供水深度水处理技术郑恒

摘要：随着人民生活的日益提高，传统制水公司的生产工艺已不能满足人们对供水水质的日益增长需求，如何提高供水水质，就成为当今供水行业水的首要任务，因此，水的深度处理技术呼之欲出。本文针对长沙市第二制水公司深度水处理技术作全面介绍，它可以作为今后改建、扩建、新建水处理厂的参考。关键词：供水行业；水的深度处理；臭氧发生器；活性炭滤池；生物活性炭法中图分类号：R123文献标识码：B文章编号：1008-0422（2009）08-0164-031前言长沙第二制水公司净水厂一期工程于2007年7月开始投入运行（该厂设计日供水能力30万吨，一期工程日供水能力10万吨），是目前“湖南省最先进、国内一流、国际接轨”的制水厂，其工艺流程如下图1所示。它在常规水处理工艺的基础上增加了臭氧、活性炭深度处理工艺和外排泥水处理工艺[2]。由于长沙市第二制水公司采用臭氧+活性炭深加工工艺，使出厂水水质指标远高于《城市供水水质标准》（CJ／T206-2005）标准。长沙市第二制水公司采用泥水处理工艺，经过泥处理工艺后，使上清液悬浮物指标远小于SS70mg/l，而且不对外排放，减少了对环境的二次污染，保护了湘江水资源，符合两型社会建设。与该工艺相适应，整个自动化控制系统采用先进的集中管理，分散控制的计算机控制系统（DCS———DistributedControlSystem）[4]。其系统结构如下图所示。由上图2可知，水深度处理的控制包含于臭氧控制站和汽水反冲洗站中（活性炭滤池控制）。长沙第二制水有限公司的臭氧系统是采用德国WEDECO公司生产的全套自动化控制装置，它本身带有一套控制器和人机界面，我们把它作为一个独立的控制主站，通过RJ45接口，接入汽水反冲洗控制站中的工业交换机，然后通过快速工业以太网（光纤作为传输介质）把各种信息（各设备状态、仪表数据、运行记录、报警记录、…）传递至中心控制室监控计算机。本文仅述及水深度处理的有关技术。2水深度处理技术2.1臭氧消毒工艺[5]臭氧既是消毒剂，又是氧化能力很强的氧化剂。臭氧化可迅速杀灭细菌、病毒等。臭氧作为消毒剂或氧化剂的主要优点是不会产生三卤甲烷等副产物，其杀菌和氧化能力均比氯强。臭氧发生器是臭氧生产系统的核心设备。以纯氧作为气源，臭氧生产系统就包括纯氧抽取设备，所生产的是纯氧/臭氧混合气体，其中臭氧含量约达6%（重量比）。由臭氧发生器出来的臭氧化空气（或纯氧）进入接触池与待处供水深度水处理技术DepthwatertreatmenttechnologyofWaterspply郑恒陈利华ZHENGHengCHENLihua作者简介:郑恒（1974-），男，湖南长沙人，长沙水业投资管理有限公司项目部工程师，南华大学工程硕士；陈利华，长沙市第二制水有限公司工程师。图1制水厂工艺流程164理水充分混合。为获得最大传质效率，臭氧化空气（或纯氧）应通过微孔扩散器形成微小气泡均匀分散于水中。臭氧消毒的系统组成臭氧系统主要由以下七部分组成[6]。1）控制系统臭氧系统的控制系统自动化程度高，采用了2个S7-300PLC作为子站分别控制2台臭氧发生器，2个ET200的远程模块分别控制预投加臭氧系统和主投加臭氧系统。子站和远程模块通过Profibus与光纤通讯模块连接，再通过工业以太网与主站的S7-300PLC通讯，主站与WinCC的上位机通讯。详细的系统结构如下图3所示。2）供氧系统本系统以纯氧作为气源，氧气的提供是通过液氧罐中储存的液氧通过蒸发器提供给臭氧发生系统的，系统要求氧气纯度≧90%，露点温度-70℃，并且入口压力为1.2bar（公斤）±0.1。如果液体氧气纯度超过99.6%，必须投加少量空气防止臭氧产量不足。投加空气采用氮气投加系统，通过调节氮气投加系统的针阀控制空气投加量。3）臭氧发生器臭氧发生器的最大入口压力被两个压力开关控制，防止压力超过2.5bar（g），如果超过这个压力整个臭氧系统将紧急停机。发生器还配有4个安全阀，防止其他的超压现象发生，如停机后的热膨胀使发生器内压力升高。WEDECOEFFIZONHP臭氧发生器是整个臭氧发生系统的心脏。氧气流入发生器通过小的环形空隙间的绝缘管和电极，氧气被电解成臭氧。电解后产生的大量热能，通过循环冷却水进行冷却。臭氧发生器出口装有流量计，测量发生器的实际流量。这个值是通过连接的臭氧分析仪采集，传送到PLC和上位机进行分析并控制的。发生器出口安装有一个调节阀，调节出口流量，保证需要的流量等于实际流量。4）检测分析系统每台发生器都安装有高浓度臭氧监视器，通过监测的数据计算出臭氧产量，公式如下：m=c×Vm———臭氧产量[g/h]c———臭氧浓度[g/m3（NTP）]V———臭氧流量[m3/h（NTP）]用于测量的那部分臭氧通过触媒破坏器，被破坏成氧气排放到车间内尾气回收装置，由尾气回收装置回收。低浓度臭氧监测器安装在臭氧投加池的废气管上。监测器包括一台隔膜泵抽取需要测量的废气。一台轻便式W&T臭氧废气分析仪安装在废气管道上，取样管道连接着2台臭氧触媒破坏器单元。用来检测臭氧投加系统的效率。1台臭氧传感器和1台氧气传感器安装在臭氧制作间里。如果发生泄漏或超过警戒值，臭氧发生器将停止运行，并发出声光警报，直到安全复位。图2活性炭滤池控制1655）臭氧投加系统生产出来的臭氧被投加到1个预臭氧池和2个主臭氧池。预臭氧和主臭氧单位投加量（mg/L）操作人员必须预置好。PLC将通过采集回来的瞬时流量进行统计处理，计算出需要的产量。预臭氧池投加预臭氧池是通过水射器进行投加混合的，水射器的连接DN150压力水管上安装1台加压泵，为水射器提供足够的水压，利用预臭氧池的预臭氧接触氧化，增进絮凝效果，去除铁锰等重金属，给后续水处理工艺设备的正常运转提供基础条件。主臭氧池投加主臭氧池的汽水混合，在池底各安装3列投加管道，管道上安装有微孔放气头。这样使臭氧更有效、更充分的溶解在水中。每列管道上有一个手动调节阀控制的每列投加部分的投加量。主臭氧池对水进行深度处理消毒，主要目的是消灭病毒和细菌，氧化小的污染物如杀虫剂和其它的有机污染物。6）臭氧回收破坏系统在预臭氧和主臭氧各有2台废气破坏器主要，收集臭氧废气，通过触媒使臭氧破坏成氧气排放到大气中，另外防止潮湿的气体排出。废气破坏系统包括了：鼓风机和触媒破坏器。鼓风机是把密封的接触池中未溶解的臭氧抽到触媒破坏器的。触媒破坏器把收集通过的废气加热到40℃到60℃之间进行破坏，并排入大气。7）内部循环冷却水系统臭氧系统的循环冷却系统是非常重要的，它降低生产过程中产生的热量，更好的保证臭氧的生产的效率。为防止腐蚀发生器，冷却水必须满足以下要求：水中不能含有铁渣或铁锈；水中不能有不可分解物或腐蚀物；水中铁离子含量0.2mg/L水中锰离子含量0.1mg/L水的悬浮物含量0.1mg/L水中氯化物含量100mg/L2.2活性炭处埋工艺[5]为了减少臭氧消毒和预加氯的有害附产物，进一步提高水质，在水深度处理中除加臭氧外还应加活性炭处理工艺。活性炭不断吸附水中溶质，直到吸附平衡即溶质浓度不再改变时为止。一定温度下，达到吸附平衡时，单位重量活性炭所吸附的溶质重量和水中溶质浓度的关系曲线，称为吸附等温线。曲线常用弗罗因德利希公式表示：X/M＝kC1/n式中：X———为活性炭吸附的溶质量；M———所加活性炭重量;C———为达到吸附平衡时，水中溶质浓度；k和n———为试验得出的常数。活性炭能去除水中产生臭味的物质和有机物，如酚、苯、氯、农药、洗涤剂、三卤甲烷等。此外，对银、镉、铬酸根、氰、锑、砷、铋、锡、汞、铅、镍等离子也有吸附能力。在给水处理厂中，活性炭吸附法又起完善水质的作用。采用的设备是以粒状活性炭为滤料的滤池，运行过程中须定期自动反复冲洗，以除去炭层中的悬游物，防止水头损失过大。为了延长活性炭的再生周期，正在开发生物活性炭法。以臭氧作为有机物改性剂，而活性炭不但起吸附作用，还作为微生物载体，滤床成为生物床。采用活性炭工艺的滤池，滤速一般为8~12m/h，炭床厚度为2~4m，接触时间为15~25min。3总结随着人民日益提高的生活水平和对饮用水要求的提高，突显了供水深度处理技术的重要性。近年来把臭氧和活性炭两者结合使用，发展成为一种有效的给水深度处理方法，称之为生物活性炭（BAC）法。综上所述，长沙市第二制水有限公司给水深度处理的特点是：给水深度处理的控制自动化程度高。臭氧的生产量控制精确，安全保护控制完善，活性炭滤池控制功能完善，在线检测参数完整，能保证给水深度处理的安全正常运转；采用臭氧消毒+活性炭过滤工艺，即能有效地杀灭病毒和致病性细菌，又能很好的减少消毒过程中产生的副产物，大大提高了出厂水的水质；长沙市第二制水有限公司的深度水处理工艺和污泥脱水工艺建设和投用，使长沙水业的给水处理水平达迈入了全国先进行列，是符合长沙建设“两型社会”的总体目标。参考文献：[1]长沙市第二水厂迁建工程设计.湖南省建筑设计院，2005-6.[2]湖南华博科技开发有限公司.自动化控制系统设计，2006-9.[3]严煦世，范瑾初.给水工程.中国建筑工业出版社，2005-8.[4]（德国）WEDECO公司.臭氧控制系统使用说明书，2005-10.图3详细的系统结构166