饮用水回用系统中低分子量挥发性有机物的双重处理策略：臭氧/生物活性炭与颗粒活性炭的效能比较

为解决饮用水回用中低分子量挥发性有机物（LMW VOCs）穿透反渗透（RO）和高级氧化（AOP）的技术难题，研究人员对比了臭氧/生物活性炭（O3/BAC）预处理与颗粒活性炭（GAC）后处理的效能。研究发现，GAC对卤代烷（>98%）、MTBE（>98%）等疏水性VOCs去除效果显著，而O3/BAC更适用于甲醛（>98%）等可生物降解物质。该研究为优化饮用水回用工艺提供了关键数据支撑。

　　

随着全球水资源短缺加剧，直接饮用回用（DPR）技术成为解决供水危机的重要途径。然而，反渗透（RO）和高级氧化工艺（AOP）对低分子量挥发性有机物（LMW VOCs）的拦截效率有限，这些物质可能穿透处理屏障，威胁公众健康。美国内华达州拉斯维加斯谷水务局（Las Vegas Valley Water District）的研究团队在《Water Research》发表论文，系统评估了臭氧/生物活性炭（O₃/BAC）预处理与颗粒活性炭（GAC）后处理对典型LMW VOCs的去除效能，为工艺优化提供了科学依据。

研究采用快速小规模柱试验（RSSCTs）模拟GAC后处理，并搭建中试O₃/BAC系统处理三级过滤废水。针对丙酮、甲醛、MTBE、1,2-二氯乙烷（1,2-DCA）和1,2,3-三氯丙烷（1,2,3-TCP）等VOCs，通过间歇加标实验比较两种工艺的去除效率。

3.1 GAC筛选

通过等温吸附实验发现，五种GAC对1,2-DCA的吸附性能无显著差异，pH影响微弱，表明GAC在RO/AOP前后应用均可行。

3.2 RSSCT挑战测试

GAC对疏水性VOCs（Log P>0.5）如1,2,3-TCP（>99.3%）、1,2-DCA（>99%）和MTBE（>98%）去除效果优异，但对极性化合物甲醛（<30%）和丙酮（47-91%）效果有限，分子尺寸和极性是主要影响因素。

3.3 臭氧-生物过滤中试

O₃/BAC对甲醛降解率达98%，但丙酮去除不稳定（10-22%），MTBE和卤代烷几乎无去除。值得注意的是，VOCs加标会暂时抑制N-亚硝基二甲胺（NDMA）的降解，但系统能快速恢复。

4.1 前置O₃/BAC的局限性

该工艺仅适用于可生物降解物质（如甲醛），对多数LMW VOCs无效，且运行复杂，易受水质波动影响。

4.2 后置GAC的优势与挑战

GAC在低TOC条件下对疏水性VOCs吸附效果显著，但需警惕长期运行中生物膜形成对吸附性能的影响。

4.3 其他策略

生物预处理、空气吹脱和实时监测等补充措施值得探索。

该研究首次系统比较了两种主流工艺对LMW VOCs的去除特性，为DPR系统设计提供了关键依据：GAC后置适合应对疏水性VOCs峰值，而O₃/BAC更适用于可降解物质。未来需结合长期运行数据，开发混合工艺以应对复杂水质挑战。