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 楊清，顏炳魁，張瑩

 (天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津300051)

摘要：隨著我國(guó)水環(huán)境污染的日趨嚴(yán)重，飲用水源受到污染的情況呈上升趨勢(shì)。如何對(duì)微污染水源進(jìn)行處理成為當(dāng)前給水處理中新的發(fā)展方向�？偨Y(jié)西北某微污染水源凈水廠的工藝設(shè)計(jì)，重點(diǎn)介紹臭氧生物活性炭]：藝的選型和相關(guān)參數(shù)，并對(duì)其投資和運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行核算，總結(jié)臭氧生物活性炭工藝設(shè)計(jì)時(shí)的注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：微污染水；飲用水工藝；臭氧生物活性炭；投資；運(yùn)行費(fèi)用

中圖分類號(hào)：x505 文章編號(hào)：1004-4655( 2016) 02-0040-03

 隨著給水廠水源水質(zhì)污染的日益加劇以及人們對(duì)飲用水水質(zhì)的健康和安全提出更高要求，2006年12月29日由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委和衛(wèi)生部聯(lián)合發(fā)布了新的GB 5749-2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，水質(zhì)指標(biāo)由原來的35項(xiàng)增加至106項(xiàng)。因此，獲得更加安全的高標(biāo)準(zhǔn)飲用水成為當(dāng)前給水處理中新的發(fā)展方向。以往常用的混凝、沉淀、過濾技術(shù)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)狀水源水處理要求，強(qiáng)化預(yù)處理工藝、強(qiáng)化常規(guī)處理工藝和深度處理工藝是今后給水設(shè)計(jì)中的主要發(fā)展方向。其中臭氧一生物活性炭技術(shù)是深度處理工藝中非常有效的處理手段，已逐漸在新建、改建水廠中廣泛應(yīng)用。

1工程概況

 凈水廠遠(yuǎn)期規(guī)模10萬m3/d，一期按照5萬m3/d進(jìn)行設(shè)計(jì)。供水水源為水庫(kù)水，非汛期時(shí)水庫(kù)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)基本滿足GB 3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的Ⅲ類標(biāo)志，僅有衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)、石油類、濁度指標(biāo)不滿足要求；而雨季和汛期時(shí)總氮、總磷也不滿足要求，屬于微污染水源。雨季時(shí)水庫(kù)水質(zhì)部分檢測(cè)指標(biāo)如表1所示。

 根據(jù)現(xiàn)狀水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果和周邊地表水水質(zhì)統(tǒng)計(jì)情況，本工程橫泉水庫(kù)水源的水質(zhì)存在有機(jī)物污染，其他指標(biāo)基本滿足地表水III類標(biāo)準(zhǔn)，可作為集中供水水源。為保證出廠水水質(zhì)的全面達(dá)標(biāo)，結(jié)合本工程實(shí)際情況和國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，供水處理工藝采用“預(yù)氧化（高錳酸鉀）+混凝沉淀+濾池+臭氧接觸池+活性炭濾池+消毒工藝”。水處理工藝流程框圖如圖1所示。

2常規(guī)處理工藝存在問題

 水庫(kù)來水經(jīng)過常規(guī)處理工藝：格柵除渣+混凝沉淀+砂慮+消毒。源水中的總磷、部分COD、

石油類以及大部分懸浮顆粒、衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)都得到有效去除，基本能達(dá)到飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)水庫(kù)來水存在微污染（藻類繁殖、總氮、COD大幅提高等），常規(guī)處理工藝的去除效果有限、無法保證出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)時(shí)，在常規(guī)處理工藝中增加強(qiáng)化預(yù)處理措施和增設(shè)深度處理工藝。

 強(qiáng)化預(yù)處理措施主要包括：在進(jìn)水井增設(shè)高錳酸鉀投加系統(tǒng)，對(duì)藻類和微量有機(jī)物進(jìn)行氧化去除；在機(jī)械混合池增設(shè)粉末活性炭投加點(diǎn)，在應(yīng)急情況下投加，吸附有機(jī)污染物；增設(shè)臭氧-生物活性炭工藝，確保出水水質(zhì)滿足飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

3臭氧-生物活性碳工藝設(shè)計(jì)

 微污染水源經(jīng)過常規(guī)處理后，部分有機(jī)物和大部分懸浮物已被去除，但是部分溶解性有機(jī)物還不能完全達(dá)到出水水質(zhì)要求，因此本工程增設(shè)臭氧一生物活性碳工藝保障出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。

3.1工藝原理

 臭氧-生物活性炭技術(shù)一方面利用活性炭吸附去除經(jīng)臭氧氧化生成的低分子有機(jī)物，將O3還原為O2，減少臭氧釋出并增加供氧量；另一方面利用臭氧的供氧作用，在炭床中生長(zhǎng)繁殖大量好氧菌，被吸附的溶解性有機(jī)物作為微生物生命活動(dòng)的營(yíng)養(yǎng)源，通過生物降解得到去除。使活性炭對(duì)水中有機(jī)物的累積吸附大大超過等溫線所預(yù)計(jì)的吸附負(fù)荷，從而延長(zhǎng)活性炭的工作周期，減小運(yùn)行費(fèi)用。

3.2臭氧間設(shè)計(jì)

  土建規(guī)模：10萬m3/d，設(shè)備規(guī)模：5萬m3/d。采用空氣源臭氧發(fā)生器。車間尺寸為L(zhǎng)×B×H=11.3 m×10.4 m×5.4 m。主要設(shè)備包括氣源裝置、臭氧發(fā)生裝置、臭氧氣體輸送管道、冷卻系統(tǒng)等裝置。最大臭氧投加量3 mg/L。一期設(shè)置臭氧發(fā)生器2臺(tái)（1用1備），遠(yuǎn)期增加1臺(tái)，單臺(tái)臭氧發(fā)生器的容量為7.5 kg／h。臭氧濃度≥25 g/m3。同時(shí)采用防爆型用電設(shè)備，臭氧間空氣換氣次數(shù)12次／h。

  綜合考慮臭氧投加量、廠址所在地純氧運(yùn)輸和存儲(chǔ)的難易程度等因素。同時(shí)，注意臭氧間的防爆和通風(fēng)設(shè)置。臭氧乍間平面圖如圖2所示。

3.3臭氧接觸池設(shè)計(jì)

  土建和設(shè)備安裝規(guī)模均為5萬m3/d，數(shù)量1座，分2個(gè)系列。單個(gè)系列接觸池Lx B x H=14.5 m×3.4 m×6.4 m，有效水深5.7 m，布?xì)鈪^(qū)長(zhǎng)深比>4。臭氧最大投加量3 mg/L、接觸時(shí)間14.5 min。臭氧氣體通過3個(gè)布?xì)鈪^(qū)微孔曝氣盤進(jìn)行擴(kuò)散。每個(gè)曝氣區(qū)氣量比例：50%、25%、25%。臭氧接觸池全密閉，池內(nèi)水面與池內(nèi)頂保持0.5 m距離。三段接觸室串聯(lián)組成，出水端設(shè)置余臭氧監(jiān)測(cè)儀、尾氣破壞器和自動(dòng)氣壓安全閥。臭氧尾氣消除采用催化劑接觸催化破壞裝置。

 臭氧投加量通常為1.5~3.0 mg/L（水中余臭氧為0.2~0.4 mg/L），反應(yīng)時(shí)間一般≥10 min。為了保證對(duì)隱孢子蟲和賈第蟲的殺滅效果，CT值一般>4（CT值為一定的微生物殺滅率條件下，消毒劑的濃度C和接觸時(shí)間T的乘積CT值等于常數(shù)）。臭氧接觸池為全封閉，方便檢修維護(hù)。所有與臭氧氣體或溶解水相接觸的管道均采用316L不銹鋼材質(zhì)。臭氧接觸池平面圖如圖3所示，剖面圖如圖4所示。

3.4活性炭濾池設(shè)計(jì)

 1)池型選擇。本單體是整個(gè)處理工藝的最終過濾工藝，采用下向流濾池。綜合考慮處理規(guī)模、土建精度要求、自動(dòng)化程度、運(yùn)行管理難易程度等因素，活性炭濾池采用“普通快濾池+氣水聯(lián)合反沖洗”型式。濾板采用“整澆濾板+長(zhǎng)柄濾頭”型式。

 2莊要設(shè)計(jì)參數(shù)。土建和設(shè)備規(guī)模均為5萬m3/d�？傮w尺寸為L(zhǎng)×B×H= 53.05 m x 20.10m×7.5 m。共分4格，單排布置，單格過濾面積63 m3。活性炭濾池剖面圖如圖5、圖6所示。 

 活性炭濾池進(jìn)水濁度<1 NTU，采用總渠道配水，通過單格進(jìn)水電動(dòng)閘門控制。矩形指型槽配水，出水匯入出水總渠道，作為反沖洗水水源。設(shè)計(jì)炭床厚度2m，空床流速9.2 m/h，炭床接觸時(shí)間13.3 min。設(shè)計(jì)沖洗周期4d，先氣沖洗后水沖洗。氣沖洗強(qiáng)度采用15L/(m2.s)，歷時(shí)3min，水沖洗強(qiáng)度采用11L/(m2.s)，歷時(shí)10 min，初濾水排放時(shí)間20 min�；钚蕴繛V料采用煤質(zhì)柱狀碳，直徑1.5 mm，不均勻系數(shù)≤1.4，水浸濕顆粒密度≤1.5g/cm3。底部承托層采用礫石分層級(jí)配，濾料高度0.1 m（粒徑3~6 mm）；其上設(shè)石英砂層濾料，高度0.3 m(d10= 0.6~ 0.7 mm)。

4投資與運(yùn)行費(fèi)用

4.1工程總投資

 凈水廠總投資20 638.82萬元，其中一類費(fèi)15 393.66萬元，其他費(fèi)用3 609.88萬元，預(yù)備費(fèi)1520.28萬元，鋪底流動(dòng)資金1 15萬元。單位成本費(fèi)用2.10元／t；單位經(jīng)營(yíng)成本1.61元／t。

4.2臭氧活性炭工藝投資

投資概算匯總表如表2所示。

 經(jīng)計(jì)算得土建投資：2 082.11/5=416元／t。

4.3直接運(yùn)行費(fèi)用

 主要設(shè)備及電耗如表3所示。

 可得直接運(yùn)行成本：0.69元(kW．h)×5 538.4/50 000=0.076元／(t. d)。另外考慮炭損

耗因素（按每年補(bǔ)充10%活性炭考慮），每年補(bǔ)充量為50.4 m3（5 000元/m3），則更換活性炭成本：50.4×5 000/365/50 000=0.014元/(t . d)�？梢姵粞跎�物活性炭工藝運(yùn)行成本為0.09元／(t. d)。

5結(jié)語

 對(duì)于水源存在有機(jī)物污染風(fēng)險(xiǎn)的水廠，應(yīng)在常規(guī)處理工藝基礎(chǔ)上增加深度處理設(shè)施。在認(rèn)真分析水源污染物特性后，甄別出典型污染物，并確定處理工藝中的去除地點(diǎn)和方法，同時(shí)制訂好應(yīng)急處理措施，確保水質(zhì)時(shí)時(shí)達(dá)標(biāo)。

 通過對(duì)本工程的總結(jié)分析，臭氧-生物活性炭工藝在常規(guī)處理工藝基礎(chǔ)上增加的投資（416元／t）和運(yùn)行成本（0.09元／t）均較低，同時(shí)工藝穩(wěn)定性和可靠性較高。因此對(duì)于存在有機(jī)物污染風(fēng)險(xiǎn)的水廠，臭氧-生物活性炭工藝是較好的選擇，本工程設(shè)計(jì)參數(shù)可供相關(guān)設(shè)計(jì)人員參考。