微絮凝过滤臭氧消毒工艺处理微污染水库水.docx

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微絮凝过滤臭氧消毒工艺处理微污染水库水

微絮凝过滤、O3消毒工艺处理微污染水库水

  T市城市生活饮用水源为一山涧水库水，由于长期自然沉降，浊度很低，1995年—1997年的平均浊度在10NTU左右，尤其是每年10月份至次年3月份期间，浊度＜5.0NTU。

近些年来，由于旅游业发展和水库养鱼大量增加，造成水库水受到一定程度的污染。

当光照充足时，藻类大量繁殖，每年4月—9月间，藻类个数高达（5.0～7.0）×107个/mL。

为了保证该市水厂传统混凝、沉淀、过滤净水工艺的正常运行，需要在源头投氯杀藻，结果造成大量卤代烃生成。

　　研究发现［1］，在低浊源水处理中，采用微絮凝直接过滤工艺可取得良好的效果。

O3作为一种强氧化剂，用作消毒剂进行消毒可降低投氯量，减少出厂水中卤代烃含量。

现将微絮凝直接过滤、O3消毒工艺处理4月—9月间高藻期水库水的试验结果总结于后。

1　试验方法与材料

1.1　分析测试方法

　　分析测试方法如表1所示。

　表1　分析测试方法

测试指标

分析方法

O3浓度

碘量法

CODMn

高锰酸盐指数法

UV254

紫外分光光度法

NH3-N

纳氏试剂光度法

三氯甲烷

顶空气相色谱法

四氯化碳

顶空气相色谱法

细菌总数

琼脂培养计数法

总大肠菌群

多管发酵法

1.2　工艺流程

　　根据水库水浊度低的特征，采用以微絮凝直接过滤和O3消毒为核心的处理工艺，其流程如图1所示。

1.3　设备及工艺参数

　　滤池：

为了减少将来工程改造量和使试验结果具有可比性，采用石英砂滤池，除了滤池直径缩小为185mm外，其他操作参数与该厂现有的滤池一样，即内填700mm厚的粒径d＝0.5～1.2mm石英砂颗粒滤料，滤速为8m/h，过滤周期为12h，反冲期历时3.0min，滤料的膨胀率为45%。

混凝剂为PAC，该厂原工艺投加4.31mg/L，微絮凝直接过滤、O3消毒试验工艺投加1.01mg/L。

O3接触塔：

内径d＝100mm，H＝900mm，利用氧气产生O3。

2　试验结果与讨论

2.1　微絮凝直接过滤工艺

　　对照试验结果表明，在进水水质完全相同条件下，微絮凝直接过滤工艺出水平均浊度为0.59NTU，该厂传统工艺出水平均浊度为0.68NTU，说明微絮凝直接过滤工艺具有强化接触凝聚效果，提高了过滤截污能力。

此外，在半年连续试验中，出水浊度超过1.0NTU的概率＜10%，而且大部分数值≤1.2NTU，只是在过滤刚开始运行的第一天，出水浊度达1.5NTU，说明微絮凝直接过滤工艺的运行稳定、可靠。

　　微絮凝直接过滤工艺对CODMn、UV254、氨氮等的去除效果与该厂传统处理工艺基本相同，原因是两者的功效主要是去除水中的悬浮物和胶体，对可溶性有机物等污染物的去除效果较差，对NH3-N、CODMn等污染指标的去除实际上是通过去除源水中的浊度来实现的。

2.2　O3消毒的最佳投加量

　　在进水流量恒定为220L/h的条件下，当臭氧气体流量为2.0L/min时，不同O3浓度所对应的消毒效果如表2所示。

表2　O3浓度与杀菌效果

O3浓度（mg/L）

9.90

12.72

15.27

21.64

细菌（个/mL）

18

2

无

无

大肠杆菌（个/L）

无

无

无

无

注：

O3气体流量为2.0L/min，进水流量为220L/h，接触塔高90cm。

　　结果表明，当O3浓度为12.72mg/L时，滤后水中细菌为2个/mL，而大肠杆菌全部被杀灭；当O3浓度提高到15.27mg/L时，滤后水中的细菌和大肠杆菌全部被杀灭；当O3浓度减少到9.90mg/L时，滤后水中大肠杆菌全部被杀灭，但残留细菌数增加到18个/mL。

考虑到O3杀菌的有效浓度和经济性，选择O3浓度为12.72mg/L作为杀菌有效浓度比较合理，按此换算可得滤后水杀菌消毒需要投加的臭氧量为6.9g/m3。

　　为验证这个数据的可靠性，分别采用不同滤后水进行了多次重复试验。

取样分析表明，大肠杆菌全部被杀灭，消毒后出水均残留活细菌，其个数最高不超过10个/mL。

由此可见，滤后水投加6.9g/m3的O3，可将细菌控制在10个/mL以内，大肠杆菌则全部被杀灭。

由于O3半衰期较短，为实现出厂水无菌和保证管网末梢细菌指标达到生活饮用水规定标准，需要再投加少量的Cl2以抑制细菌的再度繁殖。

研究发现［2］，当水中无细菌、有机物和还原性物质时，加氯量等于余氯量。

由于试验滤池出水已经O3杀菌消毒，水中几乎没有细菌、有机物和还原性物质等消耗氯的物质，因此加氯量等于余氯。

按我国生活饮用水标准，出厂游离性余氯在接触30min后不应低于0.3mg/L，所以经O3消毒后需要投加0.3mg/L的Cl2以抑制细菌的再度繁殖。

2.3　出水卤代烃含量

　　据研究［3］，卤代烃具有致癌作用或可疑致癌作用，因此饮用水中卤代烃含量成为人们关注的一个问题。

我国《生活饮用水卫生标准》（GB5749—85）对三氯甲烷和四氯化碳含量作了明确规定，其中三氯甲烷含量＜60μg/L，四氯化碳含量＜3μg/L。

所以，研究经微絮凝直接过滤、O3消毒工艺处理后的出水中卤代烃含量，具有十分突出的社会效益（见图2、3）。

　　从图2、图3可以看出，源水经微絮凝直接过滤、O3消毒和投氯消毒后，水中CHCl3含量由源水的8.5μg/L下降为8.0μg/L。

源头投氯杀菌后，出水三氯甲烷含量略有上升，由8.0μg/L上升为9.0μg/L，增加了1.0μg/L，但远低于GB5749—85规定三氯甲烷含量不超过60μg/L的要求。

图3的四氯化碳含量也低于GB5749—85规定的3μg/L。

由此可见，微絮凝直接过滤、O3消毒处理工艺，基本上能控制消毒副产物卤代烃的生成，确保出水卤代烃含量低于GB5749—85规定的标准值。

而传统处理工艺出水的卤代烃含量较高，CCl4含量为3.5μg/L，超过GB5749—85规定的3μg/L的标准。

3　经济分析

　　据T市水厂统计，试验时该厂处理工艺投加PAC混凝剂4.31mg/L，投氯量为3.59g/m3。

按当时该厂PAC混凝剂进价2300元/t、氯的进价3000元/t计算，则药剂费为0.021元/m3。

　　据报道［4］，我国生产O3的费用约为11.4元/kg［电费按0.60元/（kW·h）计算］，而试验的杀菌消毒O3最佳投加量为6.90g/m3，则O3消毒费用为0.079元/m3。

此外，为了控制细菌再度繁殖，需再投加0.3mg/L氯，其费用为0.0009元/m3，则实际消毒费用为0.0799元/m3；投加1.01mg/L的PAC混凝剂需0.002元，则微絮凝直接过滤、O3消毒工艺的费用为0.082元/m3。

因此，微絮凝直接过滤、O3消毒工艺的药剂费比传统处理工艺增加了0.061元/m3。

4结论

①微絮凝直接过滤工艺处理T市水库水，能满足出水浊度≤1.0NTU的要求。

　　②微絮凝直接过滤、O3消毒处理工艺可减少消毒投氯量，能有效控制出厂水中CHCl3和CCl4含量，使出厂水中CHCl3和CCl4含量远低于GB5749—85标准值，保障了人们饮水安全，解决了常规处理工艺出厂水中卤代烃含量超标的问题，具有突出的社会效益。

　　③微絮凝直接过滤、O3消毒工艺的处理成本为0.082元/m3，比传统工艺增加了0.061元/m3，但可省去混凝沉淀工序，减少了工程总投资。

　味精废水治理技术路线商讨

   某味精厂经过多年认真考察，确定采用ABBL废水治理工艺，该工程总投资357万元，设计水量为800m3/d，实际水量为1000m3/d。

已通过当地环保部门验收。

　　表1　某味精厂味精废水水质、水量

废水种类

废水量（t/a）

污染物浓度（mg/L）

pH

CODcr

BOD5

NH3-N

SO42-

洗米水

66000

5.5

3000

1300

80

—

离交废水

132000

2-3

30000

14000

11000

20000

炭柱处理废水

109000

8以上

3000

1000

60

—

设备清洗水

12000

7

1000

—

—

—

职工生活废水

5610

7

350

—

30

—

合计

324610

3.5-4.5

13860

6293

4510

8133

　　工艺流程

　　表2　处理效果平均值表　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　单位:

除pH值外，其余均为mg/L

监测点位

监测项目

pH

COD

SS

BOD5

生物调节池

1.19～4.22

1.04×104

440

1.01×103

WXY反应系统

6.43～7.32

651.8

156

32.8

好氧生物反应系统

6.34～6.48

238.1

64

9.3

工程设计标准

6～9

300

200

150

　　由表2所示经过处理后，公司每年可减少污染物排放量为：

SS111.8吨，COD 3138.9吨，BOD5 372.3吨;污染物的处理效率分别为SS 83.7%，COD 97.5%，BOD5 99.1%，NH3-N 85%。

　　主要技术经济指标

　　设计规模：

800m3/d         工程投资：

357万元

　　占地面积：

1600m2          装机容量：

268KW

　　运行费用：

3.60元/m3·水（包括电、人工、药剂、维修、折旧等费用）

　　一.工艺机理

　　水解酸化是在微生物作用下将复杂有机物进行水解和发酵的过程，使多糖水解为单糖，再通过酵解途径进一步水解酸化成乙醇和脂肪酸，蛋白质则先水解为氨基酸，再经脱氨基作用产生脂肪酸和氨。

在产氢产乙酸菌的作用下，将丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等转化为乙酸、H2和CO2。

无论是厌氧UASB工艺，还是兼氧水解酸化工艺，其目的都是为后面的好氧生化处理作预处理。

所不同的是UASB是全过程的厌氧生物降解工艺，而水解酸化工艺则只完成了厌氧反应前两阶段，即第一阶段水解、发酵阶段，第二阶段产氢、产乙酸阶段。

　　二.工艺选择

　　味精废水按污染物浓度可分为两大类：

一类为污染物浓度高、成分复杂的离交尾液等。

第二类为炭柱处理水、洗米水、设备清洗水及生活废水等组成的中、低浓度有机废水，这部分废水水量较大。

废水中有机物、NH3-N及SO42-含量高，pH值偏低，且含有一定量的Cl-。

对厌氧和好氧生物具有直接和间接生物毒性，其治理国内外已经作了多年研究。

　　通过对国内较典型味精废水处理工程实地考察、调研，已实施的工程中基本分三种工艺：

　　1.厌氧+好氧处理工艺；

　　2.完全好氧工艺；

　　3.不同形态的水解酸化+好氧工艺。

　　由于废水中高SO42-、高NH3-N，对厌氧、好氧微生物不同程度的抑制导致处理系统不能正常运行或使厌氧反应系统几乎不能运行。

为避开两相矛盾，部分企业的后续改造与2000年后的新工程设计将重点放在前期物化处理方面，分别采用：

一、浓缩蒸发法；二、Ca（OH）2脱硫法；三、空气氧化吹脱法；四、工艺水稀释法。

　　随着日趋渐严的环保法规的完善和全民环保意识的提高，废水处理工艺的实施面临着严峻的挑战。

　　1.造成富营养化、破坏受纳水体水质的NH3-N值已放在了监测因子的首位。

　　2.恶臭气味的产生，H2S气体排出对周边空气环境的影响造成对生态环境的破坏。

　　3.受产品低利润空间的限制，企业无法承受过高的改造投资费用和运行费用。

　　4.地下水和地表水随着新水法的执行，实行有偿使用和总量收费。

　　5.高能耗、高投入、低产出，特别是易造成二次污染的产业。

　　这些问题迫使设计单位必须作出新的选择，为治理企业提供先进工艺，减少企业投资，适应环保要求。

经过几年来的探索和工程实践，证明味精废水的处理应立足于生化法为主体，通过预处理或生物处理的强化手段，提高生物对难降解有机物的分解能力，有效的为后续处理提供良好的降解有机物的条件。

　　UASB工艺和水解酸化工艺均在水解、断键反应的作用下实现原水中蛋白质、氨基酸、纤维素和脂类等复杂的大分子、不溶性有机物向小分子、溶解性有机物的转化（附带产生少量的CO2、N2和H2），并且在细胞体内分解为挥发性有机酸、醇类、醛类及较高级的脂肪酸等。

两者相比，UASB工艺较水解酸化工艺多了产甲烷段，但两工艺均需好氧后处理，故产甲烷段就成了整个工艺的重复建设部分。

　　由于水解酸化具有很大的优势和潜力，参照已实施工程的经验和不足，拟建中的项目选择改进型的ABBL工艺，即强化前期预处理：

对离交废水两次调整pH，采用双塔吹脱NH3-N并回收废水中液氨产品，使NH3-N浓度从11000mg/L降至1000mg/L以下，与其它废水综合后进入以水解酸化为主体的生化处理系统。

　　工艺流程：

　　三.改进型ABBL工艺说明

　　工艺主要分为四部分：

1、蛋白提取部分；2、NH3-N吹脱部分；3、废水处理部分；4、污泥处置部分。

　　1、蛋白提取部分：

　　离子交换母液含有菌体蛋白等大量悬浮物和胶体物质，蛋白质为两性电解质，等电点约为pH4.0~5.5，离交废水的pH值接近蛋白质的等电点，故此废水中的蛋白具有自动凝聚的趋势，这种凝聚方式形成的絮粒很小，由于絮粒表面带有相同电荷及水化层的影响，絮粒很不稳定，通过加入一定的絮凝剂和助凝剂，溶入适量的空气，使絮团附着大量微气泡，通过气浮分离，提取富有营养价值的饲料蛋白，同时也起到去除有机污染物的作用。

提取蛋白后的废水进入吹脱装置进行处理。

　　2、NH3-N吹脱部分

　　包括：

吹脱塔、氨回收装置、集水池、冷却塔。

　　利用废水中所含的氨氮等挥发性物质的实际浓度与平衡浓度之间存在的差异，在碱性条件下用空气吹脱，使废水中的氨氮等挥发性物质不断地由液相转移到气相中，从而达到从废水中去除氨氮的目的。

　　3、废水处理部分

　　由三单元区组成：

　　①物化区：

生物调节池、固液分离装置等设施。

经吹脱装置后的离交废水汇合中浓度废水，在调节池内调整pH值至7.5-8.5左右，培养部分活性污泥，达到均匀水质、水量去除部分有机污染物和NH3-N的作用，并吹脱废水中的部分二氧化碳和挥发性物质，创造良好的微生物生长环境，增强微生物生态的稳定性和凝聚性。

上清液自流入后续系统。

　　②预生化区：

包括WXY一、二级反应系统。

本系统是根据多年实际工程经验发展而来的，采用动态水解酸化工艺，与传统的厌氧和静态水解酸化有着本质的区别。

通过对反应器中的工艺条件（pH值，DO，布水与回流方式，有效充氧方式等）合理控制，可使含较高浓度的NH3-N、SO42-废水直接进入系统，通过兼性菌水解酸化作用使难生物降解物质转化为易生物降解物质，非溶解性有机物质降解为溶解性物质，并通过系统微生物自身新陈代谢等生化反应，使COD和NH3-N、SO42-呈明显的递级去除。

该区选用微需氧、微缺氧两类不同世代周期的菌属，分别完成一级硝化反硝化反应同步去除有机污染物。

　　③生化区：

即DASS反应系统。

DASS是改进型的SBR工艺，该区实现二级硝化反硝化生物处理，提高微生物降解COD、BOD和NH3-N功能，确保出水达标排放。

本段采用回流循环，相互交叉，分段利用，只有少量剩余污泥排入污泥浓缩罐，经浓缩稳定后，上清液再回处理系统进行处理。

　　4、污泥处置部分：

　　污泥主要来自以下两个系统：

　　①物化系统，此部分污泥成份复杂、含有大量有机物和无机物，浓度较高，pH值在6.5～8.5左右。

　　②生化系统，此类污泥属活性污泥，主要成分为生物残体，易发臭，含水率高，难于脱水。

两系统产生的污泥含水率在99%以上，但经过污泥浓缩罐沉降浓缩后到97%，经消化调理后，加絮凝剂进气浮浓缩罐进一步浓缩到约93%左右，进行压滤或者晾晒。

经分析化验污泥蛋白质、氮等含量较高，回收后可分别作为饲料蛋白和多元有机复合肥。

　　四.主要技术经济指标（改进型ABBL工艺）

　　以1万吨/a味精企业为例，日处理废水量1000m3/d。

　　工程总投资：

500万元

　　总占地面积：

3000m2

　　总装机容量：

300KW

　　总运行费用：

4.60元/m3·水（包括电、人工、药剂、维修、折旧等费用，未减经济创收效益部分）

　　五.结论

　　1.味精废水采用以WXY为核心的改进型ABBL生物处理工艺，不需对其中的SO42-进行专项预处理，各单元菌属固定化，抗冲击负荷，容积负荷和污泥负荷高，COD去除率≥98%，NH3-N去除率≥96%。

出水可达到《污水综合排放标准》（GB8978—1996）第二类污染物味精行业二级排放要求。

　　2.工程应用证明NH3-N吹脱回收，既减轻了后续系统的负荷，又能产生一定的经济效益。

　　3.剩余污泥中蛋白质、氮等含量较高，可分别回收作饲料蛋白和多元有机复合肥，在治理污染的同时又获得了经济效益。

　　4.BOD/N比从1.5:

1提高到4:

1以上，提高了废水的可生化性。

　　5.生化处理采用两级硝化反硝化COD和NH3-N同步降解。

　　6.该工艺投资省、运行费用低、设计紧凑、结构合理、水力停留时间短。