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炭砂滤池在松花江污染应急处理中的应用特性研究
作者:管理员    发布于:2016-04-13 10:28:32    文字:【】【】【

  炭砂滤池在松花江污染应急处理中的应用特性研究王广智1李伟光1王锐1苏庆凤1纪锋2冯玲艳2(1哈尔滨工业大学市政环境工程学院,哈尔滨150090;2哈尔滨供排水集团,哈尔滨150010)反冲洗工艺条件对滤池性能的影响。结果表明:炭砂滤池将活性炭吸附、石英砂物理拦截作用有机结合,能有效去除水中的硝基苯类污染物、胶体颗粒和各种有机物,试验中炭砂滤池出水硝基苯浓度始终接近检测限;出水浊度始终<1NTU,与普通无烟煤/石英砂滤池相比无明显差别;对CODMn、UV254、TOC的去除率分别在35、25和25以上,效果显著。采用水冲强度4.2L/(sm2),水冲时间10min的反冲洗工艺条件,能够满足炭砂滤池的反冲洗要求;炭砂滤池10min初滤水不排入后续消毒工艺,作为反冲洗水储存备用,或输送到前端工艺进行再处理。

  2005年11月13日中石油吉林石化公司双苯厂发生爆炸,上百吨化学污染物硝基苯、苯和苯胺等国家科技攻关计划“松花江水污染应急科技专项”

  (2006BA618A-02)财政部专项计划“松花江重大污染事件生态环境影响评估与对策技术方案”。有机物进入松花江,造成重大水污染事件。高浓度有机污染物随江水下泻,给松花江沿岸城市,特别是哈尔滨市居民的饮用水安全,构成了严重的威胁,震惊国内外。

  为确保居民的饮用水安全,哈尔滨市供排水集团采取了以活性炭吸附为核心的应急处理方案,实表1哈尔滨市制水三厂主要处理单元的工艺参数序号工艺单元工艺参数1管道混合停留时间2h停留时间1.4min;混凝剂为聚2稳压配水井(投氯化铝铁,投加量65 mg/L;助凝药)剂为活化硅酸(质量分数5),投加量4.8mg/L3管道混合器停留时间1. 2min分6组,停留时间28min,隔板4双层回转絮凝池间流速0. 2.15X1045翼片斜板沉淀池分6组,停留时间24min,主流区流速为23mm/s分24组,单池面积76.15m2,设6虹吸双阀滤池计滤速7.9 m/h采用炭砂双层滤料,上层活性炭厚度400mm,下层石英砂厚度400mm7消毒消毒剂为氯,出厂水余氯不低于0.3mg/L注:粉末活性炭投加量为4050mg/L(根据硝基苯污染程度投施了粉末活性炭预处理和活性炭/石英砂双层滤池(简称炭砂滤池)强化过滤协同作用的应急处理技术措施,有效控制了硝基苯等污染物,在较短时间内恢复了供水。

  炭砂滤池作为应急处理中的重要单元,是利用原有的无烟煤/石英砂双层滤池,将其中的无烟煤滤料全部更换为活性炭滤料来实现的。采用这种方式,能够同时利用活性炭吸附作用和石英砂物理拦截作用,去除水中的微量有机物和胶体颗粒物,有效改善出水水质;由于石英砂滤层厚度相对较低,因此对进水水质变化较为敏感浊度易穿透111.目前在瑞士、日本、美国等地,都有炭砂滤池这种过滤方式,但由于国内外水源水质差别较大,炭砂滤池在我国的应用较少23.由于炭砂滤池的实施,仅需用活性炭滤料替换原有滤池中的部分滤料,可迅速投产使用,有效提高供水水质,因此在城镇安全保障与应急技术研究中,系统开展炭砂滤池的应用研究,将为我国城镇供水安全保障与应急体系建设提供重要的技术支撑。

  本文以哈尔滨市制水三厂应急改造的炭砂滤池为研究对象,开展了在应急处理中炭砂滤池对硝基苯、浊度、CODm,UV254、TOC等指标的去除效果研究,以及改造后反冲洗工艺条件对滤池除污染性能的影响研究,为以后炭砂滤池在其他应急处理技术中的应用提供技术。

  1试验条件与分析方法1.1试验条件哈尔滨市制水三厂净水能力为30万m3/d,处理工艺流程见。

  哈尔滨市制水三厂工艺流程哈尔滨制水三厂恢复供水期间所采用的主要处理单元工艺参数见表1. 1.2分析项目与方法用752紫外可见光分光光度计,在波长为254nm处进行光度测量;COD采用酸性高锰酸钾法检测;TOC采用DC -190总有机碳检测仪检测;颗粒计数采用美国太平洋公司的HIAC9703型颗粒计数仪检测;硝基苯采用美国Agilent公司的6890N型气相色谱分析,具体条件为色谱柱内径为2~3mm,进样量为5ML,载气为高纯氮,流速为50mL/min,检测器采用ECD型,温度为240活性炭碘吸附值依据GB/T 7702―1997(煤质颗粒活性炭试验方法)检测。

  2炭砂滤池的除污染效能分析在哈尔滨制水三厂恢复供水后,针对炭砂滤池的除污染效能,进行了一个月的连续监测。

  2.1对硝基苯的去除作用在松花江水污染事件中,硝基苯是水源水中主要目标污染物。为了确保供水安全,进行了重点监控。测试期间炭砂滤池进出水硝基苯浓度变化如图间时°一滤前水一一滤后水由可知,随着污染团逐渐通过哈尔滨段,水取得较好的浊度控制效果,与普通快滤池相比无明中的硝基苯浓度也逐渐降低,直至未检出。按照冬显差异。

  季江水的流速,污染团通过哈尔滨段的时间大概在2.3对有机物的去除作用2~3d但从试验结果来看,由于硝基苯等污染物在试验期间,通过检测炭砂滤池进出水CODMn、NTU以下,与去年同期相比没有明显的差别。由此3.9mg/L,平均CODm为3.27mg/L,滤后水可见,通过控制炭砂滤池的进水浊度,炭砂滤池也可CODmu2江水中的扩散作用、在冰盖中的凝固溶化作用以及在江水底泥中的吸附脱附作用等,整个污染团完全通过哈尔滨段的时间在10d左右。从试验结果来看,活性炭对硝基苯等污染物具有较强的吸附能力,当原水硝基苯浓度在65Mg/L以下时,通过投加粉末活性炭进行预处理后,水中硝基苯浓度显著降低,已完全低于国家标准17Mg/L;经过混凝沉淀工艺后,水中硝基苯浓度降到1 g/L以下,再经炭砂滤池处理后,出水中硝基苯绝大多数未检出,即使检出也都接近检测限。

  可以看出,对于硝基苯类有机物,以活性炭吸附为核心的粉末活性炭预处理和炭砂滤池过滤处理联用工艺具有显著的去除效果,可以有效确保饮用水水质安全。

  2.2对浊度的控制作用由于炭砂滤池采用颗粒较大的活性炭替换了颗粒较小的无烟煤滤料,炭砂滤池在运行过程中对进水浊度的变化较为敏感,浊度易穿透,因此对炭砂滤池的进出水浊度变化进行了监控。试验期间炭砂滤池进出水浊度的变化情况如所示。

  炭砂滤池对浊度的控制效果由于试验期间在冬季,松花江水的流速低,浊度较低,采用控制投药量的方式,可以使炭砂滤池的进水浊度控制在3NTU以下。

  从中可以看出,试验期间低浊现象明显,炭砂滤池的进水浊度为1.6~3.8NTU,平均浊度为2.83NTU,炭砂滤池出水浊度始终控制在1.微量有机物具有极强的吸附性能。从炭砂滤池的运行效果来看,炭砂滤池能够显著降低水中的各类有机物。

  从来看,炭砂滤池进水CODiMn为2.砂滤池对CODMn的去除率基本可保持在25以上。

  0.048~0.081cm-1,平均UV254为0.057cm-1,炭砂滤池对UV254的去除率基本可保持在35以上。

  从来看,炭砂滤池进水TOC为3.为3.42mg/L,滤后水TOC控制在2. 6mg/L以下,炭砂滤池对TOC的去除率可保持在25以上。

  从以上数据分析结果来看,通过对原有滤池的改造形成的炭砂滤池,可以在较短的时间投入生产运行,并且依靠活性炭极强的吸附能力和石英砂的物理拦截协同作用,能够有效去除各种污染物,确保饮用水供水安全。但同时,由于原有滤池池型和反冲洗工艺条件不适于炭砂双层滤料过滤,存在活性炭流失问题,影响炭砂滤池的应用效果151,因此必须对此进行研究。

  3炭砂滤池反冲洗工艺条件研究试验过程中,炭砂滤池的反冲洗条件为:水冲10min,水冲强度3.1反冲洗出水的变化在炭砂滤池反冲洗过程中,对反冲洗出水的浊度和TOC进行了连续监测,炭砂滤池反冲洗出水从来看,炭砂滤池采用的反冲洗工艺参数,能够满足炭砂滤池的运行要求,反冲洗效果较好。在整个反冲洗过程中,反冲洗6min后,出水浊度即从初始的500NTU降到10NTU左右,此时滤池中绝大部分的固相污染物被去除;但在应急处理期间,为了确保滤池的反冲洗效果,将反冲洗时间延长到10min.从试验结果来看,在后的4min时间内,滤池反冲洗出水浊度变化不大,始终保持在10NTU以下,因此再延长反冲洗时间,对滤池的反冲洗效果也影响不大。

  从来看,在整个反冲洗过程中,滤池出水的有机物含量较高,初出水TOC在3.5mg/L之上。随时间延长出水TOC逐渐降低,到6min时出水TOC接近沉后水TOC含量。

  综合来看,炭砂滤池采用的反冲洗工艺条件,可以很好地满足炭砂滤池的运行要求,反冲洗效果较好。

  3.2反冲洗后初滤水的变化炭砂滤池在反冲洗后,滤池床层存在从孔隙度较大的膨胀状态到孔隙较小的正常状态的变化过程,被称为滤池“坐床”过程。在滤床整个变化过程中,滤池的物理拦截作用较小,因此滤池出水浊度有升高的现象161.对炭砂滤池反冲洗前后的滤池床层变化分析结果表明,炭砂滤池“坐床”现象十分明显,反冲洗前后滤层变化22cm,变化幅度达到2.75.在应急处理期间,为了确保滤池出水安全,对炭砂滤池反冲洗初滤水变化进行了监控,具体变化情况如和0所示。

  0炭砂滤池反冲洗后初滤水颗粒数随时间变化颗粒物组成中5 m以下的颗粒含量较高,大多在1000个/mL以上;特别是在3min左右的时候,滤池的过滤效果差,滤池出水浊度高,其中各粒径颗粒数也高,特别是2Mm以下的颗粒含量接近5000个/mL.在滤池运行10min之后,滤池出水浊度降到1.5NTU以下,各粒径颗粒物也都在1000个/mL以下。在活性炭过滤中,随着滤池运行时间的延长,炭粒表面和滤床中积累的生物和非生物颗粒数量不断增加。微生物与活性炭破碎颗粒一同从炭池中流出,由于受到活性炭颗粒的保护,微生物对后续的氯化消毒可能有更大的抗性171;同时由于高强度的反冲洗,在反冲洗结束后,可能会产生活性炭粉末。在炭砂滤池过滤初期,滤床的膨胀造成物理拦截作用降低,有可能造成活性炭破碎颗粒和微生物一同流出,为后续消毒带来不安全因素181.因此,在应急处理期间,炭砂滤池初滤水存在较大的安全风险,为确保供水安全,炭砂滤池10min初滤水不排入后续消毒工艺,可作为反冲洗水储存备用,或输送到前端工艺进行再处理。

  4结论炭砂滤池利用活性炭极强的吸附能九能够有效去除水中的硝基苯类污染物,滤池出水硝基苯浓度始终接近检测限,远低于国家标准17化/L,确保了饮用水供水安全。

  炭砂滤池具有较强的物理拦截作用,在有效控制进水浊度的条件下,炭砂滤池出水浊度始终控制在1NTU以下,与普通无烟煤/石英砂滤池相比无明显差别。

  炭砂滤池对各种有机物均有较好的去除效果,对CODMn、UV254、TOC的去除率可基本保持在35、25和25以上,与普通无烟煤/石英砂滤池相比效果显著。

  水冲强度4.2L/(sm2),水冲时间10min的工艺条件,能够满足炭砂滤池的反冲洗要求。在反冲洗过程中,反冲洗6min后出水浊度从500NTU降到10NTU左右,TOC从3.5mg/L降到接近沉后水TOC含量,此时滤池中绝大部分固相污染物已被去除;在延长的后4min时间内,滤池反冲洗出水浊度变化不大,始终保持在10NTU以下,TOC含量没有变化。

  炭砂滤池的初滤水,在前10min内水质较差,出水浊度高且波动大,5Mm以下颗粒含量大多在1000个/mL以上,特别是在3min左右,出水浊度达到4.5NTU,2Mm以下的颗粒含量接近5 000个/mL.在应急处理期间,炭砂滤池初滤水存在较大的安全风险,为确保供水安全,炭砂滤池10min初滤水不进入后续消毒工艺,可作为反冲洗水储存备用,或输送到前端工艺进行再处理。

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