當前水廠發(fā)展中急需的新控制設備
| 清華大學 環(huán)境科學與工程系，北京 100084 一、我國水源水質概況與水質標準 我國即將頒布新修訂的生活飲用水衛(wèi)生標準（GB5749），水質指標106項。修訂原則是，要與國際上先進水質標準接軌，同時又考慮我國國情。 我國給水現(xiàn)狀是水廠仍是百年前的混凝沉淀—過濾—消毒工藝，它是為了保證水的濁度與細菌指標，即感官指標得到滿足，又殺滅細菌保證不得傳染病而設置的。 從上世紀70年代自來水中發(fā)現(xiàn)消毒副產(chǎn)物（三鹵甲烷）為可疑致癌物質后又將有毒、有害物質歸納為畸、致突變、致癌的三致物質，至90年代又發(fā)現(xiàn)一些農(nóng)藥殺菌劑、滅草劑、塑料添加劑中存在對人體有潛在威脅的內分泌干擾物質（環(huán)境類激素）。在微生物方面也發(fā)現(xiàn)軍團菌、O—157，隱孢子蟲、賈第蟲等新的污染。 我國湖庫大部份存在富營養(yǎng)化狀況，因此藻類分泌物如藻毒素也列為水質項目。 當前納米材料正在興起，怎樣對付這“雙刃劍”也是今后給水工作者必將碰到的問題。 水源水質污染目前主要是有機物（包括藻類分泌物）與反氨氮，而傳統(tǒng)凈水工藝針對這兩者卻不是很有效，面對提高了的水質標準，改進凈水廠工藝采用先進的預處理技術與深度處理技術是必然的發(fā)展趨勢，通過國內外的長期試驗研究，生物預處理與臭氧—生物炭技術是實用的、經(jīng)濟的有效工藝，因此必須重視與其相關的新材料、新設備。 二、生物預處理與其填料 對于受污染水源中的氨氧，大都是由生活污水與農(nóng)田氨肥流失造成，除用氯氧化成氯胺（需8～9mg/L氯氧化1mg/L氨氮）外，最經(jīng)濟有效的技術是生物氧化。利用填料上生長的生物膜，其中含亞硝酸菌與硝酸菌將氨氮氧化至亞硝酸鹽，硝酸鹽。生物預處理通常采用生物過濾與生物接觸氧化。 1.生物濾池 主要采用陶粒作濾料，用單獨曝氣管充少量氧（一般氣水比為0.5～1）反沖濾料時用大量的氣與水反沖。該類生物陶粒濾池在國內蚌埠二水廠、上海周家渡水廠已有實踐經(jīng)驗。優(yōu)點是不單去除氨氮效率高，且能吸附截留部分大分子有機物與生物氧化部分溶解性有機物。氨氮去除率隨水溫而異，在正常水溫下可達70～90%，CODMn去除在20%左右，缺點是需要反沖，損耗部分水量，管理較復雜。 2.生物接觸氧化池 采用懸掛的彈性填料，國內上海浦東、嘉興地區(qū)與深圳水庫都有應用。池子結構簡單，運轉簡便，只需曝氣即可。存在的問題是填料上積泥不易清洗。 目前懸?。ɑ蚍Q流化）填料采用塑料短管，塑料球等。廣東鑫都環(huán)保公司提供的可調比重的塑料球在嘉興地區(qū)已有實踐經(jīng)驗。懸浮填料比重略輕于水，水流平行流動易將其帶入下段，因此一定距離設置隔網(wǎng)并調整好水平流速與曝氣強度使其在一段池中均勻翻滾，填料上積泥會自動脫落，隨水流出。懸浮填料接觸氧化的氨氮去除率在70～90%。 生物濾池去除氨氮與有機物效率都比生物接觸氧化池好，但從整個凈化工藝分析，因沉淀過濾可以去除大分子有機物的CODMn，兩者差別不大。從管理角度分析，生物濾池需反沖洗，而懸浮填料不需沖洗，管理簡單。當占地面積允許時采用平流池子（約停留1～1.5小時），放置懸浮填料較優(yōu)，但如受面積限制，可采用生物濾池（陶粒接觸時間20～30分），反沖水可與砂濾池反沖水一并處置。 生物預處理技術中氣泡細小致密、布氣均勻可節(jié)省電耗。生物接觸氧化池中填料是關鍵，曝氣適當可使填料流化，因此空壓機、曝氣管、曝氣頭等設備值得關注。 三、臭氧發(fā)生器、空氣凈化裝置與制氧機 臭氧發(fā)生器是產(chǎn)生臭氧的設備。氣源有空氣與氧氣兩種。氧氣可由專門公司供液氧，也可由制氧機從空氣制得。 臭氧發(fā)生器的放電單元有管式與板式兩種。 1. 管式臭氧發(fā)生器 大型臭氧發(fā)生器現(xiàn)在有Ozonia、Wegeco、三菱電機、富士電機等在我國競爭，都是管式，原要價高，現(xiàn)已壓低價競標，平均產(chǎn)1kgO3/h，約20000美元（包括擴散頭、臭氧測定儀表及尾氣處理裝置）。近3年我國自制的大型臭氧發(fā)生器也已生產(chǎn)。 青島國林采用中頻電源，氧氣源，放電管采用鋼管上涂搪瓷。2004年已由建設部驗收、鑒定20kgO3/h發(fā)生器，當臭氧濃度80mg/L時電耗＜8kW，達到國際先進水平。該類發(fā)生器近年在化工行業(yè)得到應用，也進入小型自來水廠應用，還經(jīng)常參加國內大型水廠對臭氧發(fā)生器的投標。 2. 板式臭氧發(fā)生器 青島科脈公司采用高頻電源、陶瓷板介質，放電間隔0.3mm，制成可組合板式臭氧發(fā)生器。建設部已于2005年通過驗收，臭氧濃度80mg/L時電耗＜6kW，達到國際先進水平。單機產(chǎn)1kgO3/h，可按需要組合成5kgO3/h、10kgO3/h。因采用高頻、效率高，1kgO3/h發(fā)生器約50kg重，兩人就可抬起。每個放電單元產(chǎn)40gO3/h，單機中可多設幾個單元作為備用，在組合中如單機需檢修，則可更換單機，不影響組合機群工作，因此具有較高靈活性與安全性，前景看好，現(xiàn)已由清華同方水務公司接收，正由科研產(chǎn)品轉入長期生產(chǎn)運行檢驗后，作為商品進行生產(chǎn)銷售。 3. 氣源 空氣源需空壓機（無油）、空氣凈化與除濕設備組成的機組，國內有多家合資公司生產(chǎn)。 氧氣源可由專門公司供液氧，現(xiàn)場的液氧罐與蒸發(fā)裝置可租用，液氧由專門公司定期供給。 氧氣也可由制氧機制取，制氧機的關鍵是空分材料，北大先鋒公司的空分材料質量好，提供的制氧機在煉鋼工業(yè)中得到應用。 采取何種氣源，需視當?shù)鼐唧w情況而定。 日本有40多家水廠采用臭氧—活性炭，只有一家采用氧氣，因該廠鄰居產(chǎn)氧氣。 如當?shù)鼗蚋浇袑ｉT供液氧公司，可采用氧氣源。減少了空氣干燥裝置，從水廠管理上較方便。如無供氧公司，則需采用空氣源，購置全套空氣凈化干燥裝置，增加了一次性投資與氣體裝置的運行管理。 大型自來水廠使用氧氣多，考慮經(jīng)濟與安全，不受制于液氧公司的液氧價格與運輸?shù)陌踩?，可以自備制氧機制氧供臭氧發(fā)生器制臭氧，雖然增加了管理難度與一次性投資，但運行費可節(jié)省。 4.當前采用國外臭氧發(fā)生器中的問題 外國臭氧發(fā)生器公司建議采用氧氣源，這樣按所需達到的供臭氧量發(fā)生器設備可?。庠磁c氧源產(chǎn)生的臭氧量差一倍），對供應方有利。按所需臭氧量（往往考慮了備用量，其實臭氧發(fā)生裝置本身可調節(jié)）提供高濃度（臭氧濃度100mg/L以上）臭氧發(fā)生器，高濃度臭氧需要消耗的電能高，設備容易損壞，對水廠不利，同樣地供應方可以供應小的發(fā)生器，對供應方有利。 在自來水廠應用臭氧氧化凈化的是微污染原水，并不需要很大臭氧投量，一般采用3mg/L的投加量，因此不需要高濃度臭氧，濃度高了，需要高效傳質設備使水與臭氧混合，如達不到均勻、快速傳質，剩余臭氧尾氣尚需焚燒或通過催化氧化處理后排入大氣，一方面造成浪費，另方面又要強化處理尾氣，對水廠不利。 關于售后服務，某些國外公司為了節(jié)省出差費用往往要“千呼萬喚始出來”，而國內公司可及趕來解決問題，某外國公司所供臭氧發(fā)生器不少放電管被擊穿，據(jù)分析認為是液氧質量有問題，可供應方在整個臭氧發(fā)生系統(tǒng)中事先沒有提及這個問題。 5.應該注意的問題 首先自來水行業(yè)應該積極支持國內臭氧發(fā)生器的制造與應用。國內臭氧發(fā)生器價格便宜，售后服務到位，只有大量使用，不斷發(fā)現(xiàn)問題，改進提高，才能使我國臭氧發(fā)生器逐步完善，適應發(fā)展需要。 自來水行業(yè)招標文件中應對國內臭氧發(fā)生器網(wǎng)開一面，不要提出過高要求（如需有10kgO3/h發(fā)生器的使用經(jīng)驗），應鼓勵國內廠家參與競爭，對降低售價，改善售后服務有利。對國外的廠家要提出明確要求：如采用氣源、要求濃度低些，電耗少些，并對出現(xiàn)問題要進行賠償，售后服務應有通知后幾日內到達等。 現(xiàn)國外公司不愿與國內聯(lián)合生產(chǎn)臭氧發(fā)生器，只允許代理，只有我國自制臭氧發(fā)生器能被自來水行業(yè)接受，在競標中獲勝，對外國公司造成壓力，他們才有可能考慮與我們合作生產(chǎn)。 國內公司應提高產(chǎn)品質量（關鍵在安全、然后是電耗），加強曝氣頭、尾氣處理設備，臭氧濃度測定儀研制，選用先進的無油壓縮機，空氣干燥裝置，制氧機等，成為能全套供應臭氧氧化技術的裝備，并提高售后服務質量，保證安全使用，相信再有3～5年能全面趕上國外企業(yè)，以迎接我國深度處理高潮的來臨。 四、活性炭與炭再生裝置 活性炭用以吸附水中微量有機污染物，是最經(jīng)濟，有效的技術。臭氧一活性炭聯(lián)用工藝是將氧化、吸附、生物降解諸功能結合，使活性炭除物理吸附作用外，利用在其上長成的生物膜起生物氧化作用，臭氧氧化可使有機物中可生物降解的部分增加，通過生物炭多去除這部分有機物，因此臭氧—生物炭工藝可去除有機物約25～35%，并能長期工作。上海黃浦江原水使用該工藝3年才換部分活性炭。 活性炭大致可分為：原煤破碎炭，圓柱狀活性炭與壓塊破碎炭，破碎炭可按濾料粒徑的要求篩選，用以代替砂子作為濾池濾料。 1.原煤破碎炭 原料可分無煙煤類和弱粘煤類。煤經(jīng)破碎—篩分—炭化—活化而成?；钚蕴靠紫督Y構取決于原煤的孔隙，該類炭再生損耗較大（一般為25～30%）。 2.圓柱狀活性炭 一般原料采用無煙煤，煤經(jīng)粉碎磨成粉后加水與煤焦油捏合壓條，再去炭化、活化。ZJ15就是這類炭，粒徑1.5mm，優(yōu)點是強度高、系統(tǒng)水頭損失小、反洗容易、再生時損耗少。不足無處是因粒徑大截留濁度能力較差，孔隙結構較不發(fā)達，較大分子有機污染物難于去除。國內使用較多。 3.壓塊粉碎炭 可根據(jù)所需活性炭的性能和使用特點選擇幾種或多種原料煤進行配比，可有效調節(jié)活性炭孔隙結構。生產(chǎn)工藝為配煤—粉碎成粉—壓塊—炭化—活化—粉碎—篩選。由于其孔隙結構特點，因此吸附能力強，吸附容量較大，截留濁度好，再生損耗低，是比較適合給水深度處理用的炭，壓塊炭價格稍高，但處理精度較高，使用周期較長。美國calgon公司在大同生產(chǎn)銷往國外，國內尚少使用，泰興一心活性炭科技公司生產(chǎn)的擴孔炭質量同calgon公司炭，價格比它便宜。 4.活性炭濾池 給水行業(yè)中都設計成一個濾池，當有污染質泄漏時，活性炭并沒有完全喪失吸附能力，此時由于出水達不到要求，應該予以再生，損失了炭的剩余吸附能力。在工業(yè)中常使用兩個罐串聯(lián)，當?shù)谝粋€罐的炭基本達到飽和后，第二個罐仍在正常工作，當?shù)谝粋€罐換了新炭或再生炭后，將其轉換為第二罐，而工作中的炭罐轉換為第一罐，這樣可以充份利用活性炭的吸附能力，又讓新炭置于后罐，確保水質。由于有壓力，因此調換起來很簡單。給水廠內普遍是采用敞開自流式過濾，如果考慮串聯(lián)，就要將濾池加高1.5m，以便轉換。目前工程中尚無先例。生物炭濾池出水中可能泄漏有微生物，應嚴格消毒過程以確保管網(wǎng)水中微生物不超標。 5.炭的再生 當活性炭吸附容量飽和后就應再生，每個使用活性炭的水廠都要自己設再生裝置是沒有必要的也是不合算的，完全可利用社會力量，專門活性炭再生廠來再生，應改慮在使用活性炭水廠較多的地區(qū)（如嘉興地區(qū)）集中設一個活性炭再生廠，平時再生使用過的炭，閑時生產(chǎn)一些活性炭出售，以補充使用與再生中的損耗，現(xiàn)再生一次，包括起炭、裝運、再生、投放入濾池約2000元/t、新炭大約6000元/t，再生比換新炭便宜，再生一次損耗約為10%。 |
