臭氧活性炭技术在水质深度处理中的应用报告070816

项目概况臭氧（O3）是一种具有刺激性特殊气味的不稳定气体，分子结构如它可在地球电离层内光化学合成，但是在地平面上仅以极低浓度存在。臭氧的化学性质极不稳定，在空气和水中都会慢慢分解成氧气。臭氧的氧化能力极强，其氧化还原电位仅次于氟。臭氧的标准电极电位除比氟低之外，比氧、氯、二氧化氯及高锰酸钾等氧化剂都高。说明臭氧是常用氧化剂中氧化能力最强的。同时，臭氧反应后的生成物是氧气，所以臭氧是高效的无二次污染的氧化剂。臭氧水处理技术，作为一种先进的水处理技术，可以对水中的无机物氧化，对有机物进行分解，从感官上直接解决水中因为有机物污染而引起的异味及颜色等不纯净问题，还能将水中总有机物含量（COD）降低50%。对于生活污水、工业废水及市政自来水，依照我们传统的处理工艺，已经无法达到国家或地方对于污水、废水排放及自来水饮用的标准，其深度处理在国内已成为学术界、政府、生产企业共同研讨且必须面对解决的问题。江苏省在2008年底要发布并实施新的水污染排放标准（DB32/1072-2007）规定，凡排入太湖地区水体的城镇污水处理厂或工业废水都必须达到设定的化学需氧量（COD）、氨氮、总氨和总磷等4种水污染物最高排放浓度限值及最高允许排水量限制；已经颁布实施的新国家标准《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006），改变了我国20年来自来水标准不变的落后状况，水质标准正向国际先进水平接轨。以上标准的提高，使得国内大部分相关水处理厂的工艺，不管是生活污水、工业废水还是市政自来水，都需要增加深度处理这一不可逾越的工艺。本项目的核心处理技术是臭氧加生物活性炭法。通过臭氧的强氧化能力和生物活性炭的分解吸附能力，并根据原水水质分析报告，辅之以其它传统配套工艺，达到降低COD，降低水中氮磷含量，使处理对象达到国家或地方相应的法规标准。本项目所含技术在国外已经有很好的推广使用，发达国家80%已经采用该项水处理技术，理论可行，经验充实，结果信服。在我们国家的应用才开始起步：国家在北京有采用该项技术进行污水处理的案例，在北京、上海、广州和昆山有自来水深度处理的案例。但都引进了国外技术，一次投入大，维护不方便。本项目的核心是臭氧发生装置，其稳定可靠的运行是项目成败的关键。这也是制约我国臭氧技术应用和发展的主要瓶颈所在。近些年，随着我们国内制造业的发展，特别是一些高校科研人员的技术攻关，这一问题得到了根本的改变。河海大学作为我公司的技术合作方，已成功突破了空气源1Kg以下臭氧发生装置的技术难点，在上海、泰兴等地的中试已完全通过，并获得了省部级鉴定成果。我公司是唯一允许使用该技术的企业，并正以我们的研发队伍为主投资研究5Kg空气源臭氧发生装置，并能达到国际先进水平，解决50万吨以上各种水质深度处理的问题。项目实施的目的与意义在学术界，水质的深度处理，一般把该技术与膜技术做比较。研究表明，膜技术的应用在好多方面有很大的局限性，如处理效率、结构的简易程度、投入成本和运行费用、最大处理能力、维护等等。以前区别与欧洲国家，不太主张采用臭氧生物活性炭法的美国和日本，在近些年也开始使用该技术。所以该项目的成功使用，必将引领国内水质处理的新潮流。该项目的主要目的是有效解决水质不达标的问题，是解决国家政府的郑重承诺、排污企业停业关门、百姓生活生存、减轻自然环境承载、经济可持续发展的问题，其意义不言而喻。2007年5月下旬，随着无锡太湖蓝藻水事件的爆发，我们不得不重视我国水污染的严峻形势。滇池、太湖、巢湖、北戴河水库等先后都发生了水污染事件，给国家和人民造成的损失无法计数，据统计，光滇池的治理，已经花掉四十多亿人民币。化学、工业重金属和生物污染已经给内陆江河湖泊造成严重威胁，这也直接威胁到人民的生命健康，影响国民经济健康持续快速发展，已引起中央全地方政府的高度重视，被列为重点关注的民生问题之一。好多地方政府把治理水污染、为民众提供合格的生活用水、有措施处理突发水灾害等纳入政府主要负责人的任职考核目标。江苏省政府更是用强硬的措施，对太湖治理目标进入倒计时。我们操作该项目，正是给各级政府主管部门、生活污水处理厂、工业废水处理厂及自来水厂提供一个可行的方法论。让大家在水质处理方面多一个思路，多一个选择，使得排放能达到国家或地方法规（江苏省目标为1级A），做到中水回用；饮用水达到2007年7月颁布的新的国家标准。为尽快，有效，经济的解决水质深度处理提供一个水处理企业应尽的社会责任。三・ 市场分析与预测我们国家生活废水和企业污水不达标排放非常严重，中国水污染主要来源于工业及城市废水的排放，农业施用化肥、农药、有机肥的流失以及固体废料的淋溶。据估计，生活污水的80%未经适当处理就直接排入江河湖库1997年污水排放总量为416亿吨，其中工业废水227亿m3，城市污水189亿m3。工业废水中，县以上工业排放污水188亿m3，乡镇企业排放39亿m3。据水利部门最新调查资料，现在废污水排放量已超过上世纪80年代初的一倍以上，年排废污水达600亿吨。中国城镇供水环境污染日益严重，城市水域受污染率高达90%以上，不少城市供水水源受到威胁。要使生活和工业废水达标排放，必须进行污水处理设备的投入。以淮河为例，1993年流域内污废水排放已达到36.8亿m3,其中COD总量为150万吨。以有机污染为主，占污染负荷总量的70%，主要来自一大批规模小的造纸业、酿酒业以及制革业的工厂，它们能耗高、物耗高、效益差，根本没有治污措施。1995年以来，国家拨贷款累计11.2亿元，四省共自筹治理资金22.3亿元。在1994-19997年流域内共关闭了5000家年产量小于5000吨的小造纸厂；在污废水排放量超过100m3/天的1562家工厂中，有1139家实现了达标排放，215家进行污废水处理。淮河水环境总体状况已有所改善。但是1999年光是淮河流域省界，v类和超v类水质的河段数竟连续六个月超过50%，有四个月竟达到70%。尽管各超v类水河段的超标倍数比1994、1995年小许多，但流域水环境质量十分低下。依据年排放废水600亿吨计算，国家用10年时间通过治理，使一半排放达到标准，每年也有30多亿吨废水亟待处理。根据全国现有的企业，专家估计废水处理日流量1吨需要投入约2000元的设备，这样，每年需要投入的水处理设备总量为：30+360X2000^163亿元江苏省计划今后太湖地区各市县要从新增财力中划出10%到20%专用于治理太湖水污染，每年将投入近100亿元，计划用5到10年时间基本解决太湖水污染问题。此外，还提出要对太湖地区的化工、医药、冶金、印染、造纸、电镀等行业全面开展专项整治，在2008年年底前依法淘汰2150家小化工企业。为了使城镇污水尽快达到新的排放标准，江苏省环保局称将要为之投入27亿元。由点及面，我们得出该项目的市场前景不可估量。技术先进性该项目的主要技术先进性有2点：一是臭氧发生发生装置制造技术的先进性；二是针对不同处理对象水处理成套设备能很方便的调整工艺和流量增容。据了解，这2项技术在国内还没有和我公司同类的产品。在国外，臭氧作为绿色环保强氧化剂，大中型臭氧发生器已广泛应用于工业，特别是上世纪九十年代中期后，以中高频产品为主，其特点为单台产量大、臭氧浓度高、电耗低、体积小、运行安全可靠、自动化程度高等。具有代表性的为美国PCI-WEDICO环境技术工程公司（美德合资）和瑞士OZONIA公司。美国PCI-WEDICO公司以制造大型、超大型臭氧发生器（臭氧产量大于10Kg/h）而著名，单台臭氧产量可达23Kg/h以上，1996年在芬兰Rauma造纸厂用于“无氯漂白”的臭氧发生器系统臭氧产量达420Kg/h，属世界之最。在国内，臭氧发生器的成熟产品还是工频高压型，属于国际上二十世纪六、七十年代水平，空气源单台产量最大在1〜2Kg/h，臭氧浓度10〜15g/m3、电耗20〜25KWh/KgO以上。由于单台浓度底、电耗较高、体积庞大、自动化3程度不高和社会经济发展等原因，臭氧在国内工业领域运用尚未普遍推广，最早国家的研究机构是清华大学和上海交大，国内臭氧仅应用在水处理，环境空气等消毒杀菌方面。除了上海环保设备总厂等少数几个生产厂家，所需要的大产量、高浓度的场合，依赖进口。由于经济发展与社会需求，中高频大中型发生器的研发近几年在国内刚刚开始。根据网上产品宣传，中型臭氧发生器（产量100〜1000g/h）有几个企业生产，如青岛国林、长沙远超、沈阳东宇等，但未形成系统研发，没有具有说服力的鉴定成果，应用于生活污水、工业废水及自来水处理方面进行O3+BAC（臭氧生物活性炭法）深度处理成功工程实例极少，工业应用走向成熟还有较大距离。国内应用的案例均被进口所占据。从已有资料分析，国内的这些大中型臭氧发生器，以中频为主，工作频率在400〜700Hz，主体技术与结构属上世纪七十年代工频臭氧发生器的改进型。关键部件臭氧发生管的单根产量^20g/ho本项目所采用的O3+BAC（臭氧生物活性炭法）成果通过了水利部科技成果鉴定（鉴字［2000］第2012号，水利科技成果编号［2000］2012），国产化小型抽样发生器关键技术达到国际先进水平，2003年本项目的合作方河海大学的单台臭氧产量为1Kg/h的“双放电气隙管式大型高频臭氧发生器”通过了江苏省科学技术成果鉴定（苏科鉴字［2003］第909号，关键部件臭氧发生管的单根臭氧产量达到了50g/h以上，该型臭氧发生器整机技术水平达到国内领先。同时，我们通过校企合作，单台臭氧产量为50〜500g/h的中小型高频臭氧发生器已实现产业化，其生产基地为我公司下属子公司苏州市嘉净水处理设备有限公司。并在生产的基础上，进一步研发5Kg/h臭氧发生器。该项技术已在上海进行了自来水分质供水的中试，运行稳定，经济，便捷。本项目的集成化模块化程度很高，设计灵活，可靠掌握了核心制造技术，而且避免了水质深度处理以往结构死板，占地面积大，移植性差的缺点。传统的水处理工艺决定了流程和处理池，一经设计，建成后将很难在改变流程。如新标准的颁布和水质的变化、处理水量的变化等，已存在的工艺将无可奈何。我公司的成套设备正好弥补了这一缺陷，可以因地制宜排放设备、根据水质调整控制工艺、模块组合增大处理量，即就是项目建成后，可发展和可调整的弹性很大。整套设备采用了先进的在线监测技术，并和远程数据通信留有接口，为有关部门的监管带来很大的便利。技术成熟度、应用范围及应用条件我公司在前期研发的投入上已经超过了600万元，搭建了一支环境科学、水处理技术、自动化技术、测试与检测技术、机械设计与装备制造等多学科人才队伍。并与河海大学、苏州市环境科学研究所紧密合作，决心致力与该项目的研发与实施。公司已开发了多个涉水产品，拥有实用新型专利7项，产品在应用中受到中国疾病预防控制中心及中国净水器行业协会的好评，开创了国内臭氧水处理技术的先河。通过上海中远两湾城一期分质供水系统的竣工验收与运行，（采用O3+BAC法深度处理加超滤工艺）处理能力为360m3/d，积累了宝贵的经验，获得了许多有益的中试数据。本项目为生活污水、工业废水、自来水的深度处理项目，根据公司已有的科技能力和以往的经验，对日处理能力在50000吨以下的项目可以采用单套设备来解决；需要说明的是，目前我公司还没有足够的能力解决日处理能力300000吨以上的生活污水、工业废水、自来水深度处理，但我们坚信通过我们不懈的努力，我们将很快能取得决定性突破。眼下，我们正在和河海大学共建乡镇集中供水深度处理示范点（国家级项目，合同编号2006GB23320420）。其主要技术已得到国家有关部委的认可，达到了推广阶段。本项目的处理对象比较宽，我们除了电镀废水没有实验数据外，生活污水、工业废水（污水厂）函盖食品、印染纺织、皮革、医药等都有了详尽的实验数据和工艺路线。一般的污水厂的工艺设计依据老的标准，COD排放。根据我们对苏州市区、吴江市、昆山市的多个污水厂出水取样分析，在原有前端处理的基础上，再加上我们的处理技术，处理后的各项指标均可达到1级A的标准，可以做到中水回用。工艺与技术路线5000吨生活污水处理设备直接从污水厂处理后出水口取水；利用混凝工艺去除污水厂处理后出水中残余的磷，通过过滤加以析出；利用臭氧+活性炭技术去除污水厂处理后出水中残余的COD、氮等；处理后的水进入中水箱，既可以经过一定时间的沉淀，达标排放；又可以为今后的中水回用提供水源。整套设备可以根据实际处理量的变化，分成两期工程，分别是2000吨和3000吨的日处理量，组合后成为一组日处理量为5000吨的生活污水深度处理设备。10000吨自来水深度处理设备直接从自来水厂处理后清水池取水；经过过滤器的过滤，去除水中残余杂质；利用臭氧+活性炭技术去除自来水厂处理后出水中残余的COD、色度等；最后利用原来的加氯系统处理后达标出水。15000吨工业污水深度处理设备直接从污水厂处理后出水口取水；利用混凝工艺，加上臭氧+活性炭技术去除污水厂处理后出水中残余的COD、总磷总氮等，使出水水质达到1A；处理后的水进入中水箱，既可以经过一定时间的沉淀，达标排放；又可以为今后的中水回用提供水源设备主要参数日处理量1.5万吨工业废水深度处理设备进水水质：CODV100mg/L出水水质：CODV40mg/L设备运行重量：3000T占地面积：200平方米总功率：210KW日处理量2000吨生活污水深度处理设备进水水质：CODV100mg/L出水水质：CODV40mg/L设备运行重量：145T占地面积：60平方米总功率：50KW/90KW（反冲）日处理量3000吨生活污水深度处理设备进水水质：CODV100mg/L出水水质：CODV40mg/L设备运行重量：210T占地面积：80平方米总功率：70KW/130KW（反冲）日处理量10000吨自来水深度处理设备进水水质：CODV10mg/L出水水质：CODV3mg/L设备运行重量：700T占地面积：250平方米总功率：180KW/269KW（反冲）八・ 有关实验数据本技术对污水的深度处理试验（原水为吴江某污水厂2007年8月2日水样）本方案的主要处理技术在实验室经过多次实验，取其测量的平均值。数据及结论如下：测试地点：公司实验室原水水样：吴江某污水处理厂终端废水测试方法：铭法实验过程及数据：实验一：取原水测COD为364.32mg/l1） 取原水样51,进行臭氧曝气，絮凝，活性炭过滤最终COD为31.6mg/12） 取原水样51,进行臭氧曝气，絮凝，活性炭过滤最终COD为21.0mg/1活性炭过滤的时间为10min实验二1） 取原水样51，首先PP棉过滤取水样A,再通过臭氧曝气取水样B，最后对水样进行絮凝活性炭过滤取水样C。水样A:COD为129.5mg/1水样B:COD为112.9mg/1水样C:COD为52.2mg/12） 重复实验水样A:COD为117.4mg/1水样B:COD为93.1mg/1水样C:COD为48.2mg/13） 重复实验（增加臭氧投放量）水样A:COD为117.4mg/1水样B:COD为97.9mg/1其中，活性炭过滤时间为3.5min实验三：取水样51通过PP棉，活性炭过滤取水样A水样A:COD为56.7mg/1结论：臭氧活性炭技术对处理污水中COD有明显效果，总的去除率高于70%。活性炭过滤时间对COD含量的最终结果有较大影响，成正相关。另外，我们通过一系列实验，得到如下最终结论：臭氧对于污水中的色、味去除效果明显。臭氧对于污水中的细菌作用效果明显。臭氧生物活性炭工艺处理效果明显优于臭氧活性炭处理工艺。臭氧生物活性炭技术能大量降低水中的氮、磷含量。本处理技术对于污水厂的深度处理有效。本技术对澡类和锰离子的试验（原水为6月2日无锡市政自来水）该阶段采用的原水均为2007年6月2日采自无锡的市政自来水。水体颜色现微黄色，味臭。2007年6月2日，在无锡市疾病预防控制中心，用250毫克臭氧发生器在盛满市政自来水的3L容器中曝气30分钟，观察到水体颜色逐步变深，现淡黄色，水体臭味已完全消除。然后将臭氧作用后的水置入心壶牌净水瓶上瓶过滤，颜色变浅；重复过滤动作3次，颜色进一步变浅，但与纯净水相较，水体颜色仍未致清。2007年6月2日，在昆山总馨机械有限公司实验室，用250毫克臭氧发生器在盛满市政自来水的3L容器中曝气30分钟，观察到水体颜色逐步变深，现淡黄色，水体臭味已完全消除。然后将臭氧作用后的水经过三组活性炭滤芯过滤后，水质优良，色度和浊度与纯净水非常接近。之后，经臭氧作用后的水改用两组活性炭滤芯过滤后，水质优良，色度和浊度与纯净水非常接近。2007年6月3日，在苏州冰心玉壶水家电有限公司实验室，采用改装后的实验装置，对瓶中的5L原水曝气37分钟，再用2级活性炭过滤装置过滤，出水水质优良。2007年6月4日，在苏州冰心玉壶水家电有限公司实验室，采用改装后的实验装置，并投入5ppm的絮凝剂（硫酸铝），对瓶中的10L原水曝气10分钟，再用1级活性炭过滤装置过滤，出水水质优良。经过上述试验过程和结果的观察，说明臭氧氧化絮凝加上活性炭过滤吸附的作用，能够有效去除原水中的异味，并很大程度上净化水体水质。为下一步的实验打下理论基础。:检测项目单位检验依据测定结果卫生规范要求处理前处理后色度＜＜生活饮用水卫生规范＞＞7-4.112^5^15臭和味附件7-6.1无无不得有异臭异味.肉眼可见物附件7-7.1无无不得有浑浊度NTU附件7-5.14.40.34^1耗氧量mg/l附件7-106.12.240.64去除率N25%锰mg/l附件7-137.10.0970.034顷.1加标试验检测数据检测项目单位检验依据测定结果去除率%卫生规范要求处理前处理后耗氧量mg/l＜＜生活饮用水卫生规范〉＞7-106.110.721.4486.6%去除率N25%微藻囊毒素mg/l附件7-132.10.000750.0001185.3%2007年6月7日，在上海疾病预防控制中心实验室，改装后的实验装置（嘉净牌除藻型水质处理机）依照《生活饮用水卫生规范》（2001）附件7进行专项检验，检验项目包括：色、混浊度、臭和味、肉眼可见物、耗氧量、铝、锰及微囊藻毒素。检验结果除微囊藻毒素加标试验不作评价，其余指标均符合《生活饮用水卫生规范》（2001）中的要求。具体检验结果参见上表［沪预研委水（2007）检字第0190号］结论和讨论：经过上述试验，说明采用该项技术并利用本试验装置，采用氧化絮凝和末端过滤吸附，能够有效去除原水中的微囊藻毒素、COD和Mn，并在去除水的色度、混浊度上效果明显，出水无色、无味、透明，出水水质达到《生活饮用水卫生规范》（2001）中的要求。九.产品（成套装置）主要特点介绍占地面积小；投入相对较少；运行费用低；自动化程度高，可进行在线检测，并能进行数据远传；建设期短；运行稳定；技术可靠，维护便捷；单元式、模块化结构，建成后还富有弹性，能快速调整处理工艺，扩大处理能力。十. 项目实施的过程步骤确定工程对象，组织专家组对水质进行详尽的分析，特别是峰值数据要考察最大流量、水温、水中主要指标以外的其它指标、可能的干扰指标等。确定处理工艺流程，论证。取原水水样按照已定的工艺流程试验，根据测试结果调整工艺。确定最终工艺。根据工艺进行设备选型。结合现场情况进行工程平面设计。出项目总方案。签定项目合同。依据总方案施工，完工后组织专家组及行业主管部门验收。十一.方案比较处理同等水源水质两种方案比较臭氧生物活性炭技术膜技术处理每吨水的设备投入1500〜1800元1800元以上处理每吨水的运行费用<1.2元>1.5元处理每千吨水的占地面积25平方米200〜300平方米10000吨水/日的建设期45天90天已知的最大处理能力超过60万吨/日5000吨/日维护周期长短运行稳定性稳定稳定水质的稳定性稳定稳定对处理对象的要求无法去除Na离子可以对工作环境的要求没要求没要求提供技术的厂商来源5万吨以下我们公司可做需要依靠进口结论在通常情况下，O3+BAC法性价比明显优于膜技术十二.社会经济效益预测从投资意义上讲，该项目的社会效益远远大于经济效益。改革开放20年来，我们没有处理好经济发展和环境保护的问题，环境欠债太多，自然界一次又一次地给我们发出警告，政府不断地出台相关政策法规，通过教育和引导，人们的环保意识在逐步提高，特别是一些经济发达地区，在处理经济增长和环境保护上，妥善调节产业结构，转变经济增长方式，把环境保护放在头等重要的，必须优先考虑的位置上来。江苏省委书记李源潮近日在无锡召开的太湖水污染治理工作会议上表达决心时讲：只要能把太湖治理好，“哪怕GDPT降15%”，他说“这是我们向大自然还账。”苏州市市长阎立和各区、县级市市长、区长签定了责任书；江苏省政府也与苏州、无锡、常州、南京、镇江5市政府签定了城镇污水处理厂“提标”脱磷除氮责任状，规定到2008年底，全面完成沿湖169座城镇污水处理厂脱氮脱磷“提标”改造任务。“提标”改