水環境的污染已是當今世界范圍內普遍存在的問題。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。常規污水處理工藝已不能滿足現狀水源水處理要求，預處理工藝、強化常規處理工藝和深度處理工藝等是今后主要的發展方向，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，改善色臭味等感官指標，降低管網內可同化有機碳(AOC)的生物風險和加氯產生的消毒副產物風險，提高水質的生物穩定性，并使處理后水的致突變性呈現陰性;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待處理水的水質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、臭氧接觸池內水面與池內頂宜保持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混合器，或通過專用的大孔擴散器直接注入到接觸池內;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驗，并進行必要的試驗，主要設計參數宜如下范圍選擇：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，因此保證了輕質濾料流失率低。反沖洗泥水一般在60 ～ 80s 內排完。從而使該種濾池具有出水水質好、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，能充分發揮吸附效率，減少消毒副產物的生成。活性炭濾池采用上向流方式，使臭氧化水經濾池的路徑變長，臭氧與活性炭或水中物質繼續反應，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，節約工程投資、運行費用和耗水量。從目前現狀來看，國內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、缺點比較見表1。

具體設計中可根據水廠的實際情況，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。水廠規模8.0×104m3/d，水廠自用水系數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，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、臭氧管道及池內支架等均采用SS316L 不銹鋼材質;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進水堰均勻流入濾池，以重力滲透穿過濾層，經配水系統匯入水封井至出水管;出水采用氣動調節閘閥控制，以實現恒水位過濾。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，因此保證了輕質濾料流失率低。反沖洗泥水一般在60 ～ 80s 內排完。


活性炭濾池共分6格，單排布置，并聯運行，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。活性炭層下面鋪設300mm 石英砂，石英砂粒徑為0.9 ～ 1.2mm，均質濾料。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 段式氣水聯合沖洗，首先為濾池排空，通過放空閥將池內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污染的情況未受到有效控制，以及供水水質標準不斷提高，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。