臭氧-活性炭工艺能够有效去除原水中的色度和有机物, 提高供水品质^[1,2]。但是, 该工艺主要在南方温暖地区应用^[2,3], 东北寒冷地区应用较少。本项目针对原水低温高色度的情况, 采用臭氧-活性炭工艺进行处理, 并取得了良好的效果。

项目近期规模为6万m³/d, 水厂自用水系数取1.05。

水质目标:出水水质达到《生活饮用水卫生标准》 (GB 5749—2006) 的要求, 对应几项主要处理指标为出厂水浊度0.5NTU, 色度小于15度, 铁小于0.3mg/L, 锰小于0.1mg/L。

本工程建设地点位于黑龙江省, 全年平均温度0.6℃, 冬季最低气温-23℃, 水温10℃以下的时间达160d。

本工程原水取自某水库, 其控制区域河流域面积的65%, 是一座以防洪和供水为主, 兼具发电、灌溉、森林防火等综合利用功能的大Ⅱ型水利枢纽工程。该水库为该市周边唯一可用地表水水源地。水库已经受到一定程度的微污染, 化学耗氧量虽然满足Ⅱ类水体标准, 但数值已接近上限值, 高锰酸盐指数超标。原水色度随季节变化明显, 最高时色度>100度。水库水源的水质检测结果见表1。

根据本工程水库水的实际水质情况, 应对原水色度、高锰酸盐指数进行针对性处理。

为了保证处理效果, 选择合适的处理工艺, 设计前对水库原水取样, 进行了相关试验。

本次试验在冬季12月进行, 水温4～8℃。

本项试验共做8组, 每组取1L水样。前4组分别投加臭氧+PAC+水玻璃 (活化硅酸, 下同) 、臭氧+硅藻土+PAC+水玻璃、高锰酸钾+PAC+水玻璃、高锰酸钾+硅藻土+PAC+水玻璃, 进行六联搅拌15min, 沉淀30min, 然后取上清液过滤纸后检测色度;第5组试验是曝气20min后, 投加PAC+水玻璃, 用搅拌机搅拌17min, 沉淀30min;第6组试验是将原水pH调到8, 然后投加PAC+水玻璃+硅藻土, 用搅拌机搅拌17min, 沉淀30min;第7组试验是将原水直接以滤速1m/h经活性炭柱过滤;第8组试验是将原水加药后经滤速为1m/h的活性炭柱过滤, 取滤后水检测色度。试验数据见表2。

由表2可以看出, 臭氧对色度的去除要比高锰酸钾的效果好;单独的预臭氧氧化+混凝沉淀已经可以较好地去处色度, 但针对本项目原水仍难以达标;而臭氧和活性炭的组合工艺可以有效去除色度。

在试验基础上, 在去除色度同时, 综合考虑有机物的去除效果, 确定本项目工艺采用常规处理+臭氧-活性炭深度处理工艺。工艺流程见图1。

预臭氧接触池实际停留时间4.01min, 设计预臭氧投加量为0.5～1.5mg/L。

净水间包括静态混合器、网格絮凝池、斜板沉淀池、V型滤池及配套反冲洗系统。其中静态混合器混合时间为3～5s;网格絮凝池絮凝时间20min, G值为44s, GT值5.4×10⁴;斜板沉淀池上升流速为1.63mm/s;V型滤池设计滤速v=6.8m/h, 强制滤速7.6m/h。

主臭氧接触池实际停留时间12.03 min, 设计主臭氧投加量为1.5～2.5mg/L。

采用空气源臭氧发生设备, 共设3台 (2用1备) , 单台最大制备能力为17kg/h。另外还包括空压机、气体除湿干燥设备、消声设备及相应仪表等。

活性炭池间包括活性炭池及配套反冲洗系统, 活性炭池池型选用翻板阀滤池, 采用该池型能有效防止活性炭跑料事件发生。

活性炭池设计滤速5.5m/h, 强制滤速6.2m/h, 滤池采用气水冲洗, 单独气洗强度54m³/ (h·m²) , 冲洗时间3min;单独水洗强度25.2 m³/ (h·m²) , 冲洗时间6min, 设计冲洗周期72h。

采用吸附比表面积大的不规则状煤质颗粒活性炭 (执行GB/T 7701.2—2008) 和石英砂, 活性炭层厚2.5m, 活性炭层下部设有300mm厚均质石英砂 (0.6～0.8mm) 层, 滤料上水深1.5m, 空床接触时间为25min。

本项目于2017年3月竣工, 至今已运行近2年。2018年12月水厂各处理单元进出水水质见表3。

由表3数据可以看出, 臭氧-活性炭工艺在冬季低水温情况下对色度和有机物的去除有非常显著的效果。

鉴于工程投产不久, 活性炭的吸附能力应未饱和, 系统中生物活性炭的作用尚无法准确评估。但在水厂过程水的细菌检测中发现 (见表4) 在活性炭池出水中有细菌检出, 表明在冬季低温水条件下, 活性炭池中有一定的微生物存在。

具体微生物量及活性炭池中生物作用将在今后作进一步研究。

本项目运行效果表明, 在东北寒冷地区针对原水的高色度问题, 采用臭氧-活性炭深度处理工艺, 具有出水水质稳定, 色度及有机物去除效果好等优点, 为寒冷地区高色度水库水的处理提供了一定的实践经验。