组合工艺在石臼漾水厂的应用

组合工艺在石臼漾水厂的应用摘要：全文介绍了嘉兴市石臼漾水厂利用生物接触氧化预处理、强化常规处理和臭氧-生物活性炭深度处理等组合工艺处理微污染原水的工程运行实例，对出水水质指标和运行经济指标进行了着重分析。实践表明，该组合工艺能有效去除微污染原水中的有机物，并显著改善出水的色度、臭和味等感官指标，出水水质基本达到卫生部2001版《生活饮用水卫生规范》的要求，供水安全性得到了充分保证。关键字：生物接触氧化预处理强化常规处理臭氧-生物活性炭深度处理工程运行实例1嘉兴市石臼臼漾水厂水质质状况1.1水源水水质状况嘉兴市石臼臼漾水厂水源源为新塍塘，属属运河水系。水水厂分二期建建成，设计规规模分别为5×104m3/d和10×1004m3/d，均采用传传统常规处理理工艺。二期期于96年增加了生生物接触氧化化预处理池。近近几年随着运运河上游沿岸岸工农业的快快速发展和人人口的聚集，水水源遭受较为为严重的污染染，水源水质质下降至Ⅳ-Ⅴ类，具体表表现为原水中中色度、臭和和味、耗氧量量、氨氮、总总氮、总磷、挥挥发酚等指标标高，溶解氧氧含量低。2002--2003年石臼漾水水厂原水主要要水质指标见见表1。表1石臼漾水厂厂原水主要水水质指标（2002--2003年）项目单位20022003最大最小平均最大最小平均色度度382028501528挥发酚mg/L0.007<0.0020.0030.005<0.0020.003氨氮mg/L4.58<0.051.008.250.131.05亚硝酸盐氮mg/L0.2900.0260.1190.9800.0130.154耗氧量mg/L8.282.045.1710.252.635.34TOCmg/L///9.115.627.18总磷mg/L0.400.050.260.420.050.23总氮mg/L8.321.072.5610.511.422.68DOmg/L7.231.343.846.181.013.70总铁mg/L4.310.151.105.300.391.63锰mg/L0.2720.1310.2290.3290.1160.2301.2传统常常规处理工艺艺的局限性显然，对目目前的石臼漾漾水厂取水水水质而言，传传统的混凝、沉沉淀、过滤、消消毒处理工艺艺出水水质难难以满足卫生生部2001版《生活饮饮用水卫生规规范》的要求求，感官指标标难尽人意。传传统处理工艺艺的局限性具具体表现在以以下几个方面面：（1）对对CODMn、TOC等有机物指指标的总去除除率较低；（2）在在原水氨氮>1mg//L时，对氨氮氮的去除率只只有30-400%，出水氨氮氮难以达到<0.5mmg/L的要求，影影响出水感官官指标。氨氮氮含量偏高，还还影响到整个个工艺的除锰锰效果；致使使消毒用氯量量增加，消毒毒副产物偏高高；（3）出出水色度偏高高，饮用时有有异味，口感感差；（4）AAmes试验表明，常常规工艺处理理出水的致突突变活性比原原水有增加的的趋势。2前期所作的的工作2.1水源有有机物分子量量分布特点委托浙江省省疾病预防控控制中心对石石臼漾水厂原原水进行了有有机物分子量量测定，统计计结果如表2。表2原水有机机物分子量分分布分子量区间<500<1000<3000<10000<1000000总TOCTOC(mg//L)0.461.512.132.773.46.88百分比(%))6.6921.9530.9640.2649.12100有效去除方法臭氧-活性炭生物预处理强化混凝沉淀___2.2组合工工艺研究鉴于以上上诸原因，为为全面提高供供水水质，使使出水水质达达到卫生部2001版《生活饮饮用水卫生规规范》的要求求，自96年起，先后后开展了生物物接触氧化预预处理工程在在石臼漾水厂厂的工程实践践、南门水厂厂生物活性炭炭滤池试验及及工程运用、实实验室强化常常规处理小试试、与清华大大学环境工程程学院合作的的组合工艺中中试等研究，结结果表明，采采用生物预处处理-强化常规处处理-臭氧活性炭炭深度处理的的组合工艺，出出水水质能达达到规范的要要求。3实施改造时时生产运行工工艺的优化选选择3.1改造后后工艺路线2003年年石臼漾水厂厂进行了臭氧氧-活性炭深度度处理工艺技技改，遵循“工艺安全可可靠、性能稳稳定，能耐受受较大的水质质冲击，节省省投资，尽可可能降低成本本，日常运行行管理方便”的优化设计计原则，改造造后的工艺路路线如图1。预臭氧投加加的目的主要要是为了提高高臭氧设备的的利用率，其其次可协助除除铁、锰，并并显著提高砂砂滤池的DO含量，增强强砂滤池的生生物活性。图1技改后的的工艺流程图图3.2应急措措施为抗原水水水质、水力较较大冲击带来来的负荷，设设计时增设了了加酸加碱系系统和粉末活活性炭投加系系统。必要时时用98%浓硫酸在静静态混合器前前投加，以调调节混凝时的的pH值，强化混混凝效果；同同时将40%的NaOH溶液投加到到沉淀池出水水管中，保证证后续工艺进进水和管网水水有合适的pH值。当进水COODMn值高于8mg/L时，粉末活活性炭的应急急投加能有效效控制出水有有机物，并显显著改善色度度及臭和味等等感官指标。3.3主要工工艺参数考虑到石臼臼漾水厂原水水近两年的氨氨氮平均含量量在1.0mgg/L左右，暂未未对原设计能能力为10万m3/日的生物接接触氧化预处处理池进行扩扩建，按运行行期实际供水水量计算，水水力停留时间间约为45min。气水比为0.6:1，有效水深3m，填料高度2.5m。臭氧的原料料为纯氧。臭臭氧发生器共共三台，产量量10kg//h，浓度10%。预臭氧在在静态混合器器前投加，接接触时间很短短，投加量为为1.0mmg/L；KMnO4与净水剂聚聚合氯化铝几几乎同时投加加，视进水水水质投加量为为1.0-11.5mgg/L。后臭氧设计计接触时间为为10min，投加量视视进水水质在在2-3mmg/L范围内调节节。活性炭滤池池滤速11.6m/h，炭层厚度2.2m，停留时间间为11.3min。选用了两两种颗粒活性性炭，分别为为8×30目煤质破碎碎炭和8×12目柱状破碎碎炭。炭滤池池采用气水（用用砂滤水）反反冲洗，分三三个阶段：气气冲时间10min，气水混冲3min，水冲6min。目前反冲冲洗周期为10d左右。4运行效果及及评述整个组合工工艺改造工程程于2004年1月16日正式并网网供水，至今今已运行6个多月。3月17日开始在反反应池中投加加预臭氧，后后又投加了KMnO4。改造后设设计供水规模模达17×1004m3/d，运行至今今日最高供水水量为12.1××104m3，最低为6.5×1104m3，平均为9.7×1104m3。由于投产时时正值寒冬低低水温（6℃以下），生生物活性炭滤滤池在运行22后开始挂膜膜，45天后对氨氮氮的去除率跃跃至80%以上，可认认为是挂膜成成功；对CODMn的去除率率在运行18天内>65%，之后稳定定在50%左右，40天后去除率率稳定在23-388%，可判定为为物理吸附趋趋于饱和。运行期间水水源水及各工工艺单元出水水水质见表3。表3组合工艺运运行期间水质质数据（2004.11.16-22004.77.3）项目浊度NTU色度度CODMnmgg/L氨氮mg/L亚氮mg/LTOCmg/LLUV254cmm-1锰mg/L原水最大164328.642.890.68410.370.49250.65最小27155.380.160.0165.930.19630.10平均75226.441.470.2557.270.30110.31砂滤水最大0.47114.511.750.0636.360.19790.26最小0.18<52.93<0.05<0.0013.080.0693<0.05平均0.3773.710.36<0.0014.420.1233<0.05炭滤水最大0.29<52.861.450.314.430.12260.16最小0.11<50.79<0.05<0.0010.080.011<0.05平均0.19<51.920.12<0.0012.480.0599<0.054.1对氨氮氮、亚硝酸盐盐氮、硝酸盐盐氮和总氮的的去除与转化化经微孔曝气气，可使生物物接触氧化预预处理池的DO达5-6mgg/L；预臭氧的的投加使砂滤滤池内的DO在8-11mmg/L；臭氧接触触池出水的DO则基本保持持在饱和或超超饱和状态，非非常有利于生生物膜的生长长。监测结果表表明，在水温温>8℃时，预处理理池可去除40-800%的氨氮；臭臭氧的投加反反而使水中氨氨氮值升高，究究其原因是臭臭氧氧化了水水中的有机氮氮，使之转化化为氨氮所致致，但DO的升高使砂砂滤池对氨氮氮的去除率提提高至62-1000%，进水氨氮氮在2mg//L左右时，能能去除1.8mgg/L的氨氮，显显示其超强的的生物作用；；生物活性炭炭滤池在挂膜膜稳定后对氨氨氮的去除率率保持在71-1000%之间，出水水氨氮大多低低于检测限，结结果见图2。有研究表表明，在进水水DO在12mgg/L时，最大去去除氨氮负荷荷可达2.0mgg/L。生物预处理理-强化常规处处理工艺对亚亚硝酸盐氮一一直保持较高高的去除率。当当原水亚硝酸酸盐氮在0.0166-0.6884mg//L时，砂滤池池出水亚硝酸酸盐氮在<0.0002-0.0016mgg/L，再经后臭臭氧接触氧化化，均能被充充分氧化成硝硝酸盐。生物炭滤池池随着对氨氮氮去除效果的的显现而出现现亚硝酸盐氮氮的累积现象象，至运行2个月时达到到最高峰，但但2天后其出水水亚硝酸盐氮氮就与进水一一致，而出水水中的硝酸盐盐却增加了0.1-00.4mg//L。分析原因因是在进水DO充足的情况况下，低温时时亚硝化菌较较硝化菌具有有更强的活性性，亚硝化反反应速率快于于硝化反应所所致，另水中中一定的亚硝硝酸盐积累也也会促进硝化化菌的生长。各质控点三三氮浓度变化化见图3。运行期间原原水的“三氮”（氨氮、亚亚氮和硝酸盐盐）平均总含含量为3.41mmg/L，稳定运行行后，生物预预处理池出水水“三氮”总量为3.21mg/L，砂滤池为3.63mg/L，炭滤池为3.90mg/L。分析其原原因是由于预预臭氧、后臭臭氧将一部分分有机氮氧化化，所以砂滤滤水、炭滤水水中的“三氮”总量有所上上升，初步分分析其上升幅幅度与水中可可降解的有机机氮含量相关关。4.2对铁、锰锰的去除运行实践表表明，生物活活性炭进水中中铁、锰的存存在会继续消消耗余臭氧，故故对余臭氧测测定的准确性性有影响；另另外，三价铁铁、四价锰沉沉淀的细小颗颗粒有穿透活活性炭滤池的的可能，故对对铁、锰的去去除最好在后后臭氧接触前前完成。生物预处理理池对铁、锰锰有一定的去去除能力，但但由于排泥困困难，弹性填填料表面积泥泥严重而影响响其去除效果果。在中性或弱弱碱性条件下下，投加在反反应池中的高高锰酸钾对低低价铁、锰有有较强的氧化化作用，能显显著提高砂滤滤池去除铁、锰锰的效率，由由于生成的四四价锰颗粒的的助凝作用，相相应地提高了了对浊度的去去除率。当原原水pH值在7.5左右，总铁铁含量为4.12mmg/L、锰含量为0.42mg/L时，投加1mg//L的高锰酸钾钾，砂滤池出出水的铁、锰锰含量已低于于检测限。运运行至今砂滤滤工序以后的的水样中均已已测不到铁、锰锰的存在。4.3对COODMn的去除由于石臼漾漾水厂生物接接触氧化池本本身的缺陷，预预处理池对CODMn基本没有有去除。强化常规处处理工艺对CODMn有较高的的去除率，且且去除率随着着水温的升高高而升高，进进水CODMn值的变化化对去除率无无明显影响，运运行期间强化化常规处理工工艺对CODMn的去除率率保持在27-577%，平均为42%。在臭氧投加加量为2-3mgg/L时，臭氧接接触能氧化3-20%的CODMn；同时降降解大分子有有机物，使大大分子有机物物的生物可同同化性增加，从从而能被活性性炭生物滤池池有效去除。活性炭滤池池运行初期10天内，对CODMn的去除率率达60%以上，最高高达75.2%，随后稳定定在50%左右；40天后去除率率下降，在23-422%之间，因此此可认为物理理吸附饱和期期为40天。在挂膜膜成熟、且DO充足稳定的的前提下，水水温上升有利利于异氧菌活活性的增加，提提高去除效果果，但受进水水CODMn值的影响响，具体是：：水温>10℃、进水CODMn在2.6-33.1mg//L时，去除率率在33-477%；但当进水CODMn>3.11mg/L时，去除率率在25-311%。各工艺单单元对CODMn的去除率率见图4。整套组合工工艺对CODMn的去除效效果：当原水水CODMn<7mgg/L时，出厂水CODMn<2mgg/L；当原水CODMn在7-9mgg/L时，出厂水CODMn在2.5mgg/L左右。4.4对TOOC的去除效果果监测结果表表明，强化常常规处理能去去除19-500%的TOC，平均去除除率为39%；炭滤池在在运行初期对对TOC的去除率高高达75%以上，以后后降至20-500%，平均去除除率为41%，在原水有有机物组成、炭炭滤池生物作作用相对稳定定的情况下，炭炭滤池对TOC的去除率受受进水TOC值、水温的的影响较大。臭臭氧接触氧化化可去除4%左右的TOC。以上结果果与原水分子子量分布的试试验结果有相相关性。原水水、砂滤水和和出厂水的TOC值走势见图5。在原水TOOC<9mgg/L时，出厂水TOC<44mg/L，平均为2.3mgg/L；在原水TOC>110mg/LL时，出厂水TOC在4.4mgg/L左右。4.5对UVV254的去除除强化常规、臭臭氧氧化和生生物炭滤去除除UV254的效果果比较见图6。由图看出出，强化常规规处理工艺对对UV254的去除除率最高，平平均达57%，远高于对TOC的去除率，说说明原水中在在254nm有吸收的不不饱和双键物物质多为大分分子结构，易易被常规处理理去除；臭氧氧对剩余的UV254平均有33%的去除率。炭炭滤池在运行行初期，因物物理吸附作用用而对UV254有较高高的去除率（>40%），后逐渐渐稳定在13%-442%，平均去除除率为28%，炭滤池对UV254的去除除能力在0.1-00.3cm--1之间。4.6对色度度、臭和味的的去除运行期间原原水的色度在在15-32度，强化常常规工艺处理理后出水色度度能降至7-11度，铁、锰锰完全去除后后，后臭氧出出水色度能再再降低2-4度，经炭滤滤，出水色度度全部在5度以下，甚甚至接近0度。处理前前原水呈2-3级泥土味，强强化常规工艺艺处理出水能能将其降低至至1级，嗅觉敏敏感者仍感觉觉到有泥土霉霉味，但经炭炭滤后能完全全消除至0级。4.7其它指指标的改善强化常规处处理对浊度的的去除效果优优异，当原水水浊度在27-1664NTU，沉淀水浊浊度控制在2.5NTTU左右时，砂砂滤池出水浊浊度均能<0.5NNTU，经炭滤，出出厂水浊度<0.3NTU。由于臭氧的的消毒效果优优于液氯，臭臭氧-活性炭滤池池出水的细菌菌总数<10个/ml，大肠菌群群未检出，故故清水池加氯氯及出厂补氯氯总量由改造造前的4.5公斤/千吨水降至至目前的1.3公斤/千吨水；另另活性炭滤池池去除了大部部分卤代烃的的前体物，二二者的共同作作用使出厂水水中的消毒副副产物卤代烃烃的含量大幅幅减少，接近近检测限。送上海复旦旦大学公共环环境卫生学院院进行了多次次的Ames试验，结果果表明，被测测水样量同取取2.0L时，原水的的回变菌落数数达阴性对照照的三倍以上上，为较强致致突变阳性；；强化常规处处理水的回变变菌落数达阴阴性对照的二二倍以上，为为致突变阳性性；深度处理理出厂水的回回变菌落数小小于阴性对照照的二倍，为为致突变阴性性。改造后的出出厂水pH值在7.2-77.4范围内，游游离余氯控制制在0.4mmg/L左右，氨氮氮、铁、锰接接近或低于检检测限，有机机物含量低，故故出厂水在管管网中的化学学、生物稳定定性进一步提提高。对管网网水的日常监监测表明，管管网水色度<5度，NH3-N<0..5mg/LL，CODMn<3mgg/L，以《生活活饮用水卫生生规范》为评评价依据，运运行半年来管管网水的34项综合合格格率为100%。5技改成本构构成：5.1工程造造价在原有生生物接触氧化化预处理-常规处理工工艺上，增加加了臭氧-活性炭处理理工艺，包括括土建、材料料及安装、设设备购置、工工器具购置和和其他费用在在内总投资7000万元，按平平均14年折旧期限限、年供水量量5000××104m3计算，出厂厂水增加成本本0.10元/m3。5.2直