臭氧在自來水廠深度處理工程中的應(yīng)用（范例）

（一）自來水廠深度處理工程介紹
　　水廠供水水源為大運(yùn)河支流，全長(zhǎng)約10km，河寬41m，最大水深2.72m，平均流速達(dá)0.025m/s，近年來受有機(jī)污染的程度逐年加大，水中的氨氮、色度、亞硝酸鹽、耗氧量及鐵、錳的含量偏高，原水濁度25～272.6NTU，色度6～40，鐵0.23～2.80mg/L，氨氮0.5～5.0，CODMn3.28～8.90。按地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838--2002）評(píng)價(jià)屬Ⅳ～Ⅴ類，為微污染原水。
為了降低出廠水色度、氨氮及有機(jī)污染物的含量，水廠投入了大量資金及人力進(jìn)行技改，增加生產(chǎn)及管理的技術(shù)含量，克服種種不利因素，基本保證了供水水質(zhì)綜合合格率達(dá)標(biāo)，但隨著在常規(guī)處理工藝中氯的大量投加，增加了出廠水中三氯甲烷等鹵化烴和致癌變物質(zhì)等的含量。水中的異味嚴(yán)重，色、嗅、味不能滿足要求。
　　隨著人們生活水平的提高，市民對(duì)飲用水質(zhì)量的要求相應(yīng)提高。國家已頒布新的《生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范》，因此針對(duì)日益惡化的原水水質(zhì)，采用新穎的預(yù)處理工藝、臭氧活性炭深度處理工藝，是改善出廠水水質(zhì)的必要手段。
　　水廠深度處理工程設(shè)計(jì)規(guī)模為15×104m3/d，結(jié)合原有8萬噸常規(guī)處理，二期擴(kuò)建7萬噸包括常規(guī)處理，處理對(duì)象為微污染原水，主要水質(zhì)指標(biāo)是色度、耗氧量、氨氮及錳。
水廠目前設(shè)計(jì)供水能力8萬立方米/日，遠(yuǎn)期規(guī)模達(dá)到15萬立方米/日。水廠有常規(guī)處理2.5萬立方米網(wǎng)格反應(yīng)平流沉淀池兩座，5萬立方米四閥濾池1座，3萬立方米網(wǎng)格反應(yīng)平流沉淀池、四閥濾池各1座。深度處理工程，即在原有常規(guī)處理工藝基礎(chǔ)上，增加預(yù)處理和臭氧活性炭深度處理工藝?，F(xiàn)將該工程設(shè)計(jì)和建設(shè)特點(diǎn)介紹如下：

1 設(shè)計(jì)介紹
　水廠深度處理工程建設(shè)規(guī)模為15萬立方米/日，分兩期建設(shè)。一期工程8萬立方米/日，2002年7月正式動(dòng)工，2003年5月投入運(yùn)行。二期工程7萬立方米深度處理包括常規(guī)處理，將在2003年8月正式動(dòng)工。
　　通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，生物接觸氧化工藝比較適合源水的水質(zhì)特點(diǎn)，生物接觸氧化池容易與水廠現(xiàn)有構(gòu)筑物連接，且投資和運(yùn)行費(fèi)用較省。該工藝具有去除氨氮和有機(jī)物效果好、容積負(fù)荷高、耐沖擊負(fù)荷、出水水質(zhì)好且穩(wěn)定、動(dòng)力消耗相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)此工藝在應(yīng)用實(shí)踐中，對(duì)停留時(shí)間曝氣方式、填料品種、排泥和操作技術(shù)等工藝要素已有了大量的試驗(yàn)研究和較多的工程實(shí)例，取得了比較成熟的經(jīng)驗(yàn)。因此，本工程采用生物接觸氧化法作為預(yù)處理工藝。
原水經(jīng)過生物預(yù)處理和常規(guī)處理后，水中有機(jī)污染物有了明顯的去除。但由于水源水質(zhì)較差，源水有機(jī)污染物含量較高，此時(shí)出水中有機(jī)物濃度還比符合《生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范》的要求，需后續(xù)補(bǔ)充深度處理工藝才能較大幅度去除。
　　飲用水深度處理的方法有高級(jí)氧化、活性炭吸附和膜法水處理工藝等，綜合考慮經(jīng)濟(jì)和技術(shù)因素，在水廠中生產(chǎn)性運(yùn)用較多的是臭氧--活性炭聯(lián)用技術(shù)。本工程采用臭氧-活性炭法作為深度處理工藝。
　　臭氧-活性炭工藝主要涉及到臭氧的制造生產(chǎn)、投加及活性炭過濾等。臭氧的生產(chǎn)原料分為空氣、純氧和液氧三種，對(duì)三種臭氧生產(chǎn)方案、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)性能進(jìn)行綜合比較，結(jié)合水廠現(xiàn)狀，進(jìn)期考慮以純氧為臭氧生產(chǎn)原料，遠(yuǎn)期如條件成熟，可考慮制氧。

1.1 工藝流程

水廠工藝流程如下圖：

1.2 工藝設(shè)計(jì)

1.2.1 預(yù)處理工藝參數(shù)和特點(diǎn)
　　本設(shè)計(jì)在生物接觸氧化池中一定間距交替布置上通和下通垂直擋板，使水流形成上下轉(zhuǎn)彎，與填料充分接觸，并且避免短流，提高容積利用率。8萬噸/日規(guī)模一組，分兩格，水力停留為1.5h（有效水深4.5m，其中彈性立體填料高度為3.5m，直徑173毫米，長(zhǎng)度3.5米，共33000余根，上下采用緊繃索固定。預(yù)處理池下部排泥層高度為1.6m，池總高6.8m，預(yù)處理池平面尺寸67.98×21.05m，填料比表面積大于3m2/m3，穿孔管曝氣氣水比（0.6～1.5）：1。排泥采用穿孔排泥管。

1.2.2 運(yùn)行控制
　　針對(duì)污染源水的特點(diǎn)，采用穿孔管曝氣，分階段控制曝氣；為防止池內(nèi)積泥，在布?xì)夤芟略O(shè)有集泥槽和穿孔排泥管，預(yù)處理池前三分之一排泥周期三天，排泥歷時(shí)60s，后三分之二排泥周期六天，排泥歷時(shí)30s，排泥使用快開排泥閥，由PLC進(jìn)行控制；生物膜脫膜和填料上積泥采用氣沖洗，加大氣量輪換沖洗，沖洗強(qiáng)度是在正常運(yùn)行的2-3倍，沖洗周期15天，沖洗歷時(shí)30min，由人工操作。
1.2.3 鼓風(fēng)機(jī)房及配電間
　　鼓風(fēng)機(jī)房平面尺寸19.5×8.0米，面積284.5m2，土建按15萬立方米/日一次建成。設(shè)BE200羅茨鼓風(fēng)機(jī)（風(fēng)量45m3/min、壓力0.6kgf/cm2、功率75kw）兩臺(tái)，其中一臺(tái)變頻器，擴(kuò)建工程預(yù)留兩臺(tái)。設(shè)BE150羅茨鼓風(fēng)機(jī)（風(fēng)量22.4m3/min、壓力0.6kfg/cm2、功率37kw）兩臺(tái)。

1.2.4 提升泵房及吸水井
　　提升泵房為原5萬立方米送水泵房改造而來。平面尺寸23.7×7.0米，設(shè)計(jì)規(guī)模15萬立方米/日，設(shè)備按一期8萬立方米/日安裝，配立式離心泵（Q=2075.5m3/h，h=12.1m，η=85%，n=740rpm，N=110kw）兩臺(tái)；（Q=1037.7m3/h，H=12.1m，η=82%，n=980rpm，N=55kw）兩臺(tái)。
另設(shè)SZ-2，75kw真空泵兩臺(tái)（一用一備），常保持真空系統(tǒng)。
　　吸水井平面尺寸17.7×4.6×6.0米一座，與原有吸水井（17.7×3.6×6.0米）連通，可取水量550m3，為一臺(tái)大泵15分鐘取水量。

1.2.5 臭氧發(fā)生室
　　平面尺寸21.6×12.0米，分兩間，一間制臭氧室，水廠深度處理工程一期以液態(tài)氧為氣源，選擇了臭氧產(chǎn)量10kg/h的臭氧發(fā)生器（臭氧濃度6%，冷卻器水溫25℃）兩臺(tái)，一是考慮運(yùn)行成本，節(jié)約液氧用量，臭氧產(chǎn)量宜控制在6kg/h，兩臺(tái)共12kg/h，滿足生產(chǎn)需要；二是考慮在一臺(tái)臭氧發(fā)生器檢修時(shí)，另一臺(tái)臭氧發(fā)生器降低臭氧濃度，臭氧產(chǎn)量10kg/h，能基本滿足生產(chǎn)需要。另購一臺(tái)15kg/h（臭氧濃度7%，冷卻水溫25℃）臭氧發(fā)生器滿足遠(yuǎn)期15萬立方米/日使用。二期預(yù)留位置考慮有條件時(shí)上變壓吸附現(xiàn)場(chǎng)制氧。設(shè)計(jì)臭氧的平均投加量為2.0mg/L，最大為3.0～5.0mg/L，加臭氧量可根據(jù)實(shí)際水質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)配。

臭氧發(fā)生器的運(yùn)行控制：
在臭氧發(fā)生器運(yùn)行前，對(duì)臭氧發(fā)生器必須吹掃，流量至少為額定氣量的20%，第一次開機(jī)用干燥空氣吹掃至少24小時(shí)，以后操作時(shí)吹掃時(shí)間視停機(jī)時(shí)間長(zhǎng)短而定（每停機(jī)一天吹掃一小時(shí)）。
尾氣破壞裝置、氮?dú)馓砑酉到y(tǒng)、冷卻水壓力、進(jìn)氣露點(diǎn)工作正常后可開機(jī)。
系統(tǒng)操作由主控制柜MCC上觸摸屏完成，分單步、一步化、全自動(dòng)運(yùn)行三種操作方式，可進(jìn)行臭氧濃度、臭氧投加量、放電電流等運(yùn)行參數(shù)的設(shè)定、修改，并可觀察實(shí)際運(yùn)行的測(cè)定參數(shù)，主控制MCC柜與全廠DCS系統(tǒng)連接，可由中控制進(jìn)行操作。全自動(dòng)運(yùn)行根據(jù)接觸池進(jìn)水流量前饋控制投加，出口水中臭氧濃度儀、尾氣臭氧濃度反饋控制，根據(jù)水質(zhì)化驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行修正。
臭氧產(chǎn)量按下列公式計(jì)算：
m = c ×v
m--臭氧產(chǎn)量（kg/h）
c--臭氧濃度（%）
v--氣體流量（kg/h）
影響臭氧產(chǎn)量參數(shù)有：冷卻水溫度、冷卻水流量、進(jìn)氣流量、進(jìn)氣壓力（操作壓力）、進(jìn)氣純度、進(jìn)氣溫度、環(huán)境溫度、待產(chǎn)出的臭氧濃度。

1.2.6 臭氧接觸池
　　平面尺寸17.7×10.3米，水深6米。分兩組，每組4萬立方米，采用兩級(jí)布?xì)?，布?xì)獠捎帽P式布?xì)饷?，布?xì)獗P數(shù)量80只，前級(jí)氣量60%，后級(jí)40%，接觸混合時(shí)間15分鐘，前級(jí)5分鐘，后級(jí)5分鐘，緩沖部分5分鐘。
　　尾氣破壞裝置采用加熱催化酶方式，單臺(tái)處理量73Nm3/h，共兩臺(tái)，正常工作情況下一用一備。

1.2.7 活性炭濾池
　　一期8萬立方米/日一座，分為10格，單池面積48m2，濾速7.5m/h，水頭損失0.6m，經(jīng)常沖洗時(shí)強(qiáng)度8.0L/s.m2，定期沖洗時(shí)強(qiáng)度12.0L/ s.m2。
濾池采用原有水塔（砂濾水）進(jìn)行重力反沖洗，沖洗強(qiáng)度由閥門調(diào)節(jié)，恒水位過濾。
濾料組成：承托層由卵石8-16、4-8、2-4、4-8、8-16各50mm組成。活性炭采用1.5mm柱狀炭，柱長(zhǎng)（2.5～1.25mm）＞83%，厚度1800mm。
　　工程實(shí)施中采用兩種煤質(zhì)炭，7格使用1.5mm柱狀炭，3格使用8×30破碎炭?；钚蕴恐饕獏?shù)見下表：

　　活性炭濾池濾速8m/h，接觸時(shí)間13.5min，采用砂濾水進(jìn)行沖洗，由于利用原沖洗水塔進(jìn)行反沖，需通過調(diào)節(jié)閥門開度控制沖洗強(qiáng)度，根據(jù)實(shí)際情況，反沖洗周期暫定為48小時(shí)，1#炭沖洗強(qiáng)度10.51/m2·s，沖洗時(shí)間6min，膨脹率17.8%，2#炭沖洗強(qiáng)度161/m2·s，沖洗時(shí)間6min，膨脹率17.6%。
　

1.3 供電及自控系統(tǒng)
供電采用兩路10kv電源。原有2臺(tái)10kv/380v、500KVA變壓器并用（二期考慮更換變壓器，采用2臺(tái)1250KVA干式變），更換原有低壓配電屏，采用MS抽屜式低壓配電屏。
自控結(jié)合水廠原有DSC系統(tǒng)，分3個(gè)主站，光纖環(huán)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)冗余和可靠性、安全性通訊。完善攝像系統(tǒng)，采用電源避雷、網(wǎng)絡(luò)避雷，保證自控系統(tǒng)正常進(jìn)行。

2 運(yùn)行效果

　　預(yù)處理池于2003年4月19日通水，4月21日正式曝氣，6月18日開始滿負(fù)荷運(yùn)行，最大進(jìn)水量4600m3/h，一星期后氨氮去除率達(dá)70%以上，滿負(fù)荷運(yùn)行后，氨氮去除率平均在91%，濁度去除率平均27%，CODMn去除率10%，鐵去除率22%，錳去除率56%；預(yù)處理運(yùn)行后，常規(guī)處理效果得以提高，在同樣加礬量情況下，濁度去除率達(dá)99.9%，沉淀水出口濁度從3～4NTU到小于2NTU，CODMn平均去除率從30%提高到44%，砂濾后水CODMn平均小于3mg/l，錳去除率從20%提高到75%。
　　深度處理臭氧活性炭5月投入運(yùn)行，5月17日開始投加臭氧，6月18日開始滿負(fù)荷運(yùn)行，運(yùn)行一周后，剩余氨氮去除率達(dá)70%左右，生物膜基本形成，CODMn一個(gè)月內(nèi)去除率在70%以上，一個(gè)月以后逐漸下降穩(wěn)定在40%左右，說明初期主要靠活性炭吸附作用，后期生物作用占主導(dǎo)地位，從兩種炭處理效果看破碎炭略好于柱狀炭，基本接近。
水質(zhì)測(cè)定結(jié)果見下表：

測(cè)定結(jié)果表明，生物接觸氧化預(yù)處理加臭氧—活性炭深度處理工藝比常規(guī)處理工藝去除有機(jī)物的效果明顯優(yōu)越，可以降低耗氧量CODMn到2mg/l以下，降低色度到5度以下，降低氨氮到0.5mg/l以下，并大幅度降低了水中的三致物質(zhì)，增加了水中的溶解氧、活性氧，改善了嗅味和口感。

3 工程造價(jià)

水廠深度處理工程一期8萬立方米/日（部分建筑物以及很大部分總平工藝管道按15萬立方米/日一次建成），工程總投資3989萬元，其中財(cái)政撥款1903萬元，銀行貸款2086萬元，平均每m3水造價(jià)為498.7元（包括二期擴(kuò)建工程土地征用在內(nèi)）。

其中預(yù)處理部分工程造價(jià)240萬元，單位造價(jià)90元/m3水，單位工程如下：

預(yù)處理池工程造價(jià)480萬元（含土建、安裝、設(shè)備和材料費(fèi)，下同），單位造價(jià)60元/ m3水；

鼓風(fēng)機(jī)房工程造價(jià)240萬元，單位造價(jià)30元/ m3水；

深度處理部分工程造價(jià)1800萬元，單位造價(jià)225元/ m3水，單位工程如下：

活性炭濾池工程造價(jià)1000萬元，單位造價(jià)125元/ m3水；

臭氧發(fā)生器室及臭氧接觸池工程造價(jià)600萬元，單位造價(jià)75元/ m3水；

提升泵房及吸水井工程造價(jià)200萬元，單位造價(jià)25元/ m3水。

4 生產(chǎn)成本分析

預(yù)處理動(dòng)力費(fèi)用由兩部分組成，一部分是因在常規(guī)處理工藝前增加預(yù)處理工藝，需要取水泵房提升1.5m水頭增加的動(dòng)力費(fèi)用；另一部分是鼓風(fēng)曝氣的動(dòng)力費(fèi)用氣水比按1.5：1計(jì)算），合計(jì)單位成本約0.044元/噸。

深度處理部分包含：臭氧接觸池進(jìn)水提升電費(fèi)及臭氧發(fā)生電費(fèi)（0.09元/噸），液氧費(fèi)用（含氣站租賃費(fèi)，0.049元/噸），活性炭（按使用壽命1.5年計(jì)算，單位成本0.046元/噸），合計(jì)單位成本約0.185元/噸。

運(yùn)行成本總和0.229元/噸，加折舊0.076元/噸，預(yù)處理加深度處理的制水成本為0.305元/噸。