水環(huán)境的污染已是當今世界范圍內(nèi)普遍存在的問題。水污染的情況日趨嚴重，許多飲用水處理廠的水源也受到不同程度的污染。常規(guī)污水處理工藝已不能滿足現(xiàn)狀水源水處理要求，預處理工藝、強化常規(guī)處理工藝和深度處理工藝等是今后主要的發(fā)展方向，其中臭氧-生物活性炭技術是深度處理工藝中非常有效的處理手段，得到了廣泛應用。

01 臭氧-生物活性炭工藝

臭氧-生物活性炭技術就是把臭氧氧化和活性炭工藝組合使用，包括原水的預臭氧氧化、活性炭吸附和生物降解等作用。臭氧氧化活性炭吸附工藝可有效去除原水中的有機污染物質(zhì)，改善色臭味等感官指標，降低管網(wǎng)內(nèi)可同化有機碳(AOC)的生物風險和加氯產(chǎn)生的消毒副產(chǎn)物風險，提高水質(zhì)的生物穩(wěn)定性，并使處理后水的致突變性呈現(xiàn)陰性;同時能夠顯著去除水中藻類和藻毒素，以及水中含有的隱孢子蟲等致病微生物和內(nèi)分泌干擾物。

02 臭氧-生物活性炭工藝的設計要點

1、臭氧-生物活性炭中臭氧投加量宜根據(jù)待處理水的水質(zhì)狀況并結合試驗結果確定，一般預臭氧0.5 ～ 1.0mg/L，主臭氧2.0 ～ 3.0mg/L。

2、臭氧接觸池內(nèi)水面與池內(nèi)頂宜保持0.5 ～ 0.7m 距離。預臭氧接觸水力停留時間一般為2 ～ 5 min，臭氧氣體宜通過水射器抽吸后注入設于進水管上的靜態(tài)混合器，或通過專用的大孔擴散器直接注入到接觸池內(nèi);主臭氧接觸池水力停留時間約宜為6 ～ 15min，臭氧氣體宜通過設在布氣區(qū)底部的微孔曝氣盤直接向水中擴散。接觸后余臭氧宜控制在0.1mg/L 以下，尾氣必須進行無害化處理。

3、設計活性炭濾池前應已有相似條件活性炭濾池的成功運行經(jīng)驗，并進行必要的試驗，主要設計參數(shù)宜如下范圍選擇：空床接觸時間10 ～ 20min，空床流速10 ～ 11m/h，炭層過濾厚度2.0m 左右。

03 臭氧- 活性炭濾工藝設計

1、活性炭吸附濾池池型選擇

目前，國內(nèi)通常采用的活性炭吸附濾池池型主要有V 型濾池、翻板濾池和上向流濾池三種，它們具有各自的特點。

活性炭吸附V 型濾池

活性炭吸附V 型濾池與普通V 型砂濾池構造相似，活性炭吸附V型濾池的工藝特點是采用均質(zhì)濾料，通過V 型槽布水，采用小阻力的濾頭濾板分配反沖洗的氣和水，濾池中間設排水槽，它采用低強度水反沖洗，反沖時濾料微膨脹，邊反沖邊排水，但其土建費用、運行電耗比翻板濾池高，而且土建施工技術要求高，反沖洗水量較大(約占產(chǎn)水量的2.5%)，濾料易流失。

活性炭吸附翻板濾池

該濾池的工作原理與其他類型氣水反沖濾池相似：待濾水通過進水渠經(jīng)溢流堰均勻流入濾池，水以重力滲透穿過濾料層，并以恒水頭過濾后匯入集水室。濾池反沖洗時，先關進水閥門，然后按氣沖、氣水沖、水沖三個階段開關相應的閥門，一般重復兩次后關閉排水舌閥(板)，開進水閥門，恢復到正常過濾工況。反沖洗時翻板閥關閉，反沖洗結束時翻板閥逐步打開，先開50%，再開到100%。由于排水舌閥的內(nèi)側底部高于濾料層0.2m，而且排水舌閥是在反沖洗結束，濾料沉降40s 后再逐步開啟，因此保證了輕質(zhì)濾料流失率低。反沖洗泥水一般在60 ～ 80s 內(nèi)排完。從而使該種濾池具有出水水質(zhì)好、反沖洗效果好而耗水量少、運行周期長、運行費用低以及施工簡單、工期短等優(yōu)點。

上向流活性炭吸附池

活性炭濾池采用上向流方式，使之成為膨脹床，加大了炭層厚度，增加了吸附量。膨脹床使炭粒略懸浮于上升水流中，使得炭粒水流表面更新的更快，炭粒對水中污染物的處理能力更強，能充分發(fā)揮吸附效率，減少消毒副產(chǎn)物的生成。活性炭濾池采用上向流方式，使臭氧化水經(jīng)濾池的路徑變長，臭氧與活性炭或水中物質(zhì)繼續(xù)反應，將余臭氧消耗至最小，有效控制余臭氧逸出。上向流活性炭吸附池水頭損失較小，其沖洗可僅采用氣沖方式，減少沖洗過程，節(jié)約工程投資、運行費用和耗水量。從目前現(xiàn)狀來看，國內(nèi)在進行活性炭吸附池池型選擇時，大多傾向于活性炭吸附翻板濾池或上向流活性炭吸附濾池兩種池型，其優(yōu)、缺點比較見表1。

具體設計中可根據(jù)水廠的實際情況，從使用效率、工程投資及運行成本等方面進行比選后確定。


2、臭氧- 活性炭濾池設計實例

本文以湖南某水廠提質(zhì)改造工程設計為例，具體介紹翻板濾池在臭氧- 活性炭深度處理工藝中的應用。水廠規(guī)模8.0×104m3/d，水廠自用水系數(shù)1.03，水廠深度處理工藝流程圖如圖1所示，主臭氧接觸池設1 座分2 組，單組處理規(guī)模設計水量為Q=1717m3/h，炭濾池設計1 座，分六格，單排布置。


主臭氧接觸池

主臭氧接觸池分2組，并聯(lián)運行，接觸池有效水深6.3m，平均臭氧投加量2.0mg/L，單池共分為3 段接觸區(qū)，第一段接觸時間2min，第二段接觸時間4min，第三段接觸時間4min，總接觸時間為10min，單組池子設3 個臭氧投加點，順水流方向三個投加點的臭氧投加比例分別為50%、25%、25%，臭氧尾氣處理采用觸媒式尾氣破壞裝置，設2套，一用一備，臭氧破壞裝置排放到大氣中的臭氧濃度不得高于0.1mg/L，主臭氧接觸池池頂人孔、預埋墻管、預埋套管、放空管、爬梯護籠、臭氧管道及池內(nèi)支架等均采用SS316L 不銹鋼材質(zhì);密封墊圈要采用耐防腐的材料聚四氟乙烯。

翻板活性炭濾池

臭氧- 活性炭濾池結構剖面圖如圖2所示，主臭氧接觸池來水通過濾池總配水渠經(jīng)進水堰均勻流入濾池，以重力滲透穿過濾層，經(jīng)配水系統(tǒng)匯入水封井至出水管;出水采用氣動調(diào)節(jié)閘閥控制，以實現(xiàn)恒水位過濾。濾池反沖洗時，先關進水閥，然后按氣、水反沖洗兩階段程序開關相應閥門。一般重復兩次后關閉排水翻板閥，開進水閥門，恢復到正常過濾工況。反沖洗時翻板閥關閉，反沖洗結束時翻板閥逐步打開，先開50%，再開到100%。由于排水翻板閥的內(nèi)側底部高于濾料層0.2m，而且排水翻板閥是在反沖洗結束，濾料沉降40s 后再逐步開啟，因此保證了輕質(zhì)濾料流失率低。反沖洗泥水一般在60 ～ 80s 內(nèi)排完。


活性炭濾池共分6格，單排布置，并聯(lián)運行，單格濾池過濾面積為59m2 設計濾速9.70m/h，強制濾速11.64m/h。采用活性炭與石英砂雙層濾料，活性炭采用破碎炭，有效粒徑為0.9 ～ 1.1mm，碘值≥ 950mg/g，亞甲蘭值≥ 200mg/g，強度≥ 90%，裝填密度>400g/L，比表面積≥ 1000m2/g，總孔容積≥ 0.55cm3/g，炭層厚度為1500mm?；钚蕴繉酉旅驿佋O300mm 石英砂，石英砂粒徑為0.9 ～ 1.2mm，均質(zhì)濾料。濾層總高度1.8m， 空床停留時間10.8min。在濾池底部填裝卵石承托層，承托層高0.3m，粒徑2 ～ 32mm。

濾池沖洗采用6 段式氣水聯(lián)合沖洗，首先為濾池排空，通過放空閥將池內(nèi)液位降低至一定高度，然后進行空氣沖洗，氣洗強度為14L/s.m2，時間約3min，第三步為單水洗過程，單水沖時水強度為9L/s.m2，時間約為3min;第四步為氣水聯(lián)洗過程，氣洗強度不變，水強度為3L/s.m2，時間約4min，第五步停止沖洗進水，靜置一段時間后，打開排水翻板閥排放沖洗水，第六步關閉翻板閥，開啟濾池放空管排放初濾水，初濾水排放時間為10 ～ 15min。

04 結論

對于臭氧- 生物活性炭工藝而言，活性炭濾池池型的設計至關重要，需要根據(jù)水廠的具體情況，因地制宜地采用合適的池型。翻板濾池在活性炭濾池中使用，可以有效地控制濾料流失率，并且投資少，占地小。近年來由于原水水質(zhì)污染的情況未受到有效控制，以及供水水質(zhì)標準不斷提高，作為目前較為先進的一種濾池形式，翻板活性炭濾池必將得到廣泛的應用。