臭氧-生物活性炭组合滤池用于水厂深度处理改造工程

朱玲利

（南京市市政设计研究院有限责任公司，江苏南京    210098；）

摘要泰兴市杨庄水厂深度处理改造工程设计规模为15.0×104m3/d，出厂水水质满足《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）标准。改造工程在现状常规处理基础上，新增深度处理臭氧-生物活性炭组合滤池工艺，改造工程运行后可有效控制嗅味，进一步降低多种有机化合物及消毒副产物。项目总投资11299.7万元。

关键词  水厂    组合滤池    处理改造    臭氧接触池    生物活性炭滤池

Application of Ozone-biological Activated Carbon Combined Filter in Water Plant Advanced Treatment Renovation Project

ZHU Lingli1

(1.Nanjing Municipal Design and Research Institute Co.，Ltd.，Nanjing    210098, China) 

Abstract   The design scale of the advanced treatment and reconstruction project of Taixing Yangzhuang Water Plant is 15.0 × 104m3/d, the quality of the factory water meets the standard of Standards for Drinking Water quality (GB5749-2006). On the basis of the current conventional treatment, the reconstruction project adds the advanced treatment ozone-biological activated carbon combined filter process, with a total investment of 112.997 million yuan. After the operation of the reconstruction project, it can effectively control the smell and further reduce various organic compounds and disinfection by-products.

Key wordswater tretment plant(WTP)    Combined filter    Treatment transformation    Ozonation contact reactor    Biological Activated Carbon Filter

杨庄水厂分两期建设，一期供水规模为：5.0×104m3/d，净水工艺为机械加速澄清池+普通快滤池；二期扩建规模为：10.0×104m3/d，净水工艺为折板絮凝平流沉淀池+普通快滤池。现状总设计供水规模为：15.0×104m3/d。水厂出水检测指标符合《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）。

由于采用的常规处理工艺，且一期流程较为陈旧，运行效率低，出水水质个别指标已接近临界值。另一方面，水质在满足常规指标基础上，嗅味、消毒副产物（DBPs）、有机物等越来越受到业界重视，因此需对水厂进行深度处理改造。改造总体思路为新建深度处理构筑物。

1水厂现状

1.1 现状出水水质

杨庄水厂出水检测指标符合《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006），但口感略差，水质仍有进一步提升空间。

1.2现状处理工艺

杨庄水厂水源来自泰州市三水厂水源厂，其一期5.0×104m3/d净水工艺为：机械加速澄清池+普通快滤池；二期10.0×104m3/d工艺为：折板絮凝平流沉淀池+普通快滤池。出水水质满足《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）水质标准。无污泥处理工艺。工艺流程详见图1。

图1 杨庄水厂现状工艺流程图

Fig.1  Current process flow chart of Yangzhuang Water Plant

2深度处理改造工程设计

2.1设计水量、水质

深度处理改造工程规模按水厂现状规模：15.0×104m3/d实施。水质在满足《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）水质标准基础上，进一步提高供水水质，消除嗅味，降低出厂水中有机物含量及消毒副产物。改造前后微污染水质指标对比见表1。

表1 工程改造前后微污染水质指标对比表

Tab.1  Comparison of Micro-polluted Water Quality Indicators Before and After Transformation

微污染物	常规处理（改造前）	常规处理+深度处理（改造后）
GSM及2⁃MIB去除率（%）	70-80	90-100
CODMn去除率（%）	30-40	38-57
UV254去除率（%）	70-80	80-90
DOC去除率（%）	40-50	46-68
DBPs前体物去除率（%）	40-60	72-85

2.2 设计难点及对策

（1）嗅味使水质口感变差，到达一定程度会导致公众恐慌。导致嗅味最常见的两种物质是土臭素（GSM）和2⁃甲基异莰醇（2⁃MIB），新发布《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2022），将土臭素和2⁃甲基异莰醇新增至生活饮用水水质扩展指标。有研究表明臭氧接触池和活性炭滤池，可与现状快滤池形成除嗅味互补关系[1-2]，解决水质嗅味问题。

（2）常规处理对微污染水源中有机物的去除能力有限，后臭氧氧化可将水中难降解大分子有机物，分解为小分子溶解性有机物，提高后续生物活性炭滤池工作效能。有研究表明，低有机物负荷条件下水厂活性炭池对CODMn、溶解性有机碳（DOC）和UV254去除率分别为：8.04%~16.96%、6.50%~18.19%和16.67%-26.67%[3]。

（3）多种DBPs前体物具有致癌性，常规处理能力有限。臭氧-生物活性炭滤池可将三氯甲烷、卤乙酸和三氯乙醛消毒副产物前体物去除率分别提高32.34%、20.59%、24.32%[4]。

臭氧－生物活性炭吸附深度处理技术，集臭氧氧化、活性炭吸附、生物降解、臭氧消毒于一体。这两种技术的有机结合能够有效去除水中有机物和氨氮等微污染物质以及加氯消毒副产物前体物，提高水质的生物稳定性，并使处理后水的致突变性呈现阴性；同时能够显著去除水中藻类和藻毒素，以及水中含有的隐孢子虫等致病微生物和内分泌干扰物。综上，提出改造工程工艺流程详见图2。

图2 杨庄水厂改造工艺流程图

Fig.2  Yangzhuang Water Plant Reconstruction Process Flow Chart

2.3 厂区布置

深度处理改造工程布置于现状厂区北侧，新增用地约22亩。厂区北侧自西向东设置深度处理单位和污泥处理单元。结合厂区现状，在集中布置，功能分区明确，运行管理方便基础上，本次设计将中间提升泵房、臭氧接触池、生物活性炭滤池和反冲洗泵房(鼓风机房)合建[5-6]。

2.4 臭氧-生物活性炭组合滤池技术参数

（1）中间提升泵可减少后续深度处理构筑物埋深，节省土建费用，其设计总规模为：15.0×104m3/d，共2座，每座规模7.5×104m3/d，自用水系数1.05。设潜水轴流泵6台，4用2备变频，单台水泵流量1720m3/h，扬程6m。

（2）臭氧接触池设计成全封闭式，分2座，单座规模：7.5×104m3/d，自用水系数取5%；后臭氧投加量1.5mg/L。考虑到溴酸盐浓度过高具有致癌性，本次设计将后臭氧分三点投加，通过增加臭氧投加点数量，减少单次臭氧投加浓度的方法来降低溴酸盐的生成量，这样也可以提高臭氧的吸收率。臭氧投加量：第一格60%，第二格20%，第三格20%，接触时间采用13min。池顶设2台尾气破坏器，1用1备。

（3）下向流生物活性炭滤池规模：15.0×104m3/d，分两组，两组滤池呈双排布置，每组分5格，自用水系数取5%；滤池共10格，单格面积80.0m2。装炭和卸炭采用水力装卸。为强化活性炭滤池对 CODMn的去除效果，炭床空床停留时间14.6min，空床滤速：8.22m/h；反冲洗时强制滤速9.1m/h；活性炭滤料厚度为2.0m。石英砂层采用细砂，滤料厚度为0.60m。承托层采用粗砂，滤料厚度为0.10m，D=4.00-5.00mm。活性炭种类采用破碎活性炭，规格8×30目，亚甲蓝值>160mg/g，碘值>900mg/g，比表面积≥900m/g[7-8]。炭滤池出水、反冲洗进水、反冲洗气管上均设置电动蝶阀。反冲洗方式：气、水分别单独反冲，分为常温下经常冲洗和定期大流量冲洗。经常反冲周期约3～6天。活性炭滤池具体反冲洗方式如下：

①.常温下经常冲洗，膨胀率20%

单独气冲：气冲强度=14L/（s.m2），历时4min；

后水冲：水冲强度q=12L/（s.m2），历时10min。

②.定期大流量冲洗，膨胀率35%

单独气冲：气冲强度=14L/（s.m2），历时4min；

后水冲：水冲强度q=16L/（s.m2），历时10min。

下向流生物活性炭滤池剖面详见图3。

图3 下向流生物活性炭滤池剖面示意图

Fig.3  Schematic Diagram of Downflow Biological Activated Carbon Filter

（4）反冲洗泵房包含反冲洗泵房、反冲洗鼓风机房及配电间，设计规模：15.0×104m3/d。反冲洗水池建于泵房下面，安装3台卧式离心反冲洗泵，全变频，单台流量：1728m

3/h，扬程12m，常温下经常冲洗时：2用1备；定期大流量冲洗时，3用。反冲洗罗茨鼓风机设2台，1用1备，单台流量67.2m3/min，风压7m。

图4 臭氧-生物活性炭组合滤池示意图

Fig.4  Schematic Diagram of Ozone Biological Activated Carbon

2.5臭氧发生间

臭氧发生间设1座，规模：15.0×104m3/d。臭氧发生器采用液氧为气源制备臭氧，在臭氧发生间周边设置液氧储罐、蒸发器等。

设置3台臭氧发生器，2用1备，单台功率N=55kW，正常情况下单台臭氧发生器臭氧发生量约为6.0kgO3/h，产臭氧质量分数（浓度）10%。

氧气平均消耗量为：1.5t/d。

2.6液氧站

液氧站设1座，规模：15.0×104m3/d。臭氧投加量平均值采用1.0 mg/L ，最大投加量1.5mg/L。

安装液氧储罐一只，容积：30m3。一般液氧储量达到总容积的95%，液氧密度为1.14t/m3。每立方液氧可转化为约700方常温常压下气体。

2.7 污泥处理

改造后干污泥量约为28.5t/d，浓缩池进泥含水率99%，污泥量2850.0m3/d。浓缩后含水率97%，污泥量950.0m3/d。污泥脱水机房设置3台离心脱水机，进泥量：32m3/h，每天工作时长12h。聚丙烯酰胺投加量2-3kg/（t干污泥）。经离心机脱水后含水率80%，污泥量142.5m3/d。污泥浓缩脱水后泥饼外运。

3 结语

该工程深度处理采用中间提升+臭氧+活性炭工艺组合池形式，本工程具有占地小，水头损失小，运营管理方便等优点。项目总投资11299.7万元，其中：工程费用8362.8万元。完成后可以实现杨庄水厂从供“合格水”向“优质水”的转变，提高水厂应对各类微污染物水源能力。

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[作者简介]朱玲利（1989-），女，硕士，研究方向为给水排水设计，E-mail:[e-mail].