（环境工程专业论文）南洲水厂工艺研究与优化.pdf

摘要 本学位论文介绍了南洲水厂的工艺流程，对臭氧投加工艺、活性炭滤池运行工艺和 混凝工艺进行了针对性的研究并提出了优化建议。研究为南洲水厂的初期生产运行找出 了切实可行的优化方案，为水厂的安全优质供水提供了科学的技术参数，为广州自来水 公司创造了良好的经济和社会效益，为其它采用深度处理工艺的水厂提供了实用的运行 和管理经验，为设计部门提供了实际运行参数。 通过对臭氧投加工艺中预臭氧和主臭氧在不同投加量时耗氧量、氨氮、u v 2 h 、的 去除率和消毒副产物的含量进行检测分析和研究，最终确定了根据南洲水厂水源水质的 最优投加方式为：预臭氧投加量0 5 m g l ，主臭氧投加量1 0 m g l ，实际运行也表明了 采取这种臭氧投加方式能维持较高的有机物去除率，达到预计的处理效果，并节约了大 量的运行费用。 通过对活性炭滤池的生物量研究，分析了生物活性炭滤池运行过程中炭层内部的生 物情况，探讨了不同时间段运行的各种参数，确定了7 1 0 天的保险运行周期和1 0 1 5 天的经济运行周期；通过实际运行情况，对活性炭滤池的反冲洗参数进行了针对性调整， 取消了容易造成活性炭流失的气水联合冲洗过程，将原设计的三段式冲洗过程改为四段 式冲洗过程，在确保冲洗效果的同时也节省了冲洗水量；针对炭滤池处滤水的控制方式 提出了先静止1 5 分钟再投入运行的优化方案，很好地确保了初滤水质。 针对待滤水浊度不能稳定控制在ln t u 的状况，本对比研究了多种混凝剂的混凝 性能和处理效果，最终确定采用聚丙烯酰胺作为助凝剂与聚合氯化铝联合使用的混凝方 案，无论在高浊度水还是在低浊度水均能满足待滤水小于i n t u 的要求。 针对的各单元进行全系统的实际优化运行研究，证明这些优化运行方式具有较强的 适应性、经济性，优化后的运行效果完全能达到相关的水质标准。 关键词：优化；控制；浊度；臭氧；活性炭滤池 a b s t r a c t t h i sp a p e r , w i t hi n t r o d u c t i n gt h en a n z h o uw a t e r w o r k s t e c h n o l o g i c a lp r o c e s sf l r s - t l y , s t u d i e dt h eo z o n ed o s i n gt e c h n o l o g i cp r o c e s s ，a c t i v a t e dc a r b o nf i l t e ro p e r a t i o na n do t h e r c o n v e n t i o n a lt e c h n i c sa c c o r d i n gt ot h ep a r a m e t e ro ft u r b i d i t ym o s t l y a tt h es a m et i m e ，s o m e o p t i m i z a t i o ns u g g e s t i o nw a sp u tf o r w a r dt ot h eq u e s t i o n t h i sr e s e a r c hf o u n dt h e f e a s i b l ea n d o p t i m i z e dw a y t dt h ee a r l yr u n n i n go ft h en a n z h o uw a t e r w o r k s w h i c ha l s op r o v i d e dk i n d s o fp a r a m e t e r sa n dd a t a sf o rp r o d u c t i o na n dd e s i g n t h i so p t i m a lm o d eo fo p e r a t i o nc o u l d c r e a t eag o o de c o n o r n i ca n ds o c i a lb e n e f i t , w h i c ha l s op r o v i d i n gap r a c t i c a lo p e r a t i o n e x p e r i 即o ef o rt h ew a t e r w o r k sw i t ht h ea d v a n c e dt e c h n o l o g i cp r o c e s s t h r o u g ht e s ta n da n a l y s eo f v a r i o u sf a c t o r si nd i f f e r e n td o s a g eo f o z o n e ，s u c ha so x y g e n d e m a n d 。a m m o n i u m - n i t r o g e n , u v 2 5 4a n dd i s i n f e c t i o nb y - p r o d u c t , t h eo p t i m i z a t i o nm o d ef o r n a n z h o uw a t e r w o r k sh a sb e e nc h o s e nf i n a l l y t h ed o s a g eo f o z o n ei na d v a n c ea n dp r i m a r yi s 0 5 m g la n d1 o m g lr e s p e c t i v e l y , a n dt h ea d v a n t a g et om a i n t a i nh i 【g hr e m o v a lr o t ea n dt oc u t b u d g e th a sb e e np r o v e db yp r a c t i c e 。 t h es i t u a t i o no fm i c r o b ei nt h ec h a r c o a ll a y e ra st h ea c t i v a t e dc a r b o nf i l t e rr u n n i n gw a s a n a l y s e db ys t u d yo nt h eb i o m a s s b a s e do ns t u d y i n gt h ed i f f e r e n tp a r a m e t e r si nd i f f e r e n t t i m e , t h ep e r i o d so f7 - 1 0d a y sf o rs e c u r e n e s sa n d1 0 - 1 5d a y sf o re c o n o m yw a sd e c i d e d f u r t h e r m o r e , b ya d j u s t i n gt h eb a c k w a s h i n gp a r a m e t e r , t h ep r o c e s so f a i r - w a t e rw a s h i n gw a s c a n c e l e da n dc h a n g e dt h et h r e ep h a s e st of o u rp h a s e s ，w h i c hn o to n l ys a v et h ew a t e r c o n s u m p t i o nb u ta l s oe n s u r e dt h ee x c e l l e n te f f e c t t h ep r o g r a mt os t o p1 5m i n m e sb e f o r e r u n n i n gw a sp u tf o r w a r dt oi m p r o v et h eq u a l i t yo f p r i m a r yf i l t r a t ea c c o r d i n gt ot h ec o n t r o l l i n g m o d e a i m i n ga tm a k i n gs u r et h et u r b i d i t yu n d e r1n t u , t h ep e r f o r m a n c ea n dt h et r e a t m e n t e f f o r to fd i v e r s i f o r mc o a g u l a n t sw a ss t u d i e d 。a n dt h ec o m b i n i n gc o a g u l a t i n gw i t hp a ma n d p o l y a l u m i n i u mc h l o r i d ew a ss e tu p i nc o n c l u s i o n , i tp r o v e dt h a tt h ef o r e m e n t i o n e do p t i m a lm o d ew a se c o n o m i c a la n d a d a p t i v eb yt h i ss y s t e m i ca n dp r a c t i c a ls t u d y , a n dt h ew o r k e dw a t e rc o u l db ei na c c o r d a n c e w i t ht h eq u a l i t ys t a n d a r d st o t a l l y k e y w o r d s ：o p t i m i z e ；c o n t r o l ；t u r b i d i t y ；o z o n e ；a c t i v a t e dc a r b o nf i l t e r 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名： 深 专五 日期：和吗年，奢月岁日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学。学校 有权保存并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位 论文被查阅( 除在保密期内的保密论文外) ；学校可以公布学位论文的全部 或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论 文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 本学位论文属于： 口保密，在年解密后适用本授权书。 囱不保密。 学位论文全文电子版提交后： 囱同意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议的单位浏 览。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名：喙 指导教师签名： 日期：知，石瞳， 日期：砒p 罗 第一章绪论 第一章绪论 1 1 选题背景和应用价值 广州市自来水公司南洲水厂是一间在2 0 0 4 年9 月底正式投产，日供水能力达到1 0 0 万吨的饮用净水厂。 其生产流程如下图1 - - 1 所示： 口圃口圃 甲l 匝圃口圃匝囱 图1 1 南洲水厂生产流程图 南洲水厂取水水源位于顺德水道的西海，离水厂位置约2 6 公里，通过两条d n 2 2 0 0 的管道输送到位于广州市海珠区南洲路的南洲水厂，入厂后经过预臭氧处理，然后进行 混凝反应沉淀，经过砂滤池过滤后，进入主臭氧处理，再经过活性炭滤池过滤，进入清 水池前进行氯氨消毒和投加烧碱调节p n ，最后通过送水泵站将水输送到用户。 南洲水厂是广州市自来水公司率先在国内一次性建设和投产的具有深度处理工艺 的大型饮用净水厂，这类大型饮用净水厂的设计和运行经验在国内仍然非常欠缺，因此 根据这两年原水的水质情况、出厂水质的要求、厂内生产的实际情况，对厂内生产工艺 进行研究和适当的调整与优化，这将对日后同类型水厂的工艺设计和水厂运行提供实际 可行的设计运行参数，也将能更好地保证南洲水厂的持续运行。 1 2 国内外研究现状、发展动态 2 0 世纪8 0 年代以来，我国饮用水源的污染问题日益严重。虽然各级政府采取了许 多措施来解决饮用水源的污染问题，但饮用水源污染问题并没有根本改善，同时饮用水 水质标准还在不断提高，如卫生部2 0 0 1 年颁布的生活饮用水卫生规范、建设部2 0 0 5 年9 月颁布的城市供水水质标准( a ，r 2 0 6 - 2 0 0 5 ) 、建设部2 0 0 5 年1 0 月颁布的饮 用净水水质标准( c j 9 4 2 0 0 5 ) 。这些都对净水处理工艺提出了更高的要求。而一些受 污染比较严重的水源，常规净水处理工艺存在一定的局限性，出水水质往往不能满足日 华南理工大学硕士学付论文 益提高的水质标准要求，因此在常规处理工艺基础上增加深度处理成为一个有效提高水 质的途径，实践证明臭氧一活性炭工艺是其中一种较为有效的深度处理工艺。 臭氧作为强氧化剂，从1 9 0 6 年法国尼斯v e y a g e 水厂用于消毒以来至今已在欧洲普 遍使用。进一步的研究显示，在有效去除水中溶解性有机物、去除三氯甲烷母体物、改 善水体的致突变活性、去除色、嗅、味、消毒、杀藻等方面，臭氧具有明显的优势，因 而不仅用于预氧化和消毒，而且广泛地用于深度处理。由于臭氧氧化中副产物会影响出 水水质，所以对有机微污染水源不宜单纯采用臭氧作为深度净化手段。 活性炭吸附作为饮用水深度处理的重要手段已广泛用于城市供水工程。颗粒活性炭 具有极其丰富的微孔体积和巨大的比表面积、具有良好的吸附性能。水中溶质分子的憎 水性和活性炭对溶质分子的静电吸附、物理化学吸附以及生物吸附的联合作用，使活性 炭对多种分子量大而极性小的有机有害物质、金属、非金属、色、嗅、味、酚类、表面 活性剂、不易溶解的碳氢化合物以及各种农药去除效果明显。颗粒活性炭又是微生物生 长的载体，但必须以水中充足的溶解氧作为好氧微生物着床、生长、繁殖的必要条件。 活性炭表面及微孔形成的微生物膜通过生物降解作用，可进一步降解在活性炭表面及微 孔富集的有机物，从而降低了活性炭的吸附饱和度，延长了其使用寿命。活性炭通过界 面吸附作用实现水质净化的目的，虽有竞争吸附过程发生，但不产生新的有毒有害物质， 因而被认为是相对安全的深度处理手段【2 j 。 臭氧和活性炭吸附联合使用，除可保持各自的优势外，臭氧对大分子的开链作用与 充氧作用，为活性炭提供了更易吸附的小分子物质和产生生物活性炭作用的溶解氧，而 臭氧化可能产生的有害物质，则可被活性炭吸附并降解，这使臭氧一生物活性炭吸附工 艺相得益彰。7 0 年代中期，德国对臭氧隹物活性炭吸附工艺的研究发现，与单纯的活 性炭吸附比较，活性炭的再生周期延长4 6 倍。其后臭氧和活性炭的联用技术在欧洲、 美国和日本等国家相继投入运行，我国从上世纪7 0 年代初开始也进行了应用l ，】。部分实 际应用例子见下表1 1 。 表l l 国内外部分应用臭氧一活性炭工艺水厂 2 第一章绪论 随着臭氧一活性炭工艺的不断推广应用，对这种工艺的研究也在不断深入，其中对 臭氧工艺的研究主要在于臭氧投加点的确定、预臭氧工艺的适用性和投加量的确定、主 臭氧技术的选择，臭氧化过程中的副产物问题：对活性炭工艺的研究主要放在活性炭的 选型、活性炭滤池的生物状况、活性炭滤池出水的生物安全性、如何提高活性炭滤池中 生物降解能力、确定活性炭滤池运行参数这些方面，而对该技术的优化运行研究方面还 显不足。 1 3 课题来源及研究内容 1 3 1 课题来源 南洲水厂是广州市自来水公司第一间采用深度处理工艺并向市民提供饮用净水的 大型水厂，整体运行经验可以说是一片空白，因此在投产运行初期，在整体工艺控制方 面碰到不少新问题，如前、后臭氧的投加量控制，炭滤池的运行控制，常规工艺中对待 滤水浊度的控制都是非常重要和具有迫切感，为了保证南洲水厂这间广州市第一间采用 深度处理工艺的日供水能力达到一百万吨日的饮用净水厂的水质，为了能让其高效持续 运行，因此我选择了南洲水厂工艺优化研究这一课题。 1 3 2 主要研究工作内容 l - 3 2 1 臭氧工艺优化与研究 根据原水水质、砂滤后出水水质、出厂水质对预臭氧、主臭氧的投加进行合理的优 化处理，以氨氮、c o d m n 作为主要的控制指标，分析和确定适合南洲水厂的预臭氧和主 臭氧的投加量和投加方式。 1 3 2 2 活性炭滤池工艺优化与研究 根据活性炭滤池的实际运行情况以及活性炭滤池内的生物状况，以生物量、浊度、 c o d m n 、u v 2 5 4 、细菌指标作为主要的控制指标，确定适合的南洲水厂活性炭滤池运行 周期，适合的活性炭滤池反冲洗参数。 3 华南理工大学硕士学位论文 1 3 2 3 混凝工艺优化与研究 根据原水水质、出厂水质要求、公司内控水质要求，以浊度作为主要研究指标进行 优化控制，选择适合的混凝剂、助凝剂，采用适合的投加方式和控制方式来确保待滤水 的浊度，从而保证出厂水浊度符合要求。 1 3 2 4 出厂水质评估与研究 对工艺优化后的南洲水厂出厂水质进行全面检测和评估，通过与其它水质标准的比 较，确认工艺优化后的出厂水水质符合有关水质标准的要求。 4 第二章南洲水厂处理工艺简介 第二章南洲水厂处理工艺简介 2 1 水厂简介 南洲水厂是为实现广州市市委、市政府提出的把广州建设成为最具创业发展和生活 居住的现代化中心城市的发展目标，逐步提高城市供水质量的供水现代化，根据供水现 代化建设部署要求而建设的。南洲水厂的设计供水能力达到1 0 0 万m 3 ，d ，水厂工艺采用 在常规处理工艺的基础上加上臭氧一活性炭深度处理工艺，整体生产自控水平较高，出 厂水要求达到建设部饮用净水水质标准( c j 9 4 - 2 0 0 5 ) 、建设部城市供水水质标准 ( c j ，r2 0 6 2 0 0 5 ) 。 南洲水厂在2 0 0 4 年6 月试运行，9 月正式投产南洲水厂取水水源位于顺道水道的 西海，离水厂位置约2 6 公里。水源水质优良。原水经2 条d n 2 2 0 0 原水输水管送至南 洲水厂。南洲水厂坐落于广州市海珠区沥溶村，占地面积达2 4 万平方米嘲。 2 2 工艺总述 南洲水厂采取的工艺为前臭氧预处理+ 常规处理+ 臭氧生物活性碳滤池工艺。其 生产流程为：原水由西海泵站取水，经原水管到达厂区，经过预臭氧处理后进行混合反 应和沉淀，待滤水经过砂滤后进入主臭氧接触池，进行接触氧化，然后进入炭滤池过滤， 最后进入清水池，由送水泵房输送到用户。 2 3 各个环节的工艺和主要设备 2 3 1 西海取水泵站部分 2 3 1 1 取水头部 框架式取水头部，取水规模1 0 0 万m 3 d ，内设3 个d n 2 2 0 0 蘑菇形吸水口。 2 3 1 2 拦污井及进水池 1 截污系统： 工艺：引水渠顺水流方向设置p b 2 8 清洗机三台；截留通过虹吸管进入取水井的漂 浮物：1 台l d l o t 电动单梁桥式起重机用于清污机起吊安装。 2 射水系统 设有2 台g d 2 5 0 3 2 型管道式离心泵组，射水系统用于取水头部射水防止突发性油污 染。 3 止水系统 5 华南理工大学硕士学位论文 进水池分为两格，每格进水池进水口设置一台止水钢闸门，在单格清池时关闭一侧 钢闸门。 4 排水系统 主要设备：2 台潜水泵组，用于取水井的清洗维护时排空水池。 5 抽真空系统 装有2 台水环式抽真空泵，为三条d n 2 2 0 0 取水管抽真空以形成虹吸。 2 3 1 3 取水泵站 取水规模：1 0 0 万m 3 a ，通过2 - d n 2 2 0 0 钢管输往南洲水厂，管线全长2 6 9 公里( 实 际建设长度2 x 2 5 5 公里) ；取水泵站为地下式泵站，全部泵组自灌起动； 主要设备：取水泵站内共设置8 台泵组。 2 3 2 南洲水厂厂区部分 2 3 2 1 预臭氧接触池 顺德原水通过两条d n 2 2 0 0 原水管过小洲水道后，分为一条d n 2 0 0 0 及两条d n l 6 0 0 原水管进入厂区。两条d n l 6 0 0 管再连通为一条d n 2 2 0 0 管，与前者d n 2 0 0 0 管一起迸 入南洲水厂的预臭氧接触池。 预臭氧接触池分为独立的4 格池，在每格臭氧接触池前设置格栅间，每格安装两台 栅距为3 m m 的并联回转式固液分离机。每格设置单独的d n l 8 0 0 进水管、流量计和放 空管，进水量可根据接触池前的d n l 8 0 0 进水管上的流量计观测。在总出水渠设 2 - d n 2 4 0 0 出水管将水引至配水池。预臭氧投加扩散系统采用水射器曝气的形式，利用 负压吸入臭氧气体，并同时进行气水混合，预臭氧投加射流加压泵房与前接触池合建。 主要设计参数： 预臭氧投加量：0 5 1 5 m g l t 接触池设计最大处理水量：1 0 0 万m 3 d ； 接触池数量：共4 组池； 接触池单池尺寸：4 0 5 8 x 6 ( 水深) m ； 臭氧接触时间( 池内) ： 4 m i n 。 2 3 2 2 栅条絮凝、平流沉淀池 1 池体设计参数 每个絮凝池的轴线尺寸： 6 第二章南洲水厂处理工艺简介 絮凝池l 42 6 x 1 9 x 3 4 7 ( 平均水深) m 絮凝池5 82 6 1 9 7 2 x 3 4 2 ( 平均水深) m 每个平流池的轴线尺寸： 平流池l 42 6 1 1 9 x 3 3 0 ( 水深) m 平流池5 82 6 x 1 1 8 2 8 x 3 3 0 ( 水深】l n 2 絮凝、平流池运行参数 全厂絮凝池、平流沉淀池最大处理水量1 0 0 万m 3 ，d 。 每个絮凝池、平流池可处理水量：1 3 7 5 0 0 “5 0 0 0 i i l 3 d = 5 7 3 0 4 8 0 0 m 3 l l 图2 一l 平流沉淀池 3 絮凝池、平流池工艺标准 絮凝池出口有明显絮体出现，且絮体密实，分离度高易沉淀。 平流池出水浊度s i n t u ；出水p h 值6 8 7 2 。 2 3 。2 3 气水反冲洗砂滤池 1 砂滤池设计水量 最大处理水量1 0 0 万m 3 ，d 。 2 砂滤池 分为砂滤池一、砂滤池二、砂滤池三、砂滤池四大组。其中砂滤池一、二每组1 2 格池，共2 4 格池；砂滤池三、四每组1 4 格池，共2 8 格池。 3 滤面 砂滤池单池滤面均为9 l i n 2 。砂滤池一、二滤面合计2 18 4m 2 ；砂滤池三、四滤面合 计2 5 4 8m 2 。砂滤池总滤面4 7 3 2m 2 。 7 华南理t 大学硕士学位论文 4 设计滤速 当絮凝池、沉淀池全部运行，并平均处理最大处理水量1 0 0 万m 3 d 时，砂滤池一、 二组的设计正常滤速( 平均) 为9 7 5 m h ，强制滤速( 以滤池一、二组中同时有一格反冲洗， 一格停池维修，其余运行计) l o 6 2m h ；砂滤池三、四组的设计正常滤速，平均8 3 5 m h ， 强制滤速( 以滤池三、四组中同时有一格反冲洗，一格停池维修，其余运行计) 8 9 9m h 。 5 滤料层厚度 石英砂滤料厚度1 2 4 m ，石英砂垫层厚度0 0 6 m 。 6 。出水浊度 出水浊度卯2 n t u 。 过滤状态： 待滤水由待滤水总渠经滤池进水孔，过进水溢流堰，分流两侧至v 型待滤水分配槽， 进入滤池。待滤水经过均质滤料过滤，再经滤头缝隙进入清水槽，经清水管流入清水溢 流水箱，至清水总渠。 过滤工艺流程简图如下图： 清水池h l = = 卜匝堕b 匦墅塑卜趣匝 电豳吵徊 l 苎塑至堕查苎卜j 图2 2 过滤工艺流程图 2 3 2 4 提升泵站 1 提升泵站简介及主要设计参数、设备设置 ( 1 ) 提升泵房功能：提升泵房将常规处理中砂滤池的滤后水提升至主臭氧接触池。 ( 2 ) 设计流量：泵组提升流量q = 1 0 0 万m 3 d 。 ( 3 ) 泵组选型：为适应供水量从7 5 万m 3 ，d 到1 0 0 万m 3 ，d 范围内的变化，并与取 水泵站取水量相匹配，泵房内设6 台轴流泵，5 运1 备。提升泵组采用立式抽芯式轴流 泵。其中3 台泵组为调速泵组，叶片固定角度，通过电机变频调速调节泵组流量。其余 3 台恒速水泵分别将叶片调至不同角度，使之适应不同的流量变化。 调速泵组单台流量设为q o = 1 0 8 0 0 m 3 h 。 恒速泵组单台流量分别设为： q l - , = 9 5 0 0 m 3 h ；q 2 = 8 5 0 0 m 3 h ：q a = 7 5 0 0 m 3 h 。 8 第二章南洲水厂处理工艺简介 调速泵组和恒速泵组根据吸水池水位变化( 保持最低水位) 和原水输水管流量计的 流量读数变化调速或开停泵组。 2 进水池 进水池尺寸：3 2 m s m ，最高水位7 5 0 m ，运行最低水位6 0 0 m ，池底标高4 0 0 m ， 最大水深3 5 m ，容积约6 4 0 7 6 0 m 3 ，分为2 格。 进水池水位调节范围为：7 5 0 - 6 0 0 = 1 5 0 m ，容积约3 8 0 m 3 。 进水池接3 条砂滤池来水管，其中北面一格接2 条d n 2 0 0 0 来水管，南面一格接l 条d n 2 6 0 0 来水管，2 格进水池之间用d n l 4 0 0 钢管连通。 3 提升泵站 图2 3 提升泵站实景图 ( 1 ) 泵房布置 泵房平面尺寸：4 3 2 m x l 4 m ，面积6 0 4 m 2 ；泵房地面标高8 6 0 m ，泵组进水流道宽 3 m 。 ( 2 ) 泵组性能 1 2 0 0 z l c b 7 0 型调速泵组3 台，电压6 9 0 v ，电机功率4 0 0 k w 1 2 0 0 z l c b 7 0 型恒速泵组3 台，电压6 0 0 0 v ，电机3 5 5 k w 2 3 2 5 主臭氧接触池 主臭氧接触池分为独立的6 格池，每格设置单独的d n l 4 0 0 进水管、相应流量计和 放空管，主臭氧扩散系统采用采用微孔曝气盘曝气的形式，总出水渠通过四条砼渠直接 与炭滤池待滤水总渠连接。 1 主要参数 9 华南理工大学硕士学位论文 投加量：1 0 3 5 r a g l ； 接触池处理水量规模：1 0 0 万m 3 d ； 接触池数量：共6 组池： 接触池单格尺寸：3 6 7 x 1 0 x 6 ( 水深) m ； 余臭氧要求( c 值) ：0 2 0 4 r a g l ： 臭氧接触时间( 池内) ： _ 1 0 m i n 。 2 3 2 6 炭滤池 1 主要参数 ( 1 ) 炭滤池设计处理水量1 0 0 万m 3 d 。 ( 2 ) 炭滤池分组：分a 、b 、c 、d 四个区域，每区1 2 格池，共4 8 格池。 ( 3 ) 滤面：单池滤面9 l m 2 ，各分区滤面合计1 0 9 2 m 2 。总滤面4 3 6 8m 2 。 ( 4 ) 滤速：设计正常滤速( 平均) 为8 8 0 m h ，强制滤速( 以全部炭滤池中同时有一格反 冲洗，三格停池维修，其余运行计) 为1 0 6 2 m h 。 ( 5 ) 滤料层厚度：柱状活性炭炭层厚度2 m ，石英砂垫层厚度0 5 m ，正常滤速时水 体与炭层接触时间1 3 6 m i n 。 ( 6 ) 出水水质： 1 0 m i n 。 3 2 南洲水厂臭氧投加工艺运行情况 3 2 1 预臭氧投加工艺 3 。2 1 。1 南洲水厂原水水质情况 南洲水厂部分原水水质情况见下表 表3 一l 部分原水月度检测数据( 平均值) 2 0 0 4 年2 0 0 5 年 1 0 月1 1 月1 2 月1 月2 月3 月4 月5 月6 月7 月8 月9 月 搿需慨，n s s ：n ，。n ，z ，s s s z ，4 p h 7 57 57 47 4 7 4 7 27 37 3 7 4 7 57 a7 3 篙嚣一石s - s o a ss os ：t ，s ，s 。，z o ( r a 氨g 氮l ) 。0 9 。1 4 。2 5 。4 2 。1 6 。2 8 。2 l o 2 2 。1 6 。2 0 。1 7 。” 耗( r a 氧g l 量) 1 6 1 61 82 11 92 。2 32 22 81 61 51 8 1 4 氯化物 ( m g l ) 铁 ( m g l ) 8 31 0 91 2 52 3 39 91 0 07 i5 14 1 5 6 7 ，07 。3 o 20 30 2 0 30 3 0 1 o - 10 2 0 1 0 2 0 2 9o 2 8 伍o o o o t o 0 2 。- o - o 0 7o o 0 o lo o - o 0 2 。o - 洲 ( m t o 蚴e 2 31 92 12 12 22 62 72 51 91 51 91 9 篙豁s 懈3 i 1 7 踟埘砒7 3 们硎住 检测数据表明，原水水质处于较好的状态，枯水期、丰水期无明显的水质差异，与 地表水环境质量标准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) 类标准比较，除溶解氧有超标外，其它指标 均符合i i 类标准。原水浊度处于偏低水平，除5 、6 月由于受到百年一遇的洪水影响导 致河水浊度明显上升外( 最高达到4 8 0 n 1 u ) ，全年变化幅度不大，基本处于1 0 2 0 n t u 范围内。原水的氨氮、耗氧量处于低水平，显示水体目前水质状况良好。原水的溶解氧 有轻微下降的趋势。 3 2 1 2 预臭氧不同投加量下部分指标的去除率 生产试验数据表明，预臭氧投加量在o 6 2 3 m g l 的范围内，耗氧量、氨氮、亚硝 酸盐氮的去除率均较高，随着预臭氧投加量的增加，砂滤后水的耗氧量、氨氮、亚硝酸 盐氮的去除率( 见表3 2 ) 有所上升，但上升幅度不大。 表3 - - 2 南洲水厂砂滤出水对原水主要水质指标的月平均去除率( ) 1 5 华南理工大学硕士学位论文 3 2 1 3 预臭氧不同投加量时溶解氧的变化研究 生产试验数据表明，加预臭氧后，沿程处理流程水中溶解氧整体上升，上升幅度随 预臭氧投加量的增加而增加( 见表3 - 3 ) 。 表3 3 不同预臭氧投加量下处理流程的溶解氧 3 2 1 4 预臭氧不同投加量时耗氧量的变化研究 不同预臭氧投加量下各工艺阶段出水的c o d l m t i 平均值和各工艺阶段出水相对于前 一阶段的c o d 去除率分别见图3 1 、图3 2 。 图3 一l不同预臭氧投加量下各工艺阶段的c o d 值 1 6 j、)咖ou 第三章南洲水厂臭氧投加工艺的优化与研究 00 2 50 5 10 7 60 9 6 1 21 51 82 1 预臭氧投加量( m g l ) 图3 2 不同预臭氧投加量下各工艺阶段相对于原水的c o d 去除率 由图3 一l 、图3 2 可看出，原水c o d m , 值在 1 8 7 3 5 8 m g l 之间，各工艺阶段 出水c 0 d 值沿流程呈递减，随着预臭氧投加量的增加( 由0 i n g ，l 增至2 1 i n g l ) ，预 臭氧出水的c o d 池去除率略有上升，但不超过2 0 。 3 2 1 5 预臭氧不同投加量下u v 2 变化研究 u v 2 5 4 指在波长为2 5 4 m n 处的单位比色皿光程下的紫外吸光度，是衡量水中有机物 指标的一项重要控制参数。光谱分析的结果显示，一般的饱和有机物在近紫外区无吸收， 含共轭双键或苯环的有机物在紫外区有明显的吸收或特征峰。含苯环的简单芳香族化合 物的主要吸收波长在2 5 0 2 6 0 n m ，多环芳烃吸收波长向紫外区长波方向偏移。因此， u v 2 5 4 表征了含不饱和双键的有机物、含氮化合物以及芳香族化合物存在的量，可以反 映出三卤甲烷前驱物的浓度嗍。 不同预臭氧投加量下各工艺阶段的u v 2 s 4 平均值、平均去除率以及各工艺阶段相对 于前一阶段的u v 2 斟去除率分别见图3 - - 3 、图3 4 。 1 7 舌；伯的如如加o xv丹篮稍i08 华南理t 大学硕士学位论文 1 0 0 枭9 0 静8 0 凿7 0 悄 未 6 0 皇5 0 4 0 3 0 2 0 1 0 0 oo 2 50 5 1 0 7 60 9 6 1 21 51 82 1 预臭氧投加量( r a g l ) 图3 3 不同预臭氧投加量下各工艺阶段的u v 拼值 00 2 50 5 10 7 60 9 61 21 51 82 1 预臭氧拗疃( 唱彻 图3 4 不同预氧投臭加量下各工艺阶段的u v 2 5 4 去除率 由图3 4 、图3 5 可看出，各工艺阶段出水u v 2 5 4 值沿流程递减，预臭氧出水的 u v 2 5 4 去除率随着投加量的增加开始增加明显，然后趋于平缓，去除率在o 4 5 7 之间。 3 2 1 6 小结 由于原水水质较好，c o d m 、氨氮、铁、锰较低，预臭氧的投加对其它水质指标的 1 8 u叮；宝筛全j以o n m m m n n n m m _ov嚣言 第三章南洲水厂臭氧投加工艺的优化与研究 影响并不明显，因此投加较高的预臭氧量( l 0 m g , l ) 并无大的意义，从实际运行情况 分析，预臭氧投加量在0 5 m g l 时，基本能取得满意的效果，能在一定程度上提高处理 单元的溶解氧。 投加预臭氧对c o d 、亚硝酸盐氮等具有一定的去除率，随着预臭氧投加量的增加， 总体去除率呈逐步上升的趋势，待滤水和砂滤后水的c o d m n 去除率随着预臭氧投加量 增加而上升，但上升的幅度不大，通过实际运行分析，预臭氧的优化运行投加量适宜在 0 5 m g l 从实际运行经验总结，预臭氧的投加量从实际控制出发适宜以预臭氧出水的 c o e m 、氨氮为主要参考指标，结合待滤水的溶解氧、c o b u , 作为辅助参考指标较为适 宜。在目前原水水质非常好的状态下，从经济运行的角度，不投加预臭氧也是一个可 选择的运行方式。 3 2 2 主臭氧投加工艺 主臭氧投加工艺是是臭氧一活性炭工艺中一个非常重要的环节。主臭氧投加对水处 理的最终净化效果、供水卫生与安全保障有直接的关系，是决定臭氧设备规模与运行费 用的关键参数。主臭氧投加量过低不能有效地将水中难以生物降解的有机物断链、开环， 难以使其被后续生物活性炭所吸附降解i 不能有效地加以消毒，保障供水卫生和安全 主臭氧投加量过高，不仅无助于提高水质，还会过多地产生溴酸盐等臭氧氧化副产物， 有害健康，并会增加投资与运行费用。 3 2 2 1 耗氧量去除率 表3 4 c o 功咖月平均值及去除率( ) 1 9 华南理- i = 大学硕士学位论文 1 11 41 722 32 62 9 主臭氧投加量( m g l ) 图3 5 不同主臭氧投加量下各工艺阶段的c o d t c , n 值 1 11 41 。722 32 62 9 主臭氧投加量( m g l ) 图3 6 不同主臭氧投加量下各工艺阶段c o d m 去除率 由图3 5 、图3 - - 6 可看出，随着主臭氧投加量由1 1 m g l 增至2 9 m g l ，炭滤出 水c o d 总去除率稳定在7 3 8 2 。 3 2 2 2 氮氮去除率 t 5 3 5 2 5 l 5 0 3 2 1 0 rl奄硼)60u 伯 鼬 们 加 o xv辫逝啪罩凸ou l o 月1 1 月1 2 月1 月2 月3 月4 月5 月6 月7 月8 月9 月 3 2 2 3u v 2 舛去除率 不同主臭氧投加量下有关工艺阶段出水的u n 2 5 4 平均值和u v 2 m 平均去除率 分别见图3 7 和图3 8 。 ， i e 0 蚤 皇 主臭氧投加置( m g l ) 图孓7 不同主臭氧投加量下各工艺阶段的u “值 2 1 华南理工大学硕士学位论文 11 21 41 61 82 2 22 4 2 6 2 83 主臭氧投加量( r a g l ) 图3 _ 8不同主臭氧投加量下各工艺阶段u v 2 5 4 去除率 随着主臭氧投加量增加，u v 2 5 4 总去除率稳定在8 3 9 9 之间。 3 2 2 4 小结 从c o d 、氨氮、u v 2 5 4 的指标分析，由于待滤水的水质非常稳定和处于很好水质 的状况，因此主臭氧的投加在投加幅度范围增加内对上述两指标的去除率未见明显的变 化，在这个投加范围内均有很好的去除效果。从数据分析，主臭氧投加量平均为1 0 m g l 。 c o d h l n 的月平均去除率为7 4 ，氨氮的月平均去除率为8 3 6 ，处于较高的水平。从 实际运行情况分析，主臭氧的优化运行投加量适宜在0 5 1 0 m g l 较为适宜。 3 3 消毒副产物 3 3 1 氯化消毒副产物 采用预臭氧替代预氯化，在消毒之前去除三卤甲烷前驱物能够控制三卤甲烷的生 成，可有效的降低消毒副产物。臭氧氧化通过两个途径控制消毒副产物，一是直接氧化 去除消毒副产物的前驱物质，臭氧氧化去除消毒副产物前驱物质的效果取决于原水水质 ( 如t o c 及b f 含量、有机物性质等) 以及氧化条件( 如臭氧投加量及时间、水温、p h 等 ；其二是转化前驱物质，以利于后续处理单元将其去除旧。 试验数据表明：南洲水厂预臭氧投加量为o 5 m g l , 主臭氧投加量为1 0 m g l 时， 南洲水厂各处理单元出水三氯甲烷、四氯化碳均低于检测限( 见表3 6 ) 。 伯加0 xv醉畿米蚤an 第三章南洲水厂臭氧投加工艺的优化与研究 表3 6 南洲水厂各处理单元的氯化消毒副产物检测值 结果表明南洲水厂的氯化消毒副产物得到了完全的控制，原因可能是南洲水厂水源 水质较好，天然有机物少，而且南洲水厂采用前臭氧代替了传统的前氯化工艺，使得消 毒副产物的前驱物质的被直接氧化，加氯消毒后的出厂水消毒副产物也低于检测限。 3 3 2 臭氧副产物研究 原水中，如果溴离子( b f ) 与天然有机物( n o m ) 同时存在，臭氧首先将d r 氧化 成次溴酸，次溴酸再将n o m 氧化成溴化t h i v i $ 、h a a s 、卤代乙腈、溴化氰以及一些尚 未确定的有机溴化物。若水中不含n o m ，0 3 仍首先将氧化成次溴酸盐，这些物质再进 一步反应生成溴酸盐。b r o f ：不和有机物反应，o b f 却和次氯酸同样可以和三卤甲烷前驱 物质反应，生成含溴化合物，而且反应速度比次氯酸还快。因此，有溴离子存在是，采 用臭氧处理也会生成t h i v s 类物质，水中t o e 和溴化物越高，p h 越低，产生量越大。 世界卫生组织( 1 9 9 6 ) 饮用永水质指标中溴酸根限值为2 5 t t g l ，该浓度是溴酸盐定量检 验的下限值，相应的致癌危险率为7 x 1 0 5 州。 预臭氧投加量为0 s m g l ，主臭氧投加量为1 0 m g l 时原水测出溴酸盐浓度为 5 5 腭儿，前臭氧出水浓度为0 ) , g l ，经过了沉淀池的约2 小时的停留时间后，沉淀后水 溴酸盐浓度升高至8 6 ) t g l ，随后各工艺单元均未捡出溴酸盐( 见表3 - - 7 ) 。可见采用优 化后的臭氧投加方式的溴酸盐能得到有效的控制。 表3 7 南洲水厂各工艺单元出水的溴酸盐值 3 4 优化经济核算 根据测算，南洲水厂臭氧投加系统在臭氧总投加量为1 0 m g l 时，运行费用为0 0 0 7 y r ；m 3 ，因此当我们选用优化后的臭氧总投加量共1 5 m g l 算，较设计值少投2 5 r n g l ， 华南理工大学硕七学位论文 按每天供水量为1 0 0 万立方米计，每天可节省1 7 5 万元，每年可节省约6 4 0 万元。 3 5 本章小结 本章通过对南洲水厂臭氧投加工艺进行优化与研究，发现加预臭氧后，沿程处理流 程的水中溶解氧整体上升，上升幅度随前臭氧投加量的增加而增加由于原水水质较好， 预臭氧的投加量上升对提高c o d 、氨氮、u v 2 5 4 的去除率影响并不明显，因此投加较 高的预臭氧量( 1 o m g ，l ) 并无大的意义，从实际运行情况分析，预臭氧投加量在o 5 m g l 时，基本能取得满意的处理效果和经济效益。在目前原水水质非常好的状态下，从经济 运行的角度，不投加预臭氧也是一个可选择的运行方式。 投加主臭氧后对c 0 d 、氨氮、u v 2 5 4 等的去除率研究发现由于待滤水的水质非常 稳定和处于很好水质的状况，因此主臭氧的投加增加对上述指标的去除率未见明显的增 加。主臭氧投加量平均为1 0 m g l 时c o d 的月平均去除率为7 4 ，氨氮的月平 均去除率为8 3 6 n ，u v 2 5 4 的去除率为9 0 处于较高的水平。从实际运行情况分析，主 臭氧的优化运行投加量适宜在0 5 1 0 m g 较为适宜。 通过对优化后的投加方式进行取样检测分析，南洲水厂各处理单元出水三氯甲烷、 四氯化碳均低