南方地区水厂深度处理工艺改造中臭氧系统冬季运行策略优化

南方地区水厂深度处理工艺改造中臭氧系统冬季运行策略优化

朱怡雯

上海建工四建集团有限公司  200137

摘要：臭氧系统作为臭氧-生物活性炭联用深度处理工艺中重要的组成部分，为后续生物炭滤池中的物理吸附和生物降解奠定了基础，直接影响着净水效果。常熟市第三水厂深度处理改造采用臭氧-生物活性炭联用工艺，在冬季中低负荷运行中，臭氧系统运行受进水水质、水温和水流量变化等因素影响，运行中容易出现臭氧接触池曝气不均匀、臭氧系统停止工作等问题。本文通过问题分析，采取对臭氧系统中的臭氧投加量参数进行了调整；对臭氧发生器控制系统指令进行了改进措施。对水厂在冬季运行策略优化方法进行了归纳总结，在保证水厂水质的同时，确保系统运行的可靠性。

关键词 水厂深度处理；臭氧-生物活性炭；运行优化

引言

随着人们对饮用水水质标准要求亦愈来愈高，国家加大了水厂在原有常规的净水处理工艺基础上增加深度处理工艺改造的推广力度。臭氧-生物活性炭联用工艺是近年来被广泛使用的饮用水深度处理工艺之一，它可以有效地去除原水中有机污染物，改善色、臭、味等感官指标，降低管网中的可同化有机碳的生物和加氯产生的消毒副产物的风险。臭氧系统是其重要的组成部分，它直接影响到深度处理工艺出水水质是否达标和优质。在工艺改造实施和运行过程中，由于水厂供水水量存在季节差异性大，水厂冬季处于中低负荷运行，会出现低浓度小气量的实际供气需求，臭氧水中曝气盘因供气压力不足出现出气量小或者不出气的情况，无法达到小气量时各个接触池均匀分配的问题；以及砂滤池的出水量过低，乃至出现短时间的断流，臭氧系统出现了停止运行的情况。针对以上这些问题，在工艺改造和运行过程中，需要充分考虑臭氧系统的配置以及实际运行中对水厂冬季运行策略优化的调整措施，避免造成系统运行的效果不佳，影响了产水水质。

一、项目背景概述

常熟市第三水厂生产供水规模为40万m³/d，主要向常熟城区和通江路沿途十几个乡镇供水，供水范围占全市供水面积的45%。该水厂2019年新建规模为 40万m³/d深度处理工程，采用臭氧—生物活性炭联用工艺方案。在投产后第一年运行中，夏季供水产量高峰值可达16000 m³ /h，而冬季夜间供水产量需求低，仅仅为 4300 m³ /h，二者之间相差接近4倍。

二、净水工艺和系统主要参数

1 工艺流程

净水工艺为预臭氧（新建，40万m³/d）→常规处理系统（现有，沉淀、砂滤池过滤）→臭氧—生物活性炭系统（新建，40万m³/d）→消毒等处理工艺。

2 臭氧系统主要单元参数

2.1臭氧投加系统

臭氧投加量是臭氧—生物活性炭联用工艺的关键点之一，投加量过多或过少、与水接触时间长短、接触是否充分均会影响后续系统的净水效果。臭氧投加分为预臭氧（接触）和后臭氧（接触）两部分。

①预臭氧投加系统

预臭氧接触池内投加臭氧，主要起到的作用是杀藻、改善絮凝效果和初步氧化分解水中的大分子有机物。

预臭氧接触池1座，设计规模为 40万 m³/d ，分为可独立工作的4组预臭氧接触池，每组接触池设计流量：4435m³/h。

预臭氧设计投加量为0.5-1.0mg/L，臭氧接触时间为 3.6 min有效接触时间计，有效水深6.22m。臭氧曝气采用射流扩散器形式。

② 后臭氧投加系统

后臭氧接触池内投加臭氧，主要起到的作用是将大分子有机物分解为小分子有机物，并为后续活性炭提供充足的氧源，以便利于后续生物活性炭吸附降解有机物、杀死细菌、病原体、去除 DOC等，进一步提高水质。

后臭氧接触池 1座，设计规模为40 万 m³/d ，分为独立运行的2组，每组分成3个隔离间，每组接触池处理水量8333m³/h。

后臭氧设计投加量为1.5-2.0mg/L，为三段式接触，接触时间分别为：3.7分钟、3.7分钟、3.7分钟，总有效接触时间为11.1分钟。每组接触池有效水深6.5m。为保证臭氧在水中均匀高效扩散，曝气装置采用微孔微孔扩散器。

2.2臭氧发生系统

臭氧发生系统是氧气通过臭氧发生器电解成臭氧的制备过程，臭氧发生器是水厂深度处理工艺的核心设备之一。

臭氧制备车间设计规模为 40 万 m³/d 。按臭氧投加量配置臭氧发生器，配置3台产量为15kg/h的臭氧发生器，采用软备用方式。臭氧发生器产气的臭氧浓度在6～13%之间可调。臭氧发生器的发生量调节范围从10%到100%并且入口氧气量可调。

2.3臭氧尾气处理系统

排出的尾气中仍含有一定数量的剩余臭氧，造成人体和环境污染有害，需要对多余的臭氧收集至尾气破坏装置，经加热破坏后分解成氧气再排放到大气中，臭氧浓度≤0.1mg／L。

预臭氧尾气处理装置采用电加热触媒催化形式，设置在预臭氧接触池池顶的尾气间内，设2台（1用1备）；后臭氧尾气处理装置设置在后臭氧接触及炭滤池池顶设备间内，设2台（1用1备）。

2.4控制系统

控制系统包含三个部分：臭氧制备车间PLC主站、发生器配套控制器、尾气破坏器配套控制器。

臭氧制备车间控制系统PLC主站，采用人机对话界面，可显示所有的操作、故障和主要工作状态，实现关闭启动发生器、按要求设定指令来进行自动调节臭氧生产等功能，与设备配套控制器一起完成臭氧制备、投加、尾气破坏整个工艺流程的监控和仪表参数检测，实现对臭氧生产的自动控制。

3 臭氧系统冬季运行中的问题分析

3.1臭氧接触池曝气不均匀

水厂在冬季运行中存在低浓度小气量的实际供气需求，此时进气压力较低，而进气管道根据最不利情况下的水质和最大水量设计，管道管径较粗，水中曝气盘因供气压力不足而出现出气量小或者不出气的情况，无法达到小气量时各接触池均匀分配的目的，最后导致水中杂质颗粒等直接附着在曝气盘上，时间一长，曝气盘容易堵塞，同时由于投加气量较小，导致臭氧接触池的进气调节阀频繁调节，容易损坏阀门，降低其使用寿命，给水厂生产运行带来了困扰。

3.2臭氧发生器停止工作

当净水厂冬季以4300 m³/h运行时，砂滤池过滤水量为4300 m³/h，反冲洗瞬时水量为 4100 m³ /h，砂滤池的出水同时也是炭滤池的进水 量非常小，甚至是断流。一旦臭氧系统检测到水流量过低或者断流的情况，系统就会报警，启动停机。而且，每一次臭氧系统停机关闭或重新启动需要二十到三十分钟的时间来进行吹扫等准备工作，每天三到四次的复位、重启，这些频繁的操作必然会增加设备的损耗，缩短它的寿命。

4 运行方案调整

臭氧系统中主要通过对臭氧投加量的参数调整、臭氧发生器控制系统指令程序的优化来应对水厂冬季运行中产生的问题。

4.1臭氧投加方案

设计预臭氧投加量为 0．5 ～ 1．0 mg /L，后臭氧为1.5 ～ 2mg /L；而在冬季实际运行中，水质浊度较低，预臭氧可以适当的降低，不影响工艺正常运行，并可以减轻预臭氧对进水管道的腐蚀；后臭氧投加量控制在1.6 mg /L 左右，通过调节臭氧发生装置变频器来调节压缩空气的压力和流量，适当的增大进气量保持管道内的进气压力，将臭氧发生浓度比调低，臭氧多点投加，以达到均匀曝气、低浓度小气量的实际供气需求。

4.2臭氧发生控制系统

根据供水产量低、出现短时间断流的实际情况，可以对臭氧PLC控制系统程序进行指令修改，例如：臭氧系统在接收到反冲洗命令5分钟之后，在保持其他设备原状态不变的情况下，设定氧气进气量为最小进气量 30 m³ /h，臭氧发生器工作负荷降低到8% ，此时的臭氧发生器运行状态为不产生臭氧的低负荷工作。设定臭氧发生器20 分钟以后再根据水流量重新计算工作负荷，臭氧系统恢复到正常的运行。此外，为了避免臭氧发生器长时间处于低负荷的运行状态，程序可以另外设置条件指令，当臭氧系统以 8% 的工作负荷运行时，若系统在30分钟之后仍然没有恢复正常运行的话，则触发臭氧系统报警，启动停机工作。通过对臭氧系统程序调整优化后，大大减少了因低水流量导致的臭氧发生器停机重启的频次，延长了设备的使用寿命，满足了水厂冬季运行的需要。

5结论

要保证一个系统相对复杂的水厂能够安全稳定的运行，不仅仅需要对整个系统进行详细而细致周到的前期设计和完善的系统配置，更重要的是后期运行需要根据水厂不同的季节、不同的水温、不同的水质、不同的水流量等具体实际情况，适时的动态调整各个段的工艺参数，优化控制系统的指令，以此来摸索出一套适合水厂特点的运行管理模式，保证水厂出水水质的稳定性。

参考文献:

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