国内外臭氧活性炭工艺在饮用水处理中的应用实例 5页

第22卷第10期中国给水排水Vol.22No.102006年5月CHINAWATER&WASTEWATERMay2006国内外臭氧活性炭工艺在饮用水处理中的应用实例11112左金龙,崔福义,赵志伟,刘智晓,冯岩(1.哈尔滨工业大学市政环境工程学院,黑龙江哈尔滨150090;2.中国市政工程华北设计研究院,天津300074)摘要:介绍了国内外的臭氧活性炭工艺在饮用水处理中的实例,给出了各实例的工艺参数、运行效果。认为现阶段在原水轻度污染时,可单独采用活性炭过滤工艺;原水有季节性嗅和味污染时可投加粉末活性炭;污染严重时可采用O3/GAC或O3/BAC技术甚至O3/IBAC技术,必要时增加O3预氧化,以确保出水水质达标。关键词:饮用水处理;臭氧活性炭工艺;处理效果中图分类号:TU991.2文献标识码:C文章编号:1000-4602(2006)10-0068-05ApplicationExamplesofOzone/ActivatedCarbonProcesstoDrinkingWaterTreatment11112ZUOJin2long,CUIFu2yi,ZHAOZhi2wei,LIUZhi2xiao,FENGYan(1.SchoolofMunicipal&EnvironmentalEngineering,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150090,China;2.NorthChinaMunicipalEngineeringDesign&ResearchInstitute,Tianjin300074,China)Abstract:Thispaperintroducestheexamplesofapplyingozone/activatedcarbon(O3/AC)processtodrinkingwatertreatmentinChinaandoverseas.Theparametersandoperationeffectofeachexampleareputforward.Itissuggestedthatactivatedcarbonfiltrationisemployedwhenrawwaterispollutedslightly.Powderactivatedcarbonisaddedifrawwaterisofseasonaltasteandodor.However,whenrawwaterispollutedseverely,O3/GAC,O3/BACorO3/IBACisrequiredtoensurethetreatedwatersatisfyingthewaterqualitystandard.Insomecases,preozonationisadded.Keywords:drinkingwatertreatment;O3/ACprocess;treatmentefficiency臭氧活性炭法(O3/GAC)是在活性炭滤池之前时还使一些溶解的、胶体的有机物发生絮凝使之成投加臭氧,在臭氧接触反应池中进行臭氧接触氧化为可沉淀的或可滤除的物质,有效地去除污染水中[2]反应,使水中有机污染物氧化降解,将大分子有机物的色度、嗅味、铁、锰和有机物。分解为小分子的中间产物,这些中间产物被活性炭1国外的应用实例吸附的同时,活性炭颗粒表面的生物膜或微生物群111在美国水厂的应用[3、4]落通过生物吸附和氧化降解等作用,显著提高了活①密执安州克莱门山市水厂性炭去除有机物的能力,延长了活性炭的使用寿原水为放射菌和水藻增殖很快的圣克莱尔湖[1、2]命。预臭氧化可以提高有机物的可生化性,同水,嗅味强烈,投放粉末活性炭(43mg/L)不能完全基金项目:国家高技术研究发展计划(863)项目(2003AA601120)·68·\n第10期左金龙,等:国内外臭氧活性炭工艺在饮用水处理中的应用实例第22卷消除出厂水的嗅味。将砂滤池改为砂—粒状活性炭各水厂在用粒状活性炭过滤前均设有混合、絮凝、沉2[6]滤池,炭层厚为61cm,滤池总面积为263m,最大淀、砂滤等工序,GAC一般用于吸附。滤速约为10m/h后,既消除了嗅味,又去除了大部可见,美国水厂通常采用砂—粒状活性炭滤池,分有机物、洗涤剂和农药,活性炭使用寿命为3年。可充分利用原有的构筑物和工艺流程,取得了较好[3、5]②海斯明和E.H.阿尔德雷支水厂的效果。这两座水厂均以蒙农加希拉河为水源,为解决112在欧洲水厂的应用[6、7]嗅味问题,将砂滤池(48座)改建为粒状活性炭滤①德国慕尼黑多奈水厂池,滤池内装填76cm厚的活性炭,炭层之下有10水源为莱茵河地表水,多年来一直延用折点氯cm厚、粒径为0.35～0.45mm的砂层和卵石垫层,化法预处理,但是出水中总有机氯化物和三卤甲烷最大滤速为6.3～7.5m/h,粒状活性炭使用寿命为含量较高。改造后工艺流程如图1所示,采用臭氧3年。预氧化取代折点投氯,预投量为1.0mg/L,过滤前[3、4]③马萨诸塞州艾姆斯伯里水厂再进行一次臭氧氧化,投量为2.0mg/L,接触时间这是世界上第一座使用自动反冲洗活性炭滤池为5min。只用臭氧做氧化剂时不产生有机氯化物,的水厂。原水是从波沃河及其沿岸设置的许多管井DOC比原工艺减少50%,对NH3-N去除效果好,中用水泵抽取出来的水,其色度、浊度和含铁量都较可稳定18个月以上。活性炭滤池滤速为18m/h。高。新建的活性炭滤池能自动反冲洗,活性炭滤料活性炭再生周期从原来2～4个月延长到2年以上。厚为1.22m,滤池尺寸为4.9m×9.8m,最大处理43水量为1.1×10m/d,活性炭粒度为8×30目。失效炭通过移动罩进行更换,采用厂外再生。出水色度、浊度和含铁量分别降至零、图1德国慕尼黑多奈水厂工艺流程0.1NTU和0.03mg/L。32Fig.1TechniqueprocessofMunichDanie活性炭滤池负荷为5m/(m·h)。[3、4]WaterworksinGermany④霍索恩镇水厂②法国巴黎市Choisy2Le2Rei水厂该水厂原水为井水,酚、铁、锰含量高,设3个沸43原水为塞纳河水,供水能力为80×10m/d,不石压滤器除铁和锰,用2个活性炭压滤器除酚,其组3仅建有生物滤池,而且在沉淀和BAC工序前设有臭合处理能力为2.6m/min。先将原水pH调到7.5氧投加工序,以求最大限度地减少水中有机物含量。～8.5,加入高锰酸钾,再通过活性炭压滤器脱除酚图2为该水厂工艺流程图。类化合物,最后用氯消毒。GAC连续运行80～1003h后反冲洗15min,流量为1.2m/h。每6个月应当用蒸汽清洗一次。沸石和活性炭的使用寿命均为5年。出水含铁量为零、含锰量为痕量、含酚量<图2法国Choisy2Le2Rei水厂工艺流程-6(0.001～0.0048)×10。Fig.2TechniqueprocessofChoisy2Le2Rei⑤加州戈利塔水厂和高地公园水厂WaterworksinFrance戈利塔水厂的原水含有由硫化氢与氯作用所形法国一些水厂曾采用单一活性炭滤池脱除水成聚合硫化物的嗅味,通过粒状活性炭滤池使水的中污染物,问题是活性炭寿命较短,需频繁再[8、9]嗅阈值由33降到2.7。高地公园水厂采用预氯化,生。后采用二级臭氧化与活性炭过滤联合处理再通过91cm厚的GAC滤池,出水水质很好,彻底系统,例如巴黎Mery2Sur2Oise水厂(处理流程见图除掉了嗅味。活性炭使用寿命为2年。3)。该水厂处理系统中有3个位置投加臭氧:首先美国推荐的活性炭滤池有关参数:活性炭粒径向原水中投加臭氧,增加水中有机物在贮存池内的为0.5～1.0mm,不均匀系数为1.5～2.5,密度为生物降解作用;然后在混凝前投加臭氧以提高混凝31.35～1.37g/cm,滤速为7.5～15m/h,滤层深度处理效果;最后在活性炭吸附前投加臭氧以增强有32为1.8～3.6m,反冲洗强度为30～39m/(m·机物的可吸附性。在此处理流程中,活性炭吸附放h)。美国水厂多采用下向流重力式活性炭滤床。在流程末端,以确保出水水质。同时,预臭氧氧化工·69·\n第10期中国给水排水第22卷序替代了常规预氯化,由此减少了所产生的有机卤吹入压缩空气进行曝气(约30min),使部分锰氧化[10、11]化物。此外,原水中所含的高分子腐殖酸和富为MnO2,二价铁氧化为三价铁。第二段加铝盐混里酸不易被活性炭吸附,但经臭氧氧化分解后,变成凝,使pH值维持在8.0左右。在第二加药点加氯一些易被活性炭吸附的小分子物质,由此提高了活供消毒和氧化腐殖质吸附的锰。将混凝浮选后的水性炭对水中污染物的去除效果。用1m厚的GAC滤床处理,并用NaOH调整pH值。从欧洲水厂的处理工艺可以看出,它们普遍采用O3/BAC工艺,并且注重预处理,采用多种药剂对水质进行控制,力求对整体工艺进行优化,使出水水图3法国Mery2Sur2Oise水厂工艺流程质达到最好。Fig.3TechniqueprocessofMery2Sur2Oise113在日本水厂的应用WaterworksinFrance[6、7]日本5个典型水厂的臭氧活性炭工艺流程如图③英国丘吉威林水厂4所示。这是英国第一座使用粒状活性炭过滤并设置活各水厂采用O3/GAC目的不同:北谷净水厂去性炭再生炉的大型水厂。原水为德尔温特河水,有除三卤甲烷,金町净水厂和柏井净水厂去除异嗅、异强烈的嗅与味。共用135t粒状活性炭(装填在12味,其他净水厂两种目的都有。村野净水厂、猪明川个吸附罐中),再生炉处理能力为2～3t/d,处理效果一直很好,出水嗅、味指标完全符合饮用水水质标准。净水厂的水源为同一水源,但O3/GAC的位置不一[6、7]样。对二者的处理性能进行比较时发现,对霉味、三④芬兰图尔库水厂采用二段混凝浮选法改善有机物去除过程,原卤甲烷前驱物质、有机碳、CODMn和LAS去除效果相水取自奥拉河。第一段用三价铁盐并在pH为4.8近。因此,可认为臭氧、GAC在处理工艺中的位置,～5.1条件下通过混凝浮选过程而有效脱除腐殖质无论在滤池前后,对有机物和三卤甲烷的去除效果[12、13]和降低浊度;然后加入石灰,使pH提高到10～10.5,没有差异。图4日本5个典型水厂臭氧活性炭工艺流程Fig.4O3/ACtechniqueprocessoffivetypicalwaterworksinJapan[14]日本5个典型净水厂的工艺参数如表1所示。·70·\n第10期左金龙,等:国内外臭氧活性炭工艺在饮用水处理中的应用实例第22卷表1日本5个典型臭氧活性炭净水厂的工艺参数物,如单独用臭氧处理,投量>4mg/L,电耗高,不经Tab.1O3/ACprocessparametersoffive济。单独用活性炭则周期仅为2～4个月,成本太typicalwaterworksinJapan高,因此采用臭氧活性炭联合工艺,出水水质较好,滤池滤速/炭层接触有效色度≤5倍,无异味。采用臭氧接触池1座(4格),水厂处理方式面积(m·高度时间炭的种类直径名称2-1设计臭氧投量为2mg/L,接触时间为10min;活性/mh)/m/min/mm柏井升流式移动床5615110石油类活性炭0.32炭滤池4座,每座6格,共计24格,选用zj-15号金町重力式固定床12510.42.514.4煤质破碎炭1.2炭,炭层厚为1.5m,吸附时间为9min。0.55～③北京市第九水厂。该水厂处理水量为150村野重力式固定床1418.31.410.1煤质破碎炭0.843×10m/d,水厂分三期实施。单独采用粒状活性猪明0.39～升流式移动床48152.19煤质破碎炭炭吸附工艺能有效地去除微污染原水中的有机物、川0.47有毒物质、嗅味等,与其他处理工艺相比,工艺简单,北谷重力式固定床5410212煤质破碎炭0.7经济性较好。炭滤池为2个系列,每系列2组,每组日本推荐采用的参数:过滤池面积约为50～26池,共24池。F=95.06m,滤速为9.13m/h,滤2150m,滤速为200～400m/d,接触时间为6～14料厚为1.5m,采用滤后水反冲洗,反冲洗水头为20min,材质采用煤质破碎炭、石油类球形炭以及椰子2kPa,设计接触时间为9.85min,q=11～15L/(m·壳活性炭。颗粒大小:流动床为0.32～0.55mm,固s),T=7～15d。定床为1.2mm(在沉淀池后)、0.55～0.8mm(滤池④昆明市第六水厂福德村分厂。规模为30后)。43×10m/d,活性炭滤池为虹吸型,炭层厚为1.8m,2在国内的应用2滤速12m/h,单池面积为36.4m。采用Ozonia43①北京城子水厂。规模为8.64×10m/d,AT95型管式臭氧发生器3台,臭氧投量为1.5原水为官厅水库水,后来原水水质恶化,出水嗅阈mg/L,接触池出水中臭氧含量为0.1mg/L。整个接值、色度、酚、汞等项指标不合格,采用升流式炭吸附触池的滞留时间约8～10min。投入运行后,出厂水池处理。主要设计参数如下:n=6,单池面积为32中各项有机物含量也有不同程度的降低,UV254降低2m,炭层厚度为1.5m,垫层厚度为0.5m,接触时间50%,对CODMn去除率达30%～50%,DOC降低2为8min,冲洗强度为13.0～15.6L/(m·s),冲洗20%～30%。出水嗅味与色度均有非常明显的改水头为13kPa,冲洗膨胀率为20%～40%,炭层水善,对三氯甲烷、四氯化碳也有明显的去除作用。头损失为6kPa,冲洗周期为7～15d。该吸附池的3结语特点有:①可充分利用水源与排水水体之间的高程综上所述,目前欧美和日本等纯粹以活性炭作差,即不设提升设备,可节省能源、简化管理。②鉴为过滤介质的水厂还较少,一般都将臭氧活性炭工于炭吸附池的进水与冲洗不是同时进行的,用同一艺作为深度处理工艺,前面均设有常规过滤设施,而根管道和1个带开度指示的蝶阀控制其两种开启且原水水质比较好时也不一定考虑活性炭吸附过滤度,便能达到控制进水量小和冲水量大等两种流量工序,主要原因是用活性炭直接过滤处理水会带来要求,因此操作方便、节省管材、构造简单。③炭吸活性炭运转周期短、再生困难、成本过高等问题。目附池内的炭粒层采用水力输送,鉴于进炭、出炭两工前国外在饮用水处理中最常用的是降流式活性炭吸序不是同时操作2,故用一根不锈钢管进炭和出炭,由附池,最大单池面积为180m、单层炭层厚度为0.7此简化了安装,节省了管材、设备投资。④采用潜流～2.5m、空床接触时间为6～20min,大多采用气水式穿孔管出水,可保证升流式炭吸附池出水中不含联合反冲洗。臭氧投量为2～3mg/L。有漂浮的炭沫,运行效果良好。⑤采用炭吸附池备臭氧活性炭系统工艺环节较多,运行操作较为用格贮存备用炭,投资增加不多,既减少了贮炭用复杂,这就使得运行控制和管理维修问题显得极为地,又提高了运行安全度。重要。臭氧化不能去除水中的氨氮、电耗高、臭氧设43②北京田村山水厂。规模为17×10m/d,备和活性炭的投资较高,这些因素限制了该技术的因原水中季节性含有酚、农药有机磷、氨氮等污染应用和发展。另外原工艺中有预加氯工艺时,可生·71·\n第10期中国给水排水第22卷成三氯甲烷等有机卤化物,即使再采用臭氧生物活[8]vanderHoekJP,HofmanJAMH,GravelandA.The性炭工艺对其进行深度处理,效果也不明显[22]。结useofbiologicalactivatedcarbonfiltrationfortheremov2合我国的具体国情alofnaturalorganicmatterandorganicmicropollutants,建议如下:fromwater[J].WaterSciTechnol,1999,40(9):257-①在处理轻度污染原水时,对季节性有嗅和264.味的原水可采取投加粉末活性炭的办法。当水中大[9]HuJY,WangZS,ngWJ,etal.Theeffectofwater分子有机物和三氯甲烷前驱物含量较少时可不投加treatmentprocessesonthebiologicalstabilityofpotable臭氧,只采用活性炭过滤工艺(如北京第九水厂)。water[J].WaterRes,1995,33(11):2587-2592.对于一些老水厂改造,可借鉴美国水厂的经验,将普[10]黄仲杰.德法给水技术考察报告[J].城市公用事通滤池改造为炭砂双层滤料滤池,充分利用现有工业,1995,9(5):22-23.艺取得较好的出水效果。[11]PauneF,CaixachJ,EspadalerI,etal.Assessmenton②对于污染较为严重的原水,可采用O3/theremovaloforganicchemicalsfromrawanddrinkingGAC联用技术。当嗅味严重、有机物浓度较高时,wateratallobregatriverwaterworksplantusingGAC[J].WaterRes,1998,32(11):3313-3324.采用O3/BAC甚至O3/IBAC技术,必要时增加O3[12]MuramotoS,UdagawaT,OkamuraT.Effectiveremoval预氧化,确保工艺的整体优化,出水水质达标。ofmustyodorintheKanamachiPurificationPlant[J].WaterSciTechnol,1995,31(11):219-222.参考文献:[13]郑祖庆.臭氧处理在日本净水中的动向[J].城市公[1]翁晓姚,周仰原.臭氧—活性炭组合工艺在微污染原用事业,1997,11(1):21-25.水深度处理中的应用[J].公用科技,1996,12(1):23[14]真柄泰基.高度净水处理の现状と今后の动向[J].-26.水道协会杂志,1999,(12):2-12.[2]林波.臭氧化法水处理技术的现状与展望[J].环境[15]田禹,曾祥荣,周定.臭氧生物活性炭联用技术发展与开发,1998,13(4):6-7.状况[J].哈尔滨工业大学学报,1998,30(2):21-[3]郑祖庆.美国十大臭氧处理水厂概况(上)[J].城市25.公用事业,1996,10(4):23-26.[16]冀滨弘.臭氧技术及其在水处理中的应用[J].污染[4]郑祖庆.美国十大臭氧处理水厂概况(下)[J].城市防治技术,1997,10(4):191-194.公用事业,1996,10(5):15-17.[17]王琳,王宝贞,马放,等.臭氧化-生物活性炭净化水[5]岳舜琳.活性炭在饮用水处理中的应用(一)[J].净厂的运行效能[J].中国环境科学,1998,18(6):552水技术,2000,18(1):37-39.-556.[6]BrunoLanglais,DavidAReckhow,DeborahRBrink.O2[18]周大佐,邱凌峰.O3-生物活性炭技术在微污染水处zoneinwatertreatment:applicationandengineering理中的应用[J].重庆环境科学,1998,20(2):41-[M].Michigan:LewisPublishersInc,1991.43.[7]WooHangKim,WataruNishijima,EijiShoto,etal.Pilotplantstudyonozonationandbiologicalactivatedcarbon电话:(0451)86282098processfordrinkingwatertreatment[J].WaterSciE-mail:mdjzjl@163.comTechnol,1997,35(8):21-28.收稿日期:2005-09-07以水资源的可持续利用支持经济社会的可持续发展·72·