臭氧-活性炭滤池在水厂提质改造工程中的设计应用

瑞安环保 2020-07-31 15:10:04

水环境的污染已是当今世界范围内普遍存在的问题。水污染的情况日趋严重,许多饮用水处理厂的水源也受到不同程度的污染。常规水处理工艺已不能满足现状水源水处理要求,预处理工艺、强化常规处理工艺和深度处理工艺等是今后主要的发展方向,其中臭氧-生物活性炭技术是深度处理工艺中非常有效的处理手段,得到了广泛应用。

01  臭氧-生物活性炭工艺

臭氧-生物活性炭技术就是把臭氧氧化和活性炭工艺组合使用,包括原水的预臭氧氧化、活性炭吸附和生物降解等作用。臭氧氧化活性炭吸附工艺可有效去除原水中的有机污染物质,改善色臭味等感官指标,降低管网内可同化有机碳(AOC)的生物风险和加氯产生的消毒副产物风险,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。

02  臭氧-生物活性炭工艺的设计要点

1、臭氧-生物活性炭中臭氧投加量宜根据待处理水的水质状况并结合试验结果确定,一般预臭氧0.5 ~ 1.0mg/L,主臭氧2.0 ~ 3.0mg/L。

2、臭氧接触池内水面与池内顶宜保持0.5 ~ 0.7m 距离。预臭氧接触水力停留时间一般为2 ~ 5 min,臭氧气体宜通过水射器抽吸后注入设于进水管上的静态混合器,或通过专用的大孔扩散器直接注入到接触池内;主臭氧接触池水力停留时间约宜为6 ~ 15min,臭氧气体宜通过设在布气区底部的微孔曝气盘直接向水中扩散。接触后余臭氧宜控制在0.1mg/L 以下,尾气必须进行无害化处理。

3、设计活性炭滤池前应已有相似条件活性炭滤池的成功运行经验,并进行必要的试验,主要设计参数宜如下范围选择:空床接触时间10 ~ 20min,空床流速10 ~ 11m/h,炭层过滤厚度2.0m 左右。

03  臭氧- 活性炭滤工艺设计

1、活性炭吸附滤池池型选择

目前,国内通常采用的活性炭吸附滤池池型主要有V 型滤池、翻板滤池和上向流滤池三种,它们具有各自的特点。

活性炭吸附V 型滤池

活性炭吸附V 型滤池与普通V 型砂滤池构造相似,活性炭吸附V型滤池的工艺特点是采用均质滤料,通过V 型槽布水,采用小阻力的滤头滤板分配反冲洗的气和水,滤池中间设排水槽,它采用低强度水反冲洗,反冲时滤料微膨胀,边反冲边排水,但其土建费用、运行电耗比翻板滤池高,而且土建施工技术要求高,反冲洗水量较大(约占产水量的2.5%),滤料易流失。

活性炭吸附翻板滤池

该滤池的工作原理与其他类型气水反冲滤池相似:待滤水通过进水渠经溢流堰均匀流入滤池,水以重力渗透穿过滤料层,并以恒水头过滤后汇入集水室。滤池反冲洗时,先关进水阀门,然后按气冲、气水冲、水冲三个阶段开关相应的阀门,一般重复两次后关闭排水舌阀(板),开进水阀门,恢复到正常过滤工况。反冲洗时翻板阀关闭,反冲洗结束时翻板阀逐步打开,先开50%,再开到100%。由于排水舌阀的内侧底部高于滤料层0.2m,而且排水舌阀是在反冲洗结束,滤料沉降40s 后再逐步开启,因此保证了轻质滤料流失率低。反冲洗泥水一般在60 ~ 80s 内排完。从而使该种滤池具有出水水质好、反冲洗效果好而耗水量少、运行周期长、运行费用低以及施工简单、工期短等优点。

上向流活性炭吸附池

活性炭滤池采用上向流方式,使之成为膨胀床,加大了炭层厚度,增加了吸附量。膨胀床使炭粒略悬浮于上升水流中,使得炭粒水流表面更新的更快,炭粒对水中污染物的处理能力更强,能充分发挥吸附效率,减少消毒副产物的生成。活性炭滤池采用上向流方式,使臭氧化水经滤池的路径变长,臭氧与活性炭或水中物质继续反应,将余臭氧消耗至最小,有效控制余臭氧逸出。上向流活性炭吸附池水头损失较小,其冲洗可仅采用气冲方式,减少冲洗过程,节约工程投资、运行费用和耗水量。从目前现状来看,国内在进行活性炭吸附池池型选择时,大多倾向于活性炭吸附翻板滤池或上向流活性炭吸附滤池两种池型,其优、缺点比较见表1。

具体设计中可根据水厂的实际情况,从使用效率、工程投资及运行成本等方面进行比选后确定。


2、臭氧- 活性炭滤池设计实例

本文以湖南某水厂提质改造工程设计为例,具体介绍翻板滤池在臭氧- 活性炭深度处理工艺中的应用。水厂规模8.0×104m3/d,水厂自用水系数1.03,水厂深度处理工艺流程图如图1所示,主臭氧接触池设1 座分2 组,单组处理规模设计水量为Q=1717m3/h,炭滤池设计1 座,分六格,单排布置。


主臭氧接触池

主臭氧接触池分2组,并联运行,接触池有效水深6.3m,平均臭氧投加量2.0mg/L,单池共分为3 段接触区,第一段接触时间2min,第二段接触时间4min,第三段接触时间4min,总接触时间为10min,单组池子设3 个臭氧投加点,顺水流方向三个投加点的臭氧投加比例分别为50%、25%、25%,臭氧尾气处理采用触媒式尾气破坏装置,设2套,一用一备,臭氧破坏装置排放到大气中的臭氧浓度不得高于0.1mg/L,主臭氧接触池池顶人孔、预埋墙管、预埋套管、放空管、爬梯护笼、臭氧管道及池内支架等均采用SS316L 不锈钢材质;密封垫圈要采用耐防腐的材料聚四氟乙烯。

翻板活性炭滤池

臭氧- 活性炭滤池结构剖面图如图2所示,主臭氧接触池来水通过滤池总配水渠经进水堰均匀流入滤池,以重力渗透穿过滤层,经配水系统汇入水封井至出水管;出水采用气动调节闸阀控制,以实现恒水位过滤。滤池反冲洗时,先关进水阀,然后按气、水反冲洗两阶段程序开关相应阀门。一般重复两次后关闭排水翻板阀,开进水阀门,恢复到正常过滤工况。反冲洗时翻板阀关闭,反冲洗结束时翻板阀逐步打开,先开50%,再开到100%。由于排水翻板阀的内侧底部高于滤料层0.2m,而且排水翻板阀是在反冲洗结束,滤料沉降40s 后再逐步开启,因此保证了轻质滤料流失率低。反冲洗泥水一般在60 ~ 80s 内排完。


活性炭滤池共分6格,单排布置,并联运行,单格滤池过滤面积为59m2 设计滤速9.70m/h,强制滤速11.64m/h。采用活性炭与石英砂双层滤料,活性炭采用破碎炭,有效粒径为0.9 ~ 1.1mm,碘值≥ 950mg/g,亚甲兰值≥ 200mg/g,强度≥ 90%,装填密度>400g/L,比表面积≥ 1000m2/g,总孔容积≥ 0.55cm3/g,炭层厚度为1500mm。活性炭层下面铺设300mm 石英砂,石英砂粒径为0.9 ~ 1.2mm,均质滤料。滤层总高度1.8m, 空床停留时间10.8min。在滤池底部填装卵石承托层,承托层高0.3m,粒径2 ~ 32mm。

滤池冲洗采用6 段式气水联合冲洗,首先为滤池排空,通过放空阀将池内液位降低至一定高度,然后进行空气冲洗,气洗强度为14L/s.m2,时间约3min,第三步为单水洗过程,单水冲时水强度为9L/s.m2,时间约为3min;第四步为气水联洗过程,气洗强度不变,水强度为3L/s.m2,时间约4min,第五步停止冲洗进水,静置一段时间后,打开排水翻板阀排放冲洗水,第六步关闭翻板阀,开启滤池放空管排放初滤水,初滤水排放时间为10 ~ 15min。

04  结论

对于臭氧- 生物活性炭工艺而言,活性炭滤池池型的设计至关重要,需要根据水厂的具体情况,因地制宜地采用合适的池型。翻板滤池在活性炭滤池中使用,可以有效地控制滤料流失率,并且投资少,占地小。近年来由于原水水质污染的情况未受到有效控制,以及供水水质标准不断提高,作为目前较为先进的一种滤池形式,翻板活性炭滤池必将得到广泛的应用。


来源:环保水圈