臭氧/紫外—生物活性炭去除水中微量有机物的方法 【技术领域】
本发明属水处理技术领域，涉及一种将臭氧/紫外技术与生物处理技术结合用于水净化的方法，尤其适用于被微量有机物污染的水的深度净化，是一种给水和优质饮用水生产技术。背景技术
臭氧/紫外并不是一个新的技术，几十年以前就已经被研究过，目前已经应用于造纸工业的纸浆漂白废水的脱色，在工业废水和垃圾填埋场渗滤液处理方面的研究也不少。臭氧/紫外方法一般有两种形式，一是混合相系统，即将臭氧鼓泡到紫外辐射的水中；另一是均匀相系统，即先将臭氧溶解在水中，然后再用紫外光辐射。无论哪种形式，臭氧在紫外光的辐射下会分解转化为活性氧和羟基自由基等氧化性能更强的基团，这些基团可以与水中的有机污染物反应，使后者降解。由于臭氧/紫外需要使用紫外灯，而且使水中有机物彻底降解需要较长的时间，水处理的成本很高，因此目前臭氧/紫外的应用范围还很有限，没有在饮用水处理中得到应用。
另一方面，水中微量有机物污染的问题越来越突出，如饮用水源中存在的微量天然有机物和各种各样的有毒有害的人工合成有机物、饮用水中的消毒副产物以及可能存在的痕量内分泌干扰物和持久性有机物，污水回用中也遇到一些微量有机污染物所构成地不安全性。传统的水处理技术，如絮凝—砂滤—消毒方法很难有效地将水中微量的有机物去除。现在也开始将臭氧氧化—生物活性炭技术应用于饮用水的处理，来净化水中微量有机污染物。然而，由于臭氧与有机物反应有较强的选择性，即与某些物质反应较快，而与某些物质反应的很慢，不能很有效地降解所有有机物；此外，单独的臭氧氧化单元中，臭氧由气相向水相的传质也不太理想，臭氧不能充分地溶解到水中，导致臭氧的利用效率不高。其结果是，在臭氧氧化单元，有机物的去除效果不佳，水中难生物降解的污染物转化为可生物降解的比例有限，不利于后续生物处理，即影响后续生物活性炭的处理效果，导致整个臭氧氧化—生物活性炭工艺对微量有机物的去除效率不尽理想。而单独采用臭氧/紫外方法处理水中微量有机物，虽然能比较彻底地去除水中的有机污染物，但是完全降解有机物所需的处理时间很长，导致处理成本很高，其实际应用受到限制。发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中去除水中微量有机污染物效率低，处理成本高的问题，提供一种更有效的去除水中污染物尤其是微量有机物的方法。
本发明提供了一种臭氧/紫外—生物活性炭去除水中微量有机物的方法，其特征在于该方法主要包括下述的臭氧/紫外和生物活性炭两个单元：
待处理的水从臭氧/紫外反应器的下部进入，臭氧气体从所述反应器的底部通入，所述臭氧气体经过所述反应器中的布气板与水均匀混合；所述反应器内置外罩石英套管的紫外灯，水和臭氧气体向上流经反应器，停留时间在4～20min之间，水中的有机污染物被去除或转化；初步处理后的水中从所述反应器的上部出水口流出，臭氧尾气从所述反应器的气体排放口排出；
经上述初步处理的水从生物活性炭反应器的一侧流入，水流经所述反应器中填充的生物活性炭层，停留时间在10～80min之间，水中有机污染物被生物降解、去除；处理后的水从所述反应器另一侧流出。
在臭氧/紫外单元投加的臭氧量可以根据进水水质和出水的水质目标确定，在0.5mg/L～10mg/L之间；待处理水在臭氧/紫外单元和生物活性炭单元的停留时间越长，臭氧投加量越高，则水处理的效果越好，处理后水的水质越好，但是会增加处理成本。
本发明是将臭氧/紫外和生物活性炭技术有机的组合在一起，并应用于微污染水的深度净化。本发明的优点是：(1)将臭氧/紫外和生物活性炭组合在一起，利用臭氧/紫外易于改变化合物结构而改善可生物降解性能的优点，而利用生物活性炭技术能经济有效去除可生物降解有机物的优点，从而经济高效地净化水中的污染物。与单独的臭氧/紫外处理技术相比，这种方法更为经济。(2)与臭氧—生物活性炭方法相比，本发明所述的臭氧/紫外—生物活性炭方法提高了臭氧在水中的传质，对有机污染物的去除效率更高。附图说明
图1为本发明的工艺流程示意图。具体实施方式
下面将进一步描述本发明的作用机理和具体的实施例：
本发明的作用机理如下：在臭氧/紫外单元，臭氧在紫外光的作用下，在水中的传质加快，利用率提高，并被快速地转化为氧化能力更强的活性基团，可以更快地降解去除水中的有机污染物。所以在臭氧/紫外单元，有机污染物能更快地被降解或去除，同时更高比例的物质转化为容易被生物降解的物质，即可生物降解性能也得到显著提高。而在生物活性炭单元，在活性炭表面生长了微生物，水流经生物活性炭时，水中的污染物被生物活性炭吸附和降解。那些在臭氧/紫外单元被转化成可生物降解的有机物在生物活性炭单元被去除。臭氧/紫外和生物活性炭相结合后，待处理的水只要在臭氧/紫外单元进行初步的处理，使水中的污染物更多地转化成生物可降解的物质，而不需要完全降解。这无疑大大缩短臭氧/紫外的处理时间，所以能降低臭氧/紫外单元的处理成本；同时，水经过臭氧/紫外处理后，水中可生物降解有机物的比例提高，更适合生物活性炭处理，生物活性炭的处理效率也提高。
实施例一：臭氧/紫外—生物活性炭方法净化水库水。
如图1所示，水库水从臭氧/紫外反应器100的下部进入，臭氧气体从所述反应器的底部通入，臭氧投加量为3mg/L，所述臭氧气体经过所述反应器中的布气板103与水均匀混合；所述反应器的中心内置外罩石英套管102的紫外灯101，水和含有臭氧的气体向上流经反应器，停留时间在16min之间，水中的有机污染物被去除或转化；初步处理后的水中从所述反应器的上部出水口105流出，臭氧尾气从所述反应器的气体排放口104排出；
经上述初步处理的水从生物活性炭单元反应器200一侧的进水口205流入，水流经反应器中填充的生物活性炭层201，停留时间在15min之间；水中有机污染物被生物降解、去除，处理后的水从所述反应器另一侧出水口202流出。
根据水中污染物的浓度及处理要求，还可以往生物活性炭单元中曝气。生物活性炭单元运转一段时间后，要进行反冲洗以更新生物活性炭的表面，反冲洗水从生物活性炭单元的下部出水口202流入，经过砾石203和生物活性炭层201，最后从上部反冲洗水出水口204排出。
如表1所示，采用单独的臭氧/紫外方法，水中总有机碳(TOC)的去除率为13.8％，高锰酸盐(CODMn)的去除率为22.8％，对254nm紫外光吸收值(UV254)的去除率为68.4％；而采用本发明所述的臭氧/紫外—生物活性炭方法，则相应的去除率分别为40.7％、47.0％和79.0％，去除率分别提高195％、106％和15％。可见，臭氧/紫外—生物活性炭方法对水中有机污染物的去除效率大大高于臭氧/紫外方法。
表1 臭氧/紫外—生物活性炭方法对水库水的净化效果水质指标 TOC CODMn UV254进水浓度(mg/L) 5.1-7.0 2.8-3.9 0.049-0.062平均去除率(％)O3/UV 13.8 22.8 68.4O3/UV+BAC 40.7 47.0 79.0
注：O3/UV为臭氧/紫外方法；O3/UV+BAC为臭氧/紫外—生物活性炭方法。
实施例二：臭氧/紫外—生物活性炭方法净化城市污水处理厂二级出水。
采用臭氧/紫外—生物活性炭方法净化城市污水处理厂的二级出水，其中待处理的水在臭氧/紫外单元的停留时间为16min，在生物活性炭单元的停留时间为15min。当臭氧/紫外单元的臭氧投加量分别为2.5mg/L、6mg/L和9mg/L时，对水中污染物的去除效果见表2。臭氧投加量为2.5mg/L时，臭氧/紫外方法对水中总有机碳(TOC)和高锰酸盐指数(CODMn)的去除率分别为23.5％和30.1％，而本发明所述的臭氧/紫外—生物活性炭方法对TOC和CODMn的去除率则分别达到41.3％和53.8％，分别提高76％和79％；臭氧投加量为6mg/L和9mg/L时，去除率提高比例也均在60％以上。臭氧/紫外—生物活性炭对有机污染物的去除效果大大优于臭氧/紫外方法。
表2 臭氧/紫外—生物活性炭方法对二级出水中有机物的去除效果水质指标 TOC CODMn臭氧投加量(mg/L) 2.5 6 9 2.5 6 9进水浓度(mg/L) 12.3-14.2 14.4-16.0 13.0-15.1 8.8-10.6 9.3-10.3 9.4-10.0平均去除率(％)O3/UV 23.5 29.0 33.8 30.1 42.2 48.8O3/UV+BAC 41.3 50.0 55.0 53.8 69.9 81.0
注：O3/UV为臭氧/紫外方法；O3/UV+BAC为臭氧/紫外—生物活性炭方法。