对于微型生物走漏危险优化O3-BAC工艺钻研

第一章 绪论

1.1 中国南方湿热地区饮用水水源状况
我国饮用水水源大多取自江河水、水库水、湖泊水和公开水，其中江河水是最重要的水源，依据国度统计局宣布的 2009 年全国各地供水数据，我国北方几大重要省份依赖地表水水源供水量占总供水量比例分手是：广东 95.2%，广西 95.3%，湖南 93.6%，福建 97.5%，上海 99.8%，浙江 97.2%，江苏 98.4%[1]。但因为水体净化的日益严重，许多饮用水源遭遇不同水平的净化。2004-2009 年时期，我国重要河流水质劣于Ⅲ类的水体在各年总监测断面中占 50%以上，并且劣Ⅵ类水所占比例高达 20%-30%，在全国七大水系中，处于我国北方干冷地域，年径流量较大的长江水系与珠江水系总体水质稍好，劣Ⅲ类断面比例低于 25%[2]，但人口散布密集、经济兴旺地域河段水质状态照旧不容悲观，如珠三角地域，面临着水质性缺水。特殊是这些地域处于河流上游，极易遭到上游排污影响，以及突发性污染的影响。邵念荣[3]在考察中山市各水厂水源水质时发明，中山市重要饮用水原河道基础上处于地表水Ⅱ~Ⅲ类水质，但氨氮、大肠杆菌群也会时常超标，并且从 2008 年至 2009 年间，仅中山市东升水厂取水点发作油净化或污水净化事情达 8 起。珠江广州河段源水高锰酸盐指数、氨氮浓度分手处于Ⅳ~Ⅴ类和劣Ⅵ类水质浓度规模[4]，招致广州局部水厂运行老本增添和出水水质难以到达《生涯饮用水卫生规范》(GB 5749-2006)的请求，迫使制水单位拆资 89.53 亿元远赴 50km 外的西江三水河段取水[5-6]；2010 年 10 月份，因为韶关冶炼厂排污，招致广西南江发作严重铊净化事情，严重要挟清远、佛山、广州等地供水平安[7]。
2012 年 1 月 18 日，广西河池市发生镉污染事件，引起下游一些地区民众的恐慌[8]。卢薇[9]调查 2003 年至 2004 年东莞水资源情况表明，东莞市境内主要河流水质基本上处于Ⅳ~劣Ⅴ类水质，主要超标项目是氨氮、化学需氧量和溶解氧。另外，水库水源污染状况也不容乐观。广东省梅州市合水水库是梅州兴城集中饮用水源，2002~2008 年间，由于水库周边城镇化发展较快，水质从中度营养化向重度营养化演化[10]。黄晓英[11]等采用污染指数法和标识指数法对深圳 13 个主要饮用水源水库水质进行分析评价，结果表明，这部分水库水质普遍存在营养盐污染情况，92.3%水库总氮超标，38.5%水库总磷超标，大部分水库水质劣于Ⅲ类，其中石岩水库为Ⅴ类，罗田水库和深圳水库为Ⅳ类。吕振平[12]等研究调查表明，浙江省 125 座作为集中式饮用水源的水库中，有 46.4%的水库水体氮、磷超标；在对 15 座水质为Ⅱ、Ⅲ类的水库进行趋势分析结果表明，三分之二的水库在总磷、总氮、高锰酸盐指数、氨氮和溶解氧几个指标中有不同程度的变差趋势。随着工农业的发展，饮用水中除了常规的营养型污染外，一些持久性有机物的污染也必须重视。珠三角地区地表水体以及沉积物中检出多种难降解有机物，其中多环芳烃都存在不同程度的超标[13-14]。邓红梅[15]等在检测珠江主干流西江广州境内水体的多环芳烃时发现，西江水中多环芳烃的含量 40.1~138.0ng/L，虽较国内部分河流要低，但远远高于欧洲一些低污染水域。由于这类物质具有毒性大，易致畸致突变，在环境中不容易降解，且能通过生物链富集，更重要的是，现有水厂常规工艺难以去除。并且检测费用昂贵，一般水厂只是每月的全分析中才有检测，故需要相关部门对水源 POPs 来源进入严格控制，制水单位也需对水厂传统工艺进行升级。

1.2 臭氧与生物活性炭联用工艺发展现状
1.2.1 给水深度处理工艺
选择饮用水源水质的不断恶化以及供水标准法规的严格化，传统“混凝-沉淀-过滤-消毒”常规工艺出水难以满足安全供水要求。膜处理技术是目前国外一些发达国家饮用水深度处理发展的方向[16]，1988 年美国科罗多拉州建立了世界上第一座超滤膜分离水厂，之后陆续在英、法、日、荷兰等发达国家等有膜分离水厂开始投入运营，截至 2000 年，全世界已建立了几百座膜分离水厂[17]，但膜处理工艺高昂的建设和运行成本，以及国内膜工业发展滞后，在给水深度处理中的应该无法在中国推广，仅台湾部分水厂和国内桶装水生产中应用[18-19]。而臭氧-生物活性炭工艺以其出水水质较高，技术成熟度高，建设成本和运行成本较低，易于与常规工艺结合，适合老旧水厂工艺升级，是一种适合中国国情的深度处理工艺[20-22]。
1.2.2 臭氧-生物活性炭工艺工作机理
臭氧是一种很强的氧化剂，其氧化还原电位为 2.08V，且易溶于水，在水中溶解度为氧气的 13 倍。水中的无机物如二价锰，亚硝酸盐，铁的络合物等主要是受臭氧直接氧化，而有机微污染物则主要是由羟基自由基氧化，但质子化氨基团与臭氧几乎不反应[23]。活性炭主要依靠自身孔隙吸附水中中间分子量的有机物，但在单独使用过程中，往往需要进行周期性的活化再生。通过物理或化学方法再生成本较高，并且影响活性炭寿命，而生物活化却是一种经济有效的途径[24-25]。在臭氧-生物活性炭工艺中，大分子憎水性有机物经臭氧氧化成小分子有机物，有助于活性炭的吸附，而附着于活性炭表面的微生物能够降解吸附其中的分子量较小的有机分子，以实现对活性炭的再生循环利用。因此，臭氧-生物活性炭工艺是综合臭氧氧化、臭氧消毒、活性炭吸附和生物降解再生于一体的净水技术。
1.2.3 “砂滤-臭氧-生物活性炭”工艺发展现状
在水处理工艺中，活性炭吸附环境极易受进水浊度的影响，最先使用的臭氧活性炭工艺基本上都是串联于砂滤池之后。臭氧-生物活性炭工艺最早于 1961 年在德国Dusseldorf 市 Amstaad 水厂投入使用[26]，之后在欧洲地区得到广泛的推广，工艺也不断改进完善。具有代表性的是法国卢昂拉夏佩勒(Rouen La Chapella)水厂[27]和瑞士苏黎士林格(Lengg)水厂[28]。我国在 20 世纪 80 年代开始也在给水处理中应用臭氧-生物活性炭工艺，如北京田桥山水厂[29]是在传统的预氯化-混凝沉淀-过滤的基础上增加了臭氧氧化-活性炭吸附工艺；北京第九水厂从密云水库取水，为应对藻类爆发对水质的影响，在二期工程工艺选择中也加入的臭氧-生物活性炭深度处理工艺[30]。进入 21 世纪，随着水源水质的不断恶化，我国加快给水工艺升级改造，一些地方陆续引用臭氧-生物活性炭工艺。如深圳梅林水厂根据原水低浊多藻富营养化的特点，采用“预臭氧-混凝沉淀-砂滤-臭氧接触氧化-生物活性炭吸附”工艺[31]；浙江桐乡市果园桥水厂因原水中氨氮与有机物超标，在原有常规工艺中增加了臭氧-生物活性炭工艺[32]；广州南洲水厂于 2004 年投产，采用“常规处理+臭氧-生物活性炭工艺”工艺，供水量达 100 万 m3/日，对 CODMn、氨氮和亚硝氮等有较好的去除效果，同时能有效地控制出水氯化消毒副产物[20, 33]。除此以外，深圳笔架山水厂[34]、杭州南星桥水厂[35]、上海长桥水厂[21]、杭州滨江水厂[36]等水厂也已经或计划在原有常规处理工艺中引入臭氧-生物活性炭工艺。

目录
第二章 某水厂现工艺运行状况分析......... ................................17
2.1 某自来水厂工艺流程及工艺参数...... ........................ 17
2.2 调查期间水质状况.............. ............................... 17
2.3 出水微型生物分析............ ............................. 18
第三章 CDS 工艺系统出水微型生 .................................25
3.1 工艺流程及设备参数............................................ 25
3.2 检测项目及方法....................................... 26
3.3 出水微型生物分析..................................... 27
第四章 CDS 工艺出水水质....................................31
4.0 工艺流程及运行参数................. 31
4.1 试验检测项目与方........................... 31
4.2 有机物去除情况.................. 32

研究结论
本文通过调查分析“常规+臭氧-生物活性炭”工艺炭滤池出水与常规工艺出水微型生物泄漏情况，提出采用炭滤池前置，砂滤池殿后的臭氧-生物活性炭优化工艺，即“炭滤-消毒-砂滤”（CDS）工艺。在探讨化解微型生物泄漏风险的过程中，研究砂滤池填料装填方式、消毒方式以及接触絮凝等方法对微型生物截滤效果。在研究化解微型生物泄漏风险的同时，考查炭滤池与砂滤池调换位置后系统出水水质，特别是水质安全性、系统运行的稳定性和经济性。在经过一年多的研究后，基于上述内容，可以得出以下结论：
（1）南方湿热地区臭氧-生物活性炭工艺炭滤池易滋生大量微型生物，导致出水生物泄漏风险加大。在调查广州某水厂炭滤池时发现，摇蚊幼虫在初夏时节出现较多，剑水蚤则在夏季及秋季大量滋生，并且由于炭滤池运行时间较长，体型较大的耐污性动物丰度及出现频率较高。在常规处理基础上串联臭氧-生物活性炭工艺后，出水微型生物出现大幅度增长，密度较砂滤池增长 2~4 个数量级。
（2）CDS 工艺通过砂滤池后置，采用粒径较小的滤砂，并结合臭氧+氯协同消毒方式，可有效地化解出水微型生物泄漏风险。对于Φ0.9~1.1mm 均质滤砂，可采用接触絮凝-直接过滤方式强化其过滤效果，能大大提高其对微型生物截滤作用和降低出水浊度，同时在其反冲洗周期内水头损失增长幅度较小。
（3）CDS 工艺对有机物的去除能力与 SOC 工艺基本上处于同一水平，且其出水消毒副产物均未发现有超标现象。除了因试验中投加次氯酸钠消毒而引起出水氯酸盐浓度较高外，其它消毒副产物均远低于生活饮用水卫生标准限值，同时检测其出水 UMU 遗传毒性为阴性，出水 AOC 相对于沉淀池出水去除率为 30.5%，表明其出水具有较好的生物稳定性。（4）CDS 工艺炭滤池采用双层填料，保护活性炭层，能提高其运行稳定性，缩短反冲洗周期，减少活性炭的磨损，同时在处理Ⅱ类水源水时，采用微曝气方式提高有机物去除率方面能替代炭滤池前投加臭氧，降低建设成本和运行成本。

参考文献
[1] 韩晓刚. 城市水源水质风险评价及应急处理方法研究[D]. 西安：西安建筑科技大学,2011
[3] 邵念荣. 中山市水源水质安全问题及保障措施[J]. 广东农业科学, 2010, (9): 229-231
[4] 王健, 陆少鸣. BAF+常规工艺中砂滤池净水效果研究[J]. 环境工程学报, 2010, 4(3):599-602
[5] 王建平. 广州市西江引水工程全面提升中心城区供水现代化水平[J]. 中国给水排水,2011, 27(2): 1-4
[6] Scholz, M., R. Martin. Ecological equilibrium on biological activated carbon[J]. WaterResearch, 1997, 31(12): 2959-2968
[7] Grabinska-Loniewska, A., M. Perchuc, http://sblunwen.com/wswxlw/T. Kornilowicz-Kowalska. Biocenosis of BACFsused for groundwater treatment[J]. Water Research, 2004, 38(7): 1695-1706
[8] De la Casa-Lillo, M., B.C. Moore, D. Cazorla-Amoros, et al. Molecular sieve propertiesobtained by cracking of methane on activated carbon fibers[J]. Carbon, 2002, 40(13):2489-2494
[9] Suzuki, M. Activated carbon fiber: Fundamentals nd applications[J]. Carbon, 1994,32(4): 577-586
[10] Schreiber, H., D. Schoenen, W. Traunspurger. Invertebrate colonization of granularactivated carbon filters[J]. Water Research, 1997, 31(4): 743-748