摘要　从水的生物稳定性、遗传毒性、颗粒物去除、臭氧氧化副产物以及催化剂的稳定性等方面研究了臭氧催化氧化-生物活性炭技术在净水处理过程中的安全性问题。结果表明,催化剂具有优良的物理化学稳定性,能够催化臭氧氧化进一步控制AOC 及其前质,减小了活性炭的污染物负荷;与生物活性炭联用可以明显减小有害有机物穿透水处理工艺的能力,进一步消减了水的遗传毒性;联用工艺可以显著地去除水中与致病原生动物相关性极大的2～10μm 颗粒物,进一步提高了饮用水的卫生安全性;催化剂对剩余臭氧的消减抑制了BrO-生成。

　　关键词　臭氧催化氧化-生物活性炭　水质遗传毒性　生物稳定性　溴酸盐　致病原生动物

　　引言

　　臭氧-生物活性炭工艺集臭氧氧化、活性炭吸附、生物降解等作用于一体,是国际上成熟的给水深度处理技术,我国许多水厂已经开始采用该技术对水进行深度净化[1～3 ] 。借助于先进的检测技术,发现臭氧-生物活性炭工艺在保障水的生物稳定性、卫生安全性以及消减水的遗传毒性和臭氧氧化副产物等方面也有不完善的地方[4～10 ] ,因此值得进一步挖掘其净水潜力。

　　臭氧催化氧化-生物活性炭联用深度处理工艺在没有改变臭氧氧化-生物活性炭总体工艺格局的前提下,对臭氧氧化工艺环节进行局部改造与加强,通过加入固体催化剂,强化臭氧对水中高稳定性有机污染物的分解。目前,哈尔滨工业大学市政环境工程学院已经与黑龙江、吉林、北京、天津、山东、浙江等地的一些水厂合作,相继采用臭氧催化氧化技术进行了60～30 000 m3 / d 的中试和生产性应用研究与实践[7 ,8 ,11 ,12 ] 。针对这种新的工艺,本文结合在实践中的应用效果,探讨其在保障饮用水安全性方面所发挥的作用。

　　1 　试验装置与方法

　　1. 1 　试验装置

　　试验分别在华北与华东地区的两家给水厂展开。在华北地区进行中试研究,采用鼓泡塔上向流臭氧催化氧化反应装置与生物活性炭滤床联合工艺,以黄河与滦河水体为水源,处理水量为60 m3 / d ,主要去除对象为有机污染物,同时考察了催化剂的稳定性。在华东地区进行生产性研究,采用臭氧催化氧化-生物活性炭处理工艺,以京杭大运河水体为水源,设计处理规模3 万m3 / d ,主要研究对象为溴酸盐。

　　臭氧催化剂的有效成分为课题组开发的新型FeOOH ,它是一种富含表面羟基的铁氧化物。使用过程中将该氧化物按一定比例负载在载体上,填装于臭氧氧化接触反应池内。

　　1. 2 　试验方法

　　生物稳定性采用AOC ( Assimible OrganicCarbon) 指标表征; 遗传毒性采用Umu 试验测试(由北京大学承担) ;溴酸盐采用离子色谱法测定;颗粒计数采用美国Inter Basic Resources 公司产的在线颗粒计数仪,每2 min 自动采样计数。

　　2 　试验结果与分析

　　2. 1 　生物稳定性

　　饮用水的生物稳定性是指饮用水中有机营养基质能支持异养细菌生长的潜力,即细菌生长的最大可能性。饮用水的生物不稳定会造成配水管网中异养细菌等微生物的再生长(Regrowth) ,给饮用水水质安全带来一定的微生物安全风险,同时也会给输水过程带来一系列不利的影响[13 ] 。AOC 指标评价自20 世纪90 年代开始被广泛地用于研究饮用水的生物稳定性[14 ,15 ] 。

　　大量试验证明,臭氧氧化会提高有机物的可生化性(AOC 上升) ,实现由TOC(或CODMn ) 到AOC的转化。在试验中发现,臭氧催化氧化与单纯臭氧氧化对AOC 的影响(主要是对AOCNOX的影响) 显著(见图1) ,当p H 为7. 3 ,水温为25 ℃,臭氧投量为1. 5 mg/ L 时,二者出水的AOC 都有所升高。臭氧催化氧化的AOC 由进水的78 μg/ L 升高到了108μg/ L ,提高了38 %;单纯臭氧氧化的AOC 值则升高到232μg/ L ,提高了197 % ,较臭氧催化氧化多增加了124μg/ L 。

　　从表面上看,似乎单纯臭氧氧化较臭氧催化氧化更能提高有机物的可生化性,然而此时这两种臭氧氧化出水的SUVA 值(SUVA 即UV254 ×100/ DOC,单位为L/ (mg ·m) ,表示单位有机碳的紫外吸收值)却几乎相同(臭氧催化氧化的SUVA 为1. 11 L/ (mg ·m) ,单纯臭氧氧化的SUVA 为1. 13 L/ (mg ·m) ) ,这种现象在隋铭皓等[16]的研究中也发现过。结合这两种氧化工艺对TOC 和CODMn 去除情况不难看出,臭氧催化氧化明显提高了对TOC 和CODMn 的去除效果,进一步促使有机物无机化,而且,由色质联机的分析结果得知,单纯臭氧氧化的产物中明显地增加了醛、酮、醇、羧酸等物质,而臭氧催化氧化的产物中酮、羧酸等小分子物质含量较多,醛,醇的生成却很少。醛、酮、醇、羧酸等都是P17 和NOX 菌的营养物,是AOC 表征的主要物质。