預(yù)臭氧在廣州市南洲水廠的應(yīng)用

預(yù)臭氧在廣州市南洲水廠的應(yīng)用

廣州南洲水庫設(shè)計(jì)流量為100萬元，采用傳統(tǒng)處理、氯化塘生物活性深度處理技術(shù)（見圖1）。于2004年10月全面投產(chǎn),出廠水水質(zhì)指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)到《飲用凈水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJ94—1999)以及建設(shè)部《城市供水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJ/T206—2005)的要求,口感優(yōu)良。南洲水廠原水取自北江順德水道,目前水源水質(zhì)基本達(dá)到地表水Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn),水質(zhì)較好。在確保出廠水水質(zhì)達(dá)到要求的前提下,廣州市自來水公司根據(jù)原水水質(zhì)狀況以及整個(gè)工藝流程的實(shí)際處理效果,對(duì)南洲水廠的生產(chǎn)工藝優(yōu)化運(yùn)行進(jìn)行了專題研究。在研究中,采用多種工藝流程及工藝運(yùn)行控制參數(shù)組合方式,通過比較出廠水水質(zhì),探討前、后臭氧參與沿程水質(zhì)凈化的定量關(guān)系,為實(shí)際生產(chǎn)工藝優(yōu)化運(yùn)行提供控制方案。1影響評(píng)價(jià)預(yù)氧微生物的投加量1.1加臭氧和不加預(yù)臭氧對(duì)南洲水廠進(jìn)行了預(yù)臭氧的試驗(yàn)研究,通過在預(yù)氧化及混凝階段進(jìn)行不同工藝組合的生產(chǎn)性對(duì)比試驗(yàn),探討預(yù)臭氧的助凝作用。表1列出了各生產(chǎn)工藝條件下常規(guī)處理單元出水的濁度。從表1數(shù)據(jù)可見,在其他工藝條件相同的情況下,投加預(yù)臭氧時(shí)的濾后水濁度均優(yōu)于不加預(yù)臭氧時(shí)。在同樣投加預(yù)臭氧的情況下,投加助凝劑雖能降低待濾水濁度,但濾后水濁度并沒有得到改善。上述結(jié)果表明,臭氧具有助凝作用,加臭氧后濁度相對(duì)要低一些。預(yù)臭氧化對(duì)絮凝沉淀的積極影響在于其產(chǎn)生的微絮凝效應(yīng),臭氧化可增加水中含氧官能團(tuán)有機(jī)物(如羧酸等)的含量而使其與金屬鹽水解產(chǎn)物、鈣鹽等形成聚合體,削弱無機(jī)顆粒表面天然有機(jī)物的靜電作用,引起溶解有機(jī)物的聚合而形成具吸附架橋能力的聚合電解質(zhì),使穩(wěn)定性高的顆粒脫穩(wěn)、產(chǎn)生共沉淀等。在生產(chǎn)上投加預(yù)臭氧后,可以取消現(xiàn)行混凝工藝中助凝劑(聚丙烯酰銨)的投加。1.2預(yù)臭氧投加量對(duì)原水水質(zhì)的影響南洲水廠預(yù)臭氧投加量設(shè)計(jì)值為0.5~1.5mg/L。2004年11月至2005年10月,南洲水廠運(yùn)行了一個(gè)水文年,預(yù)臭氧投加量月平均值為0.50~2.27mg/L(見表2)。圖2為不同預(yù)臭氧投加量下的砂濾出水對(duì)原水各主要水質(zhì)指標(biāo)的去除率變化情況。從表2及圖2可以看出,在南洲水廠現(xiàn)階段原水水質(zhì)條件下,不同預(yù)臭氧投加量對(duì)砂濾出水的色度、濁度、氨氮及亞硝酸鹽氮等主要指標(biāo)的影響不大,各指標(biāo)絕對(duì)值較低,且波動(dòng)范圍較小。在低預(yù)臭氧投加量下(0.5~0.8mg/L),砂濾出水對(duì)原水的CODMn去除率比高預(yù)臭氧量時(shí)要低5%~10%。在兩段臭氧—生物活性炭工藝中,預(yù)臭氧工藝的主要作用在于殺藻、助凝、減少生成氯化消毒副產(chǎn)物,而CODMn主要由主臭氧和炭濾池單元去除。現(xiàn)階段南洲水廠原水水質(zhì)較好,基本處于地表水Ⅱ類水平,藻類及消毒副產(chǎn)物前質(zhì)較低,因此預(yù)臭氧的主要功能體現(xiàn)在助凝,為去除CODMn而投加較高的預(yù)臭氧量(0.8~2mg/L)并無大的意義。根據(jù)預(yù)臭氧工藝試驗(yàn)結(jié)果,預(yù)臭氧投加量為0.5mg/L時(shí),可取得滿意的助凝效果。因此,基于目前水源水質(zhì)狀況,南洲水廠預(yù)臭氧投加量采用0.5mg/L較為合適。2codn、氨氮的月平均去除率及去除效果常規(guī)砂濾后深度處理單元的主要任務(wù)是去除CODMn和氨氮。在臭氧與生物活性炭聯(lián)用工藝中,后臭氧的主要作用是殺滅致病微生物,將大分子有機(jī)物氧化成小分子有機(jī)物,同時(shí)為微生物在活性炭上的生長(zhǎng)提供充足氧源,以利生化過程進(jìn)行。為考察不同后臭氧投加量對(duì)炭濾池運(yùn)行效果的影響,進(jìn)行了專題試驗(yàn)研究。表3列出了南洲水廠運(yùn)行一個(gè)水文年來后臭氧投加量為0.67~1.44mg/L時(shí)炭濾出水對(duì)砂濾出水CODMn、氨氮的月平均去除率。因進(jìn)入主臭氧及炭濾池單元的亞硝酸鹽氮濃度很低,大部分情況下已低于檢測(cè)限,故對(duì)亞硝酸鹽氮的去除不是主要問題。表4為后臭氧投加量為0期間炭濾出水對(duì)砂濾出水的CODMn、氨氮平均去除率。表3、表4數(shù)據(jù)表明,在南洲水廠后臭氧投加量為0.67~1.44mg/L運(yùn)行期間,炭濾出水對(duì)砂濾出水的CODMn去除率為34.7%,氨氮去除率為30.1%。后臭氧投加量為0時(shí),炭濾出水對(duì)砂濾出水的CODMn去除率為45.5%,氨氮去除率為26.9%。去除率的變化與炭濾池進(jìn)水水質(zhì)有關(guān),后臭氧投加量對(duì)去除率的影響不明顯。目前,南洲水廠原水水質(zhì)較好,原水未檢出賈第蟲或隱孢子蟲等致病微生物,且經(jīng)預(yù)臭氧與常規(guī)處理后進(jìn)入深度處理單元的CODMn、氨氮濃度較低(CODMn<1.5mg/L;氨氮<0.1mg/L),僅依靠預(yù)臭氧已能滿足生物活性炭濾池正常降解有機(jī)物時(shí)所需的溶解氧(原水溶解氧為3.33mg/L,當(dāng)預(yù)臭氧為0.5mg/L,后臭氧為0時(shí),炭濾出水溶解氧為4.08mg/L),無需再利用后臭氧的氧化和充氧作用。因此,基于目前水源水質(zhì)狀況,可以采取不投加后臭氧的方式運(yùn)行。3原水水質(zhì)穩(wěn)定及安全性評(píng)價(jià)根據(jù)上述預(yù)臭氧和后臭氧投加量影響試驗(yàn)結(jié)果,對(duì)適應(yīng)目前原水水質(zhì)狀況的工藝運(yùn)行模式(預(yù)臭氧投加量為0.5mg/L,后臭氧投加量為0)的水質(zhì)穩(wěn)定性及安全性進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)。3.1消毒副產(chǎn)品3.1.1去除三鹵甲烷前質(zhì)氯化消毒副產(chǎn)物如三鹵甲院(THMs)和鹵乙酸(HAAs)等,已成為給水處理領(lǐng)域十分關(guān)注的問題,以預(yù)臭氧化替代預(yù)氯化,在消毒之前去除三鹵甲烷前質(zhì)能夠有效控制THMs的生成,降低消毒副產(chǎn)物含量。表5列出了南洲水廠各處理單元的氯化消毒副產(chǎn)物情況。由表5數(shù)據(jù)可以看出,南洲水廠各處理單元出水三氯甲烷、四氯化碳均低于檢測(cè)限。出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因主要是南洲水廠水源水質(zhì)較好,天然有機(jī)物少,而且南洲水廠采用預(yù)臭氧化代替了傳統(tǒng)的預(yù)氯化工藝,使得DBPs的前驅(qū)物質(zhì)被直接氧化,加氯消毒后的出廠水DBPs也低于檢測(cè)限。3.1.2下限值:1010-5溴酸鹽是臭氧氧化的副產(chǎn)物之一,是被國際癌癥研究機(jī)構(gòu)列為有可能對(duì)人體致癌的化合物,動(dòng)物試驗(yàn)確認(rèn)其有致癌性,微生物試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其有致突變性。WHO(1996)飲用水水質(zhì)指標(biāo)中溴酸根限值為25μg/L,該濃度是溴酸鹽定量檢驗(yàn)的下限值,相應(yīng)的致癌危險(xiǎn)率為7×10-5。表6列出了南洲水廠各工藝單元出水的溴酸鹽值。從表6數(shù)據(jù)可以看出,目前原水檢出的溴酸鹽濃度較低,為5.5μg/L,經(jīng)沉淀后溴酸鹽濃度升高至8.6μg/L,但隨后各工藝單元均未檢出溴酸鹽。在給水深度處理中,臭氧和生物活性炭聯(lián)用能有效去除溴酸鹽?；钚蕴靠梢赃€原主要的臭氧副產(chǎn)物——溴酸根。溴酸根先被活性炭吸附,然后與表面基團(tuán)發(fā)生還原反應(yīng),還原后的溴離子依靠水流的擴(kuò)散和輸移被帶走,此外,活性炭表面的其他一些基團(tuán)也可使溴酸根還原。3.2工藝流程對(duì)aoc的去除效果AOC是反映飲用水生物穩(wěn)定性的替代參數(shù),國外研究表明,在不加氯的情況下,AOC<10μg乙酸碳/L的飲用水為生物穩(wěn)定性的水;在加氯的情況下,AOC<50μg乙酸碳/L的水為生物穩(wěn)定性的飲用水。生物不穩(wěn)定的飲用水會(huì)使細(xì)菌在給水管網(wǎng)中重新生長(zhǎng),使用戶水色度和濁度上升,細(xì)菌數(shù)增加,導(dǎo)致水體的二次污染,因此應(yīng)盡量降低出廠水中的AOC。AOC在南洲水廠工藝流程中的變化見表7。從表7可以看出:(1)原水經(jīng)預(yù)臭氧化后水中AOC增加,再經(jīng)過絮凝、沉淀和過濾的常規(guī)工藝處理后,AOC相對(duì)原水只有微小幅度的降低;(2)砂濾池與生物活性炭濾池單元均對(duì)AOC表現(xiàn)出較好的去除作用,去除率為24.4%和26.5%,說明取消常規(guī)處理的預(yù)氯化工藝后,砂濾池也具有一定的生物作用;(3)經(jīng)過生物活性炭處理后的水再加氯消毒,AOC變化較小,仍在50μg乙酸碳/L左右,可以認(rèn)為生物穩(wěn)定性較好。綜合以上數(shù)據(jù)可知,采用臭氧化工藝會(huì)導(dǎo)致水中AOC升高,但后續(xù)的生物活性炭工藝將有利于提高出水的生物穩(wěn)定性。原因在于生物活性炭對(duì)于小分子量有機(jī)物有良好的生物降解去除作用,因此,采用臭氧化工藝的同時(shí),必須在其后設(shè)置活性炭濾池來解決該工藝所帶來的負(fù)面影響。3.3致病性微生物對(duì)南洲水廠出廠水進(jìn)行病原微生物檢測(cè),均未檢出賈第蟲和隱孢子蟲。4前臭氧與聚丙烯酰銨投加量及運(yùn)行成本根據(jù)測(cè)算,南洲水廠臭氧投加系統(tǒng)在臭氧投加量為1mg/L時(shí),運(yùn)行費(fèi)用為0.007元/m3,投加聚丙烯酰銨的運(yùn)行費(fèi)用為0.004元/m3。根據(jù)對(duì)南洲水廠一個(gè)水文年的運(yùn)行參數(shù)統(tǒng)計(jì)得知,其預(yù)臭氧投加量平均為1.23mg/L,后臭氧投加量平均為1mg/L。工藝優(yōu)化試驗(yàn)推薦運(yùn)行參數(shù)為預(yù)臭氧投加量0.5mg/L(取消聚丙烯酰銨投加),后臭氧投加量為0。對(duì)不同工藝條件運(yùn)行成本進(jìn)行測(cè)算,原工藝臭氧和聚丙烯酰銨投加費(fèi)用為0.020元/m3;優(yōu)化后投加費(fèi)用為0.004元/m3,節(jié)約運(yùn)行成本0.016元/m3。即對(duì)南洲水廠生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化后,可節(jié)約生產(chǎn)運(yùn)行成本約584萬元/a。5臭氧—結(jié)論(1)在原水水質(zhì)較