飲用水臭氧活性炭深度處理工藝設計
摘 要:某兩座水廠的深度處理工程總建設規模達100 ×104 m3 /d,設計采用臭氧生物活性炭工藝。介紹了主要工藝單元的設計參數、設備及處理效果。為避免活性炭在濾池反沖洗時流失,臭氧生物活性炭濾池采用翻板濾池的工藝形式。一年多的實際運行表明,深度處理工藝有效提高了出水水質,出廠水106個項目均達到了國家《生活飲用水衛生標準》(GB 5749—2006) 。
關鍵詞:飲用水深度處理;臭氧;生物活性炭;翻板濾池
1 項目簡介
某市現有A、B 兩座水廠, A 水廠規模為60 ×104 m3 /d,分五期建成; B 水廠近期規模為40 ×104m3 /d,遠期總規模為60 ×104 m3 /d。兩座水廠均采用常規處理工藝。水廠水源均為湖泊水,因入湖河道的水質大部分為Ⅳ類、Ⅴ類,有些為劣Ⅴ類,從而使水體受到一定程度的有機污染,目前水質為Ⅲ～Ⅳ類水體,屬微
污染源水。據監測,水源水中超過Ⅲ類水源水標準的項目包括CODMn、DO、NH3 - N、TP、TN等, 2005年分別為( 3. 44 ～6. 80 ) 、( 4. 80 ～12. 50) 、( 0. 01 ～2. 96) 、(0. 02～0. 15) 、( 0. 07～4. 38) mg/L。水中藻含量也較高,平均為200 ×104 個/L,最高為280×104 個/L。盡管政府采取了一些污染源控制措施,但難以在短期內有效控制。常規處理工藝對兩水廠水源中溶解性有機污染物的去除效果不理想,自來水有時有異味、口感不好、CODMn偏高。2005年出廠水CODMn年均為3. 25 mg/L,最大值為4. 15
mg/L,最小值為2. 71 mg/L。為有效提高出水水質,設計采用臭氧生物活性炭深度處理工藝。
2 工藝設計
飲用水深度處理工程于2006年在A、B水廠實施,項目建設規模與水廠常規處理規模配套。兩座水廠均采用預臭氧(O3 ) /常規處理/臭氧生物活性炭(O3 - BAC)工藝,工藝流程見圖1。
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工程建設內容除新建深度處理設施外,還包括對現有系統進行必要的改造。新建內容包括預臭氧接觸及機械混合池、砂濾水提升泵房、后臭氧接觸池、活性炭翻板濾池、臭氧制備車間、反沖洗泵房、變配電間及炭庫等。
① 預臭氧接觸池及機械混合池
預臭氧投量為0. 5 ～1. 0 mg/L,接觸時間為4min。預臭氧接觸池為密閉式結構,池頂設置尾氣排放管和自動氣壓釋放閥。采用文丘里擴散器投加臭氧,動力水源采用砂濾池出水。根據臭氧腐蝕性強、有毒的特性,臭氧接觸池不設出水閘板,采用薄壁堰跌落出水,以避免采用閘板后出現維護困難或需要經常更換等問題。臭氧尾氣消除裝置露天設置在臭氧接觸池池頂,臭氧尾氣通過管道接入池頂的臭氧尾氣破壞裝置,經催化分解后排入大氣。投藥混合原采用管式水力混合設備,為提高混合效果和運行穩定性,設計采用機械混合,并與預臭氧接觸池合建。
② 砂濾水提升泵房
用于將常規處理砂濾池出水提升進入深度處理系統。設計采用潛水軸流泵,共設8臺水泵( 6用2備) 。單泵流量為10 ×104 m3 /d。
③ 后臭氧接觸池
后臭氧投量為1. 0～2. 0 mg/L,接觸時間為10min。后臭氧接觸池為密閉式池型。采用微孔鈦盤布氣,設3個投加點進行臭氧接觸反應,臭氧的投加比例順水流方向依次為投加量的60%、20%、20%(見圖2) 。臭氧尾氣通過管道接入池頂的臭氧尾氣破壞裝置,經催化分解后排入大氣。出水采用薄壁堰跌水出流。
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④ 生物活性炭翻板濾池
生物活性炭濾池一般采用V型濾池,近年來,翻板濾池因其鮮明的特點而逐漸受到重視,也開始在國內應用。
翻板濾池與V 型濾池技術上的最大差別是反沖洗方式不同,翻板濾池是序批式,沖洗時不排水,這樣可以避免或減少濾料的流失;而V型濾池反沖洗與排水同時進行,沖洗強度控制對濾料的流失影響較大。此外其結構比V型濾池簡單,節省占地。考慮到活性炭濾料密度較小,易隨反沖洗上升水流流失,而翻板濾池能夠避免或減少活性炭的流失,并在濾池施工和維護及濾池出水水質等方面比V型濾池更具優勢,所以該工程的生物活性炭濾池采用翻板濾池。濾池結構見圖3。
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主要設計參數:設計空床濾速為11～12 m /h,接觸時間為10～11 min,活性炭層厚為2 m。為防止脫落的生物膜影響出水水質,在活性炭層下鋪設30 cm厚的石英砂,濾層總厚度為2. 3 m。
濾池的工作過程如下:每格濾池前均設有可調節的進水堰板,使每格濾池的進水流量均勻一致。濾后水通過設在每座濾池后的薄壁堰跌落進入位于濾池管廊下的清水總渠。單格吸附池面積為105
m2 ,濾池水頭損失為15 kPa,設計工作周期為3～6d。
⑤ 臭氧發生間
臭氧發生間包括四個單元:純氧制備系統、臭氧發生系統(含冷卻水系統) 、變配電系統、自控系統。
臭氧產量考慮5%的富余量(安全系數) 。A水廠規模為60 ×104 m3 /d,臭氧最大產量為78. 75 kg/h,設臭氧發生設備4臺,單臺臭氧產量為22 kg/h,功率為400 kW。B水廠近期規模為40 ×104 m3 /d,臭氧最大產量為52. 5 kg/h,設臭氧發生設備3臺。
臭氧發生器制備量可在10% ～100%范圍內調節,臭氧質量分數為10%。
臭氧的制備采用VPSA制氧機現場制氧,以氧氣為氣源制臭氧;臭氧尾氣破壞采用催化劑接觸催化分解法。兩廠各設VPSA制氧機一套,為臭氧發生器提供純氧,每套制氧機配兩個吸附塔,交替使用和再生,單機Q = 550 kg/h,N = 420 kW。
3 運行經驗及處理效果
① 運行經驗
臭氧活性炭水質深度處理工藝運行管理的重點為臭氧投加量和翻板濾池的控制。
臭氧投加量在設計上留有一定的余地,實際運行管理中主要根據水源水質變化情況及供水水質進行調整。調試階段,通過不同臭氧投加量下濁度、CODMn、BCODMn等指標去除率的對比分析,確定合理的臭氧投加量。水質邊界條件確定后,投加量的調整較小。
生物活性炭翻板濾池反沖洗前濾層上的水深為1. 5 m,完成反沖洗后一次排水,反沖洗排水翻板閥距濾池最遠點的距離為14 m,將漂浮在水面上的泡沫和污物與廢水一起排除的難度較大,因此翻板濾池的設計長度不宜過長,運行中應注意表面泡沫污物的排除,必要時可增加表面輔助沖洗設施。此外,反沖洗完成后,濾池進水水位距濾層頂面距離較大,為避免進水直接沖擊濾料,對濾層分布造成影響,宜在反沖洗完成后,繼續采用反沖洗水提高濾層頂面的水深,在不影響濾層穩定性后再進行下一階段的過濾。
② 處理效果
深度處理工程建成后,出廠水的106個項目均達到了《生活飲用水衛生標準》( GB 5749—2006) 。一年多的運行表明,工程實施后,出廠水的CODMn、色度、嗅味等指標大幅改善,有機物含量大大降低。經檢測,常規處理工藝的出水CODMn、濁度平均值分別為3. 51 mg/L、0. 45 NTU,出廠水分別為2. 27 mg/L、0. 28 NTU;氯化消毒副產物三鹵甲烷的含量也比常規處理降低了79%;飲用水的感觀性指標顯著改
善,全面提升了飲用水水質。
工程總投資為28 668 萬元, 其中A 水廠為17 073萬元,B水廠為11 595萬元;深度處理的單位運行成本為0. 18 元/m3。
4 結論
在某兩座水廠深度處理工程中采用了臭氧生物活性炭工藝,實際運行結果表明,工藝流程穩定可靠、管理簡單,出水水質顯著改善,達到了《生活飲用水衛生標準》(GB 5749—2006) 。
參考文獻:
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