微絮凝过滤、O3消毒工艺处理微污染水库水

胡文容
(山东大学环境科学与工程学院，山东济南250061)

　　摘　要：微絮凝直接过滤、O₃消毒工艺处理微污染水库水的试验结果表明：①微絮凝直接过滤工艺对水库水浊度的去除效果好于传统的混凝沉淀过滤工艺，处理后出水浊度≤1.0 NTU；②O³消毒能减少消毒投氯量和有效控制处理出水中的三氯甲烷、四氯化碳含量，确保三氯甲烷＜60 μg/L、四氯化碳＜3 μg/L，其最佳投加量为6.9g/m³；③该工艺的药剂费用为0.082 元/m³，比传统处理工艺增加0.061 元/m³，但可省去混凝沉淀工序的混凝反应池和沉淀池，降低了工程投资。
　　关键词：微絮凝；直接过滤；O³消毒；微污染水库水
　　中图分类号：TU991.2
　　文献标识码：A
　　文章编号：1000-4602(2001)09-0006-04

Study on the Microflocculation-direct Filtration/Ozone Pre-disinfection Process for Treatment of Micro-polluted Reservoir WaterHU Wen-rong
(School of Environmental Science and Engineering,Shandong University,Jinan 250061,China)

　　Abstract：The test was carried out on the use of microflocculation-direct filtration/ozonepre-disinfection process for treatment of micro-polluted reservoir water.The results show that:(1) the microflocculation-direct filtration process has higher efficiency than the conventional coagulation sedimentation process in removing the turbidity of reservoir water,with the turbidity in treated water ≤1.0 NTU.(2) the ozone pre-disinfection can reduce the chlorine dosage and is found to be effective in controlling the residual levels of CHCl3 and CCl4 in the treated water,so as to keep the concentration of CHCl3 and CCl4 below 60 μg/L and 3 μg/L respectively.The optimal dosage of ozone is 6.9 g/m3.(3) the chemical cost of the process is 0.082 yuan/m3,which is 0.061 yuan/m3 more than that of conventional treatment process.However,the coagulation and sedimentation basin may be omitted,and thus reducing the project investment.
　　Keywords：microflocculation;direct filtration;O3 pre-disinfection;micro-pollution reservoir water

　　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10 NTU左右，尤其是每年10月份至次年3月份期间，浊度＜5.0 NTU。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185 mm外，其他操作参数与该厂现有的滤池一样，即内填700 mm厚的粒径d＝0.5～1.2 mm石英砂颗粒滤料，滤速为8 m/h，过滤周期为12 h，反冲期历时3.0 min，滤料的膨胀率为45%。混凝剂为PAC，该厂原工艺投加4.31 mg/L，微絮凝直接过滤、O₃消毒试验工艺投加1.01 mg/L。O₃接触塔：内径d＝100 mm，H＝900 mm，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0.59 NTU，该厂传统工艺出水平均浊度为0.68 NTU，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1.0 NTU的概率＜10%，而且大部分数值≤1.2 NTU，只是在过滤刚开始运行的第一天，出水浊度达1.5 NTU，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220 L/h的条件下，当臭氧气体流量为2.0 L/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2.0 L/min，进水流量为220 L/h，接触塔高90 cm。

　　结果表明，当O₃浓度为12.72 mg/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15.27 mg/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9.90 mg/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12.72 mg/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30 min后不应低于 0.3 mg/L，所以经O₃消毒后需要投加0.3 mg/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》(GB 5749—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＜60 μg/L，四氯化碳含量＜3 μg/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8.5 μg/L下降为8.0 μg/L。源头投氯杀菌后，出水三氯甲烷含量略有上升，由8.0 μg/L上升为9.0 μg/L，增加了1.0 μg/L，但远低于GB 5749—85规定三氯甲烷含量不超过60 μg/L的要求。图3的四氯化碳含量也低于GB 5749—85规定的3 μg/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GB 5749—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3.5 μg/L，超过GB 5749—85规定的3 μg/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4.31 mg/L，投氯量为3.59g/m³。按当时该厂PAC混凝剂进价2 300 元/t、氯的进价3 000 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0.3 mg/L氯，其费用为0.000 9 元/m³，则实际消毒费用为0.079 9 元/m³；投加1.01 mg/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≤1.0 NTU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GB 5749—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。

参考文献：

　　［1］李科，栾兆坤.微絮凝直接过滤中应用聚合铝处理低浊低色水研究［J］.中国给水排水，1998，14(6)：1-4.
　　［2］范瑾初，严熙世.给水处理［M］.北京：中国建筑工业出版社(第3版)，1995.
　　［3］Joon Wun Kang,Hoon Soo Park.Effect of ozonation for treatment of micropollutants present in drinking water source［J］.Wat Sci Tech,1997,36(12):299-307.
　　［4］张自杰.环境工程手册(水污染防治卷)［M］.北京：高等教育出版社，1996.

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　　作者简介：胡文容(1964-)，男，福建莆田人，山东大学教授，环境工程博士后，研究方向为水处理。
　　电　　话：(0531)2955081×2983
　　收稿日期：2001-04-12