洪武青花瓷器三足炉:昆山水厂 臭氧技术的应用

【摘要】    昆山东靠上海，西邻苏州。自改革开放以来，经济发展迅速。在国家统计局公布的全国百强县（市）排名中，昆山位列第一。随着人民生活水平的提高，广大老百姓更加关注于自身的健康，对饮用水水质的要求也越来越高。昆山市政府和昆山自来水公司在保护水源（傀儡湖）的同时，决定投入大量资金上深度处理工程，也就是采用科学的臭氧加生物活性炭工艺。臭氧深度处理工艺的原理，就是利用臭氧的强氧化能力，对水中溶解性有机物，卤代甲烷前体物，以及产生异味物质（水中土霉味物质、2-MIB等）的氧化去除，微生物的消毒杀菌等的深度净化处理。
昆山东靠上海，西邻苏州。自改革开放以来，经济发展迅速。在国家统计局公布的全国百强县（市）排名中，昆山位列第一。随着人民生活水平的提高，广大老百姓更加关注于自身的健康，对饮用水水质的要求也越来越高。昆山市政府和昆山自来水公司在保护水源（傀儡湖）的同时，决定投入大量资金上深度处理工程，也就是采用科学的臭氧加生物活性炭工艺。臭氧深度处理工艺的原理，就是利用臭氧的强氧化能力，对水中溶解性有机物，卤代甲烷前体物，以及产生异味物质（水中土霉味物质、2-MIB等）的氧化去除，微生物的消毒杀菌等的深度净化处理。
中国自来水厂应用臭氧处理技术开始于上世纪80年代中期。随着卫生部2006年版新的《生活饮用水卫生标准》的发布，水质要求的提高及水源水的不断恶化进一步推进了臭氧的应用。近几年，广东、浙江、上海等地陆续新建、改建了臭氧处理工艺水厂，安装臭氧设备发生量达几百公斤，其中包括由WEDECO提供臭氧发生系统及技术的深圳梅林水厂，浙江的桐乡、海盐、嘉善、平湖、乍浦、海宁、杭州滨江地面水厂，以及上海的浦东临江水厂等。昆山深度处理工程是江苏省的第一个深度处理工程，也是目前为止国内最大的深度处理工程。
臭氧在饮用水处理中的应用
1. 臭氧在不同应用点的作用
现代给水处理厂对臭氧的优势有不同的应用。
按照投加点来说，有预臭氧化、中间臭氧化和后臭氧化。比如：
预臭氧化和中间臭氧化用于：
◆口味和气味控制
◆脱色
◆THM 前期氧化
◆增强微粒去除(改善絮凝和过滤)
◆铁与锰氧化
◆去除农药
◆藻类控制
◆氰化物、农药、苯酚氧化
◆腐殖酸、富烯酸和丹宁酸控制
后臭氧化用于：
◆消毒和病毒控制
◆消灭隐孢子虫
◆GAC前有机物氧化
2. 臭氧对激素与/或持久性物质的处理
不能或基本不能生物降解的物质称为持久性物质。这些物质可能来自各种不同的人类活动。在这方面讨论的主要来源包括化工原料(例如壬基酚、有机锡化合物、印刷电路板、酞酸盐)、农药(例如DDT、六六六杀虫剂)、药品和化妆品。
目前公开辩论的焦点是激素物质，即影响荷尔蒙系统的物质。
图2是对这些化合物的一个摘要。对地表水中鱼的荷尔蒙系统的消极效果已有报告。
昆山水厂介绍
昆山泾河水厂的生产能力为600,000 m3/d，前臭氧的设计投加量为1 mg/l，主臭氧的设计投加量为2 mg/l，最大臭氧需求量为75 kg/h。 ITT WEDECO提供四台单机产量为20 kg/h的臭氧发生器及配套的前臭氧和主臭氧投加系统，并负责安装和调试。
昆山第三水厂（二期）的生产能力为400,000 m3/d，前臭氧的设计投加量为1 mg/l，主臭氧的设计投加量为2 mg/l，最大臭氧需求量为50 kg/h。ITT WEDECO提供三台单机产量为20 kg/h的臭氧发生器及配套的前臭氧和主臭氧系统，并负责安装和调试。
1. 气源供应
VPSA/PSA车间提供浓度大于90%、常压露点低于-65℃、压力在1.8 ± 0.1 bar（g）的氧气。如果氧的需求量提高，压力将下降，LOX（液氧）车间自动提供追加的氧气。
如果VPSA/PSA车间停止运行，LOX车间提供所有工艺需要的气体。如果液氧太纯，在超过99.6%的情况下，可混入少量的空气（加氮）到原料气，以预防臭氧产生量的不足。压缩空气由水厂提供，WEDECO提供干燥机对压缩空气进行干燥。加氮系统的加氮量通过针阀来调节，通过目测流量计控制。
原料气的露点通过一个露点传感器来监测。其它的控制参数有入口压力，入口温度和流量等。微粒过滤器能够防止微粒进入臭氧发生器。
2. 臭氧产生
臭氧发生器的最大入口压力由双联压力开关来控制。如果此压力超过一定的极限值，臭氧生产线马上紧急停止运行，隔离阀将立刻自动关闭。
臭氧系统的核心部分是WEDECO EFFIZON HP 电极。制造臭氧的原料气穿过电极管与绝缘介质管之间的很小的环形空间，以及绝缘介质管和不锈钢管之间的环行空间。
在臭氧产生过程中，部分电能转换成热能。这些热量被流过不锈钢管的冷却水带走。
气体流量计安装在臭氧发生器出口处，测量实际流量。PLC根据此值和臭氧分析仪一起计算臭氧的产量。同时，平衡通过各个臭氧发生器的气流也需要流量计。
a) 仪表
每一台臭氧发生器装备一台高浓度臭氧浓度分析仪，被测气体中的臭氧成分将被分析仪自带的催化破坏器分解破坏掉。
臭氧产量的计算公式为：
在臭氧车间分别装有一个臭氧泄漏探头和一个氧气泄漏探头。如果发生泄漏，超过预定值，臭氧的生产马上停止。所有的开关阀门进入安全位置。闪光信号灯、报警器和排风扇将自动启动。
b) 臭氧的投加和扩散系统
臭氧气体被用在预臭氧接触池和主臭氧接触池。操作人员必须预先设定预臭氧接触池和主臭氧接触池的臭氧的投加量。结合外来的水流量信号，PLC将自动计算必要的臭氧量，并使用气体调节阀分配气体到前后臭氧。
一共有四个预臭氧接触池。到每一个接触池的气流的分配可以用阀门手动调节，目测流量计控制。另外还配有止回阀，防止水倒流回臭氧发生器。
在水射器里，升压泵产生强大的水流通过水射器，使气体一侧处于负压状态。臭氧气体被吸进水射器，在那里同水完全混合。总共安装六个升压泵，一个泵对应一个水射器。二号泵和四号泵是备用泵。
气体/水混合物送到喷射嘴，喷射嘴的设计能有效地使含臭氧的旁水流和主水流在预臭氧接触池内充分混合。
总共有六个主臭氧接触池。分配到每一个接触池的每一格的气流可以由阀门来人工调节，通过目测流量计控制。
在主臭氧采用曝气头的投加方式。一般情况下，投加50%的气体到第一格，25%到第二格，25%到第三格。
每个接触池都装有双向安全阀。安全阀在负压或过压25 mbar的情况下打开。
c) 尾气臭氧破坏系统
离开接触池的尾气首先通过一个除雾器，阻止水汽进入臭氧破坏器。尾气臭氧破坏系统包括一个风机和一个催化臭氧破坏器。风机在接触池内制造一个负压，防止臭氧通过人孔盖等位置泄漏出接触池外，这个负压保证尾气气流会流经破坏器。
催化剂在常温下就可反应，但是为了防止冷凝和冷凝水在破坏器里聚集，进入破坏器的气流被加热到40-60 ℃。
在破坏器的底部装有一个放空阀，用来排出冷凝水。每个接触池布置装有两个破坏器，其中一个处于备用状态。
d) 臭氧发生器的冷却系统
冷却水系统采取闭环式冷却水系统，两台臭氧发生器共用一台热交换器。臭氧产生的过程中，一部分能量转化成热能。冷却水的温度对臭氧生产的效率有很大的影响。因此发生器使用规定的冷却水很重要。冷却水的水质要达到以下要求，以防止其对臭氧发生器内部腐蚀：
◆不含铁锈或者铁渣
◆不含非溶解的或者腐蚀性的成份
◆铁<0.2 mg/l
◆锰<0.05 mg/l
◆悬浮颗粒<0.1 mg/l
◆氯化物<100 mg/l
到臭氧发生器的冷却水流可以用阀门来调节，目测流量计控制。在臭氧发生器的输出管安装双联温度开关，对冷却水的温度进行监控。
变频器系统也需要用冷却水进行冷却。冷却水流由流量计和电磁阀来控制。
泾河水厂深度处理工艺自2007年1月29日运行，2月23日开始正常运行。投加量从1.6 mg/L到2.0 mg/L不等，投加量控制主要是将炭池进水余臭氧浓度控制在0.02 mg/L左右。砂滤池出水经臭氧活性炭后COD去除率明显上升，该工艺对COD的去除有一定的优势。另外随着时间的推移（天气转暖，温度升高），活性炭去除氨氮的优势也渐渐显现。水中加入的臭氧分解为氧气后，增加了水中溶解氧的浓度。主臭氧的出水溶解氧首先明显上升，之后逐步下降。这表明，活性炭滤池进水具有较高的溶解氧浓度，加上臭氧氧化有机物后水中可生物利用有机物增加，有利于活性炭上微生物的生长，因此活性炭变为生物活性炭，利用活性炭上微生物对有机物的降解作用，提高了对有机物的去除效率和活性炭的使用周期。
比较深度处理工艺运行前后水厂出厂水水质的各项指标，结果见表1。
深度处理工艺刚刚起步，O3-BAC工艺对NH3-N、CODMn的去除效果还没有完全显现，目前NH3-N去除率与常规处理相比较平均可提高27.9%，去除率最高可达77.2%，且去除效果随着气温的上升呈现提高的趋势；CODMn去除率与常规处理相比较平均可提高32.8%，去除率最高可达74.6%，出水≤3.0 mg/L，已达到卫生部规范和建设部标准的要求；经过臭氧活性炭处理后，出水色度、嗅和味等感官指标也有大幅度的改善，嗅味基本没有，口感明显改善。
后记
作为世界上最主要的臭氧系统制造商，ITT WEDECO有幸参与了昆山市深度处理工程的投标工作并一举夺标。经过专家小组的评定，ITT WEDECO的臭氧发生器具有操作简单，运行可靠，耗电量低，臭氧浓度高，占地面积小等特点；而且和其它臭氧制造商相比，ITT WEDECO在中国水处理行业占有绝对优势的市场份额，并且安装经验丰富，还可以提供国内的技术服务，在此基础上WEDECO的价格优势也比其它厂家明显。随着中国对饮用水安全的重视程度逐渐提升，ITT WEDECO将在更多领域为中国提供高质的产品和服务。