“臭氧-生物活性炭”深度處理是利用臭氧氧化和顆粒活性炭吸附及生物降解所組成的凈水工藝。隨著我國(guó)對(duì)水質(zhì)要求的提高，“臭氧-生物活性炭”工藝在國(guó)內(nèi)自來(lái)水廠中的應(yīng)用日益廣泛，成為提升水質(zhì)的重要手段。于是，對(duì)于“臭氧-生物活性炭”工藝的精確投加自然成為這些水廠的重要課題之一。今天我們就來(lái)談?wù)勂渲械暮蟪粞跬都涌刂苾?yōu)化的問(wèn)題。

如果要優(yōu)化后臭氧的投加控制，我們至少需要回答兩個(gè)問(wèn)題：應(yīng)該加多少和加進(jìn)去多少。

問(wèn)題1：應(yīng)該加多少臭氧？

回答了“應(yīng)該加多少臭氧”的問(wèn)題就等于回答了控制問(wèn)題！

通常水廠采用的方法是流量控制法，根據(jù)進(jìn)水流量等比例投加，保持噸水的臭氧加注量恒定。這種方法是有一定道理的，這個(gè)道理是建立在眾多水廠的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，并且一些地方已經(jīng)形成臭氧加注量指導(dǎo)值和控制指標(biāo)。但這種方式顯然存在一個(gè)盲區(qū)，因?yàn)檫M(jìn)水水質(zhì)是不斷變化的，我們不能確切地知道到底需要消耗多少臭氧，才能經(jīng)濟(jì)高效地發(fā)揮出臭氧氧化的效能，為整個(gè)“臭氧-生物活性炭”服務(wù)。

【DB32/T 3701-2019 《江蘇省城市自來(lái)水廠關(guān)鍵水質(zhì)指標(biāo)控制標(biāo)準(zhǔn)》：

5.3.5 自來(lái)水廠采用臭氧-生物活性炭深度處理工藝時(shí)，宜在深度處理工藝前、后設(shè)置質(zhì)量控制點(diǎn)，監(jiān)測(cè)渾濁度、余氯（預(yù)氯化時(shí)）、耗氧量、氨氮等指標(biāo)。

5.3.6 生物活性炭池進(jìn)水的余臭氧濃度應(yīng)保持穩(wěn)定，控制在0.1 mg/L以下；余氯不超過(guò)0.05 mg/L。】

【DB31T451-2021《凈水廠用煤質(zhì)顆粒活性炭選擇、使用及更換技術(shù)規(guī)范》：

5.4臭氧生物活性炭使用

5.4.1臭氧活性炭深度處理工藝可有效去除水中微量有機(jī)物。

5.4.2 使用臭氧活性炭聯(lián)合工藝時(shí)，應(yīng)采取以下措施對(duì)臭氧投加量進(jìn)行控制:

a)原水高錳酸鹽指數(shù)、藻類(lèi)等指標(biāo)較高時(shí)，可適當(dāng)增加預(yù)臭氧投加量，宜控制在0.5 mg/L`1.0mg/L;

b)夏季宜將預(yù)臭氧投加改為預(yù)臭氧與氯聯(lián)合投加。氯投加量視原水藻類(lèi)情況決定，同時(shí)控制沉淀池出口余氯濃度;

c)后臭氧投加量宜控制在0.5mg/L~1.5mg/L，應(yīng)根據(jù)不同水源、不同季節(jié)以及溴酸鹽指標(biāo)情況適當(dāng)調(diào)整。進(jìn)活性炭濾池的余臭氧濃度應(yīng)控制在0.10mg/L 以下。】

我們走訪過(guò)很多采用“流量控制法”的水廠，在線余臭氧的數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)兩種現(xiàn)象，一種是在線水中余臭氧的測(cè)量數(shù)據(jù)為零（圖1 某水廠沒(méi)有響應(yīng)的在線余臭氧分析儀），一種是在線水中余臭氧的測(cè)量數(shù)據(jù)波動(dòng)大（圖2 流量等比例控制的水中余臭氧）。其中在線水中余臭氧的測(cè)量數(shù)據(jù)為零的原因有二：在線水中余臭氧監(jiān)測(cè)儀對(duì)這種應(yīng)用環(huán)境下沒(méi)有響應(yīng)或者臭氧的實(shí)際加注量不夠。

圖1 某水廠沒(méi)有響應(yīng)的在線余臭氧分析儀

圖2 流量等比例控制的水中余臭氧

顯然，如果我們能弄明白水中余臭氧到底是多少以及把余臭氧的濃度控制在穩(wěn)定值，對(duì)發(fā)揮后臭氧工藝的效能有很大價(jià)值。

于是，水廠首當(dāng)其沖需要確保有在線水中余臭氧分析儀，且能夠勝任0.1mg/L以下濃度的工作環(huán)境。艾晟特從2019年以來(lái)，陸續(xù)幫助眾多水廠更新了水中余臭氧分析儀。艾晟特采用紫外可見(jiàn)光全光譜掃描法的水中余臭氧分析儀，結(jié)合超聲波自動(dòng)清洗系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了可靠、免試劑、少維護(hù)地在線測(cè)量水中余臭氧。為確保水中余臭氧分析儀的準(zhǔn)確性，每年將水中余臭氧分析儀送往計(jì)量院做校準(zhǔn)（圖3 紫外可見(jiàn)光掃描法的水中余臭氧分析儀計(jì)量校準(zhǔn)數(shù)據(jù)）。

圖3 紫外可見(jiàn)光掃描法的水中余臭氧分析儀計(jì)量校準(zhǔn)數(shù)據(jù)

有了可靠的、實(shí)時(shí)在線的水中余臭氧分析儀，便可以實(shí)現(xiàn)后臭氧投加的閉環(huán)控制。

水廠可以在“流量控制法”的基礎(chǔ)上完善成“流量前饋+余臭氧反饋控制法”：流量前饋結(jié)合水中余臭氧反饋。這種控制方法在應(yīng)對(duì)水質(zhì)、流量變化時(shí)，可以更加科學(xué)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定地控制后臭氧的加注量。（圖4 某智慧化水廠后臭氧逐漸實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制后的數(shù)據(jù)）

圖4 某智慧化水廠后臭氧逐漸實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制后的數(shù)據(jù)

如果在“流量前饋+余臭氧反饋控制法”的基礎(chǔ)上考慮臭氧接觸時(shí)間，便可進(jìn)一步優(yōu)化后臭氧的投加系統(tǒng)，這就是我們所說(shuō)的“CT值法”（CT值是水中臭氧濃度C與接觸時(shí)間T的乘積）。不過(guò)這種方法在實(shí)際工程應(yīng)用上存在一定困難，全面反映后臭氧接觸池的水中臭氧濃度分布是一大挑戰(zhàn)，受制于取樣點(diǎn)監(jiān)測(cè)儀的分布和水力模型的構(gòu)建。另外，CT值的確定除了與水質(zhì)及處理目標(biāo)相關(guān)以外，跟水廠供水量也緊密相關(guān)。但CT值法可以激發(fā)水廠進(jìn)一步深入研究臭氧對(duì)有機(jī)物去除情況、溴酸鹽指標(biāo)情況以及與生物活性炭池連用的作用。每家水廠的CT值均不同，水廠可以考慮搭建中試裝置來(lái)探究CT值的優(yōu)化組合，并把CT值應(yīng)用到后臭氧投加控制中。

艾晟特還建議通過(guò)“有機(jī)物去除法”來(lái)優(yōu)化后臭氧的投加控制（圖5 艾晟特應(yīng)用全光譜分析儀在某水廠炭濾池出口監(jiān)測(cè)有機(jī)物），這是一種直接且回歸“臭氧-生物活性炭”深度處理本源的控制邏輯，該工藝最主要目的是降低自來(lái)水中有機(jī)物、異味和色度等，減少消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生。通過(guò)在后臭氧接觸池進(jìn)水、出水和炭池出水設(shè)置實(shí)時(shí)、免試劑的紫外可見(jiàn)光全光譜法的有機(jī)物在線監(jiān)測(cè)儀，可實(shí)現(xiàn)DOC和UV254的實(shí)時(shí)可靠監(jiān)測(cè)。將其與余臭氧實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)相結(jié)合，可以更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)后臭氧的精準(zhǔn)高效投加。

圖5 艾晟特應(yīng)用全光譜分析儀在某水廠炭濾池出口監(jiān)測(cè)有機(jī)物

問(wèn)題2：加進(jìn)去多少臭氧？

以上我們談?wù)摿藘?yōu)化后臭氧的投加控制問(wèn)題，上面所有控制邏輯和方法都是建立在一個(gè)基礎(chǔ)上，那就是水廠的臭氧投加系統(tǒng)要完好！投加到臭氧接觸池的臭氧都加進(jìn)去并與水充分接觸反應(yīng)了。但艾晟特在為水廠提供臭氧在線監(jiān)測(cè)和臭氧投加閉環(huán)控制的實(shí)施過(guò)程中發(fā)現(xiàn)臭氧投加系統(tǒng)出問(wèn)題的水廠不在少數(shù)。

這里可以講一個(gè)小故事。在一個(gè)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)，為了驗(yàn)證水中余臭氧對(duì)臭氧加注量的響應(yīng)情況，逐漸加大后臭氧的加注量，但水中余臭氧分析儀沒(méi)有響應(yīng)，隨即檢查了一下臭氧尾氣破壞器進(jìn)口處的臭氧濃度測(cè)量值，發(fā)現(xiàn)高達(dá)500ppm。顯然，投加的臭氧基本沒(méi)有與水充分接觸反應(yīng)。可以推斷，臭氧加注的曝氣管或曝氣盤(pán)可能存在嚴(yán)重的堵塞或破損問(wèn)題，導(dǎo)致臭氧以大氣泡方式直接被抽吸到尾氣破壞系統(tǒng)。該問(wèn)題也在后續(xù)開(kāi)展的檢修工作中得到驗(yàn)證。

要想評(píng)估臭氧的加注效率，最好在尾破進(jìn)口管安裝臭氧濃度監(jiān)測(cè)儀（圖6某水廠臭氧尾氣破壞器進(jìn)口處的臭氧濃度在線監(jiān)測(cè)），但很多水廠當(dāng)初在建設(shè)臭氧系統(tǒng)時(shí)，往往都沒(méi)有在臭氧尾氣破壞器進(jìn)口安裝臭氧濃度監(jiān)測(cè)儀，這樣就難以在第一時(shí)間判斷加注系統(tǒng)本身是否存在問(wèn)題。根據(jù)長(zhǎng)期使用經(jīng)驗(yàn)，由于臭氧氣體中含有不少水蒸氣，艾晟特建議這個(gè)位置的臭氧濃度監(jiān)測(cè)儀須適用高濕度環(huán)境使用，比如選用適應(yīng)濕式臭氧氣體的傳感器或者前置安裝除濕裝置。

圖6某水廠臭氧尾氣破壞器進(jìn)口的臭氧濃度在線監(jiān)測(cè)

結(jié)語(yǔ)

自來(lái)水廠采用“臭氧-活性炭工藝”是為了提高水質(zhì)，滿(mǎn)足人們對(duì)更加安全、健康飲用水的需求。自來(lái)水廠“臭氧-生物活性炭”工藝中的后臭氧投加控制需嚴(yán)格遵循地方標(biāo)準(zhǔn)，在后臭氧接觸池出口增設(shè)穩(wěn)定可信在線的水中余臭氧監(jiān)測(cè)儀、尾氣破壞器進(jìn)口的臭氧濃度監(jiān)測(cè)儀，有條件的水廠可以更深入地監(jiān)測(cè)有機(jī)物的去除和出水濃度情況，通過(guò)精準(zhǔn)調(diào)控、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和物料平衡評(píng)估，確保水質(zhì)安全與合規(guī)性。未來(lái)，隨著技術(shù)進(jìn)步和標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)，后臭氧投加控制必將更加智能化、綠色化，為居民提供更優(yōu)質(zhì)的自來(lái)水。