第!"卷第!期
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水资源保护
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原水臭氧预氧化慢滤池生物活性炭过滤臭氧氧化氯消毒
图!常用给水处理厂工艺流程
作者简介：杜吉吉华（"9:#—），男，湖北武汉人，硕士研究生，主要从事环境等离子体方面的研究5);<7=4：>>??@@AB3<5C3<5
臭氧生物活性炭处理微污染水源水的工艺及其发展
杜吉吉华，何正浩，瞿晶晶，李劲，何欣
（华中科技大学环境科学与工程学院，湖北武汉D%##ED）
摘要：介绍了臭氧生物活性炭处理微污染水源水的基本原理、工艺流程，以及国内外该技术的研究和发展状
况，提出了应用该法时需注意的一些问题。研究表明，臭氧生物活性炭净水技术能够有效地去除水中的有
机物、氨氮，对水中的无机还原性物质等也有很好的去除效果，并且能有效地降低出水致突变活性，保证饮用
水安全，是一种值得推广的净水技术。
关键词：臭氧；生物活性炭；微污染水源水；净水工艺
中图分类号：(-99"5!文献标识码：’文章编号："##D
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目前，世界上大多数国家，特别是发展中国家的
饮用水净化基本上采用“混凝
!
沉淀
!
砂滤
!
投氯
消毒”的常规处理工艺。大量文献表明，自来水厂传
统水处理工艺虽然能够使水澄清、消除水传染病原
菌
［"］
，但是现代工业产生的许多有毒、有害物质，特
别是大量有机污染物，并不能得到很好的去除，某些
污染物与城镇居民的发病率具有相关性，对人类健
康构成了威胁。特别是经加氯消毒后，产生具有致
畸致癌作用的有机物，更是引起了人们对饮用水安
全性的普遍关注。因此，以去除水中微污染有机物
为目的的饮用水深度净化技术，得到了深入的研究
和广泛的应用，其中臭氧与生物活性炭相结合的饮
用水除污染新技术，即臭氧生物活性炭净水工艺，
因其具有的高效去除水中溶解性有机物和致突变
物，出水安全、优质等优点，而备受瞩目和重视
［!］
。
!工艺及其特点
!5!基本工艺流程
"9F9年联邦德国的不来梅水厂将臭氧与生物
活性炭处理连接起来，发现可以达到多重效果。常
·9·
用的流程如图!所示
［"］
。
在基本工艺流程的基础上，各自来水厂可以根
据自身的条件因地制宜采取具体的工艺。例如，图
#就是一增加了臭氧生物活性炭工艺的给水处理
厂工艺流程图
［$］
。
图!一种增加了臭氧生物活性炭工艺的
给水处理厂工艺流程
"%!臭氧生物活性炭净水工艺的基本原理和作用
臭氧生物活性炭处理饮用水工艺，将臭氧的化
学氧化作用与活性炭的物理化学吸附、生物氧化降
解作用紧密结合在一起，互相促进，取得了多重效
应
［&］
。其做法是以预臭氧氧化代替预氯化，在快滤
池后设置生物活性炭滤池，然后进行臭氧后氧化。
#$原水的臭氧预氧化。初步氧化分解水中的
有机物及其他还原性物质，以降低生物活性炭滤池
的有机负荷，同时臭氧氧化能使水中难以生物降解
的有机物断链、开环，将大分子有机物氧化为小分子
有机物，提高原水中有机物的可生化性和可吸附性，
使其能够被生物降解
［’］
。臭氧同时氧化水中溶解性
的锰和铁，生成难溶性的氧化物，提高砂过滤的效
果，使锰、铁的去除率增加
［(］
。臭氧分解后生成的氧
气，能在处理水中起到充氧作用，使生物活性炭滤池
有充足的溶解氧（)），补充了水中)消耗，创造好
氧菌生长的环境，使好氧微生物活动增强，提高了微
生物增长潜力，加快了生物的氧化和硝化作用，延长
了活性炭的使用寿命，加快了有机物的生物降解，从
而提高了其对有机物的去除效果
［+］
。
%$生物活性炭处理和臭氧后氧化。经过臭氧
处理后，再进行活性炭处理，主要发挥几种作用：
!
破坏水中残余臭氧；
"
通过吸附去除化合物或臭氧
副产物；
#
通过活性炭表面细菌的生物活动降解有
机物；
$
活性炭作为一种多孔的物质，能够吸附水中
浓度较低、其他方法难以去除的有臭味或异味的物
质；
%
活性炭附着的硝化菌还可以降低水中氨氮的
浓度
［,］
。在后氧化工艺中，臭氧的作用主要有：臭氧
的氧化性强于液氯，它破坏细菌体上的脱氢酶，干扰
了细菌的呼吸作用，从而导致细菌的死亡；氧化有机
物，如杀虫剂、清洁剂、苯酚等；去除)-
［!.］
；氧化分
解螯合物，如/)01和201等
［!!］
；饮用水与臭氧反
应后，经1345试验检测，无致突变性物质产生
［+］
。
&$氯消毒。由于臭氧的化学性质不稳定，不能
在水中长期保留，为了保证在运输的过程中水质不
受污染，因此在最后一步中投加氯。由于有机污染
物通过臭氧生物活性炭已经基本被去除，最后生成
的水水质清洁
［(］
。
!典型工艺流程
!%"桐乡市果园桥水厂
［"!］
桐乡市果园桥水厂设计规模为+万3
"
67，原采
用传统的水处理工艺。目前作为主要饮用水水源的
康泾塘属于
&
至
’
类水体，主要超标项目是有机物
和氨氮，而且水质污染有日趋严重的趋势。由于常
规处理工艺不能有效去除污染物，因此确定在水厂
原有常规处理基础上，增加原水生物预处理工艺和
臭氧8生物活性炭深度处理工艺。改建后的水厂工
艺流程见图"。
图’桐乡市果园桥水厂工艺流程
!%!上海周家渡水厂
［!"］
周家渡水厂是上海市自来水浦东有限公司下属
的一家老水厂，!,,,年起进行了深度处理改造工
程，#..!年完工。改造后水厂采用黄浦江水作为原
水，制水能力为!万3
"
67，处理工艺分#条处理流
程，见图$。
图(周家渡水厂工艺流程
!%’中国石油前郭石化分公司水厂
［"(］
该厂原饮用水水源为浅层地下水，由于浅层地
下水被不断开采，现已日渐枯竭，且污染日趋严重。
!,,$年该厂决定将松花江水进行处理后作为生活
饮用水水源，采用“臭氧氧化与生物活性炭吸附”的
先进水处理工艺。江水处理后水质各项指标均达到
国家现行饮用水标准，特别是能够反映水中有机物
去除效果的化学耗氧量-)
9:
值达到国际饮用水水
质标准，出水-)
9:
质量浓度小于等于#;&3<6=，见
图&。
·.!·
图!前郭石化分公司水厂工艺流程
"国内研究状况
任基成等人
［!"］
发现，#$%
&’
的去除率并不是随
着臭氧投加量的增加而一直增加，对于不同水质，存
在不同的最佳经济投加范围。超过这个范围过量投
加，不仅极不经济，而且还可能反而使#$%
&’
的去除
率有所下降。#$%
&’
的去除率随着活性炭吸附时间
延长而提高，但提高幅度逐步变小。当超过一定的
吸附时间后，#$%
&’
的去除率不再进一步提高。
李灵芝等人
［!(］
发现，$
)
+,#联用对,$#的去
除率为-).-/，使,$#的质量浓度降为01.)
!
23，
但加氯消毒时又使一些未被去除的有机污染物转化
成了细菌易利用的基质，因而使,$#的质量浓度升
高至40
!
23，所以，研究科学的消毒方法以控制
,$#的浓度将是下一步工作的重点。
叶辉等人
［!0］
证明，$
)
+,#对56
)
75有一定的
去除能力。受水中溶解氧的限制，当进水中56
)
75
浓度较高时，对$
)
+,#工艺有两个不良影响：
"
5$
8
75在炭层内积累，可能生成致癌的亚硝胺类化
合物；
#
由于硝化反应过度消耗溶解氧，影响
$
)
+,#工艺去除有机物的效率。
吴红伟等人
［!-］
的研究结果表明，由于预臭氧对
有机物的氧化，减小了有机物的分子量，增加了可生
物降解的有机物，从而强化了后续的生物处理和活
性炭对有机物的去除。整个工艺对有机物的控制能
力很好，9:8";、%$#、+%$#、,$#、<6&=>和6,,=>
的去除率分别达到4".!/、48."/、4-.;/、-".-/、
().!/和-4.!/。
#有待进一步研究解决的问题
$%臭氧生物活性炭法的投资和运行费用较
高。根据常州二水厂运行经验，臭氧生物活性炭单
位水量投资约为811元（?
)
·@
A!
），运耗费小于1.8
元?
)
。深圳诸水厂增加臭氧A活性炭设计（包括增
设加压泵站）的投资在8"1B801元（?
)
·@
A!
），运耗
费也在1.8B1.)元?
)
。
&%用解析方法计算系统中存在的最佳臭氧投
量问题还需进一步研究。
’%生物活性炭的运行效果受各种条件，如水
温、C6值、菌种等的影响，效果不稳定，特别是在挂
膜期间，由于生物膜没有形成，处理效果欠佳。因
此，寻求活性炭的适宜生长条件及对优势菌种的筛
选，成为此工艺的重点
［0］
。
(%投加的臭氧不可能将微污染水源中的有机
物彻底氧化成无机物，而会生成各种中间产物，即臭
氧处理的副产物。臭氧的副产物多是亲水性物质，
国外的研究报告近来指出，有些副产物是致癌或可
能致癌的物质
［!4，81］
。
)%还需完善系统模型，以明确进水水质，臭氧
及生物活性炭装置的停留时间、滤速，臭氧投加量和
臭氧浓度之间存在着的关系。
!工艺的发展
伴随着臭氧生物活性炭系统的研究和发展，新
的工艺组合也不断地得到开发。例如，将臭氧尾气
回用，以增加污水中臭氧的吸收率和污水混凝、反
应、沉淀的效果。近年来法国等欧洲国家为了进一
步改善水质，也不断改进其臭氧生物活性炭系统：
在取水口附近修建蓄水池，并让原水在那里停留
8B)@，利用生物絮凝与生化氧化作用去除氨氮，同
时通过沉淀去除重金属，然后再在蓄水池前后及活
性炭滤池前分三次投加臭氧。改进后系统臭氧投加
量更少，出水水质也更好
［8!］
。
结论
综上所述，臭氧生物活性炭净水技术能够有效
地去除水中的有机物、氨氮，对水中的无机还原性物
质等也有很好的去除效果，并且能有效地降低出水
的致突变活性，保证了饮用水安全。但该法并非十
全十美，因而如何使该法更完善，还需进一步的研
究。随着人们对环境质量标准和饮用水水质认识的
不断提高，臭氧生物活性炭工艺作为一种优水质、
低能耗、无污染的绿色工业水处理技术必将获得更
广泛的发展和应用。
参考文献：
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（下转第!"页）
·!!·
进行的污水灌溉试验也表明利用污废水灌溉会对地
下水和土壤质量产生影响，土壤中重金属含量和地
下水硝酸根离子超标；节水灌溉下大量使用化肥会
导致土壤富营养化；井灌区大量开采地下水，在渠道
和田间渗漏减少情况下，使地下水水位剧烈下降。
所以，在节水灌溉的同时，也要对因大范围节水产生
的生态环境问题作监测和研究，使北方节水灌溉走
可持续发展的模式。
!!"重视水管理
北方地区在节水中现在仍存在着“重工程不重
管理”的做法。实际上，"#$以上的节水潜力在于管
理
［%］
。我国节水灌溉管理技术水平虽在理论研究上
与国外相比差距不大，但应用技术研究差距尚大。
例如，土壤墒情监测技术与设备及土壤墒情预测技
术，非充分灌溉条件下的节水高效灌溉制度，特别是
不同节水灌溉技术（如喷微灌条件下的节水高效灌
溉制度），适合于我国国情的节水灌溉预报技术等，
都是会产生积极节水效果的管理措施
［&］
。加大水管
理从理论到应用的研究转化推广，将是今后相当长
时期内北方农业灌溉节水研发的主要技术之一。
!!!节水应纳入生态需水研究
生态需水量目前成为水科学领域较新和非常热
门的研究领域，涉及生态学、水文学、地学等学科，需
要多学科联合研究。在其水量平衡原理和河道外人
工植被需水量的计算方法中，都涉及到植被蒸腾量
的计算。对于大空间尺度灌溉区，节水灌溉会对所
在流域的生态需水量产生有益的影响，对维持脆弱
的北方生态系统和纳入流域生态耗水的联合调度有
着长远的意义。
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C<6G9P7G5H>343F5G93FPN9363H9I56G?>5GC>FG［(］!Q5G>?
:>7>5?IS，)##+，+&（’）：’"#,’"%!
［’’］A?5S5C，J9H>6(X!:>C3D563ES7NO3V9L5G93FY
N93E96G?5G93FM?3I>77>7P5?>D9>=［(］!Q5G>?BI9>FI>5FL
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##’，X?9F89FH=5G>??>H<65G93F5FLS>56GS
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