【臭氧-生物活性炭工艺】的设计与运行管理

【臭氧- -生物活性炭工艺】的设计与运行管理

臭氧- 生物活性炭工艺的设计与运行管理

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行管理的重点问题,首先对工艺设计中的活性炭滤料选择、活性炭滤层结构设计、活性炭池型选择、臭氧系统选择、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,并且对工艺运行管理中存在的微生物安全、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的运行管理等问题,提出了相应的解决方案,以及今后应用中应重点注意的若干问题。

关键词: 臭氧活性炭; 设计; 运行管理; 微生物安全; 标准

深水集团所属梅林水厂和笔架山水厂的臭氧—生物活性炭工艺分别于2005 年和2006 年投入运行,对水厂进一步提高有机物、氨氮的去除效果,降低嗅味,全面改善水质发挥了重要作用。但在实际运行中,也陆续发现了一些国内外文献未曾报道过的新问题,如生物活性炭导致pH值大幅降低,出水有剑水蚤、线虫等微型动物检出等水质问题。因此,如何通过更好的设计和运行管理,从技术上解决这些问题,无论在理

论上还是在实践中均具有非常重要的意义。

1 工艺设计

1.1 活性炭性能指标的选择标准

根据制造原料不同,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有多孔性和高硬度的优点,且来源稳定和价格较低,在大规模水处理工程中得到广泛应用。

在水处理工程中,国外多采用不定型炭(主要是压块破碎炭) ,而国内柱状炭的应用最为广泛。近些年来,不定型炭(主要是柱状破碎炭)在国内得到越来越多的关注,并已经被应用在一些新建水厂中。

研究结果表明,活性炭滤池出水水质与活性炭性能指标之间具有某种相关性。根据分析结果和实际运行情况,并参考国内外活性炭选择的标准,制定了适合于我国南方地区饮用水中活性炭选择的性能指标,如表1所示。1.2 活性炭滤层结构活性炭滤层厚度一般不低于1. 2 m,根据要去除的不同污染物,接触时间在6～30 min之间,但在一些应用中可高于或低于这个范围。通常,以去除嗅味为主时,接触时间一般为8 ～10 min; 以去除CODMn为主时,接触时间一般为12～15 min。

研究结果表明,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,浊度的平均去除率为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的截留作用。活性炭柱在反冲洗后的运行初期,石英砂垫层能够有效地截留活性炭出水中的部分细菌,而运行一段时间后(一般为数周) ,石英砂垫层就失去了对水中细菌的截留作用。但是,活性炭柱经过再次反冲洗后,石英砂垫层将恢复对水

中细菌的部分截留作用。因此,为了保障出水水质,砂垫层的设计考虑采用滤料级配为0. 8～1. 2 mm的石英砂,砂垫层厚度为300 mm。从长期生产运行情况看,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结构,因此在大中型水厂中应用通常是经济的。重力式活性炭滤池的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的砂层厚。

重力式活性炭滤池虽然有利于悬浮物的去除,但为了避免悬浮物和微生物产生的粘液堵塞活性炭滤层,必须重视反冲洗国内已建成水厂中的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的,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 臭氧系统选择

臭氧系统由气源、发生系统、接触池、尾气破坏系统和控制

系统五部分组成。

①气源

臭氧气源主要有三种,即使用成品纯液态氧、现场用空气制备纯气态氧和直接利用空气。为了提高臭氧浓度,同时节省能耗,降低设备及管道尺寸,目前较先进的臭氧发生器多采用前两种方式制备臭氧,第三种方式适用于臭氧产量较小的场合。

②臭氧发生系统

臭氧发生是由臭氧发生器来完成的,目前使用最广的臭氧发生器一般分为石英管和陶瓷管两类。臭氧发生器的备用率一般应大于30% ,备用的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的调节范围不应小于10%～100%。

③接触池

预臭氧接触池一般设1个臭氧投加点,较多采用水射器投加方式,臭氧投量通常为0. 5～1. 5 mg/L,反应时间为3～5 min,水中余臭氧一般为零或很少。主臭氧接触池一般设多个臭氧投加点(通常为2～3个) ,采用微孔曝气投加方式,臭氧投加量通常为1. 5～3. 0 mg/L (水中余臭氧为0. 2～0. 4 mg/L) ,反应时间一般不小于10 min。为了保证对隐孢子虫和贾第虫的杀灭效果, CT值一般要大于4。

④尾气破坏系统

尾气破坏系统是收集臭氧接触池排出的剩余臭氧并将其分

解成对环境无害的氧(保证排出的气体臭氧浓度< 0. 05～0.

1 mg/L) ,主要有催化氧化法和加热分解法,目前两种方法均得到广泛应用。

⑤控制系统

预臭氧投加控制一般根据水量进行比例投加,投加浓度根据铁锰等还原物质含量确定。主臭氧投加控制一般根据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拟工具,对A水厂的臭氧接触池进行了分析和优化,结果表明,原设计下接触池内廊道的高宽比过大,造成较严重的短流现象, T10 /HRT比值仅为0. 4,说明水力效率较低。

通过分析,决定在池内适当位置增加导流板,以改变池内的流态,使流速分布更为均匀,从而减少短流现象。增加导流板后,反应室内的流场得到明显改善,降低了短流现象,大幅提高了水力效率。T10 /HRT的数值增加到0. 66,比原设计中的T10 /HRT比值增加了0. 26,相当于在原设计基础上增加了73%。因此,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。如果条件允许,应考虑采用尽量大的高宽比,另外,从曝气室到反应室的连通处应增加穿孔墙,以改变流体进入反应室的流态。当条件不允许时,可考虑增设导流板。