饮用水回用中有机化学峰值事件的缓解：颗粒与臭氧-生物活性炭处理技术的应用研究

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）和高级氧化工艺（AOP）的难题，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%）等可降解化合物。该研究为饮用水回用工艺优化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（Direct Potable Reuse, DPR）技术成为解决供水危机的重要途径。然而，低分子量挥发性有机物（LMW VOCs）如丙酮、甲醛等可能穿透反渗透（RO）和高级氧化工艺（AOP），对公共健康构成潜在威胁。美国加利福尼亚州的DPR法规要求采用臭氧-生物活性炭（O₃/BAC）作为额外屏障，但其对多种LMW VOCs的去除效能尚不明确。为此，拉斯维加斯谷水务局（Las Vegas Valley Water District）的研究团队开展了一项创新研究，对比了GAC后处理与O₃/BAC预处理在应对化学峰值事件中的表现，相关成果发表在《Water Research X》上。

研究采用快速小规模柱试验（RSSCTs）模拟GAC对RO/AOP出水中5种VOCs（丙酮、甲醛、MTBE、1,2-二氯乙烷和1,2,3-三氯丙烷）的吸附性能，同时通过中试O₃/BAC系统评估其对三级处理出水的净化效果。

GAC筛选与性能验证

研究发现，五种GAC对1,2-二氯乙烷的吸附能力无显著差异，Filtrasorb 400（F400）因工业普及性被选为后续试验材料。RSSCTs显示，GAC对疏水性VOCs（Log P > 0.5）如1,2,3-三氯丙烷（>99.3%）、MTBE（>98%）去除效果优异，但对极性化合物甲醛的去除率不足30%。

O₃/BAC的局限性

中试结果表明，O₃/BAC对甲醛的降解率高达98%，但无法有效去除MTBE、1,2-二氯乙烷等难降解VOCs。值得注意的是，VOCs峰值会暂时抑制N-亚硝基二甲胺（NDMA）的去除，但系统能在24小时内恢复基线性能。

技术对比与优化方向

GAC后处理在低总有机碳（TOC < 0.1 mg/L）环境下表现出色，尤其适合应对疏水性VOCs的间歇性峰值；而O₃/BAC更适用于可生物降解的极性化合物。研究建议探索GAC向生物活性炭（BAC）的转化潜力，以提升对甲醛等物质的去除效率。

这项研究为DPR工艺设计提供了重要依据：GAC可作为O₃/BAC的替代或补充方案，尤其针对卤代烷等RO/AOP穿透性污染物。未来需结合长期监测、生物预处理及空气吹脱等技术，构建多屏障防控体系，保障饮用水回用的安全性与可持续性。