國(guó)內(nèi)外臭氧活性炭工藝在飲用水處理中的應(yīng)用實(shí)例_左金龍.

1、第22卷 第10期中國(guó)給水排水V o. l 22No. 102006年5月CH I NA W ATER &WA STE WAT ER M ay 2006國(guó)內(nèi)外臭氧活性炭工藝在飲用水處理中的應(yīng)用實(shí)例左金龍, 崔福義, 趙志偉, 劉智曉, 馮 巖華北設(shè)計(jì)研究院, 天津300074摘 要: 介紹了國(guó)內(nèi)外的臭氧活性炭工藝在飲用水處理中的實(shí)例, 給出了各實(shí)例的工藝參數(shù)、運(yùn)行效果。認(rèn)為現(xiàn)階段在原水輕度污染時(shí), 可單獨(dú)采用活性炭過(guò)濾工藝; 原水有季節(jié)性嗅和味污染時(shí)可投加粉末活性炭; 污染嚴(yán)重時(shí)可采用O 3/GAC或O 3/BAC技術(shù)甚至O 3/I B AC 技術(shù), 必要時(shí)增加O 3預(yù)氧化, 以確保出

2、水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。關(guān)鍵詞: 飲用水處理; 臭氧活性炭工藝; 處理效果中圖分類號(hào):TU991. 2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:C 文章編號(hào):1000-4602(2006 101. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院, 黑龍江哈爾濱150090; 2. 中國(guó)市政工程App licati on Exa mples of O zone /Acti vated Carbon Process to D ri nki ngW ater Treat m entZ UO Jin -long , CU I Fu -y i , Z HAO Zh-i w ei , LI U Zh-i x iao , FENG Y

3、an11112(1. School of M unici p al&E nvironm ental Engineering, H arbin Instit u te of Technology , H arbin150090, China; 2. N ort h China M unici p al Engineering D esign &Research Institute , T ianjin300074, China Abstract : Th is paper intr oduces the exa m ples of app l y i n g ozone /act

4、ivatedcar bon (O 3/AC process to drink i n g w ater treat m ent i n Ch i n a and overseas . The para m eters and operation effect o f each exa m ple are put for w ard . It i s suggested that activated carbon filtrati o n is e m ployed when ra w w ater is po lluted slightl y . Po wder activated carbo

5、n is added if ra w wa ter i s of seasonal taste and odor . H ow ever , w hen ra w w ater is po ll u ted severely , O 3/GAC, O 3/BACor O 3/I BAC is requ ired to ensure t h e treated w ater satisfy i n g t h e w ater quality standar d. I n so m e cases , preozonati o n is added. K ey w ords : drink i

6、n g w ater treat m en; t O 3/ACprocess ; treat m ent e ffi c iency 臭氧活性炭法(O 3/GAC 是在活性炭濾池之前投加臭氧, 在臭氧接觸反應(yīng)池中進(jìn)行臭氧接觸氧化反應(yīng), 使水中有機(jī)污染物氧化降解, 將大分子有機(jī)物分解為小分子的中間產(chǎn)物, 這些中間產(chǎn)物被活性炭吸附的同時(shí), 活性炭顆粒表面的生物膜或微生物群落通過(guò)生物吸附和氧化降解等作用, 顯著提高了活性炭去除有機(jī)物的能力, 延長(zhǎng)了活性炭的使用壽命1、2時(shí)還使一些溶解的、膠體的有機(jī)物發(fā)生絮凝使之成為可沉淀的或可濾除的物質(zhì), 有效地去除污染水中的色度、嗅味、鐵、錳和有機(jī)物1 國(guó)外的應(yīng)用

7、實(shí)例111 在美國(guó)水廠的應(yīng)用 密執(zhí)安州克萊門山市水廠3、42。預(yù)臭氧化可以提高有機(jī)物的可生化性, 同原水為放射菌和水藻增殖很快的圣克萊爾湖水, 嗅味強(qiáng)烈, 投放粉末活性炭(43m g /L不能完全基金項(xiàng)目:國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863 項(xiàng)目(2003AA 601120第10期左金龍, 等:國(guó)內(nèi)外臭氧活性炭工藝在飲用水處理中的應(yīng)用實(shí)例第22卷消除出廠水的嗅味。將砂濾池改為砂 粒狀活性炭濾池, 炭層厚為61c m, 濾池總面積為263m , 最大濾速約為10m /h后, 既消除了嗅味, 又去除了大部分有機(jī)物、洗滌劑和農(nóng)藥, 活性炭使用壽命為3年。 海斯明和E . H. 阿爾德雷支水廠3、52各水

8、廠在用粒狀活性炭過(guò)濾前均設(shè)有混合、絮凝、沉淀、砂濾等工序, GAC 一般用于吸附。可見, 美國(guó)水廠通常采用砂 粒狀活性炭濾池, 可充分利用原有的構(gòu)筑物和工藝流程, 取得了較好的效果。112 在歐洲水廠的應(yīng)用6、7 德國(guó)慕尼黑多奈水廠水源為萊茵河地表水, 多年來(lái)一直延用折點(diǎn)氯化法預(yù)處理, 但是出水中總有機(jī)氯化物和三鹵甲烷含量較高。改造后工藝流程如圖1所示, 采用臭氧預(yù)氧化取代折點(diǎn)投氯, 預(yù)投量為1. 0mg /L, 過(guò)濾前再進(jìn)行一次臭氧氧化, 投量為2. 0mg /L, 接觸時(shí)間為5m i n 。只用臭氧做氧化劑時(shí)不產(chǎn)生有機(jī)氯化物, DOC 比原工藝減少50%, 對(duì)NH 3-N 去除效果好, 可

9、穩(wěn)定18個(gè)月以上?；钚蕴繛V池濾速為18m /h?；钚蕴吭偕芷趶脑瓉?lái)24個(gè)月延長(zhǎng)到2 年以上。6這兩座水廠均以蒙農(nóng)加希拉河為水源, 為解決嗅味問(wèn)題, 將砂濾池(48座 改建為粒狀活性炭濾池, 濾池內(nèi)裝填76c m 厚的活性炭, 炭層之下有10c m 厚、粒徑為0. 350. 45mm 的砂層和卵石墊層, 最大濾速為6. 37. 5m /h,粒狀活性炭使用壽命為3年。 馬薩諸塞州艾姆斯伯里水廠3、4這是世界上第一座使用自動(dòng)反沖洗活性炭濾池的水廠。原水是從波沃河及其沿岸設(shè)置的許多管井中用水泵抽取出來(lái)的水, 其色度、濁度和含鐵量都較高。新建的活性炭濾池能自動(dòng)反沖洗, 活性炭濾料厚為1. 22m, 濾

10、池尺寸為4. 9m 9. 8m, 最大處理43水量為1. 110m /d, 活性炭粒度為830目。失效炭通過(guò)移動(dòng)罩進(jìn)行更換, 采用廠外再生。出水色度、濁度和含鐵量分別降至零、0. 1NTU 和0. 03mg /L。32活性炭濾池負(fù)荷為5m /(m#h 。 霍索恩鎮(zhèn)水廠3、4圖1 德國(guó)慕尼黑多奈水廠工藝流程F ig . 1 T echn i que process o fM unich D anieW a ter w orks in G e r many該水廠原水為井水, 酚、鐵、錳含量高, 設(shè)3個(gè)沸石壓濾器除鐵和錳, 用2個(gè)活性炭壓濾器除酚, 其組3合處理能力為2. 6m /mi n 。先將原

11、水p H 調(diào)到7. 58. 5, 加入高錳酸鉀, 再通過(guò)活性炭壓濾器脫除酚類化合物, 最后用氯消毒。GAC 連續(xù)運(yùn)行801003h 后反沖洗15m i n , 流量為1. 2m /h。每6個(gè)月應(yīng)當(dāng)用蒸汽清洗一次。沸石和活性炭的使用壽命均為5年。出水含鐵量為零、含錳量為痕量、含酚量<(0. 0010. 0048 10。 加州戈利塔水廠和高地公園水廠戈利塔水廠的原水含有由硫化氫與氯作用所形成聚合硫化物的嗅味, 通過(guò)粒狀活性炭濾池使水的嗅閾值由33降到2. 7。高地公園水廠采用預(yù)氯化, 再通過(guò)91c m 厚的GAC 濾池, 出水水質(zhì)很好, 徹底除掉了嗅味?；钚蕴渴褂脡勖鼮?年。美國(guó)推薦的活性炭

12、濾池有關(guān)參數(shù):活性炭粒徑為0. 51. 0mm, 不均勻系數(shù)為1. 52. 5, 密度為1. 351. 37g /c m , 濾速為7. 515m /h, 濾層深度為1. 83. 6m , 反沖洗強(qiáng)度為3039m /(m #h 。美國(guó)水廠多采用下向流重力式活性炭濾床。323-6 法國(guó)巴黎市Cho isy -Le -R ei 水廠43原水為塞納河水, 供水能力為8010m /d, 不僅建有生物濾池, 而且在沉淀和B AC 工序前設(shè)有臭氧投加工序, 以求最大限度地減少水中有機(jī)物含量。圖2 為該水廠工藝流程圖。圖2 法國(guó)Cho isy -L e -R e i 水廠工藝流程F i g . 2 T ec

13、hn i que process of Cho isy -L e -R e iW aterwo rks i n F rance法國(guó)一些水廠曾采用單一活性炭濾池脫除水中污染物, 問(wèn)題是活性炭壽命較短, 需頻繁再生8、9。后采用二級(jí)臭氧化與活性炭過(guò)濾聯(lián)合處理系統(tǒng), 例如巴黎M ery -Sur -O ise 水廠(處理流程見圖3 。該水廠處理系統(tǒng)中有3個(gè)位置投加臭氧:首先向原水中投加臭氧, 增加水中有機(jī)物在貯存池內(nèi)的生物降解作用; 然后在混凝前投加臭氧以提高混凝處理效果; 最后在活性炭吸附前投加臭氧以增強(qiáng)有機(jī)物的可吸附性。在此處理流程中, 活性炭吸附放在流程末端, 以確保出水水質(zhì)。同時(shí), 預(yù)臭氧氧

14、化工第10期中國(guó)給水排水 第22卷吹入壓縮空氣進(jìn)行曝氣(約30m i n , 使部分錳氧化為M nO 2, 二價(jià)鐵氧化為三價(jià)鐵。第二段加鋁鹽混凝, 使p H 值維持在8. 0左右。在第二加藥點(diǎn)加氯供消毒和氧化腐殖質(zhì)吸附的錳。將混凝浮選后的水用1m 厚的GAC 濾床處理, 并用Na OH 調(diào)整p H 值。從歐洲水廠的處理工藝可以看出, 它們普遍采用O 3/BAC 工藝, 并且注重預(yù)處理, 采用多種藥劑對(duì)水質(zhì)進(jìn)行控制, 力求對(duì)整體工藝進(jìn)行優(yōu)化, 使出水水序替代了常規(guī)預(yù)氯化, 由此減少了所產(chǎn)生的有機(jī)鹵化物。此外, 原水中所含的高分子腐殖酸和富里酸不易被活性炭吸附, 但經(jīng)臭氧氧化分解后, 變成一些易被

15、活性炭吸附的小分子物質(zhì), 由此提高了活 性炭對(duì)水中污染物的去除效果。10、11圖3 法國(guó)M ery -Sur -O i se 水廠工藝流程F ig . 3 T echn i que pro cess o fM ery -Sur -O iseW a ter w orks i n F rance質(zhì)達(dá)到最好。113 在日本水廠的應(yīng)用日本5個(gè)典型水廠的臭氧活性炭工藝流程如圖4所示。各水廠采用O 3/GAC目的不同:北谷凈水廠去除三鹵甲烷, 金町凈水廠和柏井凈水廠去除異嗅、異味, 其他凈水廠兩種目的都有。村野凈水廠、豬明川凈水廠的水源為同一水源, 但O 3/GAC的位置不一樣。對(duì)二者的處理性能進(jìn)行比較時(shí)

16、發(fā)現(xiàn), 對(duì)霉味、三鹵甲烷前驅(qū)物質(zhì)、有機(jī)碳、COD Mn 和LAS 去除效果相近。因此, 可認(rèn)為臭氧、GAC 在處理工藝中的位置, 無(wú)論在濾池前后, 對(duì)有機(jī)物和三鹵甲烷的去除效果沒有差異12、13 英國(guó)丘吉威林水廠6、7這是英國(guó)第一座使用粒狀活性炭過(guò)濾并設(shè)置活性炭再生爐的大型水廠。原水為德爾溫特河水, 有強(qiáng)烈的嗅與味。共用135t 粒狀活性炭(裝填在12個(gè)吸附罐中, 再生爐處理能力為23t/d, 處理效果一直很好, 出水嗅、味指標(biāo)完全符合飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。6、7 芬蘭圖爾庫(kù)水廠采用二段混凝浮選法改善有機(jī)物去除過(guò)程, 原水取自?shī)W拉河。第一段用三價(jià)鐵鹽并在p H 為4. 85. 1條件下通過(guò)混凝浮選過(guò)

17、程而有效脫除腐殖質(zhì)和降低濁度; 然后加入石灰, 使p H 提高到1010. 5,。圖4 日本5個(gè)典型水廠臭氧活性炭工藝流程F i g . 4 O 3/ACtechnique process o f five typica lw ater w orks i n Japan日本5個(gè)典型凈水廠的工藝參數(shù)如表1所示14。第10期左金龍, 等:國(guó)內(nèi)外臭氧活性炭工藝在飲用水處理中的應(yīng)用實(shí)例第22卷表1 日本5個(gè)典型臭氧活性炭?jī)羲畯S的工藝參數(shù)T ab . 1 O 3/ACpro cess param eters o f fivetypical wa ter w orks i n Japan有效(m #處理方

18、式炭的種類直徑2-1/m/mi /mm /mh 56151100. 32廠稱12510. 42. 514. 煤質(zhì)破碎炭1418. 31. 410. 煤質(zhì)破碎炭明升流式移動(dòng)床48川542物, 如單獨(dú)用臭氧處理, 投量>4m g /L, 電耗高, 不經(jīng)濟(jì)。單獨(dú)用活性炭則周期僅為24個(gè)月, 成本太高, 因此采用臭氧活性炭聯(lián)合工藝, 出水水質(zhì)較好, 色度5倍, 無(wú)異味。采用臭氧接觸池1座(4格, 設(shè)計(jì)臭氧投量為2m g /L,接觸時(shí)間為10m i n ; 活性炭濾池4座, 每座6格, 共計(jì)24格, 選用zj-15號(hào)炭, 炭層厚為1. 5m, 吸附時(shí)間為9m i n 。 北京市第九水廠。該水廠處理

19、水量為15010m /d, 水廠分三期實(shí)施。單獨(dú)采用粒狀活性炭吸附工藝能有效地去除微污染原水中的有機(jī)物、有毒物質(zhì)、嗅味等, 與其他處理工藝相比, 工藝簡(jiǎn)單, 經(jīng)濟(jì)性較好。炭濾池為2個(gè)系列, 每系列2組, 每組26池, 共24池。F =95. 06m , 濾速為9. 13m /h, 濾料厚為1. 5m, 采用濾后水反沖洗, 反沖洗水頭為20kPa , 設(shè)計(jì)接觸時(shí)間為9. 85m in , q =1115L /(m#s, T =715d 。 昆明市第六水廠福德村分廠。規(guī)模為3010m /d, 活性炭濾池為虹吸型, 炭層厚為1. 8m,2濾速12m /h,單池面積為36. 4m 。采用O zonia

20、 AT95型管式臭氧發(fā)生器3臺(tái), 臭氧投量為1. 5m g /L, 接觸池出水中臭氧含量為0. 1m g /L。整個(gè)接觸池的滯留時(shí)間約810m in 。投入運(yùn)行后, 出廠水中各項(xiàng)有機(jī)物含量也有不同程度的降低, UV 254降低50%, 對(duì)C OD M n 去除率達(dá)30%50%, DOC 降低20%30%。出水嗅味與色度均有非常明顯的改善, 對(duì)三氯甲烷、四氯化碳也有明顯的去除作用。3 結(jié)語(yǔ)綜上所述, 目前歐美和日本等純粹以活性炭作為過(guò)濾介質(zhì)的水廠還較少, 一般都將臭氧活性炭工藝作為深度處理工藝, 前面均設(shè)有常規(guī)過(guò)濾設(shè)施, 而且原水水質(zhì)比較好時(shí)也不一定考慮活性炭吸附過(guò)濾工序, 主要原因是用活性炭直

21、接過(guò)濾處理水會(huì)帶來(lái)活性炭運(yùn)轉(zhuǎn)周期短、再生困難、成本過(guò)高等問(wèn)題。目前國(guó)外在飲用水處理中最常用的是降流式活性炭吸附池, 最大單池面積為180m 、單層炭層厚度為0. 72. 5m 、空床接觸時(shí)間為620m i n , 大多采用氣水聯(lián)合反沖洗。臭氧投量為23m g /L。臭氧活性炭系統(tǒng)工藝環(huán)節(jié)較多, 運(yùn)行操作較為復(fù)雜, 這就使得運(yùn)行控制和管理維修問(wèn)題顯得極為重要。臭氧化不能去除水中的氨氮、電耗高、臭氧設(shè)備和活性炭的投資較高, 這些因素限制了該技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。另外原工藝中有預(yù)加氯工藝時(shí), 可生2432431. 20. 550. 80. 390. 470. 7152. 11029煤質(zhì)破碎炭12煤質(zhì)破碎

22、炭日本推薦采用的參數(shù):過(guò)濾池面積約為50150m , 濾速為200400m /d, 接觸時(shí)間為614m in , 材質(zhì)采用煤質(zhì)破碎炭、石油類球形炭以及椰子殼活性炭。顆粒大小:流動(dòng)床為0. 320. 55mm, 固定床為1. 2mm (在沉淀池后 、0. 550. 8mm (濾池后 。2 在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用 北京城子水廠。規(guī)模為8. 6410m /d, 原水為官?gòu)d水庫(kù)水, 后來(lái)原水水質(zhì)惡化, 出水嗅閾值、色度、酚、汞等項(xiàng)指標(biāo)不合格, 采用升流式炭吸附池處理。主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下:n =6, 單池面積為32m , 炭層厚度為1. 5m, 墊層厚度為0. 5m, 接觸時(shí)間為8m i n , 沖洗強(qiáng)度為13.

23、015. 6L /(m #s, 沖洗水頭為13kPa , 沖洗膨脹率為20%40%, 炭層水頭損失為6kPa , 沖洗周期為715d 。該吸附池的特點(diǎn)有:可充分利用水源與排水水體之間的高程差, 即不設(shè)提升設(shè)備, 可節(jié)省能源、簡(jiǎn)化管理。鑒于炭吸附池的進(jìn)水與沖洗不是同時(shí)進(jìn)行的, 用同一根管道和1個(gè)帶開度指示的蝶閥控制其兩種開啟度, 便能達(dá)到控制進(jìn)水量小和沖水量大等兩種流量要求, 因此操作方便、節(jié)省管材、構(gòu)造簡(jiǎn)單。炭吸附池內(nèi)的炭粒層采用水力輸送, 鑒于進(jìn)炭、出炭?jī)晒ば虿皇峭瑫r(shí)操作, 故用一根不銹鋼管進(jìn)炭和出炭, 由此簡(jiǎn)化了安裝, 節(jié)省了管材、設(shè)備投資。采用潛流式穿孔管出水, 可保證升流式炭吸附池出水

24、中不含有漂浮的炭沫, 運(yùn)行效果良好。采用炭吸附池備用格貯存?zhèn)溆锰? 投資增加不多, 既減少了貯炭用地, 又提高了運(yùn)行安全度。 北京田村山水廠。規(guī)模為1710m /d, 因原水中季節(jié)性含有酚、農(nóng)藥有機(jī)磷、氨氮等污染432243第10期中國(guó)給水排水 第22卷8 van der H oek J P, H of m an J A M H, G rave land A. T heuse of bio l og ica l ac ti vated carbon filtration for the remov -a l of na t ura l organ ic m atte r and org an

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