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張?zhí)m芳1，紀(jì)永超1，董麗霞1，梅新敏2

（1. 蘇州市自來(lái)水公司，蘇州 215000；2. 蘇州市水利<水務(wù)>局，蘇州 215000）

摘  要：通過生產(chǎn)性試驗(yàn)考察了臭氧預(yù)氧化技術(shù)對(duì)水廠常規(guī)工藝的影響。結(jié)果表明，臭氧預(yù)氧化技術(shù)助凝效果明顯，在實(shí)際生產(chǎn)中可降低常規(guī)工藝的出水濁度，礬耗約下降28%左右；臭氧預(yù)氧化技術(shù)可以提高常規(guī)工藝對(duì)耗氧量和氨氮的去除率，分別提高約15%和50%；單獨(dú)從成本方面考慮，用臭氧預(yù)氧化技術(shù)降低礬耗是不經(jīng)濟(jì)的；但在特殊原水水質(zhì)情況下，臭氧預(yù)氧化技術(shù)和混凝沉淀常規(guī)工藝結(jié)合會(huì)明顯改善出水水質(zhì)，減少高礬耗帶來(lái)的出廠水pH值低、鋁離子超標(biāo)等不利影響。

關(guān)鍵詞：水廠；常規(guī)工藝；臭氧預(yù)氧化技術(shù)；

中國(guó)分類號(hào)：TU991.2    文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A   文章編號(hào)：1673-9353（2012）04-

doi:10.3969/j.issn.1673-9353.2012.04

隨著水源水微污染問題的日益加劇及飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的提高，常規(guī)處理工藝已無(wú)法滿足生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求。針對(duì)上述情況，蘇州市X水廠在常規(guī)工藝基礎(chǔ)上增加了臭氧預(yù)氧化及臭氧-生物活性炭深度處理工藝。X水廠最初采用臭氧預(yù)氧化技術(shù)的目的是在藻類高發(fā)期臨時(shí)投加臭氧除藻，并可保證后續(xù)生物活性炭濾池的生物作用不受影響，而實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)臭氧預(yù)氧化技術(shù)還具有明顯的助凝效果，可降低常規(guī)工藝的出水濁度，提高常規(guī)工藝對(duì)耗氧量、氨氮等的去除率。

1 水廠概況

X水廠設(shè)計(jì)規(guī)模為30×104 m3/d，凈水工藝采用臭氧預(yù)氧化技術(shù)、折板反應(yīng)-平流沉淀池-V型砂濾池的常規(guī)處理工藝和臭氧-生物活性炭濾池深度處理工藝，水廠工藝流程如圖1所示。臭氧預(yù)氧化技術(shù)采用射流擴(kuò)散器結(jié)合水射器的方式進(jìn)行投加，平均投加量為1.0 mg/L，接觸時(shí)間約3 min。

2 臭氧預(yù)氧化技術(shù)對(duì)常規(guī)工藝的影響

為進(jìn)一步了解臭氧預(yù)氧化技術(shù)對(duì)常規(guī)工藝的影響，X水廠于2011年10-12月進(jìn)行了生產(chǎn)性試驗(yàn)。X水廠原水水質(zhì)除濁度外，其他關(guān)鍵水質(zhì)指標(biāo)常年較穩(wěn)定，主要水質(zhì)參數(shù)見表1。由于該時(shí)間段內(nèi)原水濁度變化較大，故加礬量也偏大，平均投加為50 mg/L左右。

表1  2011年10—12月原水主要水質(zhì)指標(biāo)

2.1  臭氧預(yù)氧化技術(shù)的助凝效果

在實(shí)際生產(chǎn)中，向其中一組平流沉淀池投加預(yù)臭氧0.5 mg/L，而另一組平流沉淀池未投加臭氧，兩組平流沉淀池的加礬量均為50 mg/L。結(jié)果表明，投加臭氧的沉淀池的出水平均濁度為0.95 NTU，而未投加臭氧的沉淀池的出水平均濁度為1.41 NTU，說明臭氧預(yù)氧化技術(shù)具有助凝作用，其機(jī)理是因?yàn)槌粞蹩梢愿淖兯蓄w粒物的表面性質(zhì)如酸堿性、帶電性以及水中腐殖質(zhì)的結(jié)構(gòu)，改變懸浮顆粒物與膠體的穩(wěn)定性及其與絮凝劑、腐殖質(zhì)之間的相互作用效果，達(dá)到助凝效果[1]。

2.2  臭氧預(yù)氧化技術(shù)對(duì)礬耗的影響

在上述生產(chǎn)性試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究臭氧預(yù)氧化技術(shù)的節(jié)礬效果。保持沉后水濁度在1.00 NTU左右，考察了不同預(yù)臭氧投加量條件下礬耗的變化情況，見圖2。

由圖2可以看出，隨著預(yù)臭氧投加量的增加，礬耗逐漸下降，當(dāng)預(yù)臭氧投加量為0.8 mg/L時(shí)，礬耗最低，僅為39.5 mg/L，比不投加臭氧時(shí)節(jié)省28%，但隨后再增加預(yù)臭氧投加量，礬耗反而有所上升，且基本保持穩(wěn)定。

2.3  臭氧預(yù)氧化技術(shù)對(duì)常規(guī)工藝耗氧量去除效果的影響

經(jīng)過生產(chǎn)性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)臭氧預(yù)氧化技術(shù)有助于強(qiáng)化常規(guī)工藝的耗氧量去除效果，臭氧預(yù)氧化技術(shù)對(duì)常規(guī)處理工藝耗氧量去除效果的影響見表2。可以看出，投加預(yù)臭氧時(shí)常規(guī)工藝的耗氧量去除率較未投加時(shí)平均提高約15%。臭氧容易與水中有機(jī)物的 C=C鍵反應(yīng)，通常使有機(jī)物分子量變小，芳香性消失，極性增強(qiáng)，可生化性提高。臭氧與有機(jī)物的作用主要有兩種途徑：一種是和有機(jī)物的直接氧化作用；另一種是被分解后的羥基自由基（·OH）間接地與水中有機(jī)污染物作用[2]。因此，投加預(yù)臭氧后可以提高常規(guī)工藝對(duì)有機(jī)物的去除率。

表2  臭氧預(yù)氧化技術(shù)對(duì)常規(guī)處理工藝耗氧量去除效果的影響

1. 臭氧預(yù)氧化技術(shù)對(duì)常規(guī)工藝氨氮去除效果的影響

臭氧預(yù)氧化技術(shù)對(duì)常規(guī)處理工藝氨氮去除效果的影響見表3。可以看出，投加預(yù)臭氧時(shí)常規(guī)工藝對(duì)氨氮去除率較未投加時(shí)明顯增加，氨氮去除率可由21%增至79%，說明臭氧預(yù)氧化技術(shù)可以強(qiáng)化常規(guī)處理工藝對(duì)氨氮的去除效果。

在常規(guī)工藝處理過程中考察了含氮化合物含量的變化情況，見表4。結(jié)果表明，投加預(yù)臭氧后，砂濾池出水氨氮含量下降，而砂濾池出水硝酸鹽氮含量略有增加。分析其原因，可能是由于預(yù)臭氧使得水中的溶解氧含量增加，為砂濾池內(nèi)細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖創(chuàng)造了有利條件，硝化細(xì)菌和亞硝化細(xì)菌在砂濾池內(nèi)開始大量繁殖，在這些細(xì)菌的作用下大部分氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮而去除[3]。

表3  臭氧預(yù)氧化技術(shù)對(duì)常規(guī)處理工藝氨氮去除效果的影響

表4  常規(guī)工藝處理過程中含氮化合物的變化

2.5  臭氧預(yù)氧化技術(shù)對(duì)常規(guī)工藝環(huán)境衛(wèi)生的影響

投加預(yù)臭氧后，水廠平流沉淀池的穿孔集水槽表面、池壁和濾池池壁、V型進(jìn)水渠等處較未投加時(shí)滋生了許多絲狀物和青苔，且生長(zhǎng)速度極快，清洗后兩三天又可見，極大地影響了水廠構(gòu)筑物的環(huán)境衛(wèi)生和水質(zhì)感官性狀，故水廠每天由專人清洗這些構(gòu)筑物，砂濾池每周逐格停產(chǎn)進(jìn)行徹底清洗，不僅大幅度增加了清洗工作，而且增加了水廠自用水量。

3  經(jīng)濟(jì)成本分析

按最佳預(yù)臭氧投加量為0.8 mg/L計(jì)算，此時(shí)可節(jié)省礬耗15.4 mg/L，礬平均單價(jià)為0.435元/kg，則千噸水節(jié)省礬耗成本為6.70元。預(yù)臭氧平均投加量按0.8 mg/L計(jì)，臭氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%，則液氧消耗量為8 mg/L，液氧平均單價(jià)為0.68元/kg，則千噸水增加液氧成本為5.44元。同時(shí)臭氧發(fā)生器每公斤臭氧平均電耗為8 kWh，電費(fèi)單價(jià)為0.64元/kWh，則千噸水增加電耗成本為4.10元。

綜上所述，投加預(yù)臭氧的千噸水成本增加9.54元，千噸水礬耗成本降低6.70元，則千噸水的總成本增加2.84元。因此，單從成本考慮，采用投加預(yù)臭氧的方式來(lái)降低礬耗是不經(jīng)濟(jì)的。但是，在特殊原水水質(zhì)（如高濁、高藻）條件下，為滿足水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求，常規(guī)處理工藝所需的混凝劑投加量會(huì)增加很多，此時(shí)將臭氧預(yù)處理和混凝沉淀常規(guī)處理工藝相結(jié)合會(huì)明顯改善出水水質(zhì)，從而避免高礬耗帶來(lái)的出廠水pH值低、鋁離子超標(biāo)等不利影響[4]。

4  結(jié)論

①  臭氧預(yù)氧化技術(shù)具有明顯的助凝效果，實(shí)際生產(chǎn)中可降低礬耗約28%左右，且該技術(shù)對(duì)常規(guī)工藝耗氧量和氨氮的去除效果也有明顯改善，分別提高約15%和50%。

②  投加預(yù)臭氧后，常規(guī)工藝的平流沉淀池和砂濾池易滋生絲狀物和青苔，增加了水廠的清洗工作和自用水量。

③  單從成本方面考慮，采用投加預(yù)臭氧的方式來(lái)降低礬耗是不經(jīng)濟(jì)的。但是，在特殊原水水質(zhì)（如高濁、高藻）條件下，常規(guī)處理工藝所需的藥劑投加量過大時(shí)，采用預(yù)臭氧可減少高礬耗帶來(lái)的出廠水pH值低、鋁離子超標(biāo)等不利影響。

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收稿日期：2012-05-29