【正文】摘     要： 概述国内外臭氧化-生物活性炭的发展历史，分析和介绍国内外该工艺技术应用的典型案例，并指出臭氧化-生物活性炭工艺当前的技术难点和发展趋势。 
　　关键词： 臭氧 活性炭 臭氧化-生物活性炭 消毒副产物 致病微生物        
　　1. 引言 
　　随着世界各国经济的高速发展，人们的生活水平不断提高，饮用水的卫生和安全也受到越来越广泛的关注。由于水源污染日趋严重，水微量分析技术不断进步，在饮用水中越来越多的有机、有毒污染物被检测出来，并通过流行病学调查研究和对污染物毒理学的验证，发现某些污染物与居民发病率具有密切的相关性，从而更引起了人们对饮用水安全的高度重视在美国，六十年代初曾对30个大城市、11590个城镇的饮用水进行调查，调查指出，饮用经氯化以后的地表水可能对人体健康造成潜在危险。德国、英国、加拿大等国也调查了城市地下水及地面水加氯消毒后挥发性卤代烃的存在情况，并根据调查结果修订了本国的水质标准。随着这些研究和调查的不断深入，人们逐渐认识到，常规的混凝沉淀－砂滤－投氯消毒处理技术不能充分保障饮用水的卫生与安全，因此，以去除水中有机污染物为目标的饮用水深度净化技术得到日益广泛的研究和应用。臭氧与活性炭联用的饮用水除污染新技术，即臭氧化－生物活性炭处理工艺，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，并迅速地从理论研究走向实际应用。
　　与此同时，饮用水中隐孢子虫、贾第虫等新的致病微生物因子不断出现，严重影响饮用水的生物学安全。70年代以来，欧美发达国家暴发了多起由贾第虫、隐孢子虫等致病原生动物，引起的较大规模水介流行病。鉴于这两种致病原生动物已经构成对饮用水微生物安全的主要危胁，各国相继开展水源水、出厂中贾第虫、隐孢子虫的监测，修订饮用水水质标准，并开展相关的工艺技术研究，其中值得注意的是臭氧化-生物活炭深度处理技术对这两种致病原生动物具有很好处理效果。臭氧对隐孢子虫卵囊的灭活能力明显高于游离氯和氯氨。在1mg/L臭氧、接触5分钟可以对隐孢子虫卵囊灭活90%，而达到同样的去除率，则需要80mg/L的自由氯和氯氨接触近90分钟。这表明，除臭氧外，水厂通常使用的消毒剂不能用来灭活隐孢子虫卵囊2。粒状活炭过滤去除贾第虫孢囊、隐孢子虫卵囊与砂滤池或双层滤料滤池的效果大致相同 ，也就是说臭氧化-生物活性炭工艺中的炭滤可以在原有工艺的基础上，增加一道安全屏障。臭氧化-生物活性炭技术的这一新的优势，使其应用又呈现出更快的增长势头。
　　2．臭氧化-生物活性炭技术发展概况 
　　2.1 臭氧化技术的特点与应用
　　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紫色气体，并可自行分解为氧气。它的密度是氧气的1.5倍，在水中的溶解度是氧气的10倍。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化技术具有以下特点：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。
　　自1785年由Van Marum发现臭氧后，1886年Meritens证实臭氧具有极强的杀菌能力，本世纪初，开始作为自来水的消毒净化剂。随后证明臭氧还可有效地去除水中的酚、氰、硫、铁、锰，降低COD和BOD，并能脱色、除臭和杀藻。但由于臭氧设备费和运行费较高，未能广泛应用。二次世界大战后，臭氧发生器的研制取得很大进展，其规模和效率也有了大幅度提高，特别是进入20世纪70年代，臭氧化技术得到迅速发展，因此已成为水处理的重要手段之一。
　　为了提高臭氧氧化的效果，近年来国内外逐渐开展了臭氧与H2O2、UV联合氧化工艺的研究，发现在H2O2或UV存在下，一些与臭氧不能直接反应的有机物得以氧化，但氧化的效果则与有机物的种类和水的pH值等密切相关，因而这一工艺尚难以实际应用7。目前，解决饮用水微污染问题的有效途径之一是在对原水进行臭氧化以后，再进行过滤吸附处理，特别是臭氧化与粒状活性炭结合使用。
　　2.2 活性炭吸附特性与净水工艺 
　　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，孔径10-105A°，拥有巨大的比表面积，一般700～1600m2/g。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、离子型或非离子型杂质都能有效去除。西欧一些水厂使用颗粒活性炭，平均可降低水中20～30％的总有机碳。一般活性炭对溶解性有机物吸附的有效范围为：分子大小在100A0～1000A0之间；分子量400以下的低分子量的溶解性有机物。极性高的低分子化合物及腐殖质等高分子化合物难于吸附。有机物如果分子大小相同，则芳香族化合物较脂肪族化合物易于吸附，支链化合物比直链化合物易于吸附。
　　3．臭氧化-生物活性炭技术的研究与应用
　　3.1 国内应用概况
　　我国自七十年代以来开始对臭氧化--生物活性炭进行研究，在八十年代初，先后建成一批应用该工艺的深度净化水厂。
　　大庆石化总厂、吉林前郭炼油厂根据哈尔滨建筑大学小试和中试结果，对生活饮用水系统现有常规处理工艺进行深度净化改造，规模分别为2万m3／d和1万m3／d，改造后的工艺流程见图4。实际运行结果表明，深度净化后COD可由滤后水的4-6mg/L，降至2.5 mg/L以下；在色质联机总离子流色谱图上，深度净化后水中有机物的浓度大幅度下降，有机物种类显著减少；水的浊度和色度由滤后水的4.6度和10度，降至接近0度，水质达到国际先进水平。
　　昆明市自来水公司针对滇池水源低浊高藻特征，1996年底在第六水厂南分厂应用了臭氧化-生物活性炭处理工艺，规模10万m3／d，原水经过混凝、气浮、过滤后，进行臭氧接触反应、生物活性炭过滤，臭氧接触10min，生物活性炭滤池滤速8.27m/hr。运行投产后，出厂水浊度低于0.5NTU，色度小于5度；UV254，CODMn的去除率分别为42%和50%。该工艺对提高水质发挥了积极作用。
　　除此之外，九江炼油厂生活水厂、上海周家渡水厂、北京燕山石化公司动力分厂、南京炼油厂生活水厂也分别采用了臭氧化－生物活性炭工艺进行饮用水深度净化，均取得很好的处理效果。
　　3.2臭氧化-生物活性炭技术的研究热点与发展趋势
　　根据我国经济发展和水源污染的现状，在常规处理的基础上，通过臭氧化－－生物活性炭进行深度净化，已成为国内经济发达地区解决健康饮水问题的迫切需要，但是，尽管臭氧化－生物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。
　　臭氧投加方式、投加量的优化与接触反应设备效能的提高，是当前臭氧化-生物活性炭工艺应用中一个难点。臭氧投加的位置分为预臭氧（又称前臭氧，在混凝前投加）、主臭氧（又称中间臭氧，在混凝后、过滤前投加）、后臭氧（在过滤后投加），其作用各不相同。选择合理的投加位置，并对投量进行优化分配，在工程应用之前应慎重考虑。对原水水质全面的和较长时段的分析与调查，十分必要。只有对水中消耗臭氧的有机物和还原性物质有了量化的把握，并在此基础上测定臭氧初始需求量，才能作为工程设计的依据。在深度净化设施投入运行后还要结合臭氧的接触反应方式，对接触反应过程进行化学衡算。水中和尾气中剩余臭氧的在线测定，对于分析接触反应装置效率和确定臭氧的最佳投加量非常重要，这已在深圳预臭氧化的工程实践得到充分证明。
　　臭氧化副产物和臭氧化出水AOC（可同化有机碳）升高，已成为臭氧化技术应用的一个关键问题。近年来的研究表明，臭氧化会形成溴酸盐、甲醛等一些有害副产物。当水中含有Br-时，臭氧可氧化Br-为亚溴酸盐、溴酸盐、溴仿等溴化有机副产物。溴酸盐被国际癌症研究机构列为可能对人体致癌的化合物，WHO建议饮用水中溴酸盐最大含量为25μg/L，美国EPA规定现阶段溴酸盐的最大污染物水平为10μg/L。如何控制出水中溴酸盐，成为臭氧化技术应用要考虑的一个重要问题，目前国外主要是采取臭氧多点投加、改变水的化学条件、生物过滤等方法来减少溴酸盐的生成。AOC是自来水管网中细菌再次繁殖的重要因素，也是管壁生长生物膜，管道腐蚀结垢的主要原因之一。臭氧化有机物的中间产物醛、酮、羧酸等使水中的AOC明显升高，采用适宜的臭氧投加量并结合生物过滤是控制臭氧化出水中AOC的主要途径。
　　生物活性炭与臭氧的联用技术近年来呈现出一些新的特点。2000年底投产的香港牛潭尾水厂的两阶段臭氧化和生物滤池，代表了当今水处理技术的发展方向。在微污染水源条件下，该水厂采用的两阶段臭氧化技术包括预臭氧化和中间臭氧化，可以有效杀灭水中隐孢子虫等致病微生物，同时氧化水中的溶解有机物，将水中残留的有机物转化成可生化形式，并保证生物滤池的好氧需要，为生物滤池去除氨氮创造有利条件。生物滤池采用活性炭滤料，在水质变化时，人工投加一些营养元素，并对水质进行调节，以保持其生物活性。传统的生物活炭是在运行中自然形成的，现在已开始利用生物工程技术筛选、培养工程菌，经过富营养到贫营养反复驯化，使之能够在含微量有机污染物的水中生存，并通过物理吸附方式固定在活性炭上，从而使生物活性炭具有长期稳定的有机物去除率，使用寿命延长到4年以上。
　　总之，臭氧化—生物活性炭技术无疑是一种新型高效的水处理工艺方法，尤其是对去除当前水源普遍存在的有机微污染具有显著的效果和推广应用的价值，随着实践过程的不断改进提高，必将饮用水深度净化领域中发挥更大的作用。