美国臭氧化技术在给水处理中的应用

美国臭氧化技术在给水处理中的应用摘要：臭氧在饮用水处理中的应用已经有一百多年的历史。但是由于其技术复杂、成本昂贵，使应用受到限制。本世纪七十年代，由于水污染的加剧和公众健康意识的提高，迫使人们在传统水处理工艺的基础上采用新的手段，保证供水水质符合更加安全的饮用水标准。经过近二十年的研究和实践，以臭氧为主组成的复合应用技术，以其良好的处理效果成为给水深度净化技术的首选。关键字：臭氧发展臭氧在饮用用水处理中的的应用已经有有一百多年的的历史。但是是由于其技术术复杂、成本本昂贵，使应应用受到限制制。本世纪七七十年代，由由于水污染的的加剧和公众众健康意识的的提高，迫使使人们在传统统水处理工艺艺的基础上采采用新的手段段，保证供水水水质符合更更加安全的饮饮用水标准。经经过近二十年年的研究和实实践，以臭氧氧为主组成的的复合应用技技术，以其良良好的处理效效果成为给水水深度净化技技术的首选。目前，臭臭氧化技术应应用以欧洲大大陆最为普遍遍。法国和瑞瑞士臭氧化工工艺的应用有有着悠久的历历史，臭氧化化设备也居世世界领先地位位；德国全国国85%的水厂采用用了臭氧深度度处理技术。在在美国，进入入八十年代以以来，由于美美国环保局提提出了新的水水质标准，对对出厂水和管管网水的消毒毒作了更加严严格的规定，同同时又对减少少水中的消毒毒副产物作出出进一步的限限制，这双重重的压力迫使使国内的水厂厂不得不考虑虑采用臭氧化化、强化混凝凝和生物过滤滤等技术来达达到供水要求求。因而臭氧氧化深度处理理技术改造正正在全国范围围内兴起，据据1990年统计，美美国已有40余座水厂已已经应用了臭臭氧化技术，还还有许多类似似的水厂则正正在设计或建建设之中。下下面以洛杉矶矶水厂(ThelosAAngeleesAquueducttFilttratioonPlaant)为主，结合合新泽西特拉拉华河区域水水厂(TheDelawwareRRiverRegioonalWWaterTreattmentPlantt)的工艺情况况，介绍美国国当今给水处处理中臭氧化化技术应用的的特点。一、工艺概况洛杉矶水厂于11987年4月正式投产产，是全美最最大的臭氧化化水厂，最高高日处理量230万m3，平均日处处理量160万m3。原水来自自内华达西拉拉山的东坡，积积雪融化的水水，采用渠道道和水管两种种输水方式，经540km距离，重力输送至水厂。原水浊度2NTU左右，pH8-8.5，TOC平均1.5mg/l，水质较好。1、工艺流程洛杉矶水水厂的主要工工艺过程包括括：·预臭氧化臭氧发生生器设计采用用5台(4用1备)，臭氧发生生量149kg／h。臭氧接触触室共4座，单池尺尺寸为30×9××6m，臭氧投加加量1.0-22.0mg／l，停留时间5min，尾气由接接触室顶部集集中抽送到臭臭氧尾气破坏坏装置中，将将尾气中臭氧氧降至0.1mmg／l以下，排入入大气。·混凝快快速混合池共共8个，单池尺尺寸为3×3×44.3m，各安装快快速搅拌器，把把混凝剂快速速均匀地扩散散至水中。混混凝剂投量为为：阳离子聚聚合物1.3mmg／l，三氯化铁1.1mmg／l。混合时间0．86s。絮凝池36个，单池尺尺寸7.6××7，6×6.11m，停留时间10miin。·过滤滤滤池24只，单池面面积130m2，无烟煤滤滤料，厚度1.83m，有效粒径1.5mm，均匀系数1.5。采用3段式气水混混合反冲洗：：首先气水同同时冲洗，通通气时间1min，冲洗强度20l//(s·m22)，水冲2min，冲洗强度6.8ll/(s·mm2)；然后单水水高速反冲5min，冲洗强度17l//(s·m22)；最后低强强度漂洗2min，冲洗强度15l//(s·m22)。冲洗效果果良好，滤料料表面不易结结块，滤层不不形成泥球。·消毒由由于预臭氧化化的作用，最最后消毒时，三三卤甲烷大大大减少。4台加氯机容容量124kg／h，最大加氯氯量5.6mgg/l。2.出水水质洛杉矶水厂厂处理前后的的水质指标见见表1。由浊度、三三卤甲烷生成成势、总有机机碳等项指标标来衡量，该该水厂的出水水优良。洛杉矶水厂处理理前后的水质质表1参数单位原水出水参数单位原水出水浊度NTU2.60.1镁mg/l4.24.2溶解固体mg/l100100钠mg/l2929pH

8.27.8钾mg/l8.08.0三卤甲烷生成势势μg/l9060碱度mgCaCO33/l9494总有机碳mg/l1.51.1硫酸盐mg/l2020溶解氧mg/l9.39.3氯化物mg/l1316色度铂钴单位41硝酸盐mg/l0.440.44硬度mgCaCo33/l6868铁mg/l0.010.01钙mg/l2121氟化物mg/l0.560.56二、臭氧化技术术特点与应用用效果1．臭氧采用纯纯氧发生洛杉杉矶水厂采用用管式水冷臭臭氧发生器，使使用9.5-110.5kVV、600Hz高压中频交交流电，以纯纯氧为原料产产生臭氧，臭臭氧浓度按重重量计可达6％。氧气由由洛杉矶水厂厂的低温氧气气发生厂供应应，日产45,3660kg，氧气从空空气中制备，纯纯度达95％。为了满满足生产过程程中臭氧用量量的不同需要要，氧气产量量可在设计能能力的100％到60％之间进行行调节。每日日还产生大约约l,8220kg的液态氧，贮贮存在一个35,2550l的液氧罐内内。液态氧可可在需氧高峰峰期间增加氧氧气的供应，也也是氧气厂停停机时的后备备供氧源。臭氧发生生器原设计采采用5台，1993年又添置了1台臭氧发生生器，以增加加臭氧的投加加能力。1997年，其中的1台臭氧发生生器根据Ozoniia的最新技术术（AdvanncedTTechnoologyââ）进行了改改造，将原有有的玻璃放电电管改换为陶陶瓷放电管，将将产量提高近近1倍，并可节节约能量。目目前的总装机机能力为250kkg/h。运行时，臭臭氧的产量可可通过增减臭臭氧发生器的的工作台数，在在系统能力的的25％到100％之间进行行调节，氧气气的流量及发发生器的功率率均可自动控控制。2．臭氧以微微孔扩散方式式接触反应预臭氧化化之前，水仅仅在入口处经经过筛网过滤滤。臭氧注入入接触池，水水深≤6.10m，水力停留留时间≤5min。池内的导导流墙可以使使水的短流降降至最小。在在每一个接触触池内有两排排微孔陶瓷扩扩散器，从中中注入臭氧。臭臭氧投加量通通常为1.0到1.5mgg/l，根据需要要，可增加到到2.0mgg/l以上。根据10年来统计的的结果，臭氧氧的平均投加加量为1.3mgg/l。1993年7月美国环保保局地表水处处理规定(SurffaceWWaterTreattmentRule))实施以来，水水中剩余臭氧氧较以往有所所增加，目前前通常保持臭臭氧接触池的的第一反应室室剩余臭氧浓浓度值在0.3mgg/l以上，以达达到美国环保保局规定杀灭灭0.5个数量级贾贾第虫所需的的CT值。臭臭氧化水厂要要定期测定臭臭氧的转移效效率，以便确确定臭氧扩散散器的工作状状况，检查不不同组的臭氧氧接触池的臭臭氧投加是否否均衡。原来来的棒状微孔孔陶瓷扩散器器在最初的2年运行良好好，但到了第第3年，一些扩扩散棒的端帽帽发生开裂，需需要进行焊接接；一些耐腐腐塑料垫片出出现破损，要要用硅胶垫片片进行更换，并并用密封胶作作了处理。从从1991年开始，一一种经过改进进的微孔陶瓷瓷扩散器投入入使用，克服服了原有扩散散器的缺陷。1997年，另外3套扩散器也也进行了更换换。3.臭氧在水处处理过程中的的作用洛洛杉矶水厂十十年的运行经经验充分证实实，臭氧除了了可有效地控控制嗅、味与与色度和控制制消毒副产物物以外，臭氧氧化通过微絮絮凝和消毒灭灭菌，在水厂厂处理工艺中中发挥着至关关重要的作用用。·微絮凝作用用与预加加氯比较，臭臭氧有助于加加快絮凝，絮絮凝时间从20min缩短到10minn)，相应地絮絮凝池的数目目减少了—半；臭氧能能提高滤池过过滤速度，过过滤速率由22m/h增加到33m/h，相应所需需过滤装置的的数目则降低低了三分之一一；延长了反反洗周期之间间的过滤装置置运行时间，降降低了反洗所所需的用水量量，减少所需需反洗设备的的规模；臭氧氧可降低凝聚聚剂的用量，所所需的化学凝凝聚剂减少了了33％，并且减减少了过滤装装置反洗污泥泥。·消毒灭菌在水厂控控制贾第虫和和病毒的多道道屏障中，臭臭氧首当其冲冲。根据美国国环保局地表表水处理规定定进行测算，臭臭氧对贾第虫虫的平均灭活活率达0.8个数量级以以上。臭氧与与后加氯共同同作用可以达达到杀灭贾第第虫1个数量、杀杀灭病菌3个数量级。同时，控控制水中颗粒粒数量的试验验表明，如果果将臭氧关闭闭，代之以预预氯化，滤后后水中的颗粒粒数量将增加加5倍。此此外，臭氧化化使后消毒的的氯需求减少少了50％，改善了了供水的口感感，降低了水水中的消毒副副产物。三、臭氧化技技术的发展1、臭氧化与生生物过滤的结结合使用水中中天然有机物物对于供水水水质有着重要要影响，可同同化有机碳(AOC)进入管网后后可能会造成成细菌的再度度繁殖，使水水中大肠菌的的数量超过规规定的标准。同同时，供水能能否符合关于于消毒副产物物的规定，原原水中的天然然有机物的种种类和数量至至关重要。非非腐殖酸类天天然有机物据据认为是引起起管网中微生生物再度繁殖殖的碳源，生生物过滤能够够有效去除这这类天然有机机物；臭氧化化能够通过将将天然有机物物的大分子，氧氧化为小分子子，减少三卤卤甲烷(THMss)和其它消毒毒副产物的前前驱物；但这这些小分子大大多易于生物物降解，会导导致管网中细细菌再度繁殖殖。因此，将将臭氧化和生生物过滤结合合有利于发挥挥其各自的优优势。洛洛杉矶水厂在在现有工艺的的基础上，通通过改变无烟烟煤滤池前的的投氯量，进进行了臭氧化化—生物过滤的的生产性对比比试验。结果果表明，臭氧氧化—生物过滤能能够去除29%的三卤甲烷烷和卤乙酸的的前驱物，去去除29%的TOC，并能控制制臭氧化以后后水中AOC的增加。这这项研究还消消除了关于生生物过滤对滤滤池出水浊度度、过滤周期期，以及出水水中大肠菌的的疑虑。生物物滤池出水中中的大肠杆菌菌和其它异养养菌的数量完完全可以通过过后加氯消毒毒与以杀灭，并并且在所有的的水样中，尽尽管一些大肠肠菌检验呈阳阳性，但埃希希氏大肠菌均均呈阴性，也也未发现粪便便污染。在1年的运行试试验中，两种种对比流程出出水平均浊度度均为0.07NNTU，滤池的运运行周期亦未未见差别。基于上述述试验结果，洛洛杉矶水厂拟拟将臭氧化—生物过滤工工艺正式投入入生产。2、洛杉矶水水厂臭氧化经经验的应用在洛杉矶矶近郊的一座座水库附近，一一个新的直接接过滤水厂正正在设计之中中。为了满足足即将颁布的的美国环保局局有关强化地地表水处理规规定(EnhaancedSurfaaceWaaterTTreatmmentRRule)的要求，根根据已有的经经验，与洛杉杉矶水厂原设设计相比，该该水厂在以下下几个方面有有所不同：·臭氧接触池池的水力停留留时间由洛杉杉矶水厂的5min，增加为10min；·臭氧投加点点由2个增加到3个，以有利利于控制溴酸酸盐的生成；；·臭氧设计投投加量由1.5mgg/l增加到2.5mgg/l（目前洛杉杉矶水厂的实实际投加能力力已达2.6mgg/l）；·设计采用新新型的高浓度度臭氧发生器器（臭氧浓度度按重量达10%以上），以以便于运行管管理、降低噪噪声、减少占占地。3、新泽西特特拉华河区域域水厂的臭氧氧化工艺1996年4月运行投产产的特拉华河河区域水厂，日日处理能力11.5万m3，处理工艺艺包括臭氧化化、强化混凝凝和生物过滤滤（见图2）。原水由由特拉华河泵泵送至水厂内内6万m3的贮水池，进进行贮存和调调节，再用泵泵提升至臭氧氧接触池，进进行预臭氧化化，臭氧投加加量为2-4mgg/l。臭氧接触触池分为A、B、C共3个室，每个个室接触时间间4-5miin，A室和B室分别设有66、22套微孔扩散散器。水与臭臭氧接触后，投投加混凝剂氯氯化铁和一种种高分子助凝凝剂，进入静静态混合器。出出水流经静态态混合器和快快速混合池形形成矾花。在在快速混合池池的末端完成成絮凝后投加加高分子聚合合物，便于在在后续构筑物物中形成悬浮浮污泥层，出出水经配水井井进入4座超脉冲悬悬浮污泥澄清清池。澄清出出水进入生物物滤池，每个个生物滤池装装有1.5m厚单层活性性炭滤料。滤滤后水流入后后处理池后加加药，然后进进入清水池进进行消毒，再再泵送至管网网。特拉华河区区域水厂与洛洛杉矶水厂工工艺上的主要要差别在于：：·特拉华河区区域水厂的臭臭氧投加量为为2-4mgg/l，而洛杉矶矶水厂为1-2mmg/l，前者高出出后者1倍；·特拉华河区区域水厂采用用了澄清-过滤工艺，而而洛杉矶水厂厂则采用的是是直接过滤工工艺，前者的的工艺更加复复杂；·特拉华河区区域水厂滤池池采用粒状活活性炭滤料，而而洛杉矶水厂厂则采用的是是无烟煤滤料料，前者更加加注重通过吸吸附和生物降降解去除有机机物。特特拉华河区域域水厂与洛杉杉矶水厂的原原水在浊度和和有机物含量量上大体相当当，但在工艺艺上出现明显显差别。这主主要是由于近近年来美国环环保局和各州州政府，