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臭氧-活性炭技术在给水厂中的应用
作者:管理员    发布于:2016-11-04 09:12:35    文字:【】【】【

  城市给排水臭氧-活性炭技术在给水厂中的应用季淑娟(中石化金陵分公司动力分厂,南京210033)术应用中空气净化、臭氧制备、臭氧投加、活性炭吸附的流程和注意事项等,并就出水水质、运行成本与传统给水处理工艺进行了对比,指出了该技术实施的可行性。

  中石化金陵分公司自备水厂位于长江南京段江边,生活给水系统始建于1965年以长江水为原水,处理能力为1. 2万m3/d,采用传统工艺流程,主要供生产区、生活区的职工及家属用水。由于当时水源取水口距厂排污口不足1km,且地处感潮地区,水质受潮汐影响,造成污水回流逆江而上,使水中油、酚含量上升,经传统水处理工艺处理后的生活用水异味大,水质差。为此,于20世纪70年代末进行改造,将加氯消毒改为臭氧杀菌,增加了4台立式臭氧发生器,并将二次砂滤池改为活性炭滤池,1980年投入使用后,水质明显改善。20世纪90年代初,由于长江河道变迁,生产规模的扩大和生活水平的提高,对生活水系统再一次进行改造,处理量提升为24万m3/d,同时为改善取水水源水质,水源上移,距厂排污口约2km.现使用的生活饮用水处理流程:长江水一级泵房※沉砂池※(投加混凝剂聚合铝)往复式隔板絮凝池―斜管沉淀池―清水池―二级泵房※砂滤池―清水池―(空气净化-臭氧投加)氧化塔※活性炭池―清水池―生活给水泵房※用户。

  2空气净化21空气露点对臭氧产量的影响臭氧的化学性质极不稳定,因此只能就地制备和使用,制备原料为空气或氧气。进入臭氧发生器的原料空气必须是净化空气,因空气中的杂质会影响放电效果,微量水分会从根本上降低臭氧发生器的臭氧产量,所以一般要求原料空气露点至少达到一40°C.原料空气露点对臭氧产量的影响见。

  22空气净化流程使用的空气净化流程:空气―压缩机―储气罐原料空气露点对臭氧产量的影响一级旋风分离器※二级旋风分离器※毛毡过滤器无热再生干燥器※气液分离器※臭氧发生器。

  5~0.7MPa流量根据发生器而调节。经过该流程净化后的空气露点可达一65°C以下。夏季因气候潮热,冷却效果差,露点会有所上升,但也能控制在一60°C左右,均能满足臭氧发生器的要求。

  2000年以后由于全厂净化风(压缩空气)系统有富裕的风量,开始引用系统净化风。系统风压0.5 ~0.6MPa露点一40C左右。该风进入给水厂系统后,直接进入无热再生系统,经进一步的净化后露点达到工艺要求,进入臭氧发生器,这样缩短了净化风流程而不影响臭氧产量。

  23空气净化中的注意事项为达到净化空气所要求的露点,在操作中应注意:排水。空气净化流程中,有多处设备会产生气水积存,需及时排除,一般每2~3h排一次即可。但在6~9月因空气中水分含量升高,为保证空气露点合格,需每小时排水一次。冬季及时排水还有利于管线、设备的防冻防凝。

  避免净化空气带油。净化空气带油危害较大,轻者使空气净化系统能力降低,重者堵塞空气过滤器,并带入臭氧发生器中,使发生器效率降低甚至无法工作。净化空气中的油主要来自空气压缩系统,是因油润滑的空气压缩机密封不严或油气温度高,分离效果不好造成的。所以,如选用该类型的压缩机,要由专业人员对空气压缩设备进行精心维护,并保证有良好的通风降温设施。如有可能,尽量选用无油空压机。

  无热再生干燥器采用净化风对分子筛进行再生,再生空气量控制在净化风总量的14,再生切换时间一般为5min要保证过滤、再生切换能顺利进行。

  3臭氧发生器工业用大量臭氧是由臭氧发生器通过电晕放电法产生的。本厂初采用国产立式臭氧发生器4台,每台臭氧产量为1kg/h.但实际运行时受电压等因素影响,产量只能达到0.5kg/h,臭氧化空气中臭氧的浓度为5~6mg/L,需同时运行3 ~4台才能满足要求,效率很低。且因玻璃放电管强度不够,经常破裂,维护量较大。后改为卧式臭氧发生器,实际运行产量略有提高,可达到0.7kg/h,但其余的改观不大。为此,于1997年从美国,1999年从瑞士分别引进了一套高产量臭氧发生系统,投入使用。现两台设备互为备用,能保证臭氧的平稳供给。臭氧发生器工作参数见表1.表1臭氧发生器工作参数名称国产立式国产卧式美国产品瑞士产品使用时间工作电压/kV工作电流/A臭氧产量/kgw臭氧浓度/mg/L进气量/m3/h进气压力/MPa进气露点/C冷却水量/mVh冷却进水温敷C自保装置无有智能化控制从表1中可知,进口的两台臭氧发生器性能较好,产臭氧效率高,消耗少,并且由于配备了自保连锁装置,避免了设备事故。

  影响臭氧产量的因素很多,根据长期运行观察和调节试验,除了前面提到的空气露点外,还有进气压力、进气量、工作电压、冷却水进水温度等,它们的影响特性曲线分别见~,试验数据取自国产卧式臭氧发生器。

  臭氧发生器是深度水处理中的关键设备,根据上述因素进行调节试验,找出佳运行工况:运行电流为额定电流的75~85,进气量控制在额定流量的70左右。此时臭氧浓度高,产量大,运/<赋蜱/喊赋工作电压特性曲线行效率高。臭氧发生器冷却用水量较大,同时因温升明显(特别是高效率发生器)所以采用了饮用水作冷却用水,并进行回收,尽量降低消耗。臭氧发生器的运行直接关系饮用水水质,保证设备的完好率(好有备用设备)可保证臭氧的平稳,不间断供给。

  空气中的臭氧含量低于0. 1mg/L时,对人体无害,但当与浓度1.5 ~2mg/L的臭氧接触2h后,则有口喉干燥,头眼鼻痛,智力衰减,食欲减退,咳嗽,严重时引起肺水肿等现象。所以在臭氧发生器厂房安装了臭氧浓度监测装置,对室内空气中的臭氧含量进行连续监测和指示,并在有臭氧检出后发出警报,提醒值班人员检查漏气原因,做到对事故能及时处理。当室内空气中臭氧浓度达到1mg/L时,两台进口臭氧发生器可自动关闭,保证设备及人员的安全,并在现场配备防毒工具和防毒面具,室内装通风设施,每小时保证通风10次以上。

  臭氧发生器在运行中由于使用电压较高,产生热量大,所以常见的故障为放电管破裂,高压电气故障,需加强这方面的维护。

  臭氧投加即将臭氧均匀扩散到水中,使水气充分接触。本厂臭氧的投加是在接触氧化塔中进行的,分为三级投加,共有4组12间塔,每组塔的处理能力为25013/11.氧化塔为不锈钢圆柱形(1800X7 300),内有钛布气板,臭氧化空气从塔底进入经布气板均匀分布后向上扩散,水从塔上部经喷头喷洒成滴状向下与上升的臭氧化空气接触,完成传质,接触后的尾气经塔顶排气管排入大气。臭氧的三级投加量分别为:一级1.5mg/L;二级1mg/L;三级0.5mg/L.水在塔中的停留时间约为15min,氧化塔的出水余臭氧能够维持在0.3~0.5mg/L.氧化塔运行中如何使水流成滴状和空气均匀分布是影响水气接触效果的关键,所以要选择好的喷头和布气板。该氧化塔投用初期,在塔中段填充了少量的瓷环作淋水填料,但瓷环运行短时间后就出现堵塞,且运行阻力增加,使处理量降低,后取走填料,变空塔运行,效果未有明显降低。

  对氧化塔处理水的效果进行了监测,结果见表2氧化塔出水水质项目进水一级二级三级浊度/NTU2从表2可以看出,大部分的杀菌效果是在气水刚接触时就完成的,而有机物的降解是逐步进行的,其中三级氧化塔出水CODMn出现反复,主要是部分复杂的有机物经臭氧一、二级氧化后发生分解,变成可被高锰酸钾氧化的组分,在三级塔中出现CODMn抬升。

  氧化塔尾气中的余臭氧一般低于0.初将氧化塔尾气进行集中回收后通过水射器引入沉淀池,作预加臭氧用。因气量大,所需压力水量很大,且造成氧化塔气阻,后停用。因未有好的尾气处理方法,现直接排入空气中,在低气压时对周围空气质量有一定的影响。

  5活性炭池本厂使用的活性炭吸附池有两种形式,一种为普通快滤池,一种为无阀滤池,水在滤池平均停留时间为40min.该两种滤池只是将原来的滤料石英砂更换成活性炭,过滤方式不变,反冲洗周期加长(3~从上部配水槽进水,下部穿孔管出水,活性炭的填充高度为0.9~lm.过滤方向和重力下沉方向一致,运行过程中部分粉碎的活性炭粉末易随水流带走,进入生活水系统管网,导致用户用水设备堵塞,所以该滤池仅作为紧急备用。

  无阀滤池共有3座,每座的处理能力为250m3/h,活性炭的填充高度控制在1.池从上部出水,运行至今未出现活性炭随出水带走现象。

  由于氧化塔出水带有一定量的余臭氧,该水进入活性炭池后臭氧的杀菌、氧化作用和活性炭活性吸附作用二者相辅相成,可使水质进一步好转(见表3氧化塔及活性炭池出水水质项目浊度/NTU酚铁锰砷铅铝氧化塔活性炭池尽管活性炭上的细菌长势旺盛,但由于预先往水中加了臭氧,因而对水中细菌量有所抑制。为了去除水中有机物而投加的臭氧量,足以杀死水中的致病菌。活性炭表面所吸附、累积的有机物与细菌氧化分解有机物的能力,会自行调节而保持一定的平衡,从表3即可看出,水中的C0Dftln经过活性炭池后有明显的降低。

  填料活性炭的品质直接影响出水水质。作为生活饮用水处理工程,一般选用优级果壳炭,颗粒直径在4~24目(生产厂家不同差别较大)活性炭由于自身的特性,在使用中吸附性能逐步下降,到一定时期后完全丧失其功能。作为新炭,使用周期一般为3年,而再生炭使用周期为2年。通常新炭只再生一次,如再生两次或两次以上,活性炭强度下降,损耗较大,使用周期缩短,加上昂贵的再生费用,很不经济。活性炭再生通常采用体外再生法,用电加热或蒸汽加热。新炭和再生炭的性能参数对比见表4.表4新炭和再生炭性能对比名称吸附碘值强度苯酚吸附单价(约)再生损耗新炭再生炭注:取自2002年数据;为再生费用。

  可通过两个方面判断活性炭是否失效。一方面可根据活性炭性能分析结果,当吸附碘值低于600mg/g时,活性炭失效;另一方面也可根据活性炭池出水中的CODMn来判断。表5是跟踪一个活性炭使用周期所作的水样分析,可大致判断出吸附能力变化趋势。新炭投用初期,部分孔隙被灰分堵塞,同时表面的微生物膜尚未形成,生物吸附性能未能充表5活性炭池出水CODwh使用时间一周二周1个月3个月6个月12个月18个月21个月24个月30个月33个月34个月35个月36个月分发挥活性炭处在活化期(约20d)功效并不是好。

  6臭氧-舌性炭处理水水质因自备水厂供水范围在方圆2km内,所以在终出水中未进行二次加氯。根据多年的管网末梢水质监测结果,细菌总数和大肠杆菌指标完全合格。

  为了深入了解臭氧-活性炭处理水水质与常规处理水水质的差别,于1993年3月至1994年1月委托清华大学环境科学与工程系对水源水及饮用水在三个水文期(平水期、丰水期、枯水期)进行色谱/质谱鉴定分析和Ames试验,对水质进行对比分析。试验结果表明,与常规加氯处理法相比,臭氧-活性炭处理出水中有机污染物(尤其是石油类污染物)下降30~50,毒性物质下降10 ~20优先污染物或杀虫剂下降12~15致突变性也有所下降。

  7臭氧-活性炭工艺成本与常规水处理工艺相比,臭氧-活性炭处理工艺成本有所增加,主要是初期投资、运行电耗、活性炭消耗、设备维护等费用。除去初次投资,运行费每m3水约增加0. 1元,其中电费0.058元/m3,活性炭消耗费用0.031元/m3,维修及人工费0.(以2003年江苏物价计算)。

  8结语经臭氧-活性炭处理后的生活饮用水没有异味,水质有明显改善,更接近2001年卫生部新颁布的生活饮用水水质卫生规范要求。

  臭氧-活性炭工艺一次性投资增加较多,但运行成本增加不多,一般可接受。

  在供水管网延伸较长,供水范围较大时,应考虑在终出水中加氯,以保证管网末梢水质。

  氧化塔尾气排入大气会对周围空气质量产生影响,现国内多采用电加热法或蒸汽加热法进行分解,花费很大但作用不大,有些已不再运行。故迫切寻求一种行之有效的尾气处理方法。

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