建设科技总第127期
短流程臭氧—活性炭工艺的探讨与应用
*韩艳梅
（北京市市政工程设计研究总院，北京，100082）
摘要:本文简述了臭氧－活性炭深度处理工艺的基本原理，比较了长流程传统臭氧－活性炭深度处理工艺与短流程臭氧－活性炭深度处理工艺的优缺点和适用性。通过介绍天津开发区水厂三期工程实际工程设计案例，论述了短流程臭氧－活性炭深度处理工艺保留了长流程传统臭氧－活性炭深度处理工艺对污染物去除的特性，还在同等条件下降低了工程投资和运行费用，节省了占地，为满足不同的水源水质需求提供了一种新的工艺组合方式。探讨了短流程臭氧－活性炭深度处理工艺在我国的工程应用前景。
关键词：臭氧－活性炭深度处理工艺；长流程；短流程；臭氧预氧化；粉末活性炭吸附；多级安全屏障
0 前言
新的国家饮用水水质标准《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）于2007年7月1日正式分布实施后，水质控制指标由原国标的35项增加至106项，加强了对有机物、微生物及水质消毒等方面的要求，统一了城镇和农村的饮用水卫生标准。严格的水质控制标准将进一步确保民众的饮用水安全，也使常规饮用水处理工艺面临严峻的挑战。然而目前大部分水厂采用的常规水处理工艺对微量有机污染物，新型致病微生物等无法有效控制，不能充分保障饮用的卫生与安全。臭氧与活性炭联用的新技术以其氧化性强、副产物少、吸附与降解效果显著等特点日益受到重视，并呈现出更快增长势头。因此，国内近期新建及改扩建的水处理工程应用臭氧－活性炭深度处理工艺的趋势日益明显。
目前国内深度处理工艺中应用最多的是常规混凝沉淀过滤＋臭氧-活性炭的长流程组合方式。该组合方式在控制出水色度、臭、味等感官指标、降低有机物含量、氯消毒副产物前体物，提高水质生物稳定性等方面有着明显而稳定的效果，这些特点在国内外长期的研究及实际运行中也得到了证实。
本文探讨的短流程臭氧－活性炭深度处理工艺保留了长流程臭氧－活性炭深度处理工艺对大部分污染物的去除特性，还在同等条件下降低了工程投资和运
行费用，节省了占地，为满足不同的水源水质需求提供了一种新的工艺组合方式。本文从短流程臭氧－活性炭深度处理工艺提出的技术思路出发，比较了长短两类工艺的优缺点和适用性，并结合实际的工程设计探讨了短流程臭氧－活性炭深度处理深度处理工艺在我国的工程应用前景。
1 臭氧－活性炭技术概况
1.1 臭氧技术的特点
臭氧是氧的同素异构体，由3个氧原子组成，常温常压下是一种不稳定的淡蓝色气体，并可自行分解为氧气。臭氧具有极强的氧化能力，在水中氧化还原电位仅次于氟而居第二位。臭氧本身的特性决定了臭氧技术具有以下特点：（1）臭氧由于其氧化能力极强，可去除其它水处理工艺难以去除的物质；（2）臭氧化的反应速度较快，从而可以减小反应设备或构筑物的体积；（3）剩余臭氧会迅速转化为氧气，既不产生二次污染，又能增加水中溶解氧；（4）在杀菌和杀灭病毒的同时，可除嗅、除味；（5）臭氧化有助于絮凝，可以改善沉淀效果。采用臭氧处理微污染水源时，根据原水水质的不同会生成一些副产物，无机副产物以溴酸根为代表，有机副产物以甲醛为代表，因此，在臭氧氧化后有必要增加活性炭处理工艺。
1.2 活性炭技术的特点
活性炭通常是以木质、煤质果壳（核）等含碳物质为原料，经化学活化或物理活化过程制成。活性炭微孔发达，拥有巨大的比表面积，因此，活性炭具有很强的吸附能力，在净水过程中对水中有机物、无机物、
建设科技
作者简介：韩艳梅，（1973－），女，北京市市政工程设计研究
总院工程师。
收稿日期：2008年6月29日
建设科技总第127期
离子型或非离子型杂质都能有效去除。
活性炭的应用是从消除水中嗅味的实践开始的。由于具有发达的微孔结构和巨大的比表面积，活性炭能有效地吸附产生嗅味的有机物，美国早在20世纪20年代就用粉末炭（PAC）去除水中由藻类产生的季节性嗅味。
进入本世纪六十年代以来，由于全球性的环境问题日益加剧，饮用水水源的有机污染成为威胁饮用水安全的主要因素之一，人们逐渐把注意从仅仅去除水中嗅味转移到去除致癌、致畸、致突变的有机物上来，而活性炭去除有机物的寿命远低于去除嗅味的寿命，因而水处理的费用大大提高，人们开始寻求强化活性炭的净化效能、延长其使用寿命的途径。臭氧与活性炭联用的处理技术，臭氧－活性炭技术由此应运而生。1.3 臭氧－活性炭技术的特点
臭氧-活性炭深度处理工艺是集物理化学吸附、臭氧化学氧化、生物氧化降解及臭氧灭菌消毒四种技术合为一体的工艺。臭氧对水中的病毒有很好的灭活性，可氧化部分溶解性有机物，改善混凝效果，但是臭氧的氧化很难达到矿化的程度，并且氧化生成的小分子在后续过程中易形成一些有毒有害的副产物；而目前国内水处理使用的活性炭能比较有效地去除小分子有机物，却难以去除大分子有机物，所以活性炭孔的表面积得不到充分的利用，使用周期缩短。因此，臭氧－活性炭技术采取先臭氧氧化，后活性炭吸附，在活性炭吸附中又继续氧化的方法，扬长避短，使臭
[1]
氧和活性炭技术起到互补作用，取得较好的处理效果。从六十年代末开始欧美发达国家在饮用水处理中较普遍地采用了活性炭，以进一步去除水中的有机污染物。国外许多国家臭氧－活性炭技术的应用，为我国饮用水深度净化工艺技术研究提供了有益的借鉴，对我国开发具有中国特色的臭氧－活性炭技术起到积极的促进作用。
尽管臭氧－活性炭工艺已有一定规模的实际应用，针对该技术国内外也进行了大量的研究工作，但目前仍存在一些理论和实践上的问题，影响着对该项技术的深入研究和推广应用，因而亟待解决。
水质要求的情况下所增设的深度处理部分。则常规长流程臭氧－活性炭深度处理工艺流程如下：
由于长流程传统臭氧－活性炭工艺需增加臭氧接触池和活性炭吸附池，在新建工程中一般需提高臭氧接触池前构筑物高程或在改扩建工程中一般需增加二次提升设施，不仅占地面积较大，还增加了工程投资，同时也导致运行费用的增加。因此，长流程臭氧－活性炭工艺用于供水水质条件要求较高，常规处理工艺无法满足水质要求，且建设投资、占地等不是主要限制因素的情况。
2.2 短流程臭氧－活性炭工艺流程及适用性
对于原水为III 类水体，供水水质条件要求较高，投资、占地等受到限制的情况，长流程臭氧－活性炭工艺的应用会受到限制。将长流程臭氧－活性炭工艺中的活性炭滤池取消，用粉末活性炭投加系统替代，保留了活性炭对污染物的吸附去除功能。同时若原水有机物含量相对较低（CO D M n
氧保留预臭氧，将有利于除藻、助凝和除臭味。短流程工艺的提出就是基于这一思想，其流程如下：
选择粉末活性炭与混凝沉淀工艺的结合方式是短流程臭氧－活性炭工艺设计的关键。其工艺特点是：粉末活性炭以混悬吸附方式除去水中产生嗅味的污染物。一般粉末活性炭与混凝剂同时投加，并在同一个混合池和反应池中混合、吸附、絮凝，然后在沉淀池中沉淀除去。
近年来澄清技术以其高效、集成、节地的显著特性，重新回归为常规处理工艺的主流。高密度澄清池、脉冲澄清池都存在与粉末炭投加相结合的可能，均可延长粉末炭在系统中的停留时间，充分利用其物理吸附功能。
2.3 长、短流程臭氧－活性炭工艺的比较
在达到相同出水水质标准的条件下，短流程与长流程臭氧－活性炭工艺相比较省去了后臭氧和活性炭吸附池，节省了占地面积和土建、设备投资，同时节省了水泵提升、臭氧制备和炭池反冲洗的电耗和运行费用，也减少了设备维护的工作量。
根据上述比较长流程臭氧－活性炭深度处理工艺适用于用于供水水质条件要求较高，常规处理工艺无
2 臭氧－活性炭技术的应用
2.1 长流程臭氧－活性炭工艺流程及适用性
目前国内外采用的生物活性炭净水工艺多数是在原水被污染，而现有水厂传统净水工艺不能满足出水
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2008年第14期短流程臭氧—活性炭工艺的探讨与应用
表1
长流程工艺方案
·预臭氧处理
工艺流程
·常规处理
·臭氧、活性炭深度处理·氯消毒
·粒状炭使用周期长，不设储存及输送设备
优缺点
·臭氧氧化存在氧化副产物、藻毒素等问题；·生物活性炭可能引起生物安全性问题
构筑物占地面积工程费运行成本
·预臭氧
·粉末活性炭吸附·强化常规处理·紫外＋氯消毒·节省土建、设备投资
·节省水泵提升、臭氧制备和炭池反冲洗的电耗和运行费用
·减少了设备维护工作量
·粉末炭需设储存、加注和接触设备
增加后臭氧接触池、炭吸附池，提升设施，占地较大
高较高
占地少低较低短流程工艺方案
法满足水质要求，且建设投资、占地等不是主要限制因素的情况。短流程臭氧－活性炭深度处理工艺适用于用于改扩建工程供水水质条件要求较高，常规处理工艺无法满足水质要求，用地较紧张的情况。
3 天津开发区水厂三期工程应用实例
天津开发区水厂三期工程供水规模15万m 3/d，为改扩建项目，用地较紧张。根据其水源水质及出水水质特点，短流程臭氧－活性炭工艺在此项目中非常适用。
3.1 水源水质特点
天津开发区水厂三期工程供水规模15万m3/d，在南水北调工程通水后将实现滦河水和长江水的双水源调度。目前该工程项目已经完成设计阶段的工作，进入施工阶段。该工程水源水质特点如下：
(1)每年12月～2月平均水温低于5℃，属于低温期，最低浊度只有2N T U。必须采用经济、有效的净水工艺强化低温低浊水的处理。
(2)每年6月～10月属于藻类高发期，其中8月藻类计数量最高，藻类沉降效果差，混凝沉淀难度增加。
(3)耗氧量指标最低1.3m g /L，最高值为6.5m g /L，绝大多数时间C O D M n 平均值保持在I I 类水体的水平。但是藻类分泌物包括消毒副产物（DB P s）的重要前体物、藻毒素等，常规工艺对于这类有机物的去除能力有限。
(4)原水存在明显嗅味（主要是草腥味），也是本项目需要改善的主要水质感观指标。
3.2 出水水质要求
结合我国现行的水质控制标准：《城市供水水质标准》（J/T 206-2005）和《生活饮用水卫生标准》(G B5749-2006)，在满足国内控制指标的前提下，选择更高的水质要求进行设计，达到国际先进水平。
关键水质指标的选取如下所示：（1）感官指标
色度：
浊度： ≤ 0.3 NTU（2）一般化学指标pH： 6.5～8.5 耗氧量： ≤ 2.0 mg/L（3）微生物学指标
细菌总数：≤ 80 CFU/mL；
总大肠菌群：每100mL 不得检出；出厂水余氯的上限值为1.2mg/L；
图1 水厂工艺流程图
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3.3 工艺流程的选择
净水工艺选择的原则应是针对当地原水水质的特点以及最低的基建投资和经常运行费用达到要求的出水水质。根据原水水质特点，选定的工艺流程重点针对低温低浊水、藻类以及嗅、味的控制。此外，天津开发区水厂三期工程为改扩建工程 ，节省工程占地在流程选择中起着决定性因素。天津开发区水厂三期工程工艺流程如图1所示：
3.4 工艺核心的设计
该套工艺的核心部分包括两部分预臭氧接触池和上向流炭吸附澄清池。
（1）预臭氧接触池
预臭氧接触池作用为后续常规处理去除色度、铁、锰和氨氮创造有利条件，以及利用预臭接触池直接去除部分有机物和色度，并为后续工艺去除浊度创造有利条件。考虑到原水较易使微气泡扩散器堵塞，预臭氧接触池采用了水射器扩散接触形式。接触时间为3分钟, 接触水深6.0米，臭氧投加量2m g /L。臭氧发生器选择了法国欧宗尼亚公司的新技术设备，单位发生电耗为10～14K w h /k g O 3，产气中臭氧浓度为6～10%。
气源准备系统考虑到其臭氧应用规模较大，故采了租用商业纯氧的方式解决，在厂区内安排一露天场地, 由液氧厂家提供一个约15立方米液氧储罐，经与储罐配套的蒸发器将液氧蒸发成气态氧后供给臭氧发生器。
尾气处置则选择电加热分解装置，设在臭氧制备间，与接触池顶的尾气排放管相连。
（2）上向流炭吸附澄清池
该池的池型和基本原理与脉冲澄清池类似，是一种泥渣悬浮型的澄清池。利用脉冲配水方法，自动调节悬浮层泥渣浓度的分布，进水按一定周期充水和放水，使悬浮层泥渣交替地膨胀和收缩，增加原水颗粒与泥渣的碰撞接触机会，从而提高澄清效果。
其工作原理如图2所示，加入絮凝剂（Fe C l3）和粉末活性炭的原水经机械混合后，进入真空室，从配水干渠经配水支管的孔口以全断面均匀通过泥渣悬浮层高速喷出，在稳流板下以极短的时间进行充分的混合和初步反应。然后通过稳流板整流，以缓慢速度垂直上升，在“脉冲”水流的作用下悬浮层有规律地上下运动，时而膨胀，时而压缩沉淀，促进絮凝体颗粒的进一步碰撞、接触和凝聚，原水颗粒通过泥、炭悬浮层的碰撞和吸附，有机物被吸附，再经斜管组件进一步实现固液分离，从而使原水得到澄清。澄清水由集水槽引出，过剩泥渣则流入浓缩室、经穿孔排泥管定时排出。
上向流炭吸附澄清池由以下四个系统组成：（1）脉冲发生器系统
（2）配水稳流系统——包括中央充、放水渠、配水干渠、多孔配水支管和稳流板
(3)澄清系统——包括悬浮层、清水层、多孔集水管和集水槽
(4)排泥系统——包括泥渣浓缩室和排泥管其主要特点包括：
(1)混合快速均匀，泥、炭悬浮层吸附充分，兼具物理和化学反应，沉淀作用间歇、静止交替进行。
(2)通过调节充放比和排泥频率可以适应来水浊度较大的变化范围。
(3)与其它澄清池相比，池深较浅（约5米），池底为平底，构造较简单。
(4)无水下机械设备，机械维修工作少。(5)采用穿孔管实现全断面均匀配水。(6)采用斜管组件，实现高效沉淀。清水区上升流速一般采用3-6m/h，最高可达8m/h。
(7)重力排泥：泥渣含水率97-98％。
本工程共设四座上向流炭吸附澄清池，每座澄清
表2
长流程工艺方案预臭氧处理常规处理
臭氧、活性炭深度处理氯消毒
短流程工艺方案预臭氧
粉末活性炭吸附强化常规处理紫外＋氯消毒
工艺流程
出水水质
浊度(NTU) ：≤ 0.3（95%）；≤1.0（100%）CODMn(mg/L) ：≤2（95%）；≤3 （100%）藻类去除： > 95%
约2.3公顷1.32亿元0.54元/m
3
构筑物占地面积
工程费运行成本
约2公顷1.19亿元0.41元/m3
图2 上向流炭吸附澄清池工作原理图
建设科技
（转第20页）
2008年第14期SBR与人工湿地组合工艺处理生活污水的试验研究
湿地对总磷的去除效果尤为明显。
（5）人工湿地中设置的自然复氧槽能够有效的进行复氧，复氧量随着槽长增加而增加，复氧的效果主要取决于槽长，将人工湿地四道复氧槽的平均复氧效果进行线性回归，复氧槽的复氧效果与槽长呈正相线性关系。
参考文献：
[1] 中华人民共和国建设部 保障城镇供水安全促进城镇水的节
图12 组合工艺对COD、氨氮、总氮，总磷的去除效果
约和合理利用 水务世界 2005,vol.5, 2-5
[2] 祝经纶.低氧曝气活性污泥法脱氮除磷工艺研究[J].给水排水,1997,23(5):62
[3] 司马卫平 折流式+侧流式人工湿地处理城市污水试验研究 重庆大学硕士论文 2006,55-56
[4]Tanner C C, Sukias J P, Upsdell M Relationships between loading rates and pollutant removal during maturation of gravel-bed constructed wetlands[J]. J. Enviro. Qual., 1998,27:448～458.
[5] 杨敦、周琪等.人工湿地脱氮技术的应用和发展.中国给水排水.2003.19（1）.23-25
[6] LiangW, WuZB. Review of removal mechanism in constructed wetland treating nitrogen and phosphorus from wastewater. Environmental Science Trends, 2000,(3):32～37.
[7] 沈耀良,王宝贞. 废水生物处理新技术理论与应用[M]. 北京:中国环境科学出版社1999,275～276;
[8] TannerCC. Plant for constructed wetland treatment systems Acomparison of the growth and nutrient up take of eight emergent species.Ecological Engineering,1996,7(1):56～83.
4 结论
（1）常温下，SB R 运行方式3（限制曝气3h , 沉淀1h）与人工湿地（HR T ＝24h，每天处理水量1.5m 3，水力负荷为0.245m 3／m 2. d ) 组合，出水满足《城市污水再生利用景观环境用水水质》标准，且组合工艺在满足出水要求的前提下，SB R 反应器能耗最低，人工湿地的处理效能发挥最大。
（2）常温下，将S B R 反应器中的溶解氧浓度控制在0.5-1m g /L，曝气强度控制在1m 3/h ～2m 3/h 较为合适。而将S B R 反应器控制在低溶解氧状态时，CO D 和氨氮降解并没有受到明显的影响，且出现同时硝化反硝化现象，和明显的放磷、吸磷现象。
（3）人工湿地对N、P的去除效果受进水浓度、气温影响不大，就N 而言，常温下其处理效能大致在2.2m g / m 2. d，但第一级去除效果不理想，主要集中在第二、第三级。
（4）常温下，组合工艺中S B R 主要去除C O D 和氨氮，人工湿地主要去除总氮，总磷，其中人工
（接第24页）
池水深4.65m，沉淀区面积442.2m 2，斜管区沉淀速率 3.7m /h，斜管斜长0.75m，倾斜角度60，水力直径50m m 。在上向流炭吸附澄清池进水处投加粉末活性炭，粉末活性炭平均投加浓度5g /L，最大投加量为20mg/L，并根据来水流量自动调节。3.5 与长流程臭氧－活性炭工艺的比较
由于省去了后臭氧和活性炭吸附池，在达到出水水质标准的同时，节省了占地面积和土建、设备投资，同时节省了大量的水泵提升、臭氧制备和炭池反冲洗的电耗和运行费用，按节省水泵提升3～4米扬程、臭氧制备2m g /L、炭池5天一次反冲洗计算，一年约节约电耗118万k W h，合电费65万元。也减少了设备维护的工作量。
。
地、降低运行费用、减少工程投资的优势，具有较大的适用性，应用前景广阔。
(2)脉冲澄清池、高密度澄清池等池型在短流程臭氧－活性炭深度处理工艺中具有较好的应用条件。
(3)短流程臭氧－活性炭深度处理工艺组合无需增加额外的供水应急设施即可形成有效的多级安全屏障。
(4)粉末活性炭替代活性炭滤池尽管保留了其物理吸附功能，但却丧失了活性炭滤池长期运行形成的生物降解功能，在水质生物稳定性的控制上存在一定的缺陷。
(5)作为目前国内首个采用该类工艺的工程，其运行情况和可能存在的问题有待进一步通过实践检验。
参考文献：
[1] 周云，何义亮.《微污染水源净水技术及工程实例》北京: 化学工业出版社, 2003.7
4 结论
(1)短流程臭氧－活性炭深度处理工艺具有节省占
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建设科技总第127期
短流程臭氧—活性炭工艺的探讨与应用
*韩艳梅
（北京市市政工程设计研究总院，北京，100082）
摘要:本文简述了臭氧－活性炭深度处理工艺的基本原理，比较了长流程传统臭氧－活性炭深度处理工艺与短流程臭氧－活性炭深度处理工艺的优缺点和适用性。通过介绍天津开发区水厂三期工程实际工程设计案例，论述了短流程臭氧－活性炭深度处理工艺保留了长流程传统臭氧－活性炭深度处理工艺对污染物去除的特性，还在同等条件下降低了工程投资和运行费用，节省了占地，为满足不同的水源水质需求提供了一种新的工艺组合方式。探讨了短流程臭氧－活性炭深度处理工艺在我国的工程应用前景。
关键词：臭氧－活性炭深度处理工艺；长流程；短流程；臭氧预氧化；粉末活性炭吸附；多级安全屏障
0 前言
新的国家饮用水水质标准《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）于2007年7月1日正式分布实施后，水质控制指标由原国标的35项增加至106项，加强了对有机物、微生物及水质消毒等方面的要求，统一了城镇和农村的饮用水卫生标准。严格的水质控制标准将进一步确保民众的饮用水安全，也使常规饮用水处理工艺面临严峻的挑战。然而目前大部分水厂采用的常规水处理工艺对微量有机污染物，新型致病微生物等无法有效控制，不能充分保障饮用的卫生与安全。臭氧与活性炭联用的新技术以其氧化性强、副产物少、吸附与降解效果显著等特点日益受到重视，并呈现出更快增长势头。因此，国内近期新建及改扩建的水处理工程应用臭氧－活性炭深度处理工艺的趋势日益明显。
目前国内深度处理工艺中应用最多的是常规混凝沉淀过滤＋臭氧-活性炭的长流程组合方式。该组合方式在控制出水色度、臭、味等感官指标、降低有机物含量、氯消毒副产物前体物，提高水质生物稳定性等方面有着明显而稳定的效果，这些特点在国内外长期的研究及实际运行中也得到了证实。
本文探讨的短流程臭氧－活性炭深度处理工艺保留了长流程臭氧－活性炭深度处理工艺对大部分污染物的去除特性，还在同等条件下降低了工程投资和运
行费用，节省了占地，为满足不同的水源水质需求提供了一种新的工艺组合方式。本文从短流程臭氧－活性炭深度处理工艺提出的技术思路出发，比较了长短两类工艺的优缺点和适用性，并结合实际的工程设计探讨了短流程臭氧－活性炭深度处理深度处理工艺在我国的工程应用前景。
1 臭氧－活性炭技术概况
1.1 臭氧技术的特点
臭氧是氧的同素异构体，由3个氧原子组成，常温常压下是一种不稳定的淡蓝色气体，并可自行分解为氧气。臭氧具有极强的氧化能力，在水中氧化还原电位仅次于氟而居第二位。臭氧本身的特性决定了臭氧技术具有以下特点：（1）臭氧由于其氧化能力极强，可去除其它水处理工艺难以去除的物质；（2）臭氧化的反应速度较快，从而可以减小反应设备或构筑物的体积；（3）剩余臭氧会迅速转化为氧气，既不产生二次污染，又能增加水中溶解氧；（4）在杀菌和杀灭病毒的同时，可除嗅、除味；（5）臭氧化有助于絮凝，可以改善沉淀效果。采用臭氧处理微污染水源时，根据原水水质的不同会生成一些副产物，无机副产物以溴酸根为代表，有机副产物以甲醛为代表，因此，在臭氧氧化后有必要增加活性炭处理工艺。
1.2 活性炭技术的特点
活性炭通常是以木质、煤质果壳（核）等含碳物质为原料，经化学活化或物理活化过程制成。活性炭微孔发达，拥有巨大的比表面积，因此，活性炭具有很强的吸附能力，在净水过程中对水中有机物、无机物、
建设科技
作者简介：韩艳梅，（1973－），女，北京市市政工程设计研究
总院工程师。
收稿日期：2008年6月29日
建设科技总第127期
离子型或非离子型杂质都能有效去除。
活性炭的应用是从消除水中嗅味的实践开始的。由于具有发达的微孔结构和巨大的比表面积，活性炭能有效地吸附产生嗅味的有机物，美国早在20世纪20年代就用粉末炭（PAC）去除水中由藻类产生的季节性嗅味。
进入本世纪六十年代以来，由于全球性的环境问题日益加剧，饮用水水源的有机污染成为威胁饮用水安全的主要因素之一，人们逐渐把注意从仅仅去除水中嗅味转移到去除致癌、致畸、致突变的有机物上来，而活性炭去除有机物的寿命远低于去除嗅味的寿命，因而水处理的费用大大提高，人们开始寻求强化活性炭的净化效能、延长其使用寿命的途径。臭氧与活性炭联用的处理技术，臭氧－活性炭技术由此应运而生。1.3 臭氧－活性炭技术的特点
臭氧-活性炭深度处理工艺是集物理化学吸附、臭氧化学氧化、生物氧化降解及臭氧灭菌消毒四种技术合为一体的工艺。臭氧对水中的病毒有很好的灭活性，可氧化部分溶解性有机物，改善混凝效果，但是臭氧的氧化很难达到矿化的程度，并且氧化生成的小分子在后续过程中易形成一些有毒有害的副产物；而目前国内水处理使用的活性炭能比较有效地去除小分子有机物，却难以去除大分子有机物，所以活性炭孔的表面积得不到充分的利用，使用周期缩短。因此，臭氧－活性炭技术采取先臭氧氧化，后活性炭吸附，在活性炭吸附中又继续氧化的方法，扬长避短，使臭
[1]
氧和活性炭技术起到互补作用，取得较好的处理效果。从六十年代末开始欧美发达国家在饮用水处理中较普遍地采用了活性炭，以进一步去除水中的有机污染物。国外许多国家臭氧－活性炭技术的应用，为我国饮用水深度净化工艺技术研究提供了有益的借鉴，对我国开发具有中国特色的臭氧－活性炭技术起到积极的促进作用。
尽管臭氧－活性炭工艺已有一定规模的实际应用，针对该技术国内外也进行了大量的研究工作，但目前仍存在一些理论和实践上的问题，影响着对该项技术的深入研究和推广应用，因而亟待解决。
水质要求的情况下所增设的深度处理部分。则常规长流程臭氧－活性炭深度处理工艺流程如下：
由于长流程传统臭氧－活性炭工艺需增加臭氧接触池和活性炭吸附池，在新建工程中一般需提高臭氧接触池前构筑物高程或在改扩建工程中一般需增加二次提升设施，不仅占地面积较大，还增加了工程投资，同时也导致运行费用的增加。因此，长流程臭氧－活性炭工艺用于供水水质条件要求较高，常规处理工艺无法满足水质要求，且建设投资、占地等不是主要限制因素的情况。
2.2 短流程臭氧－活性炭工艺流程及适用性
对于原水为III 类水体，供水水质条件要求较高，投资、占地等受到限制的情况，长流程臭氧－活性炭工艺的应用会受到限制。将长流程臭氧－活性炭工艺中的活性炭滤池取消，用粉末活性炭投加系统替代，保留了活性炭对污染物的吸附去除功能。同时若原水有机物含量相对较低（CO D M n
氧保留预臭氧，将有利于除藻、助凝和除臭味。短流程工艺的提出就是基于这一思想，其流程如下：
选择粉末活性炭与混凝沉淀工艺的结合方式是短流程臭氧－活性炭工艺设计的关键。其工艺特点是：粉末活性炭以混悬吸附方式除去水中产生嗅味的污染物。一般粉末活性炭与混凝剂同时投加，并在同一个混合池和反应池中混合、吸附、絮凝，然后在沉淀池中沉淀除去。
近年来澄清技术以其高效、集成、节地的显著特性，重新回归为常规处理工艺的主流。高密度澄清池、脉冲澄清池都存在与粉末炭投加相结合的可能，均可延长粉末炭在系统中的停留时间，充分利用其物理吸附功能。
2.3 长、短流程臭氧－活性炭工艺的比较
在达到相同出水水质标准的条件下，短流程与长流程臭氧－活性炭工艺相比较省去了后臭氧和活性炭吸附池，节省了占地面积和土建、设备投资，同时节省了水泵提升、臭氧制备和炭池反冲洗的电耗和运行费用，也减少了设备维护的工作量。
根据上述比较长流程臭氧－活性炭深度处理工艺适用于用于供水水质条件要求较高，常规处理工艺无
2 臭氧－活性炭技术的应用
2.1 长流程臭氧－活性炭工艺流程及适用性
目前国内外采用的生物活性炭净水工艺多数是在原水被污染，而现有水厂传统净水工艺不能满足出水
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2008年第14期短流程臭氧—活性炭工艺的探讨与应用
表1
长流程工艺方案
·预臭氧处理
工艺流程
·常规处理
·臭氧、活性炭深度处理·氯消毒
·粒状炭使用周期长，不设储存及输送设备
优缺点
·臭氧氧化存在氧化副产物、藻毒素等问题；·生物活性炭可能引起生物安全性问题
构筑物占地面积工程费运行成本
·预臭氧
·粉末活性炭吸附·强化常规处理·紫外＋氯消毒·节省土建、设备投资
·节省水泵提升、臭氧制备和炭池反冲洗的电耗和运行费用
·减少了设备维护工作量
·粉末炭需设储存、加注和接触设备
增加后臭氧接触池、炭吸附池，提升设施，占地较大
高较高
占地少低较低短流程工艺方案
法满足水质要求，且建设投资、占地等不是主要限制因素的情况。短流程臭氧－活性炭深度处理工艺适用于用于改扩建工程供水水质条件要求较高，常规处理工艺无法满足水质要求，用地较紧张的情况。
3 天津开发区水厂三期工程应用实例
天津开发区水厂三期工程供水规模15万m 3/d，为改扩建项目，用地较紧张。根据其水源水质及出水水质特点，短流程臭氧－活性炭工艺在此项目中非常适用。
3.1 水源水质特点
天津开发区水厂三期工程供水规模15万m3/d，在南水北调工程通水后将实现滦河水和长江水的双水源调度。目前该工程项目已经完成设计阶段的工作，进入施工阶段。该工程水源水质特点如下：
(1)每年12月～2月平均水温低于5℃，属于低温期，最低浊度只有2N T U。必须采用经济、有效的净水工艺强化低温低浊水的处理。
(2)每年6月～10月属于藻类高发期，其中8月藻类计数量最高，藻类沉降效果差，混凝沉淀难度增加。
(3)耗氧量指标最低1.3m g /L，最高值为6.5m g /L，绝大多数时间C O D M n 平均值保持在I I 类水体的水平。但是藻类分泌物包括消毒副产物（DB P s）的重要前体物、藻毒素等，常规工艺对于这类有机物的去除能力有限。
(4)原水存在明显嗅味（主要是草腥味），也是本项目需要改善的主要水质感观指标。
3.2 出水水质要求
结合我国现行的水质控制标准：《城市供水水质标准》（J/T 206-2005）和《生活饮用水卫生标准》(G B5749-2006)，在满足国内控制指标的前提下，选择更高的水质要求进行设计，达到国际先进水平。
关键水质指标的选取如下所示：（1）感官指标
色度：
浊度： ≤ 0.3 NTU（2）一般化学指标pH： 6.5～8.5 耗氧量： ≤ 2.0 mg/L（3）微生物学指标
细菌总数：≤ 80 CFU/mL；
总大肠菌群：每100mL 不得检出；出厂水余氯的上限值为1.2mg/L；
图1 水厂工艺流程图
建设科技
2008年第14期短流程臭氧—活性炭工艺的探讨与应用
3.3 工艺流程的选择
净水工艺选择的原则应是针对当地原水水质的特点以及最低的基建投资和经常运行费用达到要求的出水水质。根据原水水质特点，选定的工艺流程重点针对低温低浊水、藻类以及嗅、味的控制。此外，天津开发区水厂三期工程为改扩建工程 ，节省工程占地在流程选择中起着决定性因素。天津开发区水厂三期工程工艺流程如图1所示：
3.4 工艺核心的设计
该套工艺的核心部分包括两部分预臭氧接触池和上向流炭吸附澄清池。
（1）预臭氧接触池
预臭氧接触池作用为后续常规处理去除色度、铁、锰和氨氮创造有利条件，以及利用预臭接触池直接去除部分有机物和色度，并为后续工艺去除浊度创造有利条件。考虑到原水较易使微气泡扩散器堵塞，预臭氧接触池采用了水射器扩散接触形式。接触时间为3分钟, 接触水深6.0米，臭氧投加量2m g /L。臭氧发生器选择了法国欧宗尼亚公司的新技术设备，单位发生电耗为10～14K w h /k g O 3，产气中臭氧浓度为6～10%。
气源准备系统考虑到其臭氧应用规模较大，故采了租用商业纯氧的方式解决，在厂区内安排一露天场地, 由液氧厂家提供一个约15立方米液氧储罐，经与储罐配套的蒸发器将液氧蒸发成气态氧后供给臭氧发生器。
尾气处置则选择电加热分解装置，设在臭氧制备间，与接触池顶的尾气排放管相连。
（2）上向流炭吸附澄清池
该池的池型和基本原理与脉冲澄清池类似，是一种泥渣悬浮型的澄清池。利用脉冲配水方法，自动调节悬浮层泥渣浓度的分布，进水按一定周期充水和放水，使悬浮层泥渣交替地膨胀和收缩，增加原水颗粒与泥渣的碰撞接触机会，从而提高澄清效果。
其工作原理如图2所示，加入絮凝剂（Fe C l3）和粉末活性炭的原水经机械混合后，进入真空室，从配水干渠经配水支管的孔口以全断面均匀通过泥渣悬浮层高速喷出，在稳流板下以极短的时间进行充分的混合和初步反应。然后通过稳流板整流，以缓慢速度垂直上升，在“脉冲”水流的作用下悬浮层有规律地上下运动，时而膨胀，时而压缩沉淀，促进絮凝体颗粒的进一步碰撞、接触和凝聚，原水颗粒通过泥、炭悬浮层的碰撞和吸附，有机物被吸附，再经斜管组件进一步实现固液分离，从而使原水得到澄清。澄清水由集水槽引出，过剩泥渣则流入浓缩室、经穿孔排泥管定时排出。
上向流炭吸附澄清池由以下四个系统组成：（1）脉冲发生器系统
（2）配水稳流系统——包括中央充、放水渠、配水干渠、多孔配水支管和稳流板
(3)澄清系统——包括悬浮层、清水层、多孔集水管和集水槽
(4)排泥系统——包括泥渣浓缩室和排泥管其主要特点包括：
(1)混合快速均匀，泥、炭悬浮层吸附充分，兼具物理和化学反应，沉淀作用间歇、静止交替进行。
(2)通过调节充放比和排泥频率可以适应来水浊度较大的变化范围。
(3)与其它澄清池相比，池深较浅（约5米），池底为平底，构造较简单。
(4)无水下机械设备，机械维修工作少。(5)采用穿孔管实现全断面均匀配水。(6)采用斜管组件，实现高效沉淀。清水区上升流速一般采用3-6m/h，最高可达8m/h。
(7)重力排泥：泥渣含水率97-98％。
本工程共设四座上向流炭吸附澄清池，每座澄清
表2
长流程工艺方案预臭氧处理常规处理
臭氧、活性炭深度处理氯消毒
短流程工艺方案预臭氧
粉末活性炭吸附强化常规处理紫外＋氯消毒
工艺流程
出水水质
浊度(NTU) ：≤ 0.3（95%）；≤1.0（100%）CODMn(mg/L) ：≤2（95%）；≤3 （100%）藻类去除： > 95%
约2.3公顷1.32亿元0.54元/m
3
构筑物占地面积
工程费运行成本
约2公顷1.19亿元0.41元/m3
图2 上向流炭吸附澄清池工作原理图
建设科技
（转第20页）
2008年第14期SBR与人工湿地组合工艺处理生活污水的试验研究
湿地对总磷的去除效果尤为明显。
（5）人工湿地中设置的自然复氧槽能够有效的进行复氧，复氧量随着槽长增加而增加，复氧的效果主要取决于槽长，将人工湿地四道复氧槽的平均复氧效果进行线性回归，复氧槽的复氧效果与槽长呈正相线性关系。
参考文献：
[1] 中华人民共和国建设部 保障城镇供水安全促进城镇水的节
图12 组合工艺对COD、氨氮、总氮，总磷的去除效果
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[7] 沈耀良,王宝贞. 废水生物处理新技术理论与应用[M]. 北京:中国环境科学出版社1999,275～276;
[8] TannerCC. Plant for constructed wetland treatment systems Acomparison of the growth and nutrient up take of eight emergent species.Ecological Engineering,1996,7(1):56～83.
4 结论
（1）常温下，SB R 运行方式3（限制曝气3h , 沉淀1h）与人工湿地（HR T ＝24h，每天处理水量1.5m 3，水力负荷为0.245m 3／m 2. d ) 组合，出水满足《城市污水再生利用景观环境用水水质》标准，且组合工艺在满足出水要求的前提下，SB R 反应器能耗最低，人工湿地的处理效能发挥最大。
（2）常温下，将S B R 反应器中的溶解氧浓度控制在0.5-1m g /L，曝气强度控制在1m 3/h ～2m 3/h 较为合适。而将S B R 反应器控制在低溶解氧状态时，CO D 和氨氮降解并没有受到明显的影响，且出现同时硝化反硝化现象，和明显的放磷、吸磷现象。
（3）人工湿地对N、P的去除效果受进水浓度、气温影响不大，就N 而言，常温下其处理效能大致在2.2m g / m 2. d，但第一级去除效果不理想，主要集中在第二、第三级。
（4）常温下，组合工艺中S B R 主要去除C O D 和氨氮，人工湿地主要去除总氮，总磷，其中人工
（接第24页）
池水深4.65m，沉淀区面积442.2m 2，斜管区沉淀速率 3.7m /h，斜管斜长0.75m，倾斜角度60，水力直径50m m 。在上向流炭吸附澄清池进水处投加粉末活性炭，粉末活性炭平均投加浓度5g /L，最大投加量为20mg/L，并根据来水流量自动调节。3.5 与长流程臭氧－活性炭工艺的比较
由于省去了后臭氧和活性炭吸附池，在达到出水水质标准的同时，节省了占地面积和土建、设备投资，同时节省了大量的水泵提升、臭氧制备和炭池反冲洗的电耗和运行费用，按节省水泵提升3～4米扬程、臭氧制备2m g /L、炭池5天一次反冲洗计算，一年约节约电耗118万k W h，合电费65万元。也减少了设备维护的工作量。
。
地、降低运行费用、减少工程投资的优势，具有较大的适用性，应用前景广阔。
(2)脉冲澄清池、高密度澄清池等池型在短流程臭氧－活性炭深度处理工艺中具有较好的应用条件。
(3)短流程臭氧－活性炭深度处理工艺组合无需增加额外的供水应急设施即可形成有效的多级安全屏障。
(4)粉末活性炭替代活性炭滤池尽管保留了其物理吸附功能，但却丧失了活性炭滤池长期运行形成的生物降解功能，在水质生物稳定性的控制上存在一定的缺陷。
(5)作为目前国内首个采用该类工艺的工程，其运行情况和可能存在的问题有待进一步通过实践检验。
参考文献：
[1] 周云，何义亮.《微污染水源净水技术及工程实例》北京: 化学工业出版社, 2003.7
4 结论
(1)短流程臭氧－活性炭深度处理工艺具有节省占
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