量也要考虑到铁锰等的含量。 除了铁锰，其它重金属离子如砷、铬、福,铜、铅、镍等也可以用类似的 方法去除。 ( 2 )氨氮 氨氮 ( n h 3 - n)是水中氮的一种存在方式。臭氧具有强氧化性，可以氧化 水中的有机氮，生成氨氮。若单独采用臭氧氧化处理，发现其并不能使出水中 氨氮明显减少，因为水处理中臭氧的投加量是不完全充足的，其将一部分有机 氮氧化成氨氮，因此总体看来氨氮的去除效果不明显。 ( 3 )亚硝酸盐 亚硝酸盐 ( n o , - n)是界于硝酸a和氨氮之fn的氮的一种无机存在方式。 亚硝酸盐会明显的增加需氯量和干扰氯的剩余量，导致在消毒过程中的许多技 术问题。亚硝酸盐还对健康有危险，它会与副胺类物质反应生成亚硝胺，一种 致癌物质，亚硝酸盐还能诱发高 血清蛋白，尤其是对婴儿。所以其对饮用水存 第 1 草 概述 在很大的危.t性。 亚硝酸y h 具有比较强的还原性 下反应: 3 no 2 - + o 一 有关试验研究证明2 2 1 ， 与氯、 氧对亚硝酸盐氮的氧化能力最强。 ，臭氧具有较强的氧化性者司 一 以发生如 3 n o( 1 . 4 ) 过氧化氢以及高锰酸钾等氧化剂相比较，臭 1 . 2 . 3奥氟的助凝作用 效果 证明 国内 外许多资 料研究表明 5 1 2 4 1 2 5 1 ， 低臭 氧投加量可以 有效地提高 混凝絮 凝 。关于臭氧助凝作用的机理很多，哪种机理起主要作用目前还没有被明确 机理之一是因为在用臭氧氧化有机物的过程中，有机物分子中许多碳原子 的位置由氧原子占据，形成梭酸、醛、酮和醇，所有这些产物比未经臭氧处理 的化合物具有更高的极性，这些极性化合物能够与氢结合，这样能有效地提高 它们的分子量，如接触到铁、铝这类多价金属阳离子，就导致氧化后的产物出 现絮凝现象。臭氧助凝作用的另一机理是臭氧可以快速氧化低价态的铁、锰， 因此可以形成许多絮凝体颗粒，在水中形成一些聚合物，进而碰撞其他物质的 聚合物。 据研究表明不同的水源水质，臭氧助凝的机理不同。因此臭氧的助凝作用 还有待于进一步的研究。 因预臭氧化引起微絮凝作用，使絮凝剂和活性炭的用量也都减少， 滤池反 冲洗的时间间隔增加了一倍。同时，在后续处理中，消毒用的臭氧量至少降低 了2 0 yo， 这一数量可以补偿预臭氧化所需要的臭氧。 但是如果臭氧投加量过大， 聚合物等会被氧化为小分子化合物，导致助凝效果的失效。所以，要考虑臭氧 的 最 佳投加范围问 题。 一般情况下， 0 .5 - 1 .o m g / l 的投加量就可以 有效的 提高 混 凝 一 a 凝 效 果 1161 1 . 2 . 4奥氛的消毒作用 与氛相比， 臭氧具有更强的杀菌和抑制病毒的作用， 0 .2 5 m g / l的臭氧投加 量就可以 将细菌数达到 1 护个 / m l的水体中细菌全部杀光(2 6 1臭氧杀菌的 机理 第 1 草 概述 在很大的危.t性。 亚硝酸y h 具有比较强的还原性 下反应: 3 no 2 - + o 一 有关试验研究证明2 2 1 ， 与氯、 氧对亚硝酸盐氮的氧化能力最强。 ，臭氧具有较强的氧化性者司 一 以发生如 3 n o( 1 . 4 ) 过氧化氢以及高锰酸钾等氧化剂相比较，臭 1 . 2 . 3奥氟的助凝作用 效果 证明 国内 外许多资 料研究表明 5 1 2 4 1 2 5 1 ， 低臭 氧投加量可以 有效地提高 混凝絮 凝 。关于臭氧助凝作用的机理很多，哪种机理起主要作用目前还没有被明确 机理之一是因为在用臭氧氧化有机物的过程中，有机物分子中许多碳原子 的位置由氧原子占据，形成梭酸、醛、酮和醇，所有这些产物比未经臭氧处理 的化合物具有更高的极性，这些极性化合物能够与氢结合，这样能有效地提高 它们的分子量，如接触到铁、铝这类多价金属阳离子，就导致氧化后的产物出 现絮凝现象。臭氧助凝作用的另一机理是臭氧可以快速氧化低价态的铁、锰， 因此可以形成许多絮凝体颗粒，在水中形成一些聚合物，进而碰撞其他物质的 聚合物。 据研究表明不同的水源水质，臭氧助凝的机理不同。因此臭氧的助凝作用 还有待于进一步的研究。 因预臭氧化引起微絮凝作用，使絮凝剂和活性炭的用量也都减少， 滤池反 冲洗的时间间隔增加了一倍。同时，在后续处理中，消毒用的臭氧量至少降低 了2 0 yo， 这一数量可以补偿预臭氧化所需要的臭氧。 但是如果臭氧投加量过大， 聚合物等会被氧化为小分子化合物，导致助凝效果的失效。所以，要考虑臭氧 的 最 佳投加范围问 题。 一般情况下， 0 .5 - 1 .o m g / l 的投加量就可以 有效的 提高 混 凝 一 a 凝 效 果 1161 1 . 2 . 4奥氛的消毒作用 与氛相比， 臭氧具有更强的杀菌和抑制病毒的作用， 0 .2 5 m g / l的臭氧投加 量就可以 将细菌数达到 1 护个 / m l的水体中细菌全部杀光(2 6 1臭氧杀菌的 机理 第 1 草 概述 在很大的危.t性。 亚硝酸y h 具有比较强的还原性 下反应: 3 no 2 - + o 一 有关试验研究证明2 2 1 ， 与氯、 氧对亚硝酸盐氮的氧化能力最强。 ，臭氧具有较强的氧化性者司 一 以发生如 3 n o( 1 . 4 ) 过氧化氢以及高锰酸钾等氧化剂相比较，臭 1 . 2 . 3奥氟的助凝作用 效果 证明 国内 外许多资 料研究表明 5 1 2 4 1 2 5 1 ， 低臭 氧投加量可以 有效地提高 混凝絮 凝 。关于臭氧助凝作用的机理很多，哪种机理起主要作用目前还没有被明确 机理之一是因为在用臭氧氧化有机物的过程中，有机物分子中许多碳原子 的位置由氧原子占据，形成梭酸、醛、酮和醇，所有这些产物比未经臭氧处理 的化合物具有更高的极性，这些极性化合物能够与氢结合，这样能有效地提高 它们的分子量，如接触到铁、铝这类多价金属阳离子，就导致氧化后的产物出 现絮凝现象。臭氧助凝作用的另一机理是臭氧可以快速氧化低价态的铁、锰， 因此可以形成许多絮凝体颗粒，在水中形成一些聚合物，进而碰撞其他物质的 聚合物。 据研究表明不同的水源水质，臭氧助凝的机理不同。因此臭氧的助凝作用 还有待于进一步的研究。 因预臭氧化引起微絮凝作用，使絮凝剂和活性炭的用量也都减少， 滤池反 冲洗的时间间隔增加了一倍。同时，在后续处理中，消毒用的臭氧量至少降