劉麗君-臭氧-活性炭深度處理應用中常見問題與對策-第九屆城鎮(zhèn)水務大會

1、臭氧臭氧- -活性炭深度處理工藝應用活性炭深度處理工藝應用常見問題與對策常見問題與對策深圳市水務（集團）有限公司深圳市水務（集團）有限公司 劉麗君劉麗君20142014年年1111月月深度處理在深圳的應用運行管理問題與對策結論與展望水質問題與對策12341 臭氧-活性炭工藝在深圳的應用深圳市以東江水為水源，通過東深和東部兩個引水工程，分別從東莞和惠州境內引水。引入境內的水首先進入水庫，通過水庫向水廠提供原水水源水質總體達到GB3838 -2002類水體要求，但存在季節(jié)性突變風險，包括氮、磷、藻類、嗅味、pH、錳、鋁等，存在深度處理的技術需求原水原水管網管網混混合合池池混凝劑、石灰混凝劑、石灰臭

2、氧臭氧氯氯臭氧臭氧反應池反應池氯氯格格柵柵預臭預臭氧接氧接觸池觸池沉淀池沉淀池砂濾池砂濾池主臭主臭氧接氧接觸池觸池活性活性炭池炭池清清水水池池二級二級泵站泵站氯氯1 臭氧-活性炭工藝在深圳的應用梅林水廠和筆架山水廠深度處理工藝梅林水廠和筆架山水廠深度處理工藝 示意圖示意圖 深圳目前有3個水廠采用了深度處理工藝：梅林水廠、筆架山水廠和沙頭角水廠。其中梅林水廠采用臭氧-活性炭工藝；沙頭角水廠屬于改造工程，采用將砂濾池改為炭砂濾池，后接超濾膜工藝1 臭氧-活性炭工藝在深圳的應用梅林水廠深度處理梅林水廠深度處理：2005年6月投入運營，總處理規(guī)模60萬m3/d。常規(guī)處理：水力混合折板反應平流沉淀均質石

3、英砂濾料V型濾池液氯消毒；深度處理：預臭氧(常規(guī)工藝）-主臭氧V型活性炭池筆架山水廠深度處理筆架山水廠深度處理：2006年3月投入運營，總處理規(guī)模20萬m3/d。常規(guī)處理：水力混合小網格反應平流沉淀均質石英砂濾料V型濾池液氯消毒；深度處理：預臭氧(常規(guī)工藝）-主臭氧翻板活性炭池深度處理目的：氨氮和TOC不高，應對季節(jié)性和突發(fā)性的原水水質變化，如：藻類、嗅味、有機物，改善水的口感1 臭氧-活性炭工藝在深圳的應用 沙頭角水廠深度處理工藝沙頭角水廠深度處理工藝 示意圖示意圖原水格柵井穿孔旋流絮凝、斜管沉淀炭濾池超濾膜管網清水池加絮凝劑、石灰液氯 沙頭角水廠深度處理改造工程2013年7月投入運行，規(guī)模

4、4萬噸/日，改造目的是應對水質突變和季節(jié)性變化，同時降低生物風險，是國家十一五水專項的示范工程深度處理在深圳的應用運行管理問題與對策結論與展望水質問題與對策12342 常見水質問題與對策 臭氧化副產物問題A 臭氧化副產物主要有三類： u 溴酸鹽：當原水溴離子濃度高時，會被臭氧氧化為溴酸鹽。溴酸鹽是可能的致癌物質，飲用水中的限值為0.1微克/Lu 甲醛：當原水中天然有機物濃度高時，臭氧化過程會導致以甲醛為代表的醛類副產物含量增加。甲醛是確認的致癌、致畸性物質，飲用水中限值為0.9mg/Lu 消毒副產物前體物：原水中的大分子有機物被臭氧分解為小分子有機物，在氯消毒過程中轉化為鹵代消毒副產物，增加副

5、產物風險 2 常見水質問題與對策 臭氧化副產物問題A u 溴酸鹽問題主要出現(xiàn)在沿海地區(qū)的咸潮期，或者氯離子高的鹽堿地區(qū)（Cl-50mg/L以上）u 研究表明，當原水中Br-的濃度低于45g/L時，在正常的臭氧投加量下，沒有溴酸鹽超標風險u 深圳原水溴離子濃度一般在30g/L以下，水廠出廠水中BrO3-的濃度一般在檢出限2.0g/L以下，沒有超標風險 n 溴酸鹽風險問題BrO3-濃度隨接觸時間和臭氧濃度變化關系資料來源：十一五水專項成果2 常見水質問題與對策 臭氧化副產物問題An 溴酸鹽風險控制溴離子濃度溴離子濃度0-700-70g/Lg/L溴離子濃度溴離子濃度70-12070-120g/Lg/

6、L溴離子濃度溴離子濃度120-170120-170g/Lg/L溴離子濃度溴離子濃度170170g/Lg/L臭氧接觸池優(yōu)化臭氧接觸池優(yōu)化高堿加氨低堿高堿加氨低堿CO2臭氧接觸池優(yōu)化臭氧接觸池優(yōu)化加氨或降低加氨或降低pH值值高錳酸鉀復合氧化高錳酸鉀復合氧化過氧化氫高級氧化過氧化氫高級氧化選擇其他處理工藝選擇其他處理工藝或換水源或換水源4545g/Lg/L降低溴酸鹽生成量降低溴酸鹽生成量20%降低溴酸鹽生成量降低溴酸鹽生成量65%降低溴酸鹽生成量降低溴酸鹽生成量23%降低溴酸鹽生成量降低溴酸鹽生成量32%臭氧接觸氧化臭氧接觸氧化降低溴酸鹽生成量降低溴酸鹽生成量45%降低溴酸鹽生成量降低溴酸鹽生成量4

7、7%資料來源：十一五水專項成果4545g/Lg/L可以不采取控制可以不采取控制2 常見水質問題與對策 臭氧化副產物問題Au 臭氧化過程中甲醛的生成量與原水中有機物的種類和含量密切相關u 有機物含量越高，臭氧投加量越大，甲醛濃度越高u 深圳的2個臭氧活性炭水廠運行近10年，出廠水甲醛濃度一直0.05mg/L的檢測限，遠低于水質標準0.9mg/L，說明這樣的水質和工藝條件下沒有甲醛超標風險n 甲醛風險問題資料來源：十一五水專項成果甲醛生成量與有機物濃度關系甲醛生成量與臭氧投加量的關系2 常見水質問題與對策 臭氧化副產物問題Au 臭氧化導致三氯乙醛生成勢升高，臭氧濃度越高，增加量越大u 7d生成勢增

8、加的比例高于1d生成勢，但當臭氧濃度提高到2.5mg/L 時，1d生成勢會大幅升高u 采用臭氧氧化時，其投加量應綜合考慮目標污染物的去除效果和氯副產物風險n 消毒副產物前體物風險臭氧投加量（mg/L）00.511.522.5CODMn（mg/L)4.91 4.05 3.93 3.44 3.48 3.66 UV254（cm-1）0.07260.0520.04220.03720.04010.0331TOC（mg/L）3.122.93.343.583.463.771dCH勢41.2549.4244.9938.8147.2460.555dCH勢100.2121.6115.8123.8133.9138.

9、61d去除率（%）0-19.81 -9.07 5.92 -14.52 -46.79 5d去除率（%）0-21.36 -15.57 -23.55 -33.63 -38.32 不同臭氧濃度下有機物指標及三氯乙醛不同臭氧濃度下有機物指標及三氯乙醛生成勢的變化趨勢生成勢的變化趨勢2 常見水質問題與對策 臭氧化副產物問題Au 研究表明，深圳原水中能轉化為三氯乙醛的有機物20-45%存在于可以通過混凝沉淀和過濾去除的顆粒物中，對于氯消毒副產物風險高的水體或季節(jié)，應減少或取消預臭氧的投加，以降低副產物超標的風險u 采用高錳酸鉀等氧化性較弱的氧化劑，替代臭氧預氧化有利于降低深度處理工藝的氯化副產物風險；同時可

10、通過適當降低主臭氧投加量控制前體物的形成n 消毒副產物前體物控制2 常見水質問題 生物膜脫落和微生物泄露問題Bn 炭池出水微生物風險3個不同水溫，運行7天期間細菌總數(shù)變化（1）15最高細菌總數(shù)1.03104，20 時為2.47104，25時為2.94104。（2）15沒有明顯周期性峰值，變化負的小，20 時運行3天左右出現(xiàn)明顯峰值，7天時急劇升高，25時2天出現(xiàn)峰值，7天時急劇升高。2 常見水質問題 生物膜脫落和微生物泄露問題Bn 炭池出水微生物風險運行運行1年的中式炭柱進出水細菌總數(shù)年的中式炭柱進出水細菌總數(shù)變化趨勢變化趨勢臭氧活性炭水廠細菌臭氧活性炭水廠細菌DGGE圖圖2 常見水質問題 生

11、物膜脫落和微生物泄露問題Bn 炭池出水微生物控制控制不同水溫下反沖洗前后炭池出水細菌總數(shù)不同水溫下反沖洗前后炭池出水細菌總數(shù)u 根據(jù)氣候條件控制適宜的反沖洗周期和反沖洗程序u 排放反沖洗后的初濾水u 建立預警方法。跟蹤監(jiān)測炭后水的細菌總數(shù)和顆粒數(shù)，根據(jù)水廠的運行經驗，設定反沖洗和強化消毒的細菌預警值2 常見水質問題 微型動物穿透問題Cn 炭池中常見的微型動物炭池中常見微型動物種類：（1）輪蟲類：占生物量和種類最多。如：腔輪蟲、鞍甲輪蟲、多肢輪蟲等（2）甲殼類浮游動物：如橈足類的劍水蚤、猛水蚤、哲水蚤。枝角類的象鼻溞、秀體溞等（3）其他水生昆蟲：水螨、搖蚊幼蟲、線蟲、仙女蟲、等完美美麗猛水蚤完美

12、美麗猛水蚤 溫中劍水蚤溫中劍水蚤 仙仙女女蟲蟲 搖搖蚊蚊幼幼蟲蟲 輪蟲輪蟲2 常見水質問題 微型動物穿透問題Cn 炭池中微型動物來源 炭池微型動物來源：（1）原水中密度太高，穿透前端凈水構筑物（2）能夠適應凈水系統(tǒng)的環(huán)境，幼蟲、卵和成體在炭池中繼續(xù)生長繁殖2 常見水質問題 微型動物穿透問題Cn 微型動物控制措施全流程多級屏障原水活體原水活體生物滅活生物滅活高效沉高效沉淀去除淀去除炭池和砂濾池二次繁殖抑制炭池和砂濾池二次繁殖抑制深度處理在深圳的應用運行管理問題與對策結論與展望水質問題與對策12342 常見水質問題與對策pH調控問題A 生物活性炭工藝運行中的pH值問題來自兩個方面： 活性炭池運行初

13、期，出水的pH大幅升高問題：A. 活性炭池運行穩(wěn)定期，出水pH值大幅降低問題。p pH升高：由于目前市場上購買的生物活性炭一般經堿處理后呈堿性；p pH降低：由于生物活性炭中的生化反應釋放H+，以及水體堿度硬度低，對酸堿度變化的耐沖擊能力低問題原因n pH變化的原因沙頭角水廠活性炭池出水pH變化趨勢圖2 常見水質問題與對策pH調控問題An 高pH的控制7.07.58.08.59.09.510.010.511.012345678910換水次數(shù)pH7.07.58.08.59.09.510.010.511.01234567換水次數(shù)pH連續(xù)浸泡連續(xù)浸泡6 6次次間歇浸泡間歇浸泡3 3次次（1 1） 浸

14、泡法：時間允許的話，推薦采用浸泡法：時間允許的話，推薦采用間歇浸泡間歇浸泡，間歇浸泡的放空時間，間歇浸泡的放空時間8-108-10h h2 常見水質問題與對策pH調控問題An 高pH的控制（2 2） 稀釋法：根據(jù)炭池出水的稀釋法：根據(jù)炭池出水的PHPH值，將炭池出水與砂濾池出水按照合適的比值，將炭池出水與砂濾池出水按照合適的比例混合，達到降低例混合，達到降低PHPH值的目的值的目的6.06.57.07.58.08.59.09.510.0020040060080010001200時間(min)pH砂濾水GAC出水1:1稀釋1:3稀釋1:5稀釋2 常見水質問題與對策pH調控問題AnpH降低問題0.

15、730.310.422 常見水質問題與對策pH調控問題AnpH降低的控制措施 提高炭池進水堿度：在混凝沉淀階段投加堿石灰或石灰提高炭池進水堿度：在混凝沉淀階段投加堿石灰或石灰 提高炭池出水堿度：在炭濾后水中投加氫氧化鈉或碳酸鈉提高炭池出水堿度：在炭濾后水中投加氫氧化鈉或碳酸鈉提高炭池進出水提高炭池進出水pHpH濁濁度度和和鋁鋁隨隨堿堿石石灰灰劑劑量量變變化化2 常見水質問題與對策pH調控問題AnpH降低的控制措施沉后水加氯和炭池含氯水反沖洗沉后水加氯和炭池含氯水反沖洗u 水廠 B：pH8.067.81 水廠 A：pH8.477.67 u 氯對濾池pH下降的現(xiàn)象有很好的控制效果2 常見水質問題與

16、對策 活性炭性能評估與換炭問題Bn深圳水廠的活性炭性能指標深圳水廠的活性炭性能指標p 深圳的梅林、筆架山、沙頭角三個深度處理水廠的活性炭分別使用了9年、8年、2年，是否需要換炭是個困擾的問題p 根據(jù)生活飲用水凈化處理用煤制活性炭選用指南，碘值和亞甲藍值是主要的評價指標，碘吸附值950，亞甲藍吸附值180 水廠名稱水廠名稱新炭新炭使用使用1 1年年使用使用2 2年年碘值碘值亞甲藍值亞甲藍值碘值碘值亞甲藍值亞甲藍值碘值碘值亞甲藍值亞甲藍值梅林水廠梅林水廠9529521881886326321051053493496060筆架山筆架山90790717917955455475753193195050沙

17、頭角沙頭角7107101581582 常見水質問題與對策 活性炭性能評估與換炭問題Bn深度處理廠對有機物的去除能力水廠水廠CODCODMnMn去除率去除率TOCTOC去除率去除率UV254UV254去除率去除率氨氮氨氮去除率去除率梅林梅林(7(7年年) )39.629.157.5100筆架山筆架山(5(5年年) )37.526.849.8100常規(guī)水廠常規(guī)水廠33.625.941.087.2說明：深度處理水廠在有機物的去除效果方面仍說明：深度處理水廠在有機物的去除效果方面仍優(yōu)于優(yōu)于常規(guī)處理水廠常規(guī)處理水廠2 常見水質問題與對策 活性炭性能評估與換炭問題Bn深度處理廠對有機物的去除能力 筆架山水

18、廠活性炭池對筆架山水廠活性炭池對TOCTOC的去除率在的去除率在10-30%10-30%，對，對UV254UV254的去除在的去除在5-60%5-60%，對，對三氯乙醛前體物三氯乙醛前體物的去除率在的去除率在40-70%40-70%，對嗅味物質，對嗅味物質2-MIB2-MIB的去除的去除率在率在35-45%35-45% 總結：目前的活性炭仍然能滿足去除季節(jié)性嗅總結：目前的活性炭仍然能滿足去除季節(jié)性嗅味和消毒副產物前體物的需求味和消毒副產物前體物的需求2 常見水質問題與對策 活性炭性能評估與換炭問題Bn換炭的判斷指標及方法（1）形成穩(wěn)定的生物活性炭之后，不能單純以代表吸附性能的碘值、亞甲藍值等指標作為活性炭性能的主要指標（2）可以以對目標污染物的去除能力和去除效果作為主要判斷指標，比如，需要生物活性炭解決嗅味問題，看對嗅味物質的去除率及處理后濃度，需要解決氨氮問題，則看處理后的氨氮是否能