刘丽君-臭氧-活性炭深度处理应用中常见问题与对策-第九届城镇水务大会

1、臭氧臭氧- -活性炭深度处理工艺应用活性炭深度处理工艺应用常见问题与对策常见问题与对策深圳市水务（集团）有限公司深圳市水务（集团）有限公司 刘丽君刘丽君20142014年年1111月月深度处理在深圳的应用运行管理问题与对策结论与展望水质问题与对策12341 臭氧-活性炭工艺在深圳的应用深圳市以东江水为水源，通过东深和东部两个引水工程，分别从东莞和惠州境内引水。引入境内的水首先进入水库，通过水库向水厂提供原水水源水质总体达到GB3838 -2002类水体要求，但存在季节性突变风险，包括氮、磷、藻类、嗅味、pH、锰、铝等，存在深度处理的技术需求原水原水管网管网混混合合池池混凝剂、石灰混凝剂、石灰臭

2、氧臭氧氯氯臭氧臭氧反应池反应池氯氯格格栅栅预臭预臭氧接氧接触池触池沉淀池沉淀池砂滤池砂滤池主臭主臭氧接氧接触池触池活性活性炭池炭池清清水水池池二级二级泵站泵站氯氯1 臭氧-活性炭工艺在深圳的应用梅林水厂和笔架山水厂深度处理工艺梅林水厂和笔架山水厂深度处理工艺 示意图示意图 深圳目前有3个水厂采用了深度处理工艺：梅林水厂、笔架山水厂和沙头角水厂。其中梅林水厂采用臭氧-活性炭工艺；沙头角水厂属于改造工程，采用将砂滤池改为炭砂滤池，后接超滤膜工艺1 臭氧-活性炭工艺在深圳的应用梅林水厂深度处理梅林水厂深度处理：2005年6月投入运营，总处理规模60万m3/d。常规处理：水力混合折板反应平流沉淀均质石

3、英砂滤料V型滤池液氯消毒；深度处理：预臭氧(常规工艺）-主臭氧V型活性炭池笔架山水厂深度处理笔架山水厂深度处理：2006年3月投入运营，总处理规模20万m3/d。常规处理：水力混合小网格反应平流沉淀均质石英砂滤料V型滤池液氯消毒；深度处理：预臭氧(常规工艺）-主臭氧翻板活性炭池深度处理目的：氨氮和TOC不高，应对季节性和突发性的原水水质变化，如：藻类、嗅味、有机物，改善水的口感1 臭氧-活性炭工艺在深圳的应用 沙头角水厂深度处理工艺沙头角水厂深度处理工艺 示意图示意图原水格栅井穿孔旋流絮凝、斜管沉淀炭滤池超滤膜管网清水池加絮凝剂、石灰液氯 沙头角水厂深度处理改造工程2013年7月投入运行，规模

4、4万吨/日，改造目的是应对水质突变和季节性变化，同时降低生物风险，是国家十一五水专项的示范工程深度处理在深圳的应用运行管理问题与对策结论与展望水质问题与对策12342 常见水质问题与对策 臭氧化副产物问题A 臭氧化副产物主要有三类： u 溴酸盐：当原水溴离子浓度高时，会被臭氧氧化为溴酸盐。溴酸盐是可能的致癌物质，饮用水中的限值为0.1微克/Lu 甲醛：当原水中天然有机物浓度高时，臭氧化过程会导致以甲醛为代表的醛类副产物含量增加。甲醛是确认的致癌、致畸性物质，饮用水中限值为0.9mg/Lu 消毒副产物前体物：原水中的大分子有机物被臭氧分解为小分子有机物，在氯消毒过程中转化为卤代消毒副产物，增加副

5、产物风险 2 常见水质问题与对策 臭氧化副产物问题A u 溴酸盐问题主要出现在沿海地区的咸潮期，或者氯离子高的盐碱地区（Cl-50mg/L以上）u 研究表明，当原水中Br-的浓度低于45g/L时，在正常的臭氧投加量下，没有溴酸盐超标风险u 深圳原水溴离子浓度一般在30g/L以下，水厂出厂水中BrO3-的浓度一般在检出限2.0g/L以下，没有超标风险 n 溴酸盐风险问题BrO3-浓度随接触时间和臭氧浓度变化关系资料来源：十一五水专项成果2 常见水质问题与对策 臭氧化副产物问题An 溴酸盐风险控制溴离子浓度溴离子浓度0-700-70g/Lg/L溴离子浓度溴离子浓度70-12070-120g/Lg/

6、L溴离子浓度溴离子浓度120-170120-170g/Lg/L溴离子浓度溴离子浓度170170g/Lg/L臭氧接触池优化臭氧接触池优化高碱加氨低碱高碱加氨低碱CO2臭氧接触池优化臭氧接触池优化加氨或降低加氨或降低pH值值高锰酸钾复合氧化高锰酸钾复合氧化过氧化氢高级氧化过氧化氢高级氧化选择其他处理工艺选择其他处理工艺或换水源或换水源4545g/Lg/L降低溴酸盐生成量降低溴酸盐生成量20%降低溴酸盐生成量降低溴酸盐生成量65%降低溴酸盐生成量降低溴酸盐生成量23%降低溴酸盐生成量降低溴酸盐生成量32%臭氧接触氧化臭氧接触氧化降低溴酸盐生成量降低溴酸盐生成量45%降低溴酸盐生成量降低溴酸盐生成量4

7、7%资料来源：十一五水专项成果4545g/Lg/L可以不采取控制可以不采取控制2 常见水质问题与对策 臭氧化副产物问题Au 臭氧化过程中甲醛的生成量与原水中有机物的种类和含量密切相关u 有机物含量越高，臭氧投加量越大，甲醛浓度越高u 深圳的2个臭氧活性炭水厂运行近10年，出厂水甲醛浓度一直0.05mg/L的检测限，远低于水质标准0.9mg/L，说明这样的水质和工艺条件下没有甲醛超标风险n 甲醛风险问题资料来源：十一五水专项成果甲醛生成量与有机物浓度关系甲醛生成量与臭氧投加量的关系2 常见水质问题与对策 臭氧化副产物问题Au 臭氧化导致三氯乙醛生成势升高，臭氧浓度越高，增加量越大u 7d生成势增

8、加的比例高于1d生成势，但当臭氧浓度提高到2.5mg/L 时，1d生成势会大幅升高u 采用臭氧氧化时，其投加量应综合考虑目标污染物的去除效果和氯副产物风险n 消毒副产物前体物风险臭氧投加量（mg/L）00.511.522.5CODMn（mg/L)4.91 4.05 3.93 3.44 3.48 3.66 UV254（cm-1）0.07260.0520.04220.03720.04010.0331TOC（mg/L）3.122.93.343.583.463.771dCH势41.2549.4244.9938.8147.2460.555dCH势100.2121.6115.8123.8133.9138.

9、61d去除率（%）0-19.81 -9.07 5.92 -14.52 -46.79 5d去除率（%）0-21.36 -15.57 -23.55 -33.63 -38.32 不同臭氧浓度下有机物指标及三氯乙醛不同臭氧浓度下有机物指标及三氯乙醛生成势的变化趋势生成势的变化趋势2 常见水质问题与对策 臭氧化副产物问题Au 研究表明，深圳原水中能转化为三氯乙醛的有机物20-45%存在于可以通过混凝沉淀和过滤去除的颗粒物中，对于氯消毒副产物风险高的水体或季节，应减少或取消预臭氧的投加，以降低副产物超标的风险u 采用高锰酸钾等氧化性较弱的氧化剂，替代臭氧预氧化有利于降低深度处理工艺的氯化副产物风险；同时可

10、通过适当降低主臭氧投加量控制前体物的形成n 消毒副产物前体物控制2 常见水质问题 生物膜脱落和微生物泄露问题Bn 炭池出水微生物风险3个不同水温，运行7天期间细菌总数变化（1）15最高细菌总数1.03104，20 时为2.47104，25时为2.94104。（2）15没有明显周期性峰值，变化负的小，20 时运行3天左右出现明显峰值，7天时急剧升高，25时2天出现峰值，7天时急剧升高。2 常见水质问题 生物膜脱落和微生物泄露问题Bn 炭池出水微生物风险运行运行1年的中式炭柱进出水细菌总数年的中式炭柱进出水细菌总数变化趋势变化趋势臭氧活性炭水厂细菌臭氧活性炭水厂细菌DGGE图图2 常见水质问题 生

11、物膜脱落和微生物泄露问题Bn 炭池出水微生物控制控制不同水温下反冲洗前后炭池出水细菌总数不同水温下反冲洗前后炭池出水细菌总数u 根据气候条件控制适宜的反冲洗周期和反冲洗程序u 排放反冲洗后的初滤水u 建立预警方法。跟踪监测炭后水的细菌总数和颗粒数，根据水厂的运行经验，设定反冲洗和强化消毒的细菌预警值2 常见水质问题 微型动物穿透问题Cn 炭池中常见的微型动物炭池中常见微型动物种类：（1）轮虫类：占生物量和种类最多。如：腔轮虫、鞍甲轮虫、多肢轮虫等（2）甲壳类浮游动物：如桡足类的剑水蚤、猛水蚤、哲水蚤。枝角类的象鼻溞、秀体溞等（3）其他水生昆虫：水螨、摇蚊幼虫、线虫、仙女虫、等完美美丽猛水蚤完美

12、美丽猛水蚤 温中剑水蚤温中剑水蚤 仙仙女女虫虫 摇摇蚊蚊幼幼虫虫 轮虫轮虫2 常见水质问题 微型动物穿透问题Cn 炭池中微型动物来源 炭池微型动物来源：（1）原水中密度太高，穿透前端净水构筑物（2）能够适应净水系统的环境，幼虫、卵和成体在炭池中继续生长繁殖2 常见水质问题 微型动物穿透问题Cn 微型动物控制措施全流程多级屏障原水活体原水活体生物灭活生物灭活高效沉高效沉淀去除淀去除炭池和砂滤池二次繁殖抑制炭池和砂滤池二次繁殖抑制深度处理在深圳的应用运行管理问题与对策结论与展望水质问题与对策12342 常见水质问题与对策pH调控问题A 生物活性炭工艺运行中的pH值问题来自两个方面： 活性炭池运行初

13、期，出水的pH大幅升高问题：A. 活性炭池运行稳定期，出水pH值大幅降低问题。p pH升高：由于目前市场上购买的生物活性炭一般经碱处理后呈碱性；p pH降低：由于生物活性炭中的生化反应释放H+，以及水体碱度硬度低，对酸碱度变化的耐冲击能力低问题原因n pH变化的原因沙头角水厂活性炭池出水pH变化趋势图2 常见水质问题与对策pH调控问题An 高pH的控制7.07.58.08.59.09.510.010.511.012345678910换水次数pH7.07.58.08.59.09.510.010.511.01234567换水次数pH连续浸泡连续浸泡6 6次次间歇浸泡间歇浸泡3 3次次（1 1） 浸

14、泡法：时间允许的话，推荐采用浸泡法：时间允许的话，推荐采用间歇浸泡间歇浸泡，间歇浸泡的放空时间，间歇浸泡的放空时间8-108-10h h2 常见水质问题与对策pH调控问题An 高pH的控制（2 2） 稀释法：根据炭池出水的稀释法：根据炭池出水的PHPH值，将炭池出水与砂滤池出水按照合适的比值，将炭池出水与砂滤池出水按照合适的比例混合，达到降低例混合，达到降低PHPH值的目的值的目的6.06.57.07.58.08.59.09.510.0020040060080010001200时间(min)pH砂滤水GAC出水1:1稀释1:3稀释1:5稀释2 常见水质问题与对策pH调控问题AnpH降低问题0.

15、730.310.422 常见水质问题与对策pH调控问题AnpH降低的控制措施 提高炭池进水碱度：在混凝沉淀阶段投加碱石灰或石灰提高炭池进水碱度：在混凝沉淀阶段投加碱石灰或石灰 提高炭池出水碱度：在炭滤后水中投加氢氧化钠或碳酸钠提高炭池出水碱度：在炭滤后水中投加氢氧化钠或碳酸钠提高炭池进出水提高炭池进出水pHpH浊浊度度和和铝铝随随碱碱石石灰灰剂剂量量变变化化2 常见水质问题与对策pH调控问题AnpH降低的控制措施沉后水加氯和炭池含氯水反冲洗沉后水加氯和炭池含氯水反冲洗u 水厂 B：pH8.067.81 水厂 A：pH8.477.67 u 氯对滤池pH下降的现象有很好的控制效果2 常见水质问题与

16、对策 活性炭性能评估与换炭问题Bn深圳水厂的活性炭性能指标深圳水厂的活性炭性能指标p 深圳的梅林、笔架山、沙头角三个深度处理水厂的活性炭分别使用了9年、8年、2年，是否需要换炭是个困扰的问题p 根据生活饮用水净化处理用煤制活性炭选用指南，碘值和亚甲蓝值是主要的评价指标，碘吸附值950，亚甲蓝吸附值180 水厂名称水厂名称新炭新炭使用使用1 1年年使用使用2 2年年碘值碘值亚甲蓝值亚甲蓝值碘值碘值亚甲蓝值亚甲蓝值碘值碘值亚甲蓝值亚甲蓝值梅林水厂梅林水厂9529521881886326321051053493496060笔架山笔架山90790717917955455475753193195050沙

17、头角沙头角7107101581582 常见水质问题与对策 活性炭性能评估与换炭问题Bn深度处理厂对有机物的去除能力水厂水厂CODCODMnMn去除率去除率TOCTOC去除率去除率UV254UV254去除率去除率氨氮氨氮去除率去除率梅林梅林(7(7年年) )39.629.157.5100笔架山笔架山(5(5年年) )37.526.849.8100常规水厂常规水厂33.625.941.087.2说明：深度处理水厂在有机物的去除效果方面仍说明：深度处理水厂在有机物的去除效果方面仍优于优于常规处理水厂常规处理水厂2 常见水质问题与对策 活性炭性能评估与换炭问题Bn深度处理厂对有机物的去除能力 笔架山水

18、厂活性炭池对笔架山水厂活性炭池对TOCTOC的去除率在的去除率在10-30%10-30%，对，对UV254UV254的去除在的去除在5-60%5-60%，对，对三氯乙醛前体物三氯乙醛前体物的去除率在的去除率在40-70%40-70%，对嗅味物质，对嗅味物质2-MIB2-MIB的去除的去除率在率在35-45%35-45% 总结：目前的活性炭仍然能满足去除季节性嗅总结：目前的活性炭仍然能满足去除季节性嗅味和消毒副产物前体物的需求味和消毒副产物前体物的需求2 常见水质问题与对策 活性炭性能评估与换炭问题Bn换炭的判断指标及方法（1）形成稳定的生物活性炭之后，不能单纯以代表吸附性能的碘值、亚甲蓝值等指标作为活性炭性能的主要指标（2）可以以对目标污染物的去除能力和去除效果作为主要判断指标，比如，需要生物活性炭解决嗅味问题，看对嗅味物质的去除率及处理后浓度，需要解决氨氮问题，则看处理后的氨氮是否能