臭氧在自来水厂深度处理中的设计与应用

臭氧在自来水厂深度处理中的设计与应用

刘晨

武汉市水务集团有限公司   湖北武汉    430000

摘要：随着臭氧生物活性炭技术在水厂的广泛应用，如何控制臭氧后出水的残留臭氧浓度，保证进入生物活性炭滤池的水体，溶解氧、可生化性、杀菌能力等指标相对稳定成为一个亟待解决的问题。自来水厂深度处理技术指在常规水处理工艺的基础上，采用先进的物理、化学和生物处理方法，进一步去除水中的细微悬浮物、有机物、重金属离子和微生物等杂质，以提高水质的安全性和可靠性。

关键词：臭氧；自来水厂；深度处理

引言

有机物质是饮用水厂原水中的一种重要污染物，在原水处理过程中，混凝是传统工艺的核心单元，其对原水中的天然有机物具有较好的去除效果。但研究发现，部分亲水性或低分子量化合物在常规混凝处理后难以得到有效去除。本研究以上海市某深度处理工艺水厂臭氧活性炭工艺过程为研究对象，开展生产性规模试验，分析活性炭滤池微生物泄漏规律，在水厂运行可接受的工况范围内，通过调整后臭氧和炭滤池工艺运行参数，优化控制活性炭滤池微生物泄漏，提出控制活性炭滤池微生物泄漏的解决方案。

1、自来水厂生产工艺

本研究试验的水厂工艺路线为常规工艺+臭氧活性炭深度处理工艺，以长江水为原水。消毒剂为次氯酸钠（有效氯以 Cl 计为 10%），分两段投加：一是混凝沉淀阶段投加次氯酸钠 （前加氯），原水氨（以 N 计）质量浓度较低，通常低于0.1 mg/L，次氯酸钠在沉淀池以自由性余氯形式消毒；二是在炭滤池后再次投加次氯酸钠（后加氯），投加次氯酸钠和硫酸铵形成一氯胺，水厂未设置消毒接触池，自来水以化合形式消毒在清水库接触 1~2 h 后经二泵房增压出厂。混凝剂在 秋季节采用硫酸铝，冬春季节采用聚合氯化铝（PAC）。深度处理工艺在预臭氧接触池投加臭氧进行预臭氧化，在后臭氧接触池再次投加臭氧后经炭滤池利用活性炭附着的生物膜作用去除小分子有机物。

2、臭氧氧化技术原理

臭氧氧化技术可以有效去除水中的有机物，有机物是水中常见的污染物之一，可能来源于工业废水、农业排放或生活污水等。臭氧氧化技术能够通过氧化有机物的化学结构，将其转化为无害的物质，从而实现去除有机物的目的。臭氧氧化技术还能够实现消毒的效果，在水处理过程中，消毒是一个非常重要的环节，能够有效地杀死水中的细菌、病毒和其他微生物，保证水质的安全性。臭氧氧化技术利用臭氧的强氧化性，能够破坏微生物的细胞壁和核酸，从而杀死水中的细菌、病毒和其他微生物，实现消毒的目的[1]。

3、臭氧在自来水厂深度处理中应用研究

3.1、进水流量波动

由于砂滤池、活性炭滤池过滤工艺具有一定的运行周期，水厂单条产水线每天需对 6 个砂滤滤格和2 个炭滤滤格进行反冲洗。 反冲洗水一般取自砂滤池滤后水，冲洗流量占提升区进水量的 40%左右，会造成臭氧接触池进水流量的大幅度波动。 针对这一问题，水厂二期工程在砂滤池和炭滤池之间设计一根反冲洗联通管，利用炭滤池反冲洗泵进行日常反冲洗，这一定程度上降低了反冲洗时进水流量的波动，其中 1-3 为砂滤池反冲泵反冲洗砂滤池造成的流量波动，4-6为炭滤池反冲洗泵反冲洗砂滤池造成的流量波动。采用炭滤池反冲泵时，投加率及尾气浓度波动明显减小，这对余臭氧浓度的控制产生了积极影响[2]。

3.2、深度处理工艺对比选择

现阶段,深度处理工艺应用较多的主要有膜分离技术、紫外双氧水高级氧化技术和臭氧-活性炭技术。综上,臭氧-活性炭工艺,在土建和运行便捷性方面稍弱,但对于 CODMn、挥发酚、氨氮的去除效果很好。 此外,臭氧-活性炭技术应用广泛,国内运行经验丰富,投资成本及运行成本相对较低。 深度处理工艺中膜分离技术吨水运行成本为 0. 5~0. 9元,紫外双氧水高级氧化技术吨水运行成本为0. 07~0.20 元,臭氧-活性炭工艺吨水运行成本为0. 186~0.300 元。因此,综合考虑建议采用臭氧-活性炭工艺作为工程深度处理工艺,通过臭氧氧化、活性炭吸附和生物降解极大提高嗅味、消毒副产物前体物、难降解有机物的去除率,从而达到水质深度净化的目的[3]。

3.3、后臭氧工艺防控微生物泄漏优化

生产性试验中不同臭氧投加量下臭氧处理后水和活性炭处理后水中细菌总数、总大肠菌群数和异养菌总数变化。随着臭氧投加量的增加，臭氧处理后水中细菌总数逐渐降低，且降低至较低水平，当臭氧投加量大于0. 8 m g . I-1时，细菌总数均低于15 CFU .mL-1，低于DB31/T 1091-2018《生活饮用水水质标准》规定的出厂水限值(50CFU.mL-1)。由此可见，当臭氧投加量高于0.8 m g. I-1时，在分解水中有机物的同时还可有效杀灭细菌。活性炭处理后水中细菌总数在不同臭氧投加量下均增加了1 ^- 3个数量级，增加至3.3×103到1.3×103CFU.mL-1，由此可见，炭滤池活性炭表而细菌脱落，导致炭滤池出水细菌总数增加。臭氧处理后水和活性炭处理后水中总大肠菌群也随着臭氧投加量的增加而逐渐降低，当臭氧投加量高于0. 7 m g. I

-1时，臭氧处理后水中均未检测出总大肠菌群。可见，臭氧投加量达到0.7 mg. I-1即可有效杀灭大肠菌群。然而相比臭氧处理后水，活性炭处理后水中总大肠菌群有所增加，不同臭氧投加量下，总大肠菌群增加至51^-54 MPN.100 mL-1，表现出明显的总大肠菌群泄漏。总数有相同的变化趋势，随着臭氧投加量的增加，臭氧处理后水中异养菌数量逐渐降低[4].

3.4、臭氧氧化技术的应用

臭氧氧化技术是一种利用臭氧的强氧化性，对自来水中的有机物和微生物进行消毒和去除的水处理技术。在我国，臭氧氧化技术在自来水厂中得到了广泛的应用，主要应用于消毒和去除有机物。臭氧氧化技术的应用原理是利用臭氧的强氧化性，对水中的有机物和微生物进行氧化分解，从而实现消毒和去除有机物的目的。臭氧具有较高的氧化还原电位，能够破坏有机物和微生物的细胞膜，损伤其DNA，从而达到消毒和去除的效果。同时臭氧氧化过程还可以生成一系列的氧化产物，如羟基自由基、过氧化氢等，这些氧化产物对有机物和微生物也具有很好的氧化分解作用。此外，臭氧氧化技术还可以与其他水处理技术相结合，实现更好的处理效果。如臭氧氧化技术可以与活性炭吸附技术相结合，利用活性炭的吸附作用和臭氧的氧化作用，共同去除水中的有机物和异味物。臭氧氧化技术还可以与生物处理技术相结合，利用生物膜的生物降解作用和臭氧的氧化作用，共同去除水中的有机物和微生物[5]。

结束语

今后的研究中可重点关注原水菌株序列细分，以便确定不同消毒工艺（CT 值）对菌群的影响，菌群与水温的相关性，以便水厂动态调整消毒工艺参考更具体、更有针对性。臭氧氧化和活性炭吸附不仅能高效去除污染物,还可以在一定程度上减少消毒剂(如氯)的需求,从而节省运行成本。 因此,臭氧氧化技术在自来水厂深度处理具有重要的经济效益。

参考文献：

[1]曹亚南.自来水厂臭氧活性炭深度处理工艺应用分析[J].居舍,2020,(05):35.

[2]颜丙乾.臭氧在自来水厂深度处理中的设计与应用[J].环境与发展,2019,31(07):248-249.

[3]刘向日.臭氧在自来水厂深度处理中的设计与应用[J].绿色环保建材,2018,(08):21-23.

[4]方林.自来水厂臭氧——活性炭深度处理工艺的应用探讨[J].企业技术开发,2018,37(06):40-42.

[5]罗本福,杨曦.城市自来水厂深度处理工艺中臭氧设计参数的取值及成本分析[J].水处理技术,2012,38(12):54-56.