臭氧生物活性炭技术在水处理中的应用与研究郭锋

臭氧-生物活性炭技术在水处理中的应用与研究郭锋，王潇，肖强，肖禾（中海油天津化工研究设计院，天津300131）［摘要］臭氧-生物活性炭（O3-BAC）技术是一种新型高效的微污染水处理工艺。介绍了O3-BAC技术在饮用水（地表水、地下水、生活污水、市政供水等制饮用水）及工业废水（膜处理排水、油田废水、炼油废水、石化废水、制药废水、焦化废水、印染废水、食品加工废水、水产养殖废水）等领域的应用和研究情况，指出了未来O3-BAC技术在水处理中的发展研究方向。［关键词］臭氧-生物活性炭；生活污水；饮用水；工业废水［中图分类号］X703.1；TU991［文献标识码］A［文章编号］1005-829X（2011）03-0019-05Studyontheapplicationofozone-biologicalactivatedcarbonprocesstowatertreatmentGuoFeng，WangXiao，XiaoQiang，XiaoHe（CNOOCTianjinChemicalResearch&DesignInstitute，Tianjin300131，China）Abstract：Ozone-biologicalactivatedcarbon（O3-BAC）isanewtypeofefficientmicro-pollutedwatertreatmentprocess.Itsapplicationtodrinkingwater（surfacewater，groundwater，domesticwater，municipalwatersupply，etc.）andindustrialwastewater（membranetreatmentdischarge，oilfieldwastewater，oilrefiningwastewater，petrochemicalwastewater，pharmaceuticalwastewater，dyestuffwastewater，foodprocessingwastewater，aquaculturewastewater，etc.）andtheirresearchsituationsareintroduced.ThefuturedevelopmentdirectionsoftheapplicationofO3-BACtowatertreatmentarepointedout.Keywords：ozone-biologicalactivatedcarbon；domesticsewage；drinkingwater；industrialwastewater我国是水资源缺乏的国家，随着工农业的迅速发展、城市化进程的不断加快和人民生活水平的提高，缺水问题日趋严重，水资源短缺已成为制约我国国民经济增长和人民生活水平提高的重要因素之一。工业废水和生活污水排放量的逐年增加，使水源水质状况不断恶化，有机微污染物的种类和数量大大增加，加之循环经济和零排放的要求，对传统水处理工艺提出了新的挑战。为有效控制污染物排放以及保护饮用水水源，饮用水厂和废水排放企业面临对传统处理工艺的改造，即采用各种新的水净化技术，保证生活饮用水水质和废水的有效处理和回用。臭氧-生物活性炭（O3-BAC）深度净化技术是［20］ZhenXianghua，YuShuili.Fluxenhancementduringultrafiltrationofproducedwaterusingturbulencepromoter［J］.JournalofEnvi-ronmentalSciences，2006，18（6）：1078-1081.［21］赵立合，李柏林，陈忠喜，等.油田采出水的特性及其影响因素分析［J］.辽宁化工，2007，36（10）：714-717.［22］孙洪贵，夏海平，蓝伟光.分离膜材料的污染与清洗［J］.功能材料，2002，33（1）：26-28.［23］邱运仁，张启.超滤过程膜污染控制技术研究进展［J］.现代化工，2002，22（2）：18-21.［24］华耀祖.超滤技术与应用［M］.北京：化学工业出版社，2004：215-265.［25］蔺爱国，张国忠，刘刚.改性聚四氟乙烯膜在油田含油污水处理中的动电现象［J］.石油学报，2007，23（6）：66-69.［26］卢艳，孟丽丽，于水利.纳米Al2O3改性PVDF超滤膜处理含油污水研究［J］.安全与环境学报，2008，8（4）：62-64.［27］王萍，朱宛华.膜污染与清洗［J］.合肥工业大学学报，2001，24（2）：230-233.［28］梁文义.大庆油田采出水回注处理工艺技术的创新及应用［J］.水处理技术，2008，34（6）：62-65.［作者简介］高学理（1975—），2009年毕业于中国海洋大学，硕士，工程师。电话：[phone]，E-mail：[e-mail]。［收稿日期］2010-11-24（修改稿）!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!第31卷第3期2011年3月工业水处理IndustrialWaterTreatmentVol．31No．3Mar．，201119在生物活性炭技术基础上发展起来的一种新的微污染物水处理工艺。近年来该技术在国内外饮用水深度净化处理中发展很快，在工业废水深度处理中也取得了一定成绩。笔者介绍了O3-BAC深度净化技术在饮用水和工业废水处理中的应用和研究情况，并指出了今后的发展方向。1O3-BAC技术在饮用水深度处理中的应用在饮用水深度处理中一般采用常规饮用水处理工艺+O3-BAC技术进行深度处理。近几年该技术在国内应用发展很快，广东、浙江、上海、江苏等地陆续新建、改建了多个臭氧处理工艺水厂，如深圳梅林水厂，浙江桐乡果园桥水厂，海盐、嘉善、平湖、乍浦、海宁和杭州滨江地面水厂，桐乡市以及广州市南洲水厂，上海浦东临江水厂，上海周家渡水厂以及江苏昆山水厂等〔1〕。广州南洲水厂于2006年投资26亿元建成1×106m3/d的O3-BAC深度处理装置，成为国内最大的饮用净水工厂。1.1地表水为水源生产饮用水王键〔2〕报道了O3-BAC技术在昆山泾河水厂、昆山第三水厂（二期）饮用水深度处理中的应用情况。2个水厂的生产能力分别为6×105、4×105m3/d，均采用O3—絮凝沉淀砂滤—O3-GAC/BAC深度处理工艺，于2007年1月29日投入运行。运行结果表明，NH3-N去除率比常规处理工艺提高27.9％，最高可达77.2％，CODMn去除率提高32.8％，最高可达74.6％，出水CODMn≤3.0mg/L。出水水质已达到《生活饮用水卫生标准》（GB5749—2006）的要求，色度、嗅和味等感官指标也有大幅度的改善，基本无嗅味，口感明显改善。李树苑等〔3〕介绍了在某市建设的2座以Ⅲ～Ⅳ类湖水为水源的深度处理水厂，建设规模分别为4×105、6×105m3/d，与该水厂常规处理装置配套。2座水厂均采用O3—常规处理—O3-BAC工艺。2006年投入运行后，经1年多的运行结果表明，出水106个项目均达到《生活饮用水卫生标准》（GB5749—2006）；COD由3.51mg/L降到2.27mg/L；浊度由0.45NTU降至0.28NTU；氯化消毒副产物三卤甲烷的含量也降低了79％；饮用水的感观性指标显著改善。该工艺流程稳定可靠，每吨水运行成本为0.18元。亚布力滑雪旅游区净水厂，供水能力为50000m3/d。它以低温、低浊、高色度的水库超Ⅲ类水质水为水源，该厂原采用絮凝—过滤—消毒的常规水处理工艺，现增加了O3-BAC技术进行深度处理。自建成投入运行至哈尔滨第24届世界大学生冬季运动会结束以来的运行结果表明，该工艺对水中有机物的处理效果明显，出水水质稳定，满足了生活饮用水卫生标准中的各项指标〔4〕。吴忠义〔5〕介绍了梅林水厂的深度处理工程，该水厂原水取自东深深圳水库，该水属典型的高藻、低浊型水质。原采用细格栅—预氯化—机械混合—折板反应—平流沉淀池—V型滤池—清水池—送水泵的常规工艺，现增加了O3-BAC深度处理工艺，自2006年6月投入运行至今，运行效果良好，处理后出水可直接饮用。王正林等〔6〕以太湖水为示范工程用水，其水质为Ⅲ类、Ⅳ类水质，采用生物预处理—气浮—O3-BAC—砂滤—消毒组合工艺，于2007年3月建成1×104m3/d的深度处理示范工程，工程建设投资约1536.8万元。经1年多的运行结果表明，出水水质达到生活饮用水卫生标准的要求，每吨水运行成本较常规工艺增加了0.165元，其中O3-BAC工艺每吨水运行费为0.074元。岳勇等〔7〕采用O3-BAC工艺以某油田的浅层轻度石油污染地下水和联合站沉降出水配制水作为试验用水进行试验研究，结果表明，O3-BAC工艺对石油类污染物质量浓度＜2mg/L的轻度石油污染地下水有较好的去除效果，出水中的石油类污染物和CODMn均可以达到生活饮用水卫生标准。1.2微污染河水为水源生产饮用水尹宇鹏等〔8-11〕均以广州市东江属Ⅱ～Ⅲ类的地表微污染水作为中试试验水，采用O3-BAC深度处理工艺对其进行处理，结果表明，其对CODMn、NH3-N、NO2--N的去除率分别达65.34%、96.03%、98.24%，出水水质完全达到生活饮用水卫生标准。孟建斌等〔9〕在2008年采用O3—常规工艺—O3-BAC深度处理工艺进行中试试验，当进水流量为10m3/h时，其对CODMn、NH3-N的平均去除率分别达55%、80%以上，对NO2--N和浊度的去除率分别达85%和95%以上。谢观体等〔10〕对比研究了O3-BAC工艺与BAF-生物强化过滤工艺。结果表明，2种工艺NH3-N去除率分别为95.8%、91.7%，NO2--N去除率分别为97.5%和92.5%，CODMn去除率分别为61.0%和62.2%。以南洲水厂的工程运行经验，采用O3-BAC工艺进行处理，每吨水投资为294元，每吨水运行费用为0.25元；而以广州水厂采用BAF-生物强化过滤工艺的全年中试以及工程设计招标结果，每吨水投资为190元，每吨水运行费用为0.1元。陆少鸣专论与综述工业水处理2011－03，31（3）20等〔11〕分别采用BAF预处理—常规工艺、常规工艺—O3-BAC工艺进行中试比较研究，结果表明，2种工艺对NH3-N的去除率均＞90%，对CODMn的去除率相当，约为61%，出水水质均达到了生活饮用水卫生标准和饮用净水水质标准的要求。BAF预处理—常规工艺每吨水投资约为150元，每吨水运行费用约为0.07元，而常规工艺—O3-BAC工艺每吨水投资约为242元，每吨水运行费用约为0.25元，其每吨水的投资及运行费用比常规工艺—O3-BAC工艺分别减少了40％和70％以上。此外，翟宝海等〔12〕以滦河水为试验水，采用高锰酸盐复合药剂（PPC）预氧化—常规工艺—O3-BAC工艺进行中试研究，处理水量为5m3/h，结果表明，该工艺可强化AOC、BDOC的去除效果，并达到生物稳定性的控制要求。1.3微污染地下水为水源生产饮用水朱孟府等〔13〕以某油田含石油、锰、铁等微污染物的300m深井地下水为水源，于2006年10月设计了1套水处理净化系统，即采用快速过滤—O3—多介质过滤—BAC—精密过滤—超滤处理工艺，处理水量为1200m3/d，最大净水量为60m3/d。经1年多的运行实践表明，该工艺对石油、锰、铁等污染物的去除效果良好，出水水质符合国家生活饮用水卫生标准，每吨水运行成本为0.95元。1.4生活污水为水源生产饮用水中石化燕化动力事业部在供水处理系统设计中，由于水源污染严重，采用了生物预处理—混凝—沉淀—过滤—O3-BAC工艺对其进行处理。该自动供水系统投入运行后，达到了预期的处理效果，出水水质达到国家生活饮用水卫生标准，同时减少了系统的水耗和电耗〔14〕。1.5市政供水为水源生产饮用水支天一等〔15〕以市政供水为实验用水生产饮用水，研究采用过滤—O3-BAC—纳