1、周家渡水厂臭氧活性炭组合工艺的运行关键词：水处理 深度处理 臭氧 生物活性碳 水质摘要：周家渡水厂采用预臭氧+常规处理+臭氧活性炭组合工艺已经运行4 年。活性炭滤池运行，经历了吸附生物活性碳（BAC）和换炭 3 个阶段。运行表明，组合工艺可以提高高锰酸钾指数（CODMn）氨氮锰的合格率，改善色度紫外吸光度嗅味和致突变性等多项水质指标。活性炭更换周期为 3 年半更换 2/3 为宜。组合工艺适用于原水为类地表水的情况。关键词：水处理 深度处理 臭氧 生物活性碳 水质The Operation of Ozone+BAC Treatment Process for Zhoujiadu Water Pl
2、antzhou yun（Shanghai Pudong Veolia Water Corporation Limited, Shanghai 201206,China）Abstract: preozone + oragain treatment+ ozone-BAC process has already used 4 years in Zhoujiadu water plant. The BAC filter had running for three periods. It could seem from running : this period can advance for the
3、rate for the eligibility of CODMn, Ammonia, manganese, it also could be better about color,E254,Taster and Ames test. The change time of BAC is half and 3 years, change two-thirds of total is condign .This process used to the situation of the raw water is in GB3838-2002 better.Keywords: water treatm
4、ent; deep treatment; ozone; BAC; water quality 1 原水和常规处理（1）原水不同程度受污染上海浦东威立雅自来水公司下属周家渡等 6 个水厂，总供水能力为 126 万立方米日，其中 5 个水厂（水量占 68）的原水取自黄浦江上游松浦大桥江段。水质属于地表水环境质量标准（GB3838-2002）类标准，具有藻类低、高锰酸钾指数（CODMn）平均 6.2mg/l（3.99.4mg/L） ；季节性氨氮较高,平均 0.63mg/l,有时超过类水标准（最高 2.3mg/L） ；锰含量较高平均0.17mg/l（0.020.42mg/L）及低分子量溶解性有机物占多
5、数的特征。黄浦江原水中分子量小于 3k（千道尔顿）的溶解性有机物在 60左右。另外凌江水厂（水量占 24%）原水取自长江下游的陈行水库，水质基本属于类标准，高锰酸钾指数（CODMn）平均 2.1mg/l（1.62.9mg/L） ；氨氮平均 0.1mg/l，最高 0.43mg/L。由此可见，上海的原水均不同程度受到污染，长江原水水质优于黄浦江原水。（2）常规处理的不足目前水厂以常规处理工艺为主，常规工艺处理的净化除浊效果很好，但去除微污染物质存在不足。CODMn 去除率一般在 38左右，黄浦江原水 CODMn 3mg/l 的标准（CJ/T206-2005）无法达到；另外，氨氮锰等项目有时超标。另
6、外，黄浦江原水有腐臭的味道，加氯后嗅阈值很高，根据测定，出厂水加氯后的嗅阈值在 20 以上，国外在 3 以下。这些指标用目前的常规处理工艺无法改善。根据上海监测站的检测数据，各水质标准（卫生部，建设部）中的新增有机物指标毒理学指标等，常规处理后基本均可达标。经常性超标项目为：氨氮、CODMn、锰 3 项。2004 年浦东威立雅所属水厂统计数据见表 1。常规处理水厂出厂水合格率统计表（%） 表 1出厂水氨氮 出厂水 CODMn 管网水锰 0.5mg/L 3mg/L 5mg/L （特殊情况：原水 CODMn6mg/L 时） 0.10mg/L 临江 48.6 0 100 74.7 杨思 45.6 0
7、 71.0 81.4陆家嘴 49.2 0 80.2 居家桥 43.7 0 65.1 凌桥 32.9 98 100 98.2 合计 50.1 30.3 85.6 84.2 其中，凌桥水厂由于采用长江原水，CODMn 合格率为 98%。而黄浦江原水各水厂的合格率基本为 0%（采用强化常规，加大加矾量，可以提高合格率至 10%左右） 。根据建设部行业标准（CJ/T206-2005） ，CODMn 参与出厂水和管网水的合格率考核，全公司的合格率只有 30.3%，按特殊情况为 85.6%，达不到建设部规定的 95%的合格率，所以要考虑采取深度处理工艺。2 周家渡水厂的处理工艺浦东公司在周家渡水厂进行了深
8、度处理改造工程，2001 年完工。采用黄浦江上游原水，制水能力为 1 万立方米/日，处理工艺分 2 条处理流程1 ，本文只介绍：预臭氧+ 常规处理+ 臭氧活性炭组合处理工艺。臭氧系统选择了瑞士 OZONIA 公司产 OZAT CF6 型臭氧设备。运行测定表明，臭氧发生器平均能耗为 6.93kwh/kgO3，传质系数达到 99.5%23。主要运行参数：（1）预臭氧加注量 1.0-2.5mg/l，接触时间 4 分钟。（2）后臭氧加注量 1.0-2.5mg/l，接触时间 10 分钟。（3）活性炭滤池，采用快滤池形式，分 4 格，2 格 1 组，每组规模为5000 m3/d，单格面积 16m2，滤速
9、6.8m/h，活性炭厚度 1.8m，空床停留时间15min，采用气水反冲洗，气冲强度 55 m3/m2h，水冲强度 25 m3/m2h。冲洗周期为每周 1 次。3 组合工艺的处理效果周家渡水厂 2001 年 7 月开始运行，至 2005 年 7 月为 4 年，活性炭滤池的运行可以大致分为：吸附阶段，BAC 阶段，换炭阶段。运行初期，主要依靠活性炭的吸附作用去除有机物，1 周后，氨氮开始下降，说明有生物作用，但以吸附为主，40-60 天，生物膜成熟，去除效果趋于稳定，逐步进入生物活性碳阶段。运行 3 年半后，进行了换炭。（1）吸附阶段2001 年 7 月至 11 月吸附阶段的主要水质指标的原水平
10、均值和各构筑物出水平均去除率见表 2。吸附阶段主要水质指标的平均去除率表（%） 表 2项目 原水 预臭氧 预臭氧常规 臭氧活性炭 浊度 57.5NTU 27.0 99.4 99.6 色度 27.5CU 36 61.1 89.8 铁 1.78mg/l 18.5 97.8 97.8 锰 0.18mg/l 20.0 65.1 77.8 氨氮 0.17mg/l 23.5 38.8 76.5 亚硝酸盐 0.034mg/l 35.3 61.8 79.4 CODMn 6.21mg/l 11% 38.3 76.7 E254 23.30/m 31.8 53.6 88.0 AOC 619ug/l - - 84.2
11、 TOC 5.1mg/l 7.8 - 41.2 在吸附阶段, CODMn 去除率逐渐下降，平均为 76.7%；氨氮去除率一直上升，其他各项指标去除率比较平稳。吸附阶段同时又是生物挂膜阶段。（2）BAC 阶段运行 2 个月，经过生物镜检，活性炭滤池的生物膜完全形成，处理效果已经趋于稳定，进入 BAC 运行阶段。根据水厂的日班检验水质报表统计,2001-2004 年出厂水的主要水质指标平均值和去除率如下表 3。周家渡出厂水的主要水质指标平均值和去除率统计表 表 3项目 2001 年出厂水 2002 年出厂水 2003 年出厂水 2004 年 浊度 NTU 0.26（99.5%） 0.26（99.5
12、%） 0.22（99.6%） 0.21（99.6%） 色度 CU 5 （72%） 5（76%） 5（72% ） 5（74%） 氨氮 mg/l 0.07（76%） 0.07（84% ） 0.1（78%） 0.28（52%） CODMnmg/l 2.3（62%） 2.7（56%） 2.7（53%） 3.0（52% ） 锰 mg/l 0.05（72%） 0.05（72%） 0.05（67%） 0.05（71%） *括号中为平均去除率表 3 数据说明, 2001 年-2003 年的运行较为稳定 . 2004 年出厂水的氨氮和CODMn 均有所上升,氨氮上升了 4 倍, CODMn 平均值达到 3.0m
13、g/l。CODMn指标是判定 BAC 失效的最主要指标，超过 3mg/l 标准后，一般应进行活性炭的再生或者换炭。组合工艺对 NH3-N 的去除效果很好，其中：a. 2002 年原水 NH3-N 浓度在 0.051.50mg/L，平均值 0.42mg/L；出厂水NH3-N 浓度在 0.020.30mg/L，平均值 0.07mg/L，出厂水 NH3-N0.5mg/L 的合格率在 100%。b. 2003 年原水 NH3-N 浓度在 0.051.50mg/L，平均值 0.46mg/L；出厂水NH3-N 浓度在 0.021.3mg/L（在 2003 年底低温期间出现升高现象） ，平均值0.10mg/
14、L，出厂水 NH3-N0.5mg/L 的合格率在 97.1%。对 CODMn 的去除效果优于常规处理水厂。c. 2002 年原水 CODMn 浓度在 3.909.40mg/L，平均值 6.20mg/L；出厂水CODMn 浓度在 2.003.40mg/L，平均值 2.70mg/L，出厂水 CODMn3.0mg/L的合格率在 90%。d. 2003 年原水 CODMn 浓度在 4.107.20mg/L，平均值 5.80mg/L；出厂水CODMn 浓度在 2.003.60mg/L，平均值 2.70mg/L，出厂水 CODMn3.0mg/L的合格率在 83%。另外，嗅阈值（TON）的测定表明，活性炭滤
15、池出水的 TON 为 11.4， 加氯后出厂水的 TON 为 6，为常规处理出厂水的 1/31/4（ 测定常规处理出厂水的 TON 为 1824）, 大 大改善了感官指标。委托上海监测站进行了多次 Ames 试验，测定结果表明，组合工艺可以使原水的致突变阳性转为阴性，使饮用自来水更加健康安全。我们和日本岐阜大学合作，用酵素免疫定量法（ELISA）测定水中的烷基酚 AP。原水中烷基酚 AP 浓度为 22.55g/l 左右。常规处理可去除 38.7，和DOC 的去除率基本相同。 AP 出水浓度仍在 10g/l 以上，超过引起生殖异常的浓度阈值。臭氧-生物活性炭深度处理后，能去除 67.1%，使 A
16、P 浓度降到10g/l 以下的安全浓度。（3）换炭阶段2004 年 10 月，由于出水 CODMn 平均值高于 3.0mg/l，进行了换炭。分别对每格滤池按换新炭 1/32/3全部更换三种情况进行了对比试验，初步研究认为，更换 2/3 比较经济适宜。4 对深度处理工艺的几点探讨（1）臭氧加注量应根据水质情况而定，加注量和接触池出水臭氧剩余量的测定结果见图1。周家渡控制臭氧正常的加注量为前加 1.2mg/l；后加 1.2 mg/l，余臭氧为00.01mg/l，可以取得理想的效果，并且没有气味溢出4。在冬季温度较低时，则需要适当增加臭氧加注量。图 1 臭氧加注量和剩余量测定图（2）水温图 2图 3
17、水温对去除氨氮的影响见图 2，可以看出，水温在 8以下时，关系曲线下降很快；8-10曲线变缓。10以上基本不变。图 3 为水温对 CODMn 的关系曲线，可以看出，水温影响是缓慢上升的曲线，去除率的变化幅度在 10%以内。（3）原水要符合类地表水标准周家渡的组合工艺去除 CODMn 为 56%左右，原水 CODMn 超过 7-7.5mg/l 时，处理水就会超过 3.0mg/l。由于黄浦江原水 CODMn 最高值为9.4mg/l，所以周家渡水厂的 CODMn 合格率达不到 95%的建设部标准，原因就是原水达不到国家规定的地表水类标准。因此，改善城市水源，使水源水质达到类水标准极其重要，应当引起各
18、级政府主管部门的高度重视。（4）对生物再生的研究生物活性炭能延长使用周期，是有生物再生作用存在。生物再生可分解为5 个步骤。 （1）活性炭吸附有机物，液相有机物浓度降低；（2）水中细菌附着在活性炭表面；（3）细菌选择水中的生物易降解有机物分解，并不断繁殖；生物易降解有机物浓度下降，难降解有机物浓度不受细菌影响；（4）伴随液相中生物易降解有机物浓度下降，吸附的有机物发生解吸；解吸的有机物中的易降解有机物在液相扩散，被细菌降解；（5）解吸后空出活性炭表面的吸附点又可吸附有机物，使生物难降解有机物浓度继续降低。清华大学对使用近一年的 BAC 进行测定，BAC 进出水对 CODMn 的平均去除率为 3
19、7.02%，在以汞盐（100mg/L ）浸泡过夜微生物肯定被灭活后，测定 BAC 对 COD Mn 仍有 8.50%的去除率，说明 BAC 靠物理化学吸附，依然能去除 8.50%的有机物；未使用过的 GAC 对同样的原水可以有 53.10%的去除率，说明 BAC 在使用近一年后吸附能力稳定在原来的 8.5053.1=0.16， 依然保持 16%的吸附性能是依靠生物再生维持。根据 BAC 对 CODMn 的总去除率为 37.02%计算，得 8.50/37.02=0.23，其中 23%为吸附去除，其余 77%为生物降解。5 经济分析周家渡水厂深度处理工程中臭氧设备、臭氧接触池、臭氧车间的 工 程总
20、造价 约为 459.5 万元，活性炭滤池的工程总造价约为 :194 万元. 单位工程造价 合计为 500 元/吨水/日。目前根据运行情况初步认为,生物活性炭更换周期为 3 年半换 2/3 为宜。运行费用测算中，水量按 1 万吨/日计，臭氧加注量均按 2mg/l 计算，平均电价按 0.6 元/kwh 计，平均气费按 1.14 元/kg（包括氮气） 。增加总生产变动成本为 0.24 元/立方米水。6 小结（1）应当根据原水水质选择处理工艺。当原水水质属于类标准，采用常规处理就可以达标。而类原水的水厂，经常规工艺处理后 CODMn 去除率一般在 38左右，CODMn3mg/l 的标准（CJ/T206
21、-2005 ）无法达到；另外，氨氮，锰、等项目有时超标，就应该采用深度处理组合工艺，使自来水达到行业产品标准。（2）周家渡的组合工艺比常规工艺提高了对微量污染物质的去除效果，可以降低色度到 5 度以下，改善嗅味，降低 CODMn 到 3mg/l 以下，并大幅度降低了水中的三致物质，使 Ames 试验结果由阳性转为阴性，改善出水嗅阈值，这是常规工艺根本无法做到的。（3）组合处理工艺增加生产变动成本为 0.24 元/立方米水，深度处理部分的单位工程造价合计为 500 元/吨水/日。（4）活性炭更换周期初步认为 3 年半更换 2/3 为宜。(5）组合工艺的去除效果有一定限度。改善城市水源，使水源水质达到类地表水标准极其重要，应当引起各级政府主管部门的高度重视。参考文献：1 周云 , 戴婕,王占生等. 曝气生物滤池在上海周家渡水厂的应用. 中国给水排水，2002 年 10 期，pp6-82 周云 ,戴婕等 , 自来水厂中臭氧浓度的监控与测定, 给水排水，2002 年 10期，pp9-113 周云等,新臭氧技术及其应用，净水技术，2001 年 3 期，pp26-284 周云、梅胜，给水处理中的臭氧副产物，中国给水排水，1999.2,pp27-28
