梅林水厂臭氧_生物活性炭工艺的运行效果

第22卷第13期中国给水排水V o. l 22No. 13

2006年7月CH I NA W ATER &WA STE WAT ER Ju. l 2006

梅林水厂臭氧/生物活性炭工艺的运行效果

乔铁军, 安娜, 尤作亮, 张金松

(深圳水务有限公司, 广东深圳518031)

摘要: 系统深入地研究了深圳市梅林水厂臭氧/生物活性炭工艺的运行效果, 结果表明:①该工艺可有效去除常规工艺出水中的浊度和颗粒物, 对浊度的平均去除率为24%(相对于砂滤出水), 生物活性炭滤池出水的浊度2 m 的颗粒数可以降低到50个/mL。②对色度及嗅味的去除效果显著, 出厂水的色度可以稳定保持在5倍以下; 通常情况下, 出厂水的嗅阈值

关键词: 给水深度处理; 臭氧; 生物活性炭; 生物量; 吸附性能

中图分类号:TU991. 2 文献标识码:A 文章编号:1000-4602(2006) 13-0010-05

Perfor mance of Ozone and B i ologi cal A cti vated Carbon Process

i n M eili n W ater T reat m ent Plant

Q I AO T ie jun , AN N a , YOU Zuo liang , Z HANG Jin song

(Shenzhen W ater Co . Ltd., Shenzhen 518031, China )

Abst ract : The operation perfor m ance of ozone and the b i o log ica l activated car bon process inM ei li n W ater T reat m ent P lan, t Shenzhen C ity w as stud i e d syste m aticall y . The experi m ental resu lts sho w tha t turbidity and particles are furt h er decreased after O 3-BAC . Particles larger than 2 m are reduced no ticeably to l e ss than 50C NT /mL.The re m oval o f co l o ur , taste and odour is i m proved dra m atically . The co lour level of t h e fi n a l treated w ater can be kept stab l y under 5un its . The taste and odour are re m oved by O 3-B AC , and the Thresho ld Odour Number (TON) is reduced by about 90%, co mpared w ith sand filter . I n m ost cases , TON o f the fina l treated w ater is less t h an 10. The re m oval efficiencies of COD M n , UV 254and TOC are enhanced greatly . A lthough the AOC is i n creased by ozonati o n , it can be re m oved by acti v ated car bon , assuring b i o log ical stab ility . Duri n g the operation , the bacteria count i n AC filter trea ted w ater is less than that i n i m m ed iate ozonati o n m ost of the ti m e . So m eti m es , the bacteria count in AC

基金项目:国家高技术研究发展计划(863) 项目(2002AA 601120)

第13期乔铁军, 等:梅林水厂臭氧/生物活性炭工艺的运行效果第22卷

filter treated w ater can rise sharp l y . The re m ova l of G i a rdia and C ryp tos p oridium is i m pr oved g reatly by the O 3-B AC process . The bio m ass on the three ACs is decreased w it h the filter bed dept h . The gro w th of b iofil m is affected by w ater te mperature , residua l ozone and backw ashing . C ar bon adsor pti o n , such as Iodi n e num ber and M et h ylene blue nu m ber o f acti v ated car bon , falls g radually co m pared w ith the v irg i n adsorption due to adsorption and b iodegradation . The operati o n cost rises by 0. 106yuan /ma fter the O 3-B AC process is app li e d .

K ey w ords : advanced wa ter treat m en; t ozone ; b i o log ical activated carbon ; bio m ass ; ad so r pti o n perfor m ance

近年来, 随着水源污染的不断加剧以及饮用水水质标准的日益提高, 给水深度处理工艺得到了广泛的关注、研究和应用。臭氧氧化在水处理中有着广泛的应用, 可以用来消毒、除藻、氧化水中污染物(使之更容易被微生物降解) 、去除色和嗅以及助凝、助滤

[1]

。生物活性炭是去除有机污染物质最为

[2]

有效的技术之一降解作用

[3、4]

, 通过活性炭的吸附及微生物的

图1 梅林水厂的工艺流程F i g. 1 Schema ti c d i agra m o fM eili n W TP

, 分子质量

~1000u 的有机物能够得到有效去除, 同时对氨氮、消毒副产物前体物、甲醛以及AOC 等也都有较好的去除效果。因此, 臭氧/生物活性炭技术是提高饮用水水质安全性的有效手段。

深圳水库是深圳市的主要供水水源, 属南方地区典型的低浊、高藻、微污染类水质。虽然东深供水生物预处理工程(处理能力为400 10m /d)的实施在一定程度上改善了深圳水库的水质, 但是原水中的嗅味、藻类和有机物等污染物质的浓度仍然维持在一个较高的水平, 采用常规工艺处理时出水水质得不到保证。为了实现《深圳市2010年供水水质发展规划》中制定的直饮目标, 2003年深圳市水务集团决定在梅林水厂建设臭氧/生物活性炭深度处理工艺, 并于2004年底开始通水运行。1 梅林水厂概况

梅林水厂处理能力为60 10m /d, 主要负责向福田、罗湖及南山区供水。该水厂始建于1994年, 常规处理工艺为混凝、沉淀和砂滤, 深度处理工艺于2003年8月开始建设, 2004年12月建成并开始运行。

深度处理工艺主要包括臭氧发生器、提升泵站、臭氧接触池、生物活性炭滤池、臭氧配电间及其配套设备等, 具体流程见1

。

预臭氧部分由2组预臭氧接触池组成, 接触时

间为4m i n , 水深为6. 0m, 设计超高为0. 75m, 臭氧通过水射器投加, 3台射流泵的流量及扬程分别为100m /h和294kPa 。主臭氧接触池采用6廊道设计, 流量为15 10m /d,池子的尺寸为68. 60m 32. 90m, 接触时间为10. 6m i n , 池高和超高分别为6. 0m 和0. 75m, 采用微孔曝气器投加臭氧。生物活性炭滤池共分为2组, 每组12格, 单格过滤面积为96m , 接触时间、滤速及滤层厚度分别为11. 3m i n 、10. 9m /h和1. 85m 。

2 分析项目及方法

-COD M n 、NH 3-N 、NO 2-N 、TOC 及UV 254采用国家标准分析方法进行检测; 浊度、余氯及水中余臭氧量分别采用HAC H 浊度、余氯及臭氧分析仪测定; 颗粒数用颗粒计数仪测定; 生物量用脂磷法测定; 活性炭吸附性能根据国家煤质活性炭检测标准(GB /T7702. 20 1997) 进行测定。3 结果与讨论3 1 处理效果分析3 1 1 浊度和颗粒数

砂滤出水经过臭氧氧化和生物活性炭池过滤后, 其浊度得到进一步降低, 对浊度的平均去除率为24%(相对于砂滤池出水), 生物活性炭池的滤后水

第13期

中国给水排水第22卷

长,

提高了出水水质的生物稳定性。

浊度

对各工段出水中颗粒数的检测结果显示, 沿着水处理流程颗粒数(直径>2 m, 下同) 逐渐降低。常规工艺能够去除大部分的颗粒, 其砂滤出水的颗粒数约100个/mL, 这说明水质存在着安全隐患。根据美国的一项研究结果

[5]

, 如果水中颗粒数>50

个/mL, 则有可能发生贾第虫和隐孢子虫污染。经过臭氧/生物活性炭处理后颗粒数

色度与嗅味是造成用户投诉的主要原因之一, 因此在很多水质标准中对色度都有明确的限定。臭氧/生物活性炭工艺可有效去除色度, 其出水色度稳定在5倍以下(砂滤出水色度>5倍) 。臭氧/生物活性炭工艺对嗅味也有明显的去除效果, 正常情况下其出水的嗅阈值

3 1 3 COD M n 和UV 254

臭氧氧化和活性炭过滤对COD Mn 的去除效果比较明显, 在砂滤出水的基础上可再降低10%~62%(平均为34%); 生物活性炭出水的UV 254值远低于砂滤出水的, 对其平均去除率为73%, 说明臭氧/生物活性炭对芳香族化合物的去除比较有效。3 1 4 TOC 和AOC

臭氧/生物活性炭对TOC 的去除率可达20%~40%, 平均为28%, 其出水TOC 基本保持在1. 0m g /L以下(见图2)

。

图3 深度处理对AOC 的去除效果

F i g. 3 R emova l of AOC in advanced treat m ent process

3 1 5 细菌数

运行过程中, 生物活性炭滤池出水中的细菌数大部分时间低于主臭氧段出水, 在所统计的10次试验结果中, 生物活性炭滤池出水中的细菌数低于主臭氧段的有6次。但是在某些情况下, 活性炭出水中的细菌数会突然升高, 甚至保持了大约1个月(从9月27日到10月25日) 。

总体而言, 经主臭氧段处理后细菌数可降至15个/mL , 再经生物活性炭池过滤后可降至10个/mL以下。

3 1 6 贾第虫和隐孢子虫

臭氧/生物活性炭工艺可有效去除贾第虫和隐孢子虫。在两次试验中, 对贾第虫的去除率分别达到了95%和100%, 对隐孢子虫的去除率分别为95%和97%。

3 2 同常规工艺处理效果的比较

选取梅林水厂2005年1月水水质和2004年1月 B 水厂2005年1月

9月的深度处理出

9月的常规处理出水水质及

9月的常规处理出水水质进行

比较, 其中常规工艺流程见图4, 比较结果见表1。

图2 深度处理工艺对TOC 的去除效果F ig . 2 A v erage re m ova l o f TOC i n advanced

treat m ent process

AOC 的变化情况与TOC 的有所不同, 经过主臭氧段氧化后水中的AOC 浓度大幅度升高, 再经生物活性炭池过滤后又大大降低(见图3) 。可见, 生物活性炭滤池有利于防止配水管网中的微生物再生

图4 梅林水厂及B 水厂的常规工艺流程F i g . 4 Conventiona l treat ment process o f

M e ili n and B W TP

第13期乔铁军, 等:梅林水厂臭氧/生物活性炭工艺的运行效果

表1 处理效果比较

第22卷

T ab . 1 Compar i son of operati on effec t be t w een M e ili n and

B W ater T rea t m ent P l ant

项目浊度色度

COD M n

去除率/%

TOC UV 254藻类氨氮贾第虫隐孢子虫亚硝酸盐Am es

梅林水厂

深度处理99. 698. [**************]6未检出阴性

常规处理99. 096. [1**********]92未检出个别阳性

B 水厂常规处理99. 697. [**************]未检出个别阳性

各炭层的生物量会增加, 其中上层的生物量增加较多, 下层则增加较少。在生物膜形成初期, 由于臭氧的消毒作用, 水中的细菌数会降低, 并对生物膜的生长产生一定抑制作用。测定结果表明, 当投加0. 8m g /L的臭氧时, 上层、中层和下层的生物量分别减少了61%、65%和79%。反冲洗对不同深度滤层微生物的影响有所差异, 经过反冲洗后上层生物量降低了30%, 中层和下层只降低了10%左右。

由表1可知, 梅林水厂深度处理出水的水质明显优于常规工艺的, 在对藻类、色度、

浊度、氨氮、

两虫、Am es 等指标的去除方面优势明显。3 3 微生物的生长情况

共考察了三种活性炭(1、2是破碎炭, 3是柱状炭), 其上的微生物生长情况见表2。

表2 反冲洗对活性炭滤池中生物量的影响T ab . 2 Effect of backwash i ng on b i o m ass

n m ol P g

项目

反冲洗前/后

的生物量

上层(10c m ) 中层(60c m ) 下层(1. 1m )

136/7378/7462/52

116/7892/8843/36

-1

图6 水温对生物量的影响F i g . 6 Effect of te m pe ra t ure on b i omass

###

3 4 活性炭吸附性能的变化

运行过程中活性炭吸附性能的变化见表3。

表3 运行过程中活性炭吸附性能的变化T ab . 3 V ar iati on of activated ca rbon adso rpti on capability

dur i ng operati on 碘值/(mg g -1)

[**************]54

83/8283/5936/33

运行时间/月

新炭4567

亚甲兰值/(mg g -1)

由表2可知, 三种活性炭上的生物量均随着滤层深度的增加而减小, 相对而言破碎炭上的生物量要多一些。但是, 生物膜的生长会受到水温、余臭氧浓度、反冲洗等因素的影响(见表2和图5、6) 。

[**************]3#1#2#3#[***********]7. 5125. 1125. 5989120. 9133. 1145. 4886119. 7117. 9118. 7931

图5 水中余臭氧量对生物量的影响

由表3可知, 相对于新炭, 三种活性炭的吸附性能均有不同程度的降低(表现为碘值和亚甲兰值的降低), 经过6个月的运行后三种活性炭的碘值分别降低了15%、9%和16%, 亚甲兰值分别下降了32%、9%和9%。3 5 运行成本分析

经计算, 臭氧/生物活性炭深度处理工艺投运后

增加的制水成本为0. 106元/m, 其中电费为0. 029

元/m, 氧气费为0. 0132元/m(包括现场制氧费

用和备用液氧费用), 设备折旧费为0. 0636元/m(不包括新增设备的维护费用) 。

4 结论

① 臭氧/生物活性炭工艺可进一步降低常规

(下转第17页)

F i g . 5 E ffec t of ozonati on on b i omass

水温对生物量的影响很大, 随着温度的升高则

第13期刘家宝, 等:改进型人工快渗系统处理污染河水中试第22卷

了近20%。但是饱水层内碳源不足, 使得出水中仍含有一定浓度的硝态氮, 下一步的工作可以考虑在饱水层内投加碳源, 以满足反硝化对碳源的需要, 进一步提高系统对总氮的去除效果。

③ 在快渗池的饱水层内填充萤石砂可提高系统对总磷的去除率。参考文献:

[1] 何江涛, 钟佐燊, 汤鸣皋, 等. 人工构建快速渗滤污

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作者简介:刘家宝(1959- ), 男, 江西新建人, 博

士研究生, 主要从事污水土地处理新技术的开发研究。

电话:(0755) 26035581

E -ma il :w angbo02@m a ils . tsi nghua . edu . cn 收稿日期:2006-03-31

(上接第13页)

工艺出水中的浊度和颗粒数, 并可有效去除COD M n 、UN 254、TOC 及贾第虫和隐孢子虫。相对于砂滤出水, 对浊度的平均去除率为24%, 活性炭滤池出水浊度2 m 的颗粒数降低到50个/mL。臭氧/生物活性炭工艺对嗅味的去除效果明显, 通常情况下出厂水的嗅阈值

② 通过与同期B 水厂以及其上一年常规工艺处理出水水质作对比, 梅林水厂的深度处理工艺在去除藻类、色度、浊度、氨氮、两虫、Am es 等指标方面优势明显。

③ 活性炭上的生物量随着滤层深度的增加而下降, 生物膜的生长受到水温、余臭氧浓度和反冲洗等因素的影响。

④ 活性炭的吸附性能如碘值和亚甲兰值, 会随着运行时间的延长而逐渐降低。

⑤ 臭氧活性炭工艺投运后增加制水成本约0. 106元/m, 其中电费为0. 029元/m, 氧气费为

0. 0132元/m。参考文献:

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[5] H argeshe i m e r E E . T rack i ng filter perfor m ance w ith parti

c l e counti ng[J].J AWW A, 1998, 90(12):32-41. 作者简介:乔铁军(1976- ), 男, 山东宁津人,

硕士、工程师, 研究方向为安全饮用水保障

技术。

电话:(0755) 82242234E -ma il :q i aotiejun @ts i nghua . org . cn 收稿日期:2006-03-20