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1、器 给 水 排 水 工 程 W at er Sup p l y黩Dr ai na g e En g i n e er i ng 不同深度的水处理工艺对比试验研究 高爱华(北京海斯顿水处理设备有限公司，北京1 0 1 1 0 2)摘要：采用 中试装置，研究了常规处理工艺分别与活性炭工艺、超滤组合进行深度处理，结果表 明：臭氧活性炭工艺对 有机物的去除效果要好于超滤，出水 C O D u V 2 5 4、D O C等指标均优于超滤 工艺；超滤工艺 对浊度、颗粒物和微生物方 面 的去除效果要优于活性炭工艺，其原因在 于不 同的去除机理。关键词：水处理；超滤；活性 炭；深度处理 中图分类号：T U 9
2、 9 1 2 4 文献标志码：A 文章编号：1 0 0 9 7 7 6 7(2 0 1 2)0 3-0 0 7 8-0 4 Co nt r a s t Te s t o f W a t e r Tr e a t m e nt Pr o c e s s i n Di ffe r e n t De p t h Ga o Ai h u a (B e i j i n g H i-s t a n d a r dWa t e r T r e a t me n t E q u i p m e n t C o ，L t d，B e i j i n g 1 0 1 1 0 2，C h i n a)Ab s t
3、r a c t：C o mb i n a t i o n s o f t h e t wo a d v a n c e d wa t e r t r e a t me n t p r o c e s s w e r e s t u d i e d b y a p i l o t p l a n t，w h i c h i n c l u d i n g c o mb i n a t i o n o f c o n v e n t i o n a l t r e a t me nt p r o c e s s wi t h a c t i v a t e d c a r b o n a nd c
4、 o mb i na t i o n o f c o n v e n t i o n a l t r e a t me nt p r o c e S s wi t h u hr 幽 l t r a t i o n T h e r e s u l t s h a s s ho wn t h a t t h e i n d e x e s o f O z o n e a c t i v a t e d c a r b o n p r o c e s s Wa S b e t t e r t h a n u l t r a-fil t r a t i o n p r o c e s s o n o
5、r g a ni c ma t t e r r e mo v a l e f f e c t s u c h a s CODM 、UV2 5 4 a n d DOCBu t t h e i n de x e s o f u l t r a fil t r a t i o n p r o c e s s wa s b e t t e r t h a n a c t i v a t e d c a r b o n p r o c e s s o n t u r b i d i t y、p a r t i c u l a t e a n d mi c r o b i o l o g i c a l
6、a s p e c t s T h e r e a s o n i s t h a t d i f f e r e n t r e mo v a l me c h a n i s m Ke y wo r d s：w a t e r t r e a t me n t；u h r a f i l t r a t i o n；a c t i v a t e d c a r b o n；a d v a n c e d t r e a t me n t p r o c e s s 由于地表水源污染加剧，传统 的饮用水处理技术 及强化常规处 理技术无法满足人们对饮 用水水质 的 要求，越来越多的给水 厂采
7、用深度处理工艺来处理地 表 水。超 滤膜 工艺 和臭氧 活性 炭工艺 是 当前用 于水厂 改造和饮用水深度处理的主要工艺手段，超滤技术是 一种绿色物理分离技术，其分离机理主要是筛分和扩 散 作用，可减 少 消毒剂 的用量 和水 中消毒 副 产物 的 生成量，提高饮用水 的化学安全性。臭氧活性炭是用 于饮 用 水深 度 处理 的最 有 效技 术 之一，对 分 子量 小 于 3 0 0 0，尤其是分子量 5 0 0 1 0 0 0的有机物能较好地去 除。笔者通过常规处理工艺(包括混凝沉淀过滤)分别 与超滤膜、活性炭等工艺组合，进行 中试对 比研究 探 讨 饮用水 厂深 度处 理适 宜 的工艺。1材
8、料 与方 法 1 1 原 水水 质 中试期间试验原水水质参数(平均值)见表 1。7 8辛荭故术 2 0 1 2 N o 3(M a y)o 13 0 表 1 试 验期 间原 水水质 参数 统计表 7 6 2 4 0 o 4 5 2 8 4 0 1 6 范围8 8 4 9 o 0 8 6 4 2 1 2 0 0 5 1 2试验 流 程 将常规处理工艺分别与超滤、活性炭工艺结合，并 在常规处理工艺前端投加臭氧以改善水质特性。两种 工艺流程分别为：1)超滤(原水+前臭氧+常规处理+超 滤)；2)臭氧活性炭(原水+前 臭氧+常规处理+臭氧活 性炭)。两种工艺的前面部分相同，原水进入前臭氧池 接触 5
9、mi n后进入常规处理工艺，然后泵人中间水箱后 分为两路，其中一路进入超滤膜系统，另外一路进入 活性炭 系统，两组的流量相 同，均为 3 m3 h，试验流程 图如 图 1所示。一 囤一圈=：图 1 中试试验流程图 出水 出水 1 3 试验装置 活性炭试验装置为 自制，材质为玻璃钢，高 1 0 m，直径 2 0 c：m，炭层高 0 7 n l，滤速 2 5 m h。超滤试验装置 中的膜组件为改性聚氯乙烯(P V C)中空纤维超滤膜，膜型号为 L H 3 1 0 6 0 一 V，膜截 留分子量为 5 0 0 0 0 D a，膜丝 内外 径为 1 0 m m、1 6 5 mm，数量 为 1 1 0
10、0 0根，有效膜面积为 4 0 n l ，试验产水量为 3 m h，膜通量为 75 L m h。1 4分析方 法 中试期间，对各工艺单元 出水的浊度、C 0 D D O C、U v 2 5 4 和细菌总数进行测定。浊度采用 HA C H 2 1 0 0 N浊 度仪测定，C O D M 采用酸性高锰酸钾法测定，U V 采 用 D R 5 0 0 0紫外可见分光光度计 测定，T O C采用 岛津 T O C V 仪测定。2试 验结果 及分 析 2 1 对 浊度 的去 除效 能(见 图 2)图 2 不 同深度处理工艺对浊度 的去除效果 由图 2可知，两种工艺均显示 了良好的除浊效果，臭氧活性炭工艺
11、的出水浊度平均值 为 0 1 5 N T U，超滤 工艺 出水浊度稳定在 O 1 N T U以下，表现为浊度 的胶 体本身不仅是污染 物，而且是水 中细菌、病毒等微生 物 的重要 附着载体，美 国国家环保局 已将浊度列为微 生物学指标。超滤过程对浊度 的优异去除效能同样表 明了其对水 中细菌病毒 的良好去除能力。而且水 中浊 度过高将降低 消毒剂灭活微生物的效力，因此超滤出 水的低浊度能有效提高消毒剂 的作用效能，进一步确 给 水 排 水 工 程 器 W a t e r Sup pt y黩 Dr ai n a ge En gi n ee r i n g 保饮用水的微生物安全性。2 2不 同深度
12、 处理 工艺 对有机 物 的去 除效果 2 2 1 对 C O D m的去除效果(见图 3)目 一、=口 0 U 图 3 不 同工艺对 C O D m的去除效果 如 图 3 所 示 臭 氧活 性炭工 艺 出水 C O D n 在 1 2 1 7 m g L，超 滤工 艺 出水 C O D 在 1 5 1 9 mg L。臭 氧 活性炭工艺 的出水 C O D m较超滤膜工艺低，其主要 原 因是臭氧 的强氧化作用可将大分子有机物变成小分 子有机物 并对有机物的一 C=C 一 及苯环均有破坏力。使 有机物的芳香性降低或消失，而且活性炭易于吸附苯 类化合物和小分子量腐殖质，对分子量在 5 0 0 1
13、0 0 0 的腐殖质可吸附面积达活性炭吸附面积的 2 5。同时 活性炭表面的生物膜 可以降解分子量为 5 0 0以下的 有机物，胞外酶还可以降解较 大分子量 的有机物，因 此 相对于超滤工艺单纯的物理筛分和吸附作用，臭氧 活性炭工艺对 C O D M 的去除效果要好。2 2 2对 U V 的 去除效 果 两 种工 艺对 U V 的去 除效 果 如 图 4所示。从 图 中可以看出，臭氧活性炭对 U V 的去除率达到了 6 O，超滤对 U V 搿的去除率约为 3 1。臭氧活性炭工艺 由 于其 良好的吸附性能使得对 U V 的去除率相对较高，而超滤膜对有机物的去除主要通过体积排阻及膜表 面 的吸 附
14、作 用，因此对 水 中 U V 的去 除效果 有 限。2 2 3 对 D O C的去 除效 果 D O C是水中消毒副产物主要前驱物，而且 D O C中 的可生物降解组分(B D O C)可为微生物生长提供养料，若出厂水中 D O C含量过高，会增加管网生物稳定性风 险。从 图 4、5可看出，臭氧活性炭 出水的平均 D O C含 量在 2 2 3 m g L之间，去除率达到了 4 0；而超滤 出 水 D O C含量在 2 5 3 mg L之间，去除率约为 3 0左 2 0 1 2 3 期(5 珂)第 3 0 卷，；荭投_术7 9 器 给 水 排 水 工 程 W at e Su pp t y黥
15、Dr ai n a ge En gi n ee r i n g 有。超滤膜对有机物的去除主要通过机械筛分和吸附 作用，超滤工艺对 U V2 5 4 和 D O C的去除率约在 3 0，主 要是通 过其前 面 的混 凝、沉 淀和砂 滤丁艺 去除。而臭 氧 活 性炭 工艺 可 以通 过 化学 氧化、物理 吸 附 以及 生物 降 5 0 4 8 4 6 4 4 4 2 4 0 3 8 3 6 3 4 g 3 2 口30 2 8 2 6 2 4 2 2 2 0 a)去除量 解作用去除水 中有机物，因此对 C O D U V D O C等 有 机 物指标 去 除效 果较 好。试 验 还发 现，臭 氧活
16、性 炭 工艺对 U V 2 5 4 的去除率明显要高于 D O C，这可能是由于 D O C和 U V 所 代表 的有 机物种类 不 同造成 的。褂 矗 图 4 不同工艺对 u V 2 5 4 的去除率 b)去除率 a)去除量 b)去除率 图 5 不同工艺对 D O C的去除率 2 3不 同深度处 理工 艺对颗 粒物 的去 除效 果 颗粒物是各种污染物的载体，影响自来水的感官性 指标，降低 自来水的安全性。研究表明：当水中粒径大于 2 I J,m的颗粒数超过 1 0 0个 m L时，水 中存在贾第虫、隐孢子虫的几率很大。因此美国很多水厂对滤池出水 中大于 2 m颗粒物的数量都控制在 5 0个
17、mL以下。超滤工艺和臭氧活性炭工艺对颗粒物的去除效果，如 图 6所 示。由图d可知，原水大于 2 I x m颗粒数在 2 5 0 0 0 mL 左右 臭氧活性炭工艺出水大于2 p m颗粒数在 4 0个 m L 左右，而超滤丁艺出水大于 2 p m颗粒数约为 l 5个 m L。由于膜反冲洗后颗粒数会升高 图中个别异常点可能 是膜反冲洗时产生的扰动所致。超滤工艺能有效地去 除水 中原 生 动 物粒 径 范 围的颗 粒 物。在保 证 饮用 水 的 8 O辛荭投术 2 0 1 2 N o 3(M a y)V o 1 3 0 微生物 安全 性上具 有更 为 明显 的优 势。图 6不同工艺对颗粒物(2 m
18、)的去除效果(下转第8 3页)舳 =合 柏 船 甜 强 姐 勰 、瓣 r】0 口 石油化工企业给水排水系统设计规范 虽然对初期雨 水的规定不同，但计算结果 比较接近。可根据具体情况，采用 1 0 2 0 m i n降水量或 1 5 3 0 mm降水深度进行 初期雨水量计算。基于当地暴雨强度公式进行计算，能 够体现不同地区、不同降雨强度及地面径流系数 的差 异，建议采用该方法。3结 语 从上面的计算实例来看，以一个 固定的时间或降 水深度来确定初期雨水 的办法是不合适 的。降水历时 和堆场的面积有很大关系 主要是雨水在管道 的流行 时间。而且初期雨水量和初期雨水收集池的位置也有 很大关系，一个合
19、适的雨水收集池位置会对雨水收集 池的设计容积有很大影响。收集池位置离堆场越 近，管道流行时间越短，收集池容积也越小。因此，设计 尽 可能在堆场附近设置收集池，如堆场面积较大，最 远处雨水至收集池流行时间较长，可考虑设置多个收 集池。另外，应对各设计方案的造价及运行维护费用进 行 比选，采用较经济可行的收集池设置方案。给 水 排 水 工 程 器 W a t er Su p pl y&Dr ai n a ge En gi n ee r i n g 参考文献：1】赵 剑强 城市地 表径流污染与控制 M 北京：中国环境 科学 出版社，2 0 0 2：5 6 【2 中国石油和化工勘察设计 协会全 国化工
20、环境保 护设 计技术 中心站 G B 5 0 4 8 3 2 0 0 9化 工建 设项 目环境保 护设 计规 范【s 北京：中国计划出版社，2 0 0 9 3】中国建筑设计研究 院 G B 5 0 4 0 0 2 0 0 6建筑与小区雨水利用 工程技术规 范【S 北京：中国建筑工业出版社，2 0 0 6 4 中国石 化集 团宁 波工 程公司 S H 3 0 1 5 2 0 0 3石油化工企业 给水排水系统设计规范【S】北京：中国石化出版社，2 0 04 【5】中国石化集 团洛 阳石油化工 工程公 司 S H 3 0 9 5 2 0 0 0石油 化工污水处理设计规 范 S】北京：中国石化出版社，
21、2 0 0 0 【6】段 学成，王栋成，林 国栋 应 急事故水池 和初期雨 水池容 积 确定方法对 比研究 J 工业用水与废水，2 0 1 1，4 2(1)：4 5 4 9 【7】L a r m D r T，Ha l l b e r g D r MD e s i g n m e t h o d s f o r s t o r m w a t e r t r e a t m e n t S i t e s p e c i f i c p a r a m e t e r s E B O L 2 0 1 1-1 1-1 6 1 h t t p：7w 1 l i c ud o r g 收 稿 日期：2
22、 0 1 1-1 2 1 6 作者简介：郑瑞东，男，工程师，硕士，主要从事港口给排水、环保设计 工作。(上接第8 O页)2 4不 同深度 处理 工艺对 微 生物 的去 除效果 不 同工艺 对微 生物 的去 除效 果 如表 2所 示。在 臭 氧活性炭工艺中检测出了细菌总数，这可能是活性炭 滤池在长期运行后，活性炭 内部会容易滋生大量菌胶 团及原生、后生动物。这些微生物一方面能够降解一些 小分子有机物。提高炭滤池对有机物的去除率；但 另 一方面，大量滋生的微生物也为出水的微生物安全性 构成了隐患。超滤出水基本检不出微生物，超滤膜的 孔径为 O 0 1 m，因此能够完全去除水体 中的致病微 生 物。
23、表 2不 同工 艺 出水 细 菌总数C F U mL 超滤 未检 出 未检 出 未检 出 未检出 未检出 未检出 未检 出 活性炭 1 5 2 5 1 0 4 2 4 2)臭氧活性炭工艺对有机物的去除效果要好于超 滤，去除水 中 C 0 D U V 2 5 4、D O C等指标均优于超滤工 艺。这 主要是 由于两种 工艺不 同的去除机 理造成 的，超 滤 工艺 只 是物 理 筛分 及 吸 附 而 臭 氧活 性 炭 工艺 可 以 通过化学氧化、物理吸附以及生物降解作用来去除水 中有 机物 3)超滤工艺在保障饮用水的微生物安全性方面要 优于臭氧活性炭工艺，基本能够完全去除水中致病微 生物，其出水颗
24、粒数也好于臭氧活性炭工艺。参 考文献：【1】吴 红伟，刘文君，张淑琪，等 提供生 物稳 定饮用水 的最佳工 艺 J 环境科学，2 0 0 0，2 1(3)：6 4 6 7 【2 秦钰慧，凌波，张晓健，等 饮 用水 卫生与处 理技 术 M 北京：化学工业 出版社。2 0 0 2：2 5 2 7 【3】K a r i m i A A，A d h a m S，T u S C E v a l u a t i o n o f m e m b r a n e fi h r a t i o n f 0 r l o s a n g e l e s s o p e n r e s e r v o i r s【J 1 J A WWA，2 0 0 2，9 4(1 2)：】2 0一】28 3结论 1)超滤 工艺对 浊度 的去除效 果要 好 于臭 氧活性 炭 收稿日期：2 0 l 2 _ J 0 10 5 工艺，其 出水浊度能稳定在 0 1 N T U左右。作者简介：高 爱华，男，工程 师，学士，研究方向 为：市政污水、工业废 水。2 0 1 2 -3 期(5 竹)第 3 0 拳 啼荭投术8 3