氯化DBP的臭氧控制

用NOM和合成有机化合物氯化水可导致形成消毒副产物（DBP），例如三卤甲烷（THM）和卤代乙酸（HAA），这是由于水中的有机物质氯化成THM和HAA而发生的。

这些化合物在饮用水处理中受到调节至低于80ppb的水平，美国环保署很近颁布的第二阶段DBP规则将通过改变这些水平的测量和计算方式，实施更严格的执法。与此同时，治疗贾第虫和隐孢子虫等微生物饮用水（LT2ESWTR）的规则越来越严格，需要更强的消毒能力。这意味着饮用水厂需要使用替代消毒剂或屏障才能实现这两个目标。

如果使用得当，臭氧已被证明可显着降低DBP的形成。臭氧可以通过以下几种方式降低DBP：

首先，它可以通过提供处理水所需的一些消毒成分来减少所需的氯量。事实上，对许多微生物而言，臭氧是比氯更好的消毒剂。例如，臭氧对贾第鞭毛虫的有效性是氯的100倍。使用臭氧作为预氧化剂或作为主要消毒剂可以显着降低作为分配系统的辅助消毒剂所需的氯量。

第二，与生物活性过滤器结合使用，臭氧可以显着减少可用于氯化的有机物质的量，从而形成THM或HAA。生物过滤器还可以帮助满足成品水中的TOC目标。生物活性过滤器是允许生物学发育的正常过滤器。过滤器中的生物体会降解并从水中去除有机物质。臭氧有助于这一过程。下图显示臭氧/生物过滤对引入臭氧前后两个大型饮用水当局的THM水平的影响：

臭氧THM减少饮用水

臭氧消毒产品减少饮用水

 

臭氧可有效地将水中的有机物部分氧化成可通过生物过滤除去的可生物降解的化合物，这种部分氧化产生较低分子量的有机物，其更易于生物降解。有机碳的可生物降解部分的这种增加是由于中等至高水平的臭氧化而发生的，这些臭氧水平是通常用于消毒的典型剂量。

臭氧化通常会增加NOM在水中的生物降解性，因为许多大的有机分子被转化为易于生物降解的较小有机分子。如果在处理厂中没有除去，可生物降解的溶解有机碳（BDOC）的这种增加可以导致分配系统中的细菌生长和再生长加速。已经发现，如果在处理厂中没有除去AOC水平低于100ppb，则可能需要控制分配系统中的过量细菌再生。当臭氧化处于过滤的上游时，溶解氧，pH和温度等环境条件良好，过滤器中微生物活性增加，BDOC / AOC去除增强。添加臭氧不仅增加了溶解有机物的生物降解性，而且还向水中引入了大量氧气，从而为过滤介质上的生物生长创造了良好的环境。生物活性过滤的优点包括以下在大多数使用臭氧的美国工厂都能满足的要求：
 

生产生物稳定的水，不会促进分配系统中过度的细菌生长和再生

去除NOM，其可作为副产物形成的前体，其由于使用游离氯或结合氯进行残留消毒

在生物活性过滤之前，臭氧氧化作为主要消毒剂降低了成品水中的BDOC浓度，从而减少了再生的机会

减少产品水的残留消毒剂需求，从而可以满足限制很大消毒剂残留的建议法规。

去除或控制产品的臭氧化

 

慢速沙子，快速速率和GAC培养基可以支持生物活性，因为这些培养基为细菌附着提供了表面。诸如可用表面积，水力加载速率，接触时间，营养素可用性，温度等因素将决定性能和BDOC去除效率。生物质在GAC上发展到更高水平，因为表面特征比无烟煤和沙子更粗糙。

在缓慢的砂滤之前添加臭氧可以将TOC去除效率提高约35％。添加臭氧还可以提高缓慢砂滤器去除BDOC的效率。

生物活性快速过滤器领域的研究集中于减少可同化的有机碳（AOC）而不是BDOC。虽然研究表明快速过滤，使用沙子或双重介质会降低臭氧化后的AOC水平，但AOC并未测量所有BDOC。AOC仅测量在特定实验室条件下由两种特定微生物更容易可吸收或更容易生物降解的BDOC部分。研究数据表明，AOC的生物降解可以在快速过滤器中发生。应谨慎查看数据，因为较慢的可生物降解DOC（未经AOC测量）可能正在通过快速过滤器。

在通过GAC柱之前，通过故意将足够的溶解氧引入水中，使活性炭具有生物活性。GAC的高表面积和长保留时间为增强生物生长提供了理想的环境。虽然臭氧实际上增加了BDOC的量，但随后GAC生物降解的效率可以使得GAC流出物中的BDOC低于臭氧流入物中的BDOC。通过臭氧/ GAC除去可生物降解的DOC的程度取决于温度的工艺条件，BDOC的量和通过空床接触时间（EBCT）测量的GAC柱加载速率。例如，进水BDOC为0.65 mg C / L和10分钟EBCT，人们预计出水BDOC为0.25 mg C / L. 然后可以通过以下任一方式降低出水BDOC：

添加臭氧会增加GAC流入物BDOC，从而降低流出物BDOC或

添加更多GAC或降低加载速率，这将扩展EBCT并降低流出物BDOC

如果没有生物活性过滤器或在错误的条件下操作，可能无法获得臭氧的好处。似乎决定臭氧影响的关键变量是剂量，pH值，碱度，以及很重要的是有机物质的性质。在低pH值水平下，臭氧对前体的破坏非常有效; 然而，在某些临界pH值以上，臭氧实际上效果较差，实际上有时会增加氯化副产物前体的含量。

对于大多数腐殖质，这个临界pH值为7.5，这是臭氧分解为羟基自由基的近似水平，从而提高了有机氧化速率。因此，在较低pH约6-7），分子臭氧优于羟基自由基的含义，初始THM前体副产物在性质上不同于在较高pH水平下氧化的羟基自由基形成的那些。鉴于羟基自由基比臭氧的氧化电位更大，这是合乎逻辑的。随着碱度的增加，它对THM形成潜力（THMFP）具有有益作用。

这是因为碱度清除臭氧化过程中形成的任何羟基自由基，使分子臭氧作为的氧化剂，其仅能够将有机前体氧化成比羟基自由基更低的氧化序列。鉴于中性pH值和中等水平的碳酸氢盐碱度，臭氧剂量范围为每毫克碳0.2至1.6毫克臭氧，THMFP水平降低3％至20％。

臭氧水处理可导致溴酸盐形成，其由EPA规定为低于10ppb。如果使用得当，溴酸盐水平可以保持在这个水平以下，除了很困难的消毒和水质情况。

Huck，PM，PM Fedorak和WB Anderson。1991.“在生物处理过程中形成和去除可同化的有机碳。”J。AWWA。83（12）：69- 80. 

Katz，J。1980. 用于饮用水消毒的臭氧和二氧化氯技术。Noyes Data Corporation，Park Ridge，New Jersey。

Langlais，B.，DA Reckhow和DR Brink（编辑）。1991.饮用水处理中的臭氧：应用和工程。AWWARF和刘易斯出版社，佛罗里达州博卡拉顿。

LeChevallier，MW，WC Becker，P。Schorr和RG Lee。“评估生物活性快速过滤器的性能。”J。AWWA。84（4）：136-146。

Logsdon，GS，S。Foellmi和B. Long。1992年。“大温哥华供水的过滤试验工厂研究。”会议论文集，AWWA年会，不列颠哥伦比亚省温哥华。

Malley，JP，TT Eighmy，MR Collins，JA Royce和DF Morgan。“臭氧的真实性能和微生物学 - 增强生物过滤。”J。AWWA.85（12）：47-57。

价格，ML 1994.臭氧和生物处理DBP控制和生物稳定性.AWWARF和AWWA，丹佛，CO，第252页。

Rachwal，AJ，et al。“升级大型慢砂过滤器的先进技术。”慢砂过滤 - 水处理技术的很新

进展，Ellis Horwood有限公司，英国奇切斯特Reckhow，DA，JE Tobiason，MS Switzenbaum，R。McEnroe，Y。Xie， X. Zhou，P。McLaughlin和HJ Dunn。“通过预臭氧化和生物活性在线直接过滤控制消毒副产物和AOC。”会议记录，AWWA年会，不列颠哥伦比亚省温哥华。

Rittman，BE 1990.“分析生物过滤中使用的生物膜过程。”J。AWWA。82（12）：62。

Bablon，GP，C。Ventresque，RB Aim。“开发Sand-GAC过滤器以实现高速生物过滤。”J。AWWA.80（12）：47。

Glaze，WH，HS Weinberg，SW Krasner，MJ Sclimenti。1991年“使用臭氧化和生物活性过滤器通过植物去除醛的趋势。”会议记录，AWWA，费城，宾夕法尼亚州。