臭氧生物活性炭基本工艺的设计与运行管理.doc

【臭氧- -生物活性炭工艺】设计与运营管理 臭氧- 生物活性炭工艺设计与运营管理张金松，范洁，乔铁军(深圳市水务集团有限公司，深圳518031)摘要：针对臭氧生物活性炭工艺设计和运营管理重点问题,一方面对工艺设计中活性炭滤料选取、活性炭滤层构造设计、活性炭池型选取、臭氧系统选取、臭氧接触池优化设计和复合预氧化设计等内容进行了研究和总结,并且对工艺运营管理中存在微生物安全、大型微生物控制、活性炭滤池初滤水管理及pH控制、预臭氧和主臭氧工艺运营管理等问题,提出了相应解决方案,以及此后应用中应重点注意若干问题。核心词：臭氧活性炭；设计；运营管理；微生物安全；原则深水集团所属梅林水厂和笔架山水厂臭氧生物活性炭工艺分别于 年和 年投入运营,对水厂进一步提高有机物、氨氮去除效果,减少嗅味,全面改进水质发挥了重要作用。但在实际运营中,也陆续发现了某些国内外文献未曾报道过新问题,如生物活性炭导致pH值大幅减少,出水有剑水蚤、线虫等微型动物检出等水质问题。因而,如何通过更好设计和运营管理,从技术上解决这些问题,无论在理论上还是在实践中均具备非常重要意义。1工艺设计1.1活性炭性能指标选取原则依照制造原料不同,活性炭可分为木质炭、果壳炭和煤质炭等,其中煤质活性炭因其具备多孔性和高硬度长处,且来源稳定和价格较低,在大规模水解决工程中得到广泛应用。在水解决工程中,国外多采用不定型炭(重要是压块破碎炭) ,而国内柱状炭应用最为广泛。近些年来,不定型炭(重要是柱状破碎炭)在国内得到越来越多关注,并已经被应用在某些新建水厂中。研究成果表白,活性炭滤池出水水质与活性炭性能指标之间具备某种有关性。依照分析成果和实际运营状况,并参照国内外活性炭选取原则,制定了适合于国内南方地区饮用水中活性炭选取性能指标,如表1所示。1.2活性炭滤层构造活性炭滤层厚度普通不低于1. 2 m,依照要去除不同污染物,接触时间在630 min之间,但在某些应用中可高于或低于这个范畴。普通,以去除嗅味为主时,接触时间普通为8 10 min；以去除CODMn为主时,接触时间普通为1215 min。研究成果表白,砂垫层对浊度有去除效果,但是去除率不高,当砂垫层进水浊度为0. 10 NTU时,浊度平均去除率为6. 5%;石英砂垫层对高锰酸盐指数和氨氮基本没有去除作用。然而砂垫层对微生物有较好截留作用。活性炭柱在反冲洗后运营初期,石英砂垫层可以有效地截留活性炭出水中某些细菌,而运营一段时间后(普通为数周) ,石英砂垫层就失去了对水中细菌截留作用。但是,活性炭柱通过再次反冲洗后,石英砂垫层将恢复对水中细菌某些截留作用。因而,为了保障出水水质,砂垫层设计考虑采用滤料级配为0. 81. 2 mm石英砂,砂垫层厚度为300 mm。从长期生产运营状况看,砂垫层起到了预期效果。1.3活性炭滤池池型活性炭滤池可以分为重力式和压力式。重力式活性炭滤池可以采用钢筋混凝土构造,因而在大中型水厂中应用普通是经济。重力式活性炭滤池构造与普通砂滤池相似,只是把滤料层换成了活性炭炭层,但活性炭炭层厚度较砂滤池中砂层厚。重力式活性炭滤池虽然有助于悬浮物去除,但为了避免悬浮物和微生物产生粘液堵塞活性炭滤层,必要注重反冲洗国内已建成水厂中活性炭池型多采用普通快滤池、虹吸滤池、V型滤池、翻板滤池,且在技术上都是可行,其中以V型滤池和翻板滤池相对更具吸引力和代表性。1.4臭氧系统选取臭氧系统由气源、发生系统、接触池、尾气破坏系统和控制系统五某些构成 。气源臭氧气源重要有三种,虽然用成品纯液态氧、现场用空气制备纯气态氧和直接运用空气。为了提高臭氧浓度,同步节约能耗,减少设备及管道尺寸,当前较先进臭氧发生器多采用前两种方式制备臭氧,第三种方式合用于臭氧产量较小场合。臭氧发生系统臭氧发生是由臭氧发生器来完毕,当前使用最广臭氧发生器普通分为石英管和陶瓷管两类。臭氧发生器备用率普通应不不大于30% ,备用方式有设备台数备用(硬备用)与设备发生能力备用(软备用)两种。每台臭氧发生器臭氧发生量调节范畴不应不大于10%100%。接触池预臭氧接触池普通设1个臭氧投加点,较多采用水射器投加方式,臭氧投量普通为0. 51. 5 mg/L,反映时间为35 min,水中余臭氧普通为零或很少。主臭氧接触池普通设各种臭氧投加点(普通为23个) ,采用微孔曝气投加方式,臭氧投加量普通为1. 53. 0 mg/L (水中余臭氧为0. 20. 4 mg/L) ,反映时间普通不不大于10 min。为了保证对隐孢子虫和贾第虫杀灭效果，CT值普通要不不大于4。尾气破坏系统尾气破坏系统是收集臭氧接触池排出剩余臭氧并将其分解成对环境无害氧(保证排出气体臭氧浓度 0. 050. 1 mg/L) ,重要有催化氧化法和加热分解法,当前两种办法均得到广泛应用。控制系统预臭氧投加控制普通依照水量进行比例投加,投加浓度依照铁锰等还原物质含量拟定。主臭氧投加控制普通依照水量和水中余臭氧进行双因子复合环投加控制(水量是前馈条件，余臭氧是后馈条件) 。1.5臭氧接触池优化设计为了提高臭氧接触池效率,采用计算流体力学作为模仿工具,对A水厂臭氧接触池进行了分析和优化,成果表白,原设计下接触池内廊道高宽比过大,导致较严重短流现象，T10 /HRT比值仅为0. 4,阐明水力效率较低。通过度析,决定在池内恰当位置增长导流板,以变化池内流态,使流速分布更为均匀,从而减少短流现象。增长导流板后,反映室内流场得到明显改进,减少了短流现象,大幅提高了水力效率。T10 /HRT数值增长到0. 66,比原设计中T10 /HRT比值增长了0. 26,相称于在原设计基本上增长了73%。因而,进行臭氧接触池设计时,应最大限度地提高臭氧接触池效率。如果条件容许,应考虑采用尽量大高宽比,此外,从曝气室到反映室连通处应增长穿孔墙,以变化流体进入反映室流态。当条件不容许时,可考虑增设导流板。1.6复合预氧化工艺当臭氧作为预氧化剂时,可以去除色度、嗅味,减少三卤甲烷等氯化消毒副产物含量,对混凝沉淀也有一定作用。但是,臭氧氧化也会对混凝产生不利影响。普通状况下,臭氧在低剂量下( 0. 4 1. 5 mg/L)可以起到良好助凝作用,但浓度过高则会使成果恶化。臭氧还会在水中产生AOC问题,在原水中存在溴离子状况下,会产生溴酸盐问题,该物质是强烈致癌物质。臭氧应用成本也比较高。为了发挥高锰酸盐和臭氧这两种氧化剂长处,减少其各自不利影响,可采用两者联用复合氧化技术,其解决效能在一定限度上优于单一氧化剂预氧化,克服了臭氧预氧化对混凝不利影响,提高了对有机物、藻类和嗅味去除效果。研究和生产运营成果表白,高锰酸盐和臭氧复合氧化作用可以提高解决后水质,对浊度、色度、藻类、有机物和氨氮等去除率，普通均能增长10%以上;有效减少水中可生物降解有机物含量,提高对AOC去除,在既有水质条件下( TOC为2. 0 mg/L左右时) ，AOC去除率可以比单独臭氧化提高20%30%;可以控制水中臭氧化副产物如溴酸盐和甲醛生成。同步,高锰酸盐投加,可以节约其她预氧化药剂(氯和臭氧)投量,节约混凝剂投量10% 30%,初步核算每吨水可以节约成本0. 006元,减少了运营费用。2运营管理2.1微生物学安全性臭氧生物活性炭技术微生物安全性涉及如下内容:致病性微生物(重要涉及病毒、病原菌、“两虫”、携带寄生虫后生动物等)及代谢产生有毒物质。从研究和运营实践来看,臭氧生物活性炭工艺产生了丰富微生物群落,但在活性炭上并未发现致病性微生物,且出水中也未发现明显致病性微生物。此外,臭氧活性炭工艺可以提高水质生物稳定性,可以改进浊度和颗粒数去除效果,有助于保障微生物安全。迄今为止,臭氧生物活性炭技术还不存在微生物安全问题,但是,对这个问题必要引起足够注重,同步也要注意加强运营管理。2.2大型微生物控制臭氧生物活性炭工艺为微生物生长提供了良好“载体”,同步臭氧作用导致大量营养物质使滤池内产生了丰富微生物群落。微生物群落可以表征炭上微生物膜成熟限度,在群落形成过程中,也许会发生不断变化,最后形成以大量菌胶团、原生动物和后生动物等构成微生物群落。在国内已经运营臭氧生物活性炭滤池内和出水中已发现了某些较大微型动物,例如红虫、剑水蚤、轮虫以及其她不明微生物,这些动物一方面也许是某些病原微生物寄主,另一方面会影响水质感观指标。但是当前国内外在这方面研究报道非常少。为了防止因大型微生物过量孳生繁殖而影响水质,除了要加强上游常规工艺管理外,还要定期对活性炭滤池作药剂浸泡解决,每月一次,可以依照季节不同,恰当延长或缩短周期。普通采用药剂有氨、氯、氯胺、食盐等。2.3活性炭滤池初滤水管理初滤水指从反冲洗完毕到滤池过滤性能基本恢复期间,从滤池所排出过滤水。研究成果表白，初滤水颗粒数高达6 000个/mL,过滤成熟期(35 h)后,颗粒数可以减少到50个/mL,甚至更低(见图1) ,因而,要加强初滤水管理。依照运营经验,过滤初期( 0. 51 h) 、过滤后期和过滤过程中仍存在着出水浊度超标也许。其中,过滤过程浊度超标是由于进水水质发生突变和运营管理不当导致,可以通过科学运营管理解决,过滤后期超标可以通过及时反冲洗解决,而解决过滤初期超标问题还需要进一步研究,建议设计时可考虑采用专门排出管道。214活性炭滤池出水pH水厂出水pH值要控制在一定范畴内,低pH值易导致管道及构筑物腐蚀,会影响水嗅味和感观;高pH值普通随着着高碱度和较高浓度钙、镁等离子,会影响到水解决管道和器械,明显增长消毒过程耗氯量,导致管网中余氯含量减少,影响消毒效果,给水质卫生安全性带来隐患。活性炭原料和制造工艺不同可使其吸附性能体现出一定差别。在某些活性炭滤池初期运营时,会浮现pH值明显升高现象,普通可升到10。为理解决这个问题,可以采用持续浸泡法、间歇浸泡法、稀释法和酸洗法等。由于酸洗法在工程中难以实现,且解决成本较高,因而,活性炭投池后,采用其她三种办法解决较容易实现。随着运营时间延长,活性炭滤池出水pH值会逐渐减少,相对于砂滤出水,降幅达1 2 个pH单位。为了保证出水pH值,某些水厂普通增长混凝过程中石灰投加量,这会导致沉淀后浊度明显上升,混凝投药量增长。当使用铝盐作为混凝剂时,还存在着铝超标风险。当原水碱度低时,这种现象更加明显。pH值减少也许是由于如下几种方面因素导致:微生物作用(有机物降解和硝化作用) 、活性炭表面性质变化和臭氧氧化作用。普通来说,可以通过调节出厂水pH值、抑制微生物过程以及增长水质化学稳定性等途径加以解决。2.5预臭氧工艺运营管理在实验原水水质条件下,预臭氧助凝作用不是很明显,且经常对沉淀出水导致不利影响,但是却可以提高滤后水浊度去除率。预臭氧投加量越大,砂滤池对浊度去除效果就越好,在投加量为0. 7 mg/L时,浊度去除可提高17%,为0. 9 mg/L时,可提高20%。预臭氧可以明显提高下游常规工艺对有机物去除效果。应用预臭氧之后,沉后水和滤后水中对CODMn和UV254去除率明显提高。随着预臭氧投加量增长,下游工艺对TOC去除率增长,投加量在0. 91. 2 mg/L范畴内，TOC去除率均维持在一种较高水平上,但当投加量超过某个值时,对TOC去除率呈减少趋势。预臭氧对活性炭深度解决工艺影响规律与以上基本一致。2.6主臭氧工艺运营管理最佳投加比例在主臭氧接触池运营管理中,臭氧投加普通分两点或三点投加两种方式,但是各个水厂投加比例分派有所不同。依照研究成果,就对污染物质解决效果而言,三点投加时,臭氧最佳投加比例为4 3 3;两点投加时,最佳投加比例为1 1。相对而言,三点投加比两点投加要好,阐明臭氧投加比例越均匀,工艺出水水质越好,越稳定。且当臭氧均匀投加时，CT值相对较大。因而,在臭氧生物活性炭工艺运营管理中,应尽量均匀调节投加比例。余臭氧与CT值控制国内对主臭氧作用始终存在一种误解,以为应用主臭氧重要目是作为活性炭滤池预解决,分解难以分解大分子有机物质,以利于后续生物活性炭降解。然而,国外应用主臭氧更重要作用是消毒,特别是杀灭以“两虫”(贾第虫和隐孢子虫)为代表抗氯性较强微生物。要满足消毒规定，CT值不得不大于4,这是杀灭“两虫”最低规定。为了便于运营管理,主臭氧接触池第二或第三格出水余臭氧浓度普通控制在一定数值以上。CT值大小重要取决于原水水质、接触池池型、余臭氧浓度和接触时间等因素。在一定水质条件下,为了提高CT值,除了优化接触池设计外,加强寻常运营管理也非常必要。依照研究和运营经验,随着臭氧量增长,余臭氧量也增长,且有较好有关性,有关系数为0. 98,因而,依托变化臭氧投加量可以实现变化臭氧出水中余臭氧量目。在一定臭氧投量条件下,不同投加比例所产生水中余臭氧量是不同,臭氧量分派越均匀,臭氧出水中余臭氧量越高,并且在整个臭氧投加流程上,余臭氧量积累速度也相对较快。3应当注意几种问题3.1微生物安全性当前对微生物安全性概念尚未达到共识,特别是在该技术应用初期。因而,对臭氧生物活性炭技术进行系统和科学评价,建立对该技术对的结识,显得尤为必要。3.2臭氧化副产物控制臭氧化解决可以产生种类繁多副产物,与水质等因素关于,大体可提成有机副产物和无机副产物两类。有机副产物重要为醛类和羧酸类(蚁酸、乙酸、乙二酸及丙酮酸等) 。其中,醛类代表产物甲醛是致癌、遗传毒性和变异原性物质,摄入生物体会产生肺癌等。无机副产物重要是溴酸盐,国际癌研究部门,将溴酸根分类为致癌性2B,即也许致癌物。随着研究和应用不断发展,臭氧副产物问题将会日益引起人们关注。3.3运营控制原则在水厂实际运营过程中,各工艺出水指标普通控制在一定范畴内,但是,当应用深度解决技术后,设计原则和运营技术原则将也许会发生变化。国内外对这个问题还没有进行专门研究,普通是技术人员依照经验拟定,缺少科学理论指引,从系统和经济角度,也许并不是最优。然而,这对于国内应用深度解决技术水厂却具备非常重要意义。因而,有必要从系统集成角度,对深度解决技术应用后,水解决工艺过程控制参数及原则进行系统研究,提出最优控制技术原则。水是不可代替自然资源，是人类生存和生产活动中不可缺少物质和原料。但随着工农业迅猛发展，许多工业废水和生活污水未经解决就直接排入水体，导致河体严重污染。都市水厂水源受到污染，致使常规混合、絮凝、沉淀、过滤等净水工艺渐难以适应优质饮用水规定。为此，改进常规解决技术、增长深度解决工艺是提高水质客观规定。而臭氧-生物活性炭工艺作为集臭氧氧化、活性炭吸附、生物降解和臭氧消毒于一体，是当前国内外公认效果较佳饮用水深度解决技术。 为响应广州市市委、市政府提出将广州建设成为国际化大都市号召，实现提高供水质量目的，广州市自来水公司下属南洲水厂需按照国际先进水平建设，建成后需向广州大学城、珠江新城以及海珠区、东山区、天河区某些地区供应水质指标达到饮用净水水质原则(CJ94-1999)规定优质自来水。依照这个建设思路，广州市自来水公司和华南理工大学合伙开展了常规解决+臭氧-生物活性炭滤池水解决工艺中试，中试成果表白：原水通过该解决工艺后，出水水质指标能达到饮用净水水质原则(CJ94-1999)规定。 于是，在6月30日建成投产，设计供水规模为100万m3/d南洲水厂采用了跟中试相似水解决工艺。三年多运营状况表白，南洲水厂出厂水各项水质指标均达到或优于饮用净水水质原则(CJ94-1999)规定。作为深度解决工艺重要构成某些臭氧解决系统通过实践检查，基本达到设计规定，为国内净水厂在采用新工艺、新技术、新设备等方面作出了成功尝试。 生活饮用水卫生原则(GB5749-)己由国家卫生部修订完毕，并在7月1日颁布实行，该原则实行对自来水水质提出了更严格规定，当前国内大某些水厂还难以达到新原则规定。为了使出厂水质达到新原则规定，不少供水公司都筹划强化和改进解决工艺，采用或筹划采用常规解决+臭氧-生物活性炭滤池工艺，国内对净水厂采用深度解决工艺研究和应用起步较晚，对臭氧解决系统还缺少设计、选型、施工建设和运营管理经验，总来说还处在摸索起步阶段。 为了能系统地总结南洲水厂臭氧解决系统在设计、选型、施工建设和运营等方面经验教训，为国内其她水厂建设臭氧解决系统提供有益参照，本学位论文重要简介国内当前规模最大、工艺最齐全饮用净水厂广州市南洲水厂臭氧解决系统工艺设计、设备选型、施工建设和运营管理经验，结合当前国内外给水厂对臭氧设备应用状况和臭氧系统生产制造商状况，对大型臭氧设备在净水厂应用进行研究。课题重要采用实际建设、生产经验和运营资料总结对比，详细案例分析对比等办法完毕。通过本文，对大型臭氧设备在净水厂中应用进行分析和实际运营效果简介，总结出臭氧解决系统在国内净水厂中建设经验教训，但愿国内其她水厂建设相似系统时少走弯路。