摘要：分析南方某水廠的臭氧活性炭深度處理工藝，并進(jìn)行預(yù)臭氧和后臭氧投加量的優(yōu)化試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，預(yù)臭氧投加量為0.4～0.6 mg/L時(shí)，氨氮和CODMn的去除率顯著提高，而過(guò)量的臭氧投加會(huì)使CODMn去除率下降。后臭氧投加量的增加顯著提高了CODMn和嗅味物質(zhì)的去除率，但同時(shí)進(jìn)一步增加了經(jīng)濟(jì)成本和副產(chǎn)物生成風(fēng)險(xiǎn)。此外，預(yù)臭氧和后臭氧投加量對(duì)水質(zhì)pH值的影響較小，綜合考慮水質(zhì)和經(jīng)濟(jì)成本，建議在實(shí)際運(yùn)行中合理選擇臭氧投加量，從而達(dá)到最佳的處理效果。

關(guān)鍵詞：自來(lái)水廠；臭氧活性炭深度處理工藝；去除率

中圖分類(lèi)號(hào)：TU991.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2025）01-0-03

Analysis of Key Points in Advanced Treatment Process of Ozone Activated Carbon for Waterworks

Abstract： The advanced treatment process of ozone and activated carbon in a water plant in south China was analyzed， and conduct optimization experiments on the dosage of pre-ozone and post-ozone. The experimental results show that when the dosage of pre-ozone is in the range of 0.4～0.6 mg/L， the removal rate of ammonia nitrogen and CODMn is significantly improved， while excessive ozone dosage will decrease the removal rate of CODMn. With the increase of post-ozone dosage， the removal rate of CODMn and odor substances was significantly improved， but at the same time， the economic cost and the risk of by-product formation were further increased. In addition， the dosage of pre-ozone and post-ozone has little influence on the pH of water quality. Considering the water quality and economic cost， it is suggested that the dosage of ozone should be reasonably selected in actual operation to achieve the best treatment effect.

Keywords： waterworks; advanced treatment process of ozone and activated carbon; removal rate

自來(lái)水是城市居民日常生活中不可或缺的資源。其水質(zhì)直接關(guān)系到公眾健康，但隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，水源污染問(wèn)題日益嚴(yán)重。其中，嗅味物質(zhì)是影響自來(lái)水水質(zhì)的主要因素之一，這些嗅味物質(zhì)不僅影響自來(lái)水的感官特性，還可能對(duì)人體健康產(chǎn)生潛在危害。因此，如何有效去除這些嗅味物質(zhì)成為自來(lái)水廠運(yùn)行中的重要課題。預(yù)臭氧處理作為一種常用的水處理技術(shù)，具有氧化能力強(qiáng)、反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于自來(lái)水廠。預(yù)臭氧通過(guò)氧化作用，能夠有效去除水中的有機(jī)污染物和嗅味物質(zhì)，提高后續(xù)處理效果。因此，優(yōu)化預(yù)臭氧的投加量，找到最佳的運(yùn)行參數(shù)，對(duì)于提高自來(lái)水廠的處理效率和水質(zhì)具有重要意義。

1 自來(lái)水廠概況

南方某自來(lái)水廠主要水源為長(zhǎng)江水。該水廠采用了一套完整的臭氧-活性炭深度處理工藝，原水到水廠進(jìn)水前的階段去除水中的高分子有機(jī)物，減少后續(xù)處理環(huán)節(jié)的負(fù)荷。經(jīng)過(guò)預(yù)臭氧處理后的水流經(jīng)分配至各組混凝沉淀池，并在混凝沉淀池中投加適量的硫酸鋁作為混凝劑，通過(guò)混凝反應(yīng)，形成大顆粒礬花進(jìn)行沉淀。接著，沉淀池出水，經(jīng)過(guò)砂濾池后處理掉水中的懸浮雜質(zhì)，進(jìn)一步凈化水質(zhì)。經(jīng)過(guò)砂濾池處理后的水通過(guò)提升泵房二次提升，進(jìn)入臭氧接觸池和生物活性炭濾池，并在臭氧接觸池中再次投加臭氧，進(jìn)一步氧化水中的有機(jī)物和微生物。處理水經(jīng)過(guò)臭氧活性炭濾池后，進(jìn)入加氯消毒環(huán)節(jié)，通過(guò)投加適量的次氯酸鈉，殺滅水中的病原微生物，防止發(fā)生水傳播疾病[1]。

2 預(yù)臭氧運(yùn)行優(yōu)化試驗(yàn)

2.1 不同預(yù)臭氧投加量條件下的氨氮去除率

試驗(yàn)在自來(lái)水廠的預(yù)臭氧階段工藝段進(jìn)行，通過(guò)調(diào)節(jié)預(yù)臭氧投加量（分別為0.2、0.4、0.6、1.0 mg/L），分析不同投加量對(duì)氨氮去除率的影響。通過(guò)分析，發(fā)現(xiàn)預(yù)臭氧投加量為0.2 mg/L時(shí)，氨氮去除率為20%；預(yù)臭氧投加量為0.4 mg/L時(shí)，氨氮去除率顯著提高至35%；預(yù)臭氧投加量為0.6 mg/L時(shí)，氨氮去除率達(dá)到最高，為40%；預(yù)臭氧投加量為1.0 mg/L時(shí)，氨氮去除率略有下降，下降率為38%。由試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，預(yù)臭氧投加量不會(huì)影響預(yù)臭氧階段的氨氮去除效果，隨著預(yù)臭氧投加量持續(xù)上漲，結(jié)合臭氧去除氨氮的原理，進(jìn)一步驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果的可靠性[2]。

2.2 不同預(yù)臭氧投加量條件下的CODMn去除率

試驗(yàn)設(shè)置預(yù)臭氧投加量分別為0.2、0.4、0.6、1.0 mg/L，分析不同投加量條件下預(yù)臭氧投加量對(duì)有機(jī)物去除效果的影響。試驗(yàn)結(jié)果顯示，在預(yù)臭氧投加量為0.4～0.6 mg/L時(shí)，砂濾池前后的CODMn去除率呈現(xiàn)明顯增加趨勢(shì)。當(dāng)預(yù)臭氧投加量為0.2 mg/L時(shí)，砂濾池前后的CODMn去除率分別為15%和25%；當(dāng)預(yù)臭氧投加量為0.4 mg/L時(shí)，砂濾池前后的CODMn去除率分別為20%和35%；當(dāng)預(yù)臭氧投加量為0.6 mg/L時(shí)，砂濾池前后的CODMn去除率分別為25%和40%；當(dāng)預(yù)臭氧投加量為1.0 mg/L時(shí)，砂濾池前后的CODMn去除率分別為20%和35%[3]。從上述數(shù)據(jù)可以看出，在預(yù)臭氧投加量為0.4～0.6 mg/L時(shí)，CODMn的去除率顯著提高[4]。

2.3 不同預(yù)臭氧投加量條件下各處理單元出水pH值的變化

預(yù)臭氧投加量分別設(shè)置為0.2、0.4、0.6、1.0 mg/L，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)不同處理單元中出水pH值的變化。試驗(yàn)結(jié)果表明，試驗(yàn)期間原水pH值在7.5浮動(dòng)，而出廠水pH值為7.2。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在預(yù)臭氧投加量不同的條件下，各處理單元出水pH值具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，不存在明顯變化，不會(huì)影響水質(zhì)pH值，即預(yù)臭氧投加量和水質(zhì)pH值變化沒(méi)有直接關(guān)聯(lián)。在實(shí)際運(yùn)行中，自來(lái)水廠根據(jù)水質(zhì)情況靈活調(diào)節(jié)預(yù)臭氧投加量，而不必過(guò)于擔(dān)心對(duì)水質(zhì)pH值的影響[5]。

3 后臭氧運(yùn)行優(yōu)化試驗(yàn)

3.1 不同后臭氧投加量條件下的氨氮去除率

在研究后臭氧投加量對(duì)氨氮去除率的影響時(shí)，將后臭氧投加量設(shè)置為0.2、0.4、0.6、1.0 mg/L，通過(guò)對(duì)比分析各投加量下的氨氮去除效果，揭示后臭氧投加量與氨氮去除率的關(guān)系。當(dāng)后臭氧投加量為0.2 mg/L時(shí)，氨氮的去除率較低，約為30%，說(shuō)明較低的臭氧投加量無(wú)法充分氧化水中的氨氮，導(dǎo)致去除效果不理想。隨著后臭氧投加量增加，氨氮的去除率逐漸提高。當(dāng)投加量為0.4 mg/L時(shí)，氨氮去除率上升至50%左右，臭氧的氧化作用開(kāi)始顯現(xiàn)，但不能完全去除水中的氨氮。當(dāng)后臭氧投加量進(jìn)一步增加至0.6 mg/L時(shí)，氨氮去除率顯著提升，在70%以上，這時(shí)臭氧氧化能力顯著增強(qiáng)，能夠有效分解水中的氨氮，但仍存在一定的去除潛力。當(dāng)后臭氧投加量達(dá)到1.0 mg/L時(shí)，氨氮去除率達(dá)到90%以上，接近完全去除，表明較高的臭氧投加量能夠充分氧化水中的氨氮，實(shí)現(xiàn)高效的去除效果[6]。

3.2 不同后臭氧投加量條件下的CODMn去除率

在研究后臭氧投加量對(duì)CODMn去除率的影響時(shí)，將后臭氧投加量設(shè)置為0.2、0.4、0.6、1.0 mg/L。在試驗(yàn)過(guò)程中，采用標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定不同后臭氧投加量條件下的CODMn初始濃度，初始CODMn濃度為5.0 mg/L，并在不同后臭氧投加量條件下對(duì)水樣進(jìn)行臭氧氧化處理，并測(cè)定處理后的CODMn濃度。試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著后臭氧投加量的增加，CODMn去除率呈現(xiàn)出明顯的變化趨勢(shì)。當(dāng)后臭氧投加量為0.2 mg/L時(shí)，CODMn去除率為20%，較低的后臭氧投加量對(duì)有機(jī)物的去除效果有限，僅可以氧化部分易降解的有機(jī)物。當(dāng)后臭氧投加量增加至0.4 mg/L時(shí)，CODMn去除率顯著提高至40%。這一結(jié)果表明，適當(dāng)增加后臭氧投加量可以顯著提高有機(jī)物的去除效果，但仍存在一定的提升空間。繼續(xù)增加后臭氧投加量至0.6 mg/L時(shí)，CODMn去除率達(dá)到60%，說(shuō)明后臭氧投加量的進(jìn)一步增加能夠有效提高有機(jī)物的去除效果，但去除率提升幅度開(kāi)始減緩。當(dāng)后臭氧投加量達(dá)到1.0 mg/L時(shí)，CODMn去除率進(jìn)一步提升至75%，較高后臭氧投加量能夠顯著提高有機(jī)物的去除效果，但也會(huì)帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)成本。

3.3 不同后臭氧投加量條件下各處理單元出水pH值變化

在試驗(yàn)中，設(shè)置后臭氧投加量為0.2、0.4、0.6、1.0 mg/L，通過(guò)設(shè)置這些不同投加量，旨在揭示后臭氧處理對(duì)水處理工藝中各單元出水pH值的動(dòng)態(tài)影響。在0.2 mg/L后臭氧投加量條件下，較低的臭氧投加量對(duì)水體的酸堿平衡影響較小，因此pH值變化幅度不大。而隨著后臭氧投加量持續(xù)增加，pH值的變化逐漸顯現(xiàn)。在后臭氧投加量增加到0.4 mg/L時(shí)，各處理單元的出水pH值開(kāi)始出現(xiàn)小幅下降，主要原因是臭氧氧化作用造成水體中部分有機(jī)物被分解，釋放出酸性物質(zhì)，從而使pH值降低。盡管變化幅度不大，但這一趨勢(shì)表明，后臭氧投加量增加已經(jīng)開(kāi)始影響水體的酸堿平衡。進(jìn)一步增加后臭氧投加量至0.6 mg/L，各處理單元出水的pH值顯著下降，特別是在臭氧接觸池和活性炭吸附池等處理單元，pH值下降幅度更明顯，能有效氧化水中的有機(jī)物，但同時(shí)也可能產(chǎn)生大量酸性副產(chǎn)物，顯著降低pH值。在后臭氧投加量為1.0 mg/L時(shí)，各處理單元出水的pH值達(dá)到最低點(diǎn)，驗(yàn)證了高臭氧投加量對(duì)水體酸堿平衡的影響較大，高投加量有助于徹底去除有機(jī)污染物，但同時(shí)也會(huì)讓水體pH值過(guò)度降低，從而影響后續(xù)處理工藝的穩(wěn)定性。

3.4 不同后臭氧投加量條件對(duì)原水嗅味物質(zhì)2-MIB、GSM去除率的影響

在本試驗(yàn)中，后臭氧的投加量設(shè)置為0.2、0.4、0.6、1.0 mg/L，分析不同投加量對(duì)原水中嗅味物質(zhì)2-甲基異莰醇（2-MIB）和土臭素（Geosmin，GSM）去除率的影響。當(dāng)后臭氧投加量為0.2 mg/L時(shí)，2-MIB的去除率為25%，GSM的去除率為20%。該較低的投加量雖然對(duì)嗅味物質(zhì)有一定的去除效果，但是無(wú)法完全消除其影響。隨著投加量持續(xù)增加，去除率逐漸提高。當(dāng)投加量增加至0.4 mg/L時(shí)，2-MIB的去除率上升至40%，GSM去除率則達(dá)到35%，表明適當(dāng)增加后臭氧的投加量可以顯著提升嗅味物質(zhì)的去除效果。進(jìn)一步增加后臭氧投加量至0.6 mg/L，2-MIB的去除率達(dá)到55%，GSM的去除率也提升至50%，嗅味物質(zhì)去除效果明顯增強(qiáng)，但仍未達(dá)到理想水平。當(dāng)投加量達(dá)到1.0 mg/L時(shí)，2-MIB的去除率顯著提高至75%，GSM去除率也達(dá)到70%。該結(jié)果表明，在較高投加量下，后臭氧對(duì)嗅味物質(zhì)的去除效果顯著提升，基本能夠滿足水質(zhì)要求。

4 結(jié)論

研究表明，合理的臭氧投加量能夠顯著提高氨氮、CODMn和嗅味物質(zhì)的去除率，同時(shí)保持水質(zhì)的穩(wěn)定性，但過(guò)量的臭氧投加不僅會(huì)增加經(jīng)濟(jì)成本，還可能生成各種副產(chǎn)物，嚴(yán)重影響后續(xù)處理工藝的穩(wěn)定性。在未來(lái)研究中，將進(jìn)一步探討不同水質(zhì)條件下臭氧投加量的最佳控制策略，分析臭氧處理過(guò)程中副產(chǎn)物的生成方法，為自來(lái)水廠運(yùn)行提供科學(xué)的指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)

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