用NOM和合成有機(jī)化合物氯化水可導(dǎo)致形成消毒副產(chǎn)物（DBP），例如三鹵甲烷（THM）和鹵代乙酸（HAA），這是由于水中的有機(jī)物質(zhì)氯化成THM和HAA而發(fā)生的。

這些化合物在飲用水處理中受到調(diào)節(jié)至低于80ppb的水平，美國環(huán)保署很近頒布的第二階段DBP規(guī)則將通過改變這些水平的測量和計(jì)算方式，實(shí)施更嚴(yán)格的執(zhí)法。與此同時(shí)，治療賈第蟲和隱孢子蟲等微生物飲用水（LT2ESWTR）的規(guī)則越來越嚴(yán)格，需要更強(qiáng)的消毒能力。這意味著飲用水廠需要使用替代消毒劑或屏障才能實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)目標(biāo)。

如果使用得當(dāng)，臭氧已被證明可顯著降低DBP的形成。臭氧可以通過以下幾種方式降低DBP：

首先，它可以通過提供處理水所需的一些消毒成分來減少所需的氯量。事實(shí)上，對許多微生物而言，臭氧是比氯更好的消毒劑。例如，臭氧對賈第鞭毛蟲的有效性是氯的100倍。使用臭氧作為預(yù)氧化劑或作為主要消毒劑可以顯著降低作為分配系統(tǒng)的輔助消毒劑所需的氯量。

第二，與生物活性過濾器結(jié)合使用，臭氧可以顯著減少可用于氯化的有機(jī)物質(zhì)的量，從而形成THM或HAA。生物過濾器還可以幫助滿足成品水中的TOC目標(biāo)。生物活性過濾器是允許生物學(xué)發(fā)育的正常過濾器。過濾器中的生物體會(huì)降解并從水中去除有機(jī)物質(zhì)。臭氧有助于這一過程。下圖顯示臭氧/生物過濾對引入臭氧前后兩個(gè)大型飲用水當(dāng)局的THM水平的影響：

臭氧THM減少飲用水

臭氧消毒產(chǎn)品減少飲用水

 

臭氧可有效地將水中的有機(jī)物部分氧化成可通過生物過濾除去的可生物降解的化合物，這種部分氧化產(chǎn)生較低分子量的有機(jī)物，其更易于生物降解。有機(jī)碳的可生物降解部分的這種增加是由于中等至高水平的臭氧化而發(fā)生的，這些臭氧水平是通常用于消毒的典型劑量。

臭氧化通常會(huì)增加NOM在水中的生物降解性，因?yàn)樵S多大的有機(jī)分子被轉(zhuǎn)化為易于生物降解的較小有機(jī)分子。如果在處理廠中沒有除去，可生物降解的溶解有機(jī)碳（BDOC）的這種增加可以導(dǎo)致分配系統(tǒng)中的細(xì)菌生長和再生長加速。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果在處理廠中沒有除去AOC水平低于100ppb，則可能需要控制分配系統(tǒng)中的過量細(xì)菌再生。當(dāng)臭氧化處于過濾的上游時(shí)，溶解氧，pH和溫度等環(huán)境條件良好，過濾器中微生物活性增加，BDOC / AOC去除增強(qiáng)。添加臭氧不僅增加了溶解有機(jī)物的生物降解性，而且還向水中引入了大量氧氣，從而為過濾介質(zhì)上的生物生長創(chuàng)造了良好的環(huán)境。生物活性過濾的優(yōu)點(diǎn)包括以下在大多數(shù)使用臭氧的美國工廠都能滿足的要求：
 

生產(chǎn)生物穩(wěn)定的水，不會(huì)促進(jìn)分配系統(tǒng)中過度的細(xì)菌生長和再生

去除NOM，其可作為副產(chǎn)物形成的前體，其由于使用游離氯或結(jié)合氯進(jìn)行殘留消毒

在生物活性過濾之前，臭氧氧化作為主要消毒劑降低了成品水中的BDOC濃度，從而減少了再生的機(jī)會(huì)

減少產(chǎn)品水的殘留消毒劑需求，從而可以滿足限制很大消毒劑殘留的建議法規(guī)。

去除或控制產(chǎn)品的臭氧化

 

慢速沙子，快速速率和GAC培養(yǎng)基可以支持生物活性，因?yàn)檫@些培養(yǎng)基為細(xì)菌附著提供了表面。諸如可用表面積，水力加載速率，接觸時(shí)間，營養(yǎng)素可用性，溫度等因素將決定性能和BDOC去除效率。生物質(zhì)在GAC上發(fā)展到更高水平，因?yàn)楸砻嫣卣鞅葻o煙煤和沙子更粗糙。

在緩慢的砂濾之前添加臭氧可以將TOC去除效率提高約35％。添加臭氧還可以提高緩慢砂濾器去除BDOC的效率。

生物活性快速過濾器領(lǐng)域的研究集中于減少可同化的有機(jī)碳（AOC）而不是BDOC。雖然研究表明快速過濾，使用沙子或雙重介質(zhì)會(huì)降低臭氧化后的AOC水平，但AOC并未測量所有BDOC。AOC僅測量在特定實(shí)驗(yàn)室條件下由兩種特定微生物更容易可吸收或更容易生物降解的BDOC部分。研究數(shù)據(jù)表明，AOC的生物降解可以在快速過濾器中發(fā)生。應(yīng)謹(jǐn)慎查看數(shù)據(jù)，因?yàn)檩^慢的可生物降解DOC（未經(jīng)AOC測量）可能正在通過快速過濾器。

在通過GAC柱之前，通過故意將足夠的溶解氧引入水中，使活性炭具有生物活性。GAC的高表面積和長保留時(shí)間為增強(qiáng)生物生長提供了理想的環(huán)境。雖然臭氧實(shí)際上增加了BDOC的量，但隨后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。通過臭氧/ GAC除去可生物降解的DOC的程度取決于溫度的工藝條件，BDOC的量和通過空床接觸時(shí)間（EBCT）測量的GAC柱加載速率。例如，進(jìn)水BDOC為0.65 mg C / L和10分鐘EBCT，人們預(yù)計(jì)出水BDOC為0.25 mg C / L. 然后可以通過以下任一方式降低出水BDOC：

添加臭氧會(huì)增加GAC流入物BDOC，從而降低流出物BDOC或

添加更多GAC或降低加載速率，這將擴(kuò)展EBCT并降低流出物BDOC

如果沒有生物活性過濾器或在錯(cuò)誤的條件下操作，可能無法獲得臭氧的好處。似乎決定臭氧影響的關(guān)鍵變量是劑量，pH值，堿度，以及很重要的是有機(jī)物質(zhì)的性質(zhì)。在低pH值水平下，臭氧對前體的破壞非常有效; 然而，在某些臨界pH值以上，臭氧實(shí)際上效果較差，實(shí)際上有時(shí)會(huì)增加氯化副產(chǎn)物前體的含量。

對于大多數(shù)腐殖質(zhì)，這個(gè)臨界pH值為7.5，這是臭氧分解為羥基自由基的近似水平，從而提高了有機(jī)氧化速率。因此，在較低pH約6-7），分子臭氧優(yōu)于羥基自由基的含義，初始THM前體副產(chǎn)物在性質(zhì)上不同于在較高pH水平下氧化的羥基自由基形成的那些。鑒于羥基自由基比臭氧的氧化電位更大，這是合乎邏輯的。隨著堿度的增加，它對THM形成潛力（THMFP）具有有益作用。

這是因?yàn)閴A度清除臭氧化過程中形成的任何羥基自由基，使分子臭氧作為的氧化劑，其僅能夠?qū)⒂袡C(jī)前體氧化成比羥基自由基更低的氧化序列。鑒于中性pH值和中等水平的碳酸氫鹽堿度，臭氧劑量范圍為每毫克碳0.2至1.6毫克臭氧，THMFP水平降低3％至20％。

臭氧水處理可導(dǎo)致溴酸鹽形成，其由EPA規(guī)定為低于10ppb。如果使用得當(dāng)，溴酸鹽水平可以保持在這個(gè)水平以下，除了很困難的消毒和水質(zhì)情況。

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