常规处理工艺净水厂提质改造设计方案研究

2007年7月1日新的《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）正式执行，水质指标由现行水质标准的35项大幅增加到106项，增加了71项，修订了8项，对水中多种微量有机污染控制将更加严格。新的《生活饮用水卫生标准》对供水企业的饮用水处理工艺技术提出了新要求。新标准也引起了公众对饮用水卫生安全问题的广泛关注。饮用水源地的保护、供水企业的技术革新、二次供水系统的完善都会对饮用水的水质有不同程度的影响，而供水企业的技术改造则是保障饮用水卫生安全的关键所在。

一、水厂提质改造工程建设的必要性

1、供水工程是城市重要的基础设施，对城市社会和经济发展具有先导性和制约作用。随着城市建设的不断发展，作为城区重要配套设施的供水项目需要在高起点、高标准上予以保证，否则会影响城市发展建设。由于各地水源不同程度的存在季节性污染，导致常规的混凝—沉淀—过滤—消毒工艺使出厂水难以稳定达标，迫切需要进行提质改造。

2、工程建设是满足新版《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）的要求，是为城市居民提供优质生活饮用水、保证人民身体健康的需要。

3、根据新的《生活饮用水卫生标准》，原有水厂水质达到新标准要求的保证率较低。所以，需要应用些新的成熟技术和设备，对原有水厂进行局部优化改造。因此，常规处理工艺水厂的提质改造建设势在必行。

二、工程建设内容及目标

1、工程建设内容

一般情况下，传统水厂提质改造工程的建设内容为：新增臭氧-生物活性炭深度处理工艺。其中包括臭氧制备间、臭氧接触池、活性炭滤池、滤池反冲洗和提升泵房。

2、工程目标

随着人民生活水平的提高和创造一个健康和谐的社会环境需要，城市居民迫切要求能够用到高清洁的自来水。

本工程供水水质目标为，符合《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）的要求，其中出厂水浊度低于0.5NTU。

三、净水工艺选择

原有水厂为常规净水工艺，以降低浊度为核心目标，对于微污染水源，不能有效去除有机污染物，所以，为达到《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）规定的出厂水水质标准，要考虑臭氧—生物活性炭过滤的深度处理工艺。

深度处理方法应用比较多的技术有：膜技术和臭氧—生物活性炭。

膜技术是一种物理处理方法，采用高分子薄膜作介质，以附加能量为推动力，对双组分或多组分固液进行表面过滤分离。市政水厂应用的工艺为微滤和超滤，用于截留胶体、细菌和病毒等大分子物质。

膜技术作为水处理的一个新型单元工艺，是近10年来重要的技术突破，出水水质相对其他工艺更优。但目前，由于膜是以物理方法进行表面过滤分离，存在膜污染难以避免和彻底克服等问题，使得膜运行的水通量下降，需要用水力冲洗和化学清洗来恢复膜的透过性能，相应增加了制水成本；同时也造成膜只能在一定年限内使用，而国内膜的低成本工业化制造技术尚未成熟，使得膜寿命到期后更换费用巨大。所以，膜是精细和高档产品，实际使用中一般在膜工艺前设置较好的预处理工艺，便于延缓其污染速度，延长膜的使用寿命。另外，膜对溶解性有机物去除较低。所以，一般情况是将膜技术用在非用不可的地方或最后的把关环节比较好。

臭氧—生物活性炭深度处理技术是集臭氧化、活性炭吸附、生物降解于一体的工艺技术。臭氧是强氧化性，它可以将水体中的大分子有机物氧化成小分子有机物，增强了有机物经活性炭滤池的可吸附性能。此外，通过臭氧的氧化作用，使水体中的部分不可生化的溶解性有机碳转化成可生化性的溶解性有机碳，增强了有机物的可生物降解性。尤其是臭氧生物活性炭的生物作用增强，减轻了活性炭吸附负荷；充足的溶解氧为好氧微生物提供了有利条件，生物活性炭利用微生物吸收被活性炭吸附的污染物，客观上起到了使活性炭再生的作用，可以使活性炭的寿命大大延长，从而降低运行费用。

所以，本工程考虑新建臭氧-生物活性炭深度处理工艺。

四、臭氧—生物活性炭过滤的深度处理设计研究

1、臭氧工艺系统的设计

（1）臭氧制备系统

水厂制备臭氧主要有三种方法，分别以空气、现场制氧机制氧和外购液态氧为气源，后两种均属于纯氧供氧系统，空气源和氧气源对应的臭氧发生器的型号是不同的。

A、采用空气供气

空气源产品臭氧浓度较低，因此同样臭氧产量时，空气源选择的设备要比氧气源设备型号大，初期投资较大。另外，由于制取臭氧的耗电量很大，以氧气（包括外购和现场制取）为气源制臭氧的电耗只有以空气为气源方式的40%~50%。

根据目前已用的一些水厂的情况，基本采用纯氧供氧方式。

B、现场制氧机制氧

现场制氧机制氧是将空气经净化、干燥后输入空气分离制氧机现场制氧。现场制氧设备投资比外购液态氧高，该系统设备较多，机修量大，有噪音。一般情况下在臭氧总产量在50kg/h的时候，选用现场制氧设备，相对投资较合适。所以，一些大型自来水厂由于使用氧气多，考虑不受制于液氧公司的液氧价格与运输的安全，自备制氧机现场制氧，虽然增加了一次性设备投资与管理难度，但运行费可节省，可靠性好。

C、外购液态氧供氧

外购液态氧氧气含量为97.7%时，臭氧产率最高。由液化空气公司供应液态氧至水厂储氧站。

液氧是较方便的供氧方式，氧气浓度方面能够保证，同时设备维护较少。缺点是：①需要附近有专门供液氧公司；②因为液态氧一般需外购，故制取臭氧总成本将随着液态氧价格的变化而变化。

采用何种气源制备臭氧，需综合多方面的因素，本次考虑外购液氧具有灵活性好、效率高的优点，故暂定采用液氧为气源制备臭氧方式，待下一阶段的设计中通过对纯氧供应系统及现场制氧系统的具体设备价格，以及维护服务情况综合比较后确定。

2、臭氧尾气处理系统

空气中一定浓度的臭氧对人的机体有害。所以，富含臭氧的尾气不得直接排放，必须通过剩余臭氧破坏装置来加以无害化处置。

目前国内外处理臭氧尾气的方法主要有：活性炭吸附分解法、电加热分解法和催化剂接触催化分解法。由于电加热分解法设备费用高，运行电费也高。目前国内外采用较多的是催化剂接触催化分解法，所使用的催化剂是一种黑色颗粒状物质，粒径约3 mm左右，其基本组成为CuO和MnO2的二元催化剂。

在实际工程设计应用中推荐臭氧尾气破坏，采用催化剂接触催化分解法，臭氧尾气消除装置露天设置在臭氧接触池池顶。

3、臭氧接触池容积的设计

目前国内已建水厂深度处理工程通常采用接触时间10~15min。本工程接臭氧触时间设计取t=11min，分三段接触室，第一段的接触时间为2min，第二段的接触时间为4min，第三段的接触时间为5min。接触池型中考虑进水和出水池的空间后总尺寸为18.6x10.2m，有效水深6.0m。

4、生物活性炭滤池设计

（1）活性炭滤料的选择

活性炭按原料不同分为煤质活性炭、木质活性炭或果壳活性炭等，其中煤质颗粒活性炭分柱状炭、压块破碎炭和原煤破碎炭。目前国内水厂的炭滤池用炭大部分使用煤质柱状炭及破碎炭。

在实际运行过程中，在原水有机物含量并不高的情况下，由于微生物的生物降解起主导作用，各种炭的去除效果无较大差异，因此，从经济上考虑，可以考虑选择价格相对低廉的活性炭。本工程拟采用煤质破碎炭，8×30目，碘值1062 mg/g，亚甲兰值256 mg/g，灰分9.63%，装填密度494g/ L。

（2）活性炭滤池型式的选择

目前国内大中型水厂的炭滤池采用最多的是气水冲洗滤池—V型滤池和翻板滤池。活性炭滤池拟采用翻板滤池。

（3）生物活性炭滤池设计参数的选用

按照设计规范的要求，并参照国内一些水厂经验，以6万吨/日规模水厂提质改造为例，推荐选用以下活性炭滤池设计参数。

一般情况下，生物活性炭滤池取空床滤速13.77m/h，接触时间10min，炭层厚2.3m。为避免脱落的生物膜影响出水水质，在炭滤池炭层下部设置500mm石英砂滤料层，起到阻隔作用。

生物活性炭滤池布置形式：单排布置，共6格；滤池总平面尺寸：35.1m×16m。