（环境工程专业论文）臭氧预氧化给水处理中试研究.pdf

华南理工大学 学位论文原创性声明 四rrllriiijlljiif ll i l ii i ri11illl y 1814 8 8 5 r p l l l l 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，均己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：杪f 吁乡凤j j 日期：妒嘶年占月，莎日 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，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权华南理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存 和汇编本学位论文。 保密曰，在上年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密口。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名： 导师签名： 叶以7 1 7 碉 仰呜 日期：矿年g 月- 6 日 日期：砂刀乒年f 月6 日 摘要 0 。一b a c 工艺在国际上已经成为一种比较成熟的给水深度处理工艺， 已广泛应用于欧美等国的上千座水厂中，我国也开始逐步加以推广应用。 由于欧美等国的水源水质及气候条件与我国明显不同，我国南方亚热带 地区与内地也存在一定的差异，因此对0 。- b a c 工艺流程的选择、工艺参 数的确定、乃至b a c 的选型都需要进行针对性的研究。 本论文研究内容是广州市自来水公司与华南理工大学的合作课题 “臭氧一生物活性炭 给水深度处理工艺中试研究的子课题。 预臭氧投加量对净化效果和处理费用有重要的影响，是“臭氧一生 物活性炭 给水深度处理工艺中试研究着重研究的工艺参数之一。预臭 氧投量过低则不能有效地抑制藻类的繁殖以及降低藻类和大分子有机物 对絮凝的干扰，难以实现水处理系统中反应、沉淀和过滤单元的优化运 行，起不到预氧化作用。如果预臭氧投量过高，由于原水浊度高，臭氧 氧化效率明显低于对滤后水的氧化，必然导致浪费。 本论文通过自行设计的“臭氧一生物活性炭给水深度处理工艺中 试研究系统，采用原水臭氧预氧化技术，综合研究了臭氧预氧化对有机 综合指标及三氮的去除情况、臭氧预氧化对混凝沉淀的影响、详细探讨 了臭氧预氧化产生的消毒副产物( d b p 。) 、臭氧预氧化对藻类的灭活等情 况。主要认识与结论如下： ( 1 ) 臭氧预氧化对有机综合指标的去除情况表明，随着预臭氧投加 量的增加，预臭氧对c o d 。u v ：。和t o c 的去除总体上呈逐步升高的趋势， 但过多的投加预臭氧，对c o d 。u v ：。和t o c 的去除贡献不大；结合中试 系统后续构筑物对各有机指标的去除情况可知，去除c o d 。、u v 。和t o c 不是“臭氧一生物活性炭 给水处理工艺中预臭氧化的主要任务。 ( 2 ) 臭氧预氧化对三氮的去除情况表明，臭氧并不能氧化n h 。一n ， 预臭氧接触塔出水氨氮与预臭氧投加量没有相关性，相反，经预、主臭 氧接触塔后的出水n h 。一n 值较前一阶段均有所增加。随着预臭氧投加量 的增加，预臭氧接触塔对n o ：一一n 的去除呈逐步升高的趋势，当预臭氧 投加量为0 6 m g l 时，砂滤出水已无n o 。一一n 检出，主臭氧接触塔和炭 滤器出水也没有n o ：一一n 检出，本工艺对n o ：一一n 具有优异的去除效果。 系统出水硝酸盐氮与原水硝酸盐氮和氨氮有关。系统三氮总浓度基本守 恒，由于溶解氧充足，没有出现反硝化的现象。 ( 3 ) 臭氧预氧化对混凝沉淀的影响实验表明，在影响系统絮凝沉淀 的两因素中，絮凝剂投加量占主导地位，影响显著；预臭氧投加量的影 响占辅助地位，起助凝作用。预臭氧接触塔出水色度均与原水色度一致， 预臭氧化的直接脱色效果不明显。 ( 4 ) 对臭氧预氧化产生的消毒副产物研究结果表明，采用预臭氧化 代替常规的预氯化后，消毒副产物得到了很大程度的降低；中试系统的 常规工艺出水水质要好于新塘水厂的出水、炭滤出水要优于砂滤出水； 臭氧预氧化工艺要好于预氯化工艺。 ( 5 ) 通过测定在不同季节、不同的预臭氧投加量下各取样点藻类的 数量( 灭活率) ，可知，预臭氧化灭藻效果显著，预臭氧化工艺在不同的 季节都能对藻类有效的灭活，且其效果要好于预氯化工艺，适宜的预臭氧 投加量为0 9 1 2 m g l 。 关键词臭氧预氧化；有机指标；混凝；消毒副产物；藻类 i i a b s t r a c t 0 3 一b a ch a sb e e nar i p e dd r i n k i n gw a r e ra d v a n c e dt r e a t m e n t p r o c e s sa r o u n dt h ew o r l d ，a n di th a sb e e nw i d e l yu s e di nm o r et h a r t 1 ，0 0 0w a r e rp l a n tsir le u r o p ea n da m e r ic 1 3 e ta 1 c h i l - l e th a sc o m m e n c e d t or e c o m m e n da n dh s eit s t e pb ys t e p b e c a u s eo ft h ea p p a r e n t d issi m ila rit y0 fth es o u r c ew a re r q u a1ity a n dclim a teb e t w e e n e u r o p e 、m e r i c aa n dc h i n a ， a n dt h ed i f f e r e n c eb e t w e e ns o u t h s u b t o r t i dz o n ea r e a a n dn o r t h0 fc h i n a ，w es h o u l dp e r t i n e n t l y s tu d yth esele c tin g0 f0 3 一b a cp r o ce ssa n dth ec o n f ir m a tio no ft h e p r o c e s sp a r a m e t e r ，a n de v e nt h es e l e c t i n gt y p e0 fb a c t h es t u d ye o r l t e n to ft h is p a p e rist h es u b t a s k0 ft h es t u d y o n0 3 - b a cd r i n k i n gw a t e ra d v a i i c e dt r e a r m e n ti n p i1 0 ts c a l ew h i c h i sc o - s t u d i e db yg u a n g z h o uw a r e rs u p p l yc o m p a n ya n ds o u t hc h i i l a u n i v e r s i t y0 ft e c h n o l o g y t h ed o s a g eo fp r e o z o n eh a ss i g n i f i c a n ti m p a c to n p u r i f y i n g e f f e c ta n dt r e a t m e n t e x p e r l s e s ， a n di ti so r l eo ft h e p r o c e s s p a r a m e t e r sw h i c ha r em o s t l ys t u d i e di n0 3 一b a cd r i n k i n gw a r e r a d v a n c e dt r e a t m e n tp r o c e s s i ft h ed o s a g e0 fp r e 一0 z o n eist 0 0l o w i tc a nr i o te f f e c t i v e l yc 0 n t r 0 1t h eb r e e do fa l g a ea n dc a nn o tr e d u c e t h eb a di m p a c to nc o a g u l a t i o n a n dc a r ln o tk e e pt h ec o a g u l a t i o r l 、 s e d i m e n t a t i o na n df il t r a t i o nu n i t sr u n n i n gw it ho p t i m a ls t a t e i f t h ed o s a g eo fp r e o z o n ei st 0 0h i g h ，b e c a u s eo ft h eh i g ht u r b i d i t y 0 fr a ww a te l ，o zo t i e p r e - o xid a tio n ef f icie 1 3 cyislo w e rth a n o xid a tio n0 fth ee f f lu e n t0 fs a n df ilte r ，a n dit isw a s te f u l u s i n gt h ep i1 0 t s c a l ee x p e r i m e n t a ls y s t e l i io fd r i n k i n gw a r e r a d v a n ce dt r e a t m e n tb y “0 3 一b a c p r o c essw hichisd esig n e db yu s a n di n t r o d u c i n g0 z o f i ep r e o x i d a t i o r lt e c h n o l o g y ，t h er e m o v i n gr a t e s 0 fo r g a n icc o m p ositiv ein d e xa n d3 一n ( a i l l m o f li1 3 。 nitritea n d r l i t r a t e ) b yo z o n ep r e o x i d a t i o na n dt h ei m p a c tso nc o a g u l a t i o i la n d se dim e n t a tio nh a y eb e e ns tu die dint hisp a p e r t h edisin f e c tio i l b yp r o d u c t s ( d b p s ) w h i c h 1 r er e l a t e dw i t h0 z o n ep r e - o x i d a t i o na n d t h e e x tin g uis h in g0 fth e a 1g a eb y0 z o n ep r e - o xid a tio nh a y eb e e l l p a r tic u la rd is c us sed t h em a ir lc o n c1usio n sa r ef 1 sf o llo w s ： h l ( 1 ) t h er e s u l tso ft h er e m o v i n gr a t e so fo r g a n i cc o m p o s i t i v e i n d e xb yo z o n ep r e o x i d a t i o nh a v es h o w nt h a tw i t ht h ep r e o z o n e d o s a g ei n c r e a s i n g ，t h er e m o v i n gr a t e so fc o d v 。、u v2 5 4a n dt o ci n c r e a s e s t e a d il y b u ti ft h ep r e o z o n ed o s a g ei se x c e s s i v e ，t h es y s t e m r e m o v i n gr a t e so ft h e ma r en o ti n c r e a s e da st h ep r e o z o n ed o s a g e i n c r e a s e d b yc o m p o s i t i v e l ya n a l y z i n g t h e r e m o v i n g r a t e so f o r g a n icc o m p ositiv ein d e xb ys u b s e q u e n ceu n itso fth es yste m ， w ec a nc o n c l u d et h a tr e m o v i n gc o d m 。、 u v 25 4a n dt o cisn o tt h ek e y t a s ko ft h eo z o n ep r e o x i d a t i o np r o c e s si n0 3 一b a cd r i n k i n gw a t e r a d v a n c e dt r e a t m e n t ( 2 ) t h er e s u l tso ft h er e m o v i n gr a t e so f3 一n ( a m m o n i a ， n i t r i t e a n dn i t r a t e )b yo z o n ep r e o x i d a t i o nh a v es h o w nt h a to z o n ec a n n o t o x i d iz en h 3 一n ，a n dt h e r eisn o tp e r t i n e n c yb e t w e e nt h en h3 一nv a l u e o ft h ee f f l u e n to ft h ep r e o z o n ec o n t a c tin gt o w e ra n dt h ep r e o z o n e d o s a g e 0 nt h ec o n t r a r y ， t h en h 3 一nv a l u e so ft h ee f f l u e n to ft h e p r e o z o n e a n dm a i n o z o n ec o n t a c ti n gt o w e ra r eh ig h e rt h a nt h e f o r w a r ds t a g e s w i t ht h ep r e o z o n ed o s a g ei n c r e a s i n g ，t h er e m o v i n g r a t eo fn 0 2 一一ni n c r e a s e ss t e a d i1 y w h e nt h ep r e o z o n ed o s a g eis o 6 m g l ， i tc a nn o td e t e c tn 0 2 一一ni nt h ee f f l u e n to fs a n df il t e r ， n e i t h e ra r et h em a i n c o n t a c t i n gt o w e ra n dt h eb a cf il t e r s ot h is p r o c e s sh a se x c e ll e n te f f e c tr e m o v i n gn 0 2 一一n t h en 0 3 一一nv a l u e s o ft h ee f f l u e n to ft h es y s t e misr e l a t e d w i t hn 0 3 一一na n dn h 3 一n v a l u e so fs o u r c ew a t e r t h et o t a lc o n c e n t r a t i o no f3 一ni nt h e s ys te mk e e p sste a d ily a n db e c a u seo fth ea m p ledis s olv e d o x y g e n ( d o ) ，t h e r e isn o tr e v e r s en it r a ti o n ( 3 ) t h ei m p a c t so nc o a g u l a t i o n a n ds e d i m e n t a ti o n b y o z o n e d r e o x i d a t i o nh a v es h o w nt h a ti nt h et w of a c t o r sw h i c ha f f e c tt h e c o a g ula tio n a n ds e dim e n ta tio n ，th ef lo c c u la n td os a g ep la ysth e i m p o r t a n tr o l ei n i t，a n d t h ei m p a c tiso b v i o u s t h ep r e o z o n e d o s a g eiss u b o r d i n a t i o n ， a n di tc a nh e l pc o a g u l a t i o n t h ec h r o m a o ft h ee f f l u e n tw a t e ro ft h ep r e o z o n ec o n t a c t i n gt o w e rist h es a m e a st h es o u r c ew a t e r ，a n dt h er e m o v i n go fc h r o m ab yo z o n e p r e o xid a tio n isn o to b vio us ( 4 ) t h ed is i n f e c t i o nb yp r o d u c t s ( d b ps ) w h i c ha r er e l a t e dw i t h o z o n ep r e o x i d a ti o nr e s e a r c hr e s u l t sh a v es h o w nt h a tw h e np r e 一 c h lo rin a tio nisr e p la ce db yp r e o z o n e ， th ed isir l f e c tio n b y p r o d u c ts ( d b p s ) f ed u e e do b v io us1y t h ew a re rq u a lity0 fth ee f f lu e n t w a r e ro fr e g u l a rp r o c e s sisb e t t e rt h a nt h a t0 fx i n t a n gw a r e rp 1 a n t ， a n dt h ew a r e rq u a lity0 fth ee f f lu e n tw a t e ro fb a cfilte risb e t te r th a nth a t0 fs a n df i1te r p r e o z o n ep r 0 c essism u c hb e tte rth a r t p r e c h l o r i n a t i o np r o c e s s b ym e a s u r i n gt h ea l g a ec o i i c e n t r a t i o no fd i f f e r e n ts e a s o na n d d if f e r e n tp r e - o z o n ed o s a g e s ，w ec a nc o n el u d e t h a tp r e 一0 z o n e p r o ce s s h a se x c elle n ta bilit yi1 3e x tin g uis hin gth ea lg a e a n d p r e - o zo n ep r 0 c e s sc a ne x tin g uishth e a lg a eindif f e r e n ts e a s o ns ， a n dt h ee f f e c tisb e t t e rt h a nt h a t0 ft h ed r e c h l o r i n a ti o np r 0 c e s s a n d t h eo p t i m a lp r e o z o n ed o s a g e sa r e 0 9 1 2 m g l k e yw or d s 0 2 0 n ep r e - o x i d a t i o n ；o r g a n i ci n d e x ；c o a g u l a t i o n ； d is i n f e c t i o nb yp r o d u c t s ：a l g a e v 目录 摘要i hbstra ct ”i i i 第一章绪论1 1 1 自来水厂常规处理工艺简介1 1 2 给水预处理常用氧化剂”1 1 3 预氧化技术研究现状”2 1 3 1 给水预氧化研究现状( 不含臭氧预氧化) 2 1 3 2 给水臭氧预氧化研究现状一3 1 4 本论文的研究背景5 1 5 研究内容6 1 6 目的及意义。6 第二章中试装置简介7 2 1 中试装置的设计7 2 1 1 设计规模及工艺目标 7 2 1 2 主要工艺设计参数7 2 1 3 中试装置的型号及规格”8 2 1 4 中试装置的工艺布置。8 2 1 5 预臭氧接触塔简介11 2 2 中试装置的加工及安装”12 2 2 1 中试非标设备的加工及安装12 2 2 2 中试臭氧成套设备l2 2 2 3 中试设备现场部分图片”12 2 3 中试臭氧投加量的控制和计量15 2 4 中试装置的电气控制一16 2 4 1 水泵及电动蝶阀的电气控制16 2 4 2 臭氧系统的电气控制1 6 第三章臭氧预氧化对有机物的去除情况研究1 7 3 1 前言”17 v i i 3 2 实验部分17 3 2 1 实验方法17 3 2 2 分析方法18 3 3 实验结果与讨论18 3 3 1 高锰酸盐指数( c o d 。) 1 8 3 3 2 紫外消光值( u v ：。) 2 0 1 3 4 4 4 4 6 6 6 7 7 7 8 第六章臭氧预氧化产生的消毒副产物研究3 9 6 1 前言39 6 2 实验部分”40 6 2 1 实验方法40 6 2 2 分析方法- 41 6 3 实验结果与讨论4l 6 4 本章小结”42 第七章臭氧预氧化对藻类的灭活研究”4 3 7 1 前言“43 7 2 实验部分- 44 7 2 1 实验方法。44 7 2 2 分析方法44 7 3 实验结果与讨论”4 4 7 4 本章小结46 结论”47 参考文献5 o 攻读硕士学位期问发表的论文”6 0 致谢61 i x 第一章绪论 第一章绪论 1 1 自来水厂常规处理工艺简介 生活用水的水质关系到人们的身体健康，要求做到感观方面无色透 明，无嗅无味；在化学方面不含有害毒物；在细菌学方面不含致病菌， 因而对大肠菌及细菌总数等均有限制。自来水厂的常规处理工艺基本可 以满足上述要求，图1 一l 示意出了常规给水处理的工艺流程。 原水 _ 絮凝剂 加氯消毒 _ 卜 图l 一1 常规给水处理的工艺流程 f i g1 1 t y p i c a ld r i n k i n gw a t e rt r e a t m e n tp r o c e s s 常规饮用水处理工艺主要是去除水中悬浮颗粒及胶体物质，此工艺 已沿续使用了一百多年。然而，随着工农业的发展，水源受到污染的状况 正逐步加深。由于水源的污染，溶解性有机物的增多，使得常规工艺对 水中污染物的去除效果明显下降。另一方面，随着人们生活水平的提高， 对饮用水的要求越来越高。两者的矛盾促使人们寻找围绕常规处理工艺 的强化措施，如对原水进行生物预处理、或进行化学预氧化处理、或者 在常规工艺后增加深度处理工艺，以提高出水水质。实验研究及水厂大 规模应用的结果n 23 均表明，采用化学预氧化处理原水，可以杀藻，改善 后续处理构筑物的卫生状况，提高混凝沉淀效果，提高出水水质。 1 2 给水预处理常用氧化剂 给水预氧化可以采用臭氧、二氧化氯、过氧化氢、高锰酸钾和氯作为 氧化剂h 1 。衡量氧化剂氧化能力的指标是其氧化还原电位，从表1 1 数据 可以看出：几种给水常用氧化剂的氧化能力排序为：臭氧( 0 。) 二氧化 氯( c 10 。) 过氧化氢( h ：0 ：) 高锰酸钾( k m n o 。) 氯( c 1 。) 。氧化剂的 选择既要考虑其氧化能力、工艺要求和水质标准，还要考虑其价格与投加 费用，需要进行经济技术比较。 表1 1几种常见氧化剂的氧化还原电位 t a b l e1 1t h e o r p0 fs e v e r 8 1t y p i c a l0 x i d a n t 名称半反应式氧化还原电位v 臭氧0 3 + 2 h + + 2e = 02 + h2 0 + 2 0 7 二氧化氯 cl0 2 + 4 h + + 5 e = c1 一十2 h2 0+ 1 9 5 过氧化氢 h2 0 2 + 2 h + + 2 e = 2 h2 0+ 1 7 7 高锰酸钾m n 0 4 一+ 8 h + + 5 e = m n 2 + + 4 1 12 0 + 1 5l 次氯酸h o c l + h + + 2 e = c 1 一十h 2 0 + 1 4 9 氯 c l2 + 2e = 2 c 1 + 1 3 6 氧0 2 + 4 h + + 4 e = 2 h2 0 + 1 23 1 3 预氧化技术研究现状 1 3 1 给水预氧化研究现状( 不含臭氧预氧化) ( 1 ) 预氯化工艺 随着水源水质恶化，有机污染物含量增加，使常规给水处理工艺的 运行效果受到了影响。研究表明h 6 1 ：氯可以氧化使水中分散杂质保持稳 定的有机污染物，从而使混凝及过滤易于进行；此外，对原水加氯预氧 化可防止被藻类等微生物污染和沉渣的腐化，使水处理构筑物保持良好 的卫生状态。在预氯化过程中，氯与水中的有机物反应会生成较多的三 卤甲烷( t h m ) 等消毒副产物( d b p ) ，产生致癌作用。但由于预氯化成本 较低，工艺效果有保证，目前仍为国内大部分自来水厂所用。 ( 2 ) 高锰酸钾预氧化取代预氯化的应用研究 张杰等 9 1 针对微污染、富营养化的黄河平原水库水进行了以高锰酸 钾预氧化取代预氯化的实用性研究，结果表明：虽然在除藻效率方面二者 相当，都能将藻类数量控制在不干扰混凝过程的范围内，但高锰酸钾预氧 化的助凝效果以及对c o d 。n h 。一n 、嗅味的去除方面要优于预氯化；高锰 酸钾预氧化能显著地控制氯化消毒副产物，并有效地降低后续氯化消毒过 程中氯仿和四氯化碳等致癌物质的生成量、减少后续氯化消毒中的投氯 量。 2 第一章绪论 李思敏等n ”1 针对邯郸市滏阳河水考察了高锰酸钾预氧化对高含藻 源水的处理效果，结果表明，高锰酸钾比液氯具有更强的氧化性，在投 加液氯的同时加入少量的高锰酸钾可使杀藻能力提高2 0 3 0 。在确保 出厂水中余氯含量的条件下，以高锰酸钾替代一部分液氯，可降低加氯 量1o 2 0 。生产试验结果表明，澄清池内、池后两种方式投加高锰酸 钾都可明显提高除藻率，但池后投加方式可节约高锰酸钾用量。 ( 3 ) 高铁酸盐预氧化除藻工艺 马军等3 叫7 1 针对水中有机物浓度和种类的变化影响藻类的混凝去除 的问题，利用色质联机和紫外分光光度检测等手段，研究了高铁酸盐预 氧化除藻工艺对水中溶解性有机物的影响规律。结果表明：虽然含藻水 经高铁酸盐氧化后溶解性有机物数量及浓度均有增加，但能够被后续混 凝、沉淀过程去除，剩余溶解性有机物浓度低于单纯硫酸铝混凝。这些 增加的有机物是由于藻类细胞在高铁酸盐氧化刺激下释放出胞内物质所 致，它们在混凝过程中能够起到助凝剂的作用，提高了混凝过程中的综 合除藻效率。高铁酸盐预氧化不仅提高了藻类去除效率，而且能够很好 地去除水中溶解性有机物。 ( 4 ) 高锰酸钠预氧化研究 翟玉春等h 8 1 研究了高锰酸钠预氧化对混凝过程的助凝作用，实验结 果表明，高锰酸钠在投加量1m g l 时就具有明显的助凝效果，在投加量 为2 m g l 时，沉淀后水的浊度下降了7 6 左右，比单独使用硫酸铝的浊 度降低了20 25 ，原水的温度、p h 值对其助凝效果影响较小，水中 锰离子的存在有一定的助凝效果。 ( 5 ) 过氧化氢预氧化除藻效能研究 过氧化氢的标准氧化还原电位高于高锰酸钾，能直接氧化构成微生物 的有机物质和水中有机污染物，同时，其本身只含氢和氧两种元素，分解 后成为水和氧气，使用中不会产生有毒有害的副产物。王桂荣等h ”2 们通过 试验发现：过氧化氢预氧化可显著提高对水中藻类、浊度、有机物的去除 率，而且与传统的预加氯工艺相比，可以大幅度减少三卤甲烷等消毒副产 物。 1 3 2 给水臭氧预氧化研究现状 3 18 8 6 年法国最早进行臭氧技术研究，2 0 世纪6 0 年代末臭氧开始用 于原水预氧化，主要用途为改善感官指标、助凝、初步去除或转化污染 物等2 1 | 。 实验研究结果n2 1 及水厂大规模应用的情况n 3 1 均表明了给水预氧化 对絮凝沉淀有着积极的影响，特别是原水预臭氧化有助凝、脱色、除嗅、 减少混凝剂用量、降低待滤水浊度的作用。 k a ts u k hik o 等的研究结果表明4 | ，预臭氧化对水的致突变性还取决 于致突变物的类型，臭氧化能去除1 一硝基芘等物质的强致突变性，也可 将无致突变性的腐殖酸转化成弱致突变物。预臭氧化对水致突变性影响 机理研究仍需深入。 臭氧预氧化有着很好的杀藻效果，j a m esa s h is hp a r a lk a r 等心5 1 对 小球藻的研究结果表明，投加3m go 。l 才开始溶裂藻细胞，投加8m g o 。l 才明显溶裂藻细胞。增大臭氧的投加量可改善除藻效果，南非w ig gin s 水厂以高藻水库水为原水，在原水微蓝藻含量为3 8 9 万个l 的情况下， 投加3 2m g o 。l ，5 0m g o 。l ，7 6m g o 。l 预氧化时的除藻率分别为3 9 、 5 8 、9 0 2 6 l 。 大量研究n 7 2 引表明，臭氧化会改善水的可生化性，增加水中有机 营养基质的含量，具体表现为水的生物可同化有机碳( a o c ) 和可生物降解 的溶解性有机碳( b d o c ) 浓度升高，影响程度也与原水水质、臭氧化条件 有关。虽然残余消毒剂可在一定程度上限制管网中的细菌生长，但在有 机营养基质浓度较高时，细菌仍会再度繁殖，并附着生长在管壁上形成 生物膜，增加水中细菌总数，况且有些细菌危害性更大，从一定程度上 影响自来水的微生物安全性。 用原水预臭氧化替代预氯化，可有效的降低消毒副产物。预臭氧化 通过两个途径控制d b p s 心9 1 ：一是直接去除d b p s 的i j 驱物质；二是转化 前驱物质，从而利于后续工艺的的协同去除，后者在低臭氧投加量( 0 5m g 0 。m gt o g 左右) 下起重要作用。预臭氧化去除d b ps 前驱物质的效果取决 于原水水质及预臭氧化条件，主要是t o c 及b r 一含量、有机物性质、臭氧 投加量及时间、水温、p h 等阳0 3 。 金鹏康等阳副通过小型实验和液相色谱分析，研究了水中天然有机物 的臭氧氧化反应的特性和反应前后有机物分子量的变化情况。结果表明， 臭氧氧化的主要功效不在于降低以t o c 为代表的水中有机物总量，而是 改变了有机物的性质和结构。通过臭氧氧化处理，水中大分子有机物分 解氧化为小分子有机物分解氧化为小分子有机物，且具有饱和构造的有 机物成分明显增加。 4 第一章绪论 于勇等6 1 对对含石油量高的地下水，采用臭氧氧化技术。试验表明， 臭氧对于苯系物及稠环化合物等污染物的去除效果明显，臭氧氧化最佳 投加量为以7 m g l 为宜，臭氧化接触时间以2 d 为宜。 对于富营养化水源水，由于水中的有机物浓度高，如果采用预氯化 工艺，三氯甲烷的生成量贝4 很大。有资料认为，当原水t o c 大于1 5 m g l 的情况下，不宜采用预氯化7 3 引。为此，某些水厂选择臭氧预氧化工艺， 如深圳市东湖水厂等。臭氧的氧化能力很强，其预氧化的效果显著。但 是如果水中易被臭氧氧化的无机物含量高，将会快速消耗水中的臭氧， 影响预氧化效率。以某水厂即是一例：由于其水源有机污染比较突出， 故先对水源进行生物预处理，虽然氨氮被降解，但是其亚硝酸盐含量相 应升高，与臭氧相遇时首先被氧化，只有剩余溶入水中的臭氧方起杀藻 和氧化有机物作用。由于氧化1m g l 亚硝酸盐( 以n 计) 需要4 m g l 臭 氧( 以o 。计) ，所加臭氧己被亚硝酸盐大量消耗，因而大大影响了臭氧预 氧化杀藻效果。故对于富营养化水源水而言，采用臭氧预氧化时，预臭 氧投加量的确定需要考虑对原水中氨氮和亚硝酸盐氮等无机还原性污染 指标的去除情况。 采用“臭氧一生物活性炭 给水深度处理工艺时，通常仍选择臭氧 进行预氧化，其原因有两点：如果臭氧“主氧化之前采用c 1 。或c l0 。 预氧化时，其余氯同臭氧会发生相互干扰，降低臭氧“主氧化 效果； 如果选择臭氧“预氧化 ，则臭氧“预氧化 与“主氧化 可以实现大 部分设备共用，设备管理工作增加无几，与加氯以外的其它“预氧化 方法相比费用较低。 1 4 本论文的研究背景 根据广州市市政规划，广州市自来水公司南洲水厂设计供水能力为 10 0 万吨同，拟按饮用净水标准产水，于2 0 0 4 年6 月投产，在国内率先 大规模采用“臭氧一生物活性炭 给水深度处理( 0 。- b a c ) 工艺。为此，广 州市自来水公司与华南理工大学合作，共同进行o 。一b a c 工艺中试研究， 为南洲水厂工程提供工艺设计参数。 0 。一b a c 工艺在国际上已经成为一种比较成熟的给水深度处理工艺， 已广泛应用于欧美等国的上千座水厂中，我国也开始逐步加以推广应用。 由于欧美等国的水源水质及气候条件与我国明显不同，我国南方亚热带 地区与内地也存在一定的差异，因此对0 。- b a c 工艺流程的选择、工艺参 5 数的确定、乃至b a c 的选型都需要进行针对性的研究。 从上世纪90 年代开始，臭氧及活性炭工艺在北京、昆明和深圳都有 应用，但其工艺都不完整，北京水源九厂只有活性炭滤池；昆明五水厂 有后加臭氧和b a c ，但预氧化仍采用液氯；深圳东湖水厂只采用了臭氧预 氧化。而广州市在建南洲水厂工程采用的0 。一b a c 工艺具有臭氧预氧化、 臭氧后氧化和b a c ，工艺流程最先进，其规模也为世界第一。“臭氧一生 物活性炭”给水深度处理工艺中试研究的首要任务是为南洲水厂工程的 设计与运行提供工艺参数以及确定b a c 的炭型。中试规模为15 m 3 h ，总 投资为2 l8 万元，中试设备标准及其在线仪表与控制要求均与南洲水厂 工程相同，属国内最先进中试系统。 本论文研究内容是广州市自来水公司与华南理工大学的合作课题 “臭氧一生物活性炭 给水深度处理工艺中试研究的子课题。 1 5 研究内容 本论文作为“臭氧一生物活性炭给水深度处理工艺中试研究的重 要子课题之一，通过研究原水臭氧预氧化对藻类的灭活效果，研究预臭 氧化对后续絮凝沉淀的影响，研究预臭氧化对三氮、有机指标的去除情 况以及预臭氧化与预氯化所产生的消毒副产物的对比研究，确定合适的 预臭氧投加量，为工程大规模使用提供依据。 1 6 目的及意义 对原水进行臭氧预氧化处理，可去除藻类、促进絮凝，减少絮凝剂 用量，降低待滤水的浊度，提高过滤速度和延长过滤周期，减少过滤反 洗水量，提高砂滤出水的水质。 预臭氧投加量对净化效果和处理费用有重要的影响，是“臭氧一生 物活性炭 给水深度处理工艺中试研究着重研究的工艺参数之一。预臭 氧投量过低则不能有效地抑制藻类的繁殖以及降低藻类和大分子有机物 对絮凝的干扰，难以实现水处理系统中反应、沉淀和过滤单元的优化运 行，起不到预氧化作用。如果预臭氧投量过高，由于原水浊度高，臭氧 氧化效率明显低于对滤后水的氧化，必然导致浪费。在出水水质满足要 求的情况下，通过综合分析预臭氧化对藻类的灭活率、对混凝效果的影 响程度以及对各水质指标的去除情况，确定合适的预臭氧投加量范围。 6 第二章中试装置简介 2 1 中试装置的设计 2 1 1 设计规模及工艺目标 中试装置的生产规模为10 15 m 3 h 。 设计水源水质为地面水i i 类i i i 类水质。本中试研究所用原水取自广 州市自来水公司新塘水厂原水一级泵站。 常规给水工艺中试装置的设计9 5 53 出水水质达到生活饮用水卫生标 准，并且与新塘水厂的供水水质指标接近。 “臭氧一生物活性炭 深度处理中试装置的设计出水水质指标达到饮 用净水水质标准，并可通过调整运行参数达到广州市自来水公司最终制定 的深度处理水质标准。 2 1 2 主要工艺设计参数 ( 1 ) 常规给水处理中试装置的工艺流程如图2 1 所示。 原水 1 图2 一l常规给水处理工艺流程 f i g2 1t y p ic a ld r i n k i n gw a r e r t r e a t m e n tp r o c e s s ( 2 ) 常规给水处理中试装置对应于15 m 3 h 流量的主要工艺参数为： 预氧化臭氧投加量为0 2 m g l ，臭氧接触时间为8 m in ； 絮凝反应时间为l 2 m in ； 沉淀表面负荷为7 5 m3 ( m 2 h ) ； 砂滤的滤速为9 m h 。 ( 3 ) “臭氧一生物活性炭 给水深度处理中试装置的工艺流程如图2 2 所示。 7 i 臭氧 塑型型岖叠) 一囫生 图2 2“臭氧一生物活性炭 深度处理工艺流程