飲用水深度處理工藝優(yōu)化及數(shù)值模擬研究.pdf

1、我國供水行業(yè)面臨著突出的水質(zhì)問題，一方面水源普遍受到污染，另一方面水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，飲用水的水質(zhì)問題已成為制約經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步發(fā)展和影響社會(huì)穩(wěn)定的一個(gè)重要因素。飲用水深度凈化是保障供水安全的有效途徑，其中臭氧-生物活性炭技術(shù)是集活性炭物理化學(xué)吸附、臭氧化學(xué)氧化、生物氧化降解及臭氧滅菌消毒于一體，以除污染的獨(dú)特高效性而成為當(dāng)今世界各國飲用水深度處理技術(shù)的主流工藝，在歐美等國家已迅速從理論研究走向?qū)嶋H應(yīng)用，在我國也正逐漸引起越來越多的重視。

2、>　　作為國家“863”計(jì)劃南方地區(qū)安全飲用水保障技術(shù)專項(xiàng)的子課題，主要是針對(duì)我國南方地區(qū)低濁、高藻、微污染水庫水源水的特點(diǎn)，以深圳水務(wù)集團(tuán)的中試基地及凈水廠為主要試驗(yàn)平臺(tái)，圍繞臭氧-生物活性炭深度處理工藝優(yōu)化和數(shù)值模擬開展的系統(tǒng)研究。
　　臭氧和高錳酸鉀作為兩種強(qiáng)氧化劑在預(yù)氧化處理過程中，都有各自的優(yōu)勢(shì)和弊端，為了能進(jìn)一步發(fā)揮化學(xué)氧化的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)克服單種氧化劑應(yīng)用時(shí)的局限性，在臭氧預(yù)氧化研究的基礎(chǔ)上探討了臭氧/高錳酸鉀復(fù)合預(yù)氧化

3、技術(shù)。研究發(fā)現(xiàn)，臭氧/高錳酸鉀復(fù)合預(yù)氧化（O3 0.6mg/L+KMnO4 0.4mg/L）與單獨(dú)臭氧預(yù)氧化（O3 1.5mg/L）相比較，雖然前者的氧化能力弱于后者，但仍有單獨(dú)預(yù)臭氧無法比擬的優(yōu)勢(shì)。復(fù)合預(yù)氧化工藝在減少運(yùn)行費(fèi)用的同時(shí)（節(jié)約制水成本0.002元/m3），不僅能大大降低可同化有機(jī)碳（AOC）、溴酸鹽、甲醛等臭氧化副產(chǎn)物以及三鹵甲烷生成勢(shì)（THMFP）、鹵乙酸生成勢(shì)（HAAFP）等消毒副產(chǎn)物前質(zhì)的生成量，并促進(jìn)混凝沉淀對(duì)這些

4、物質(zhì)的去除；而且還能同時(shí)發(fā)揮臭氧殺藻的高效性與高錳酸鉀的助凝效果，當(dāng)臭氧投加量在0.6-1.5mg/L范圍內(nèi)，采用低投加量的高錳酸鉀（0.2mg/L），以及高錳酸鉀先氧化臭氧后投加的氧化方式時(shí)，助凝、除藻效果尤為明顯。此外，水溫、混凝水力條件、pH值、TOC值、硬度等水質(zhì)參數(shù)都會(huì)對(duì)復(fù)合預(yù)氧化的助凝效果產(chǎn)生一定的影響，其中水溫是設(shè)計(jì)預(yù)氧化方式的重要因素。
　　凈水工藝中，對(duì)于出廠水濁度的控制是保證水質(zhì)的重要措施。因此深水集團(tuán)提出了“

5、863”示范工程出廠水濁度小于0.1NTU、保證率大于90％的濁度控制目標(biāo)。生物活性炭（BAC）濾池作為除消毒工藝之外的最后一級(jí)屏障，嚴(yán)格控制其出水水質(zhì)顯得尤為重要。課題從BAC濾池運(yùn)行周期出發(fā)，通過優(yōu)化濾池的過濾、反沖洗階段來控制濾池的出水水質(zhì)。一方面提出了BAC濾池強(qiáng)化過濾技術(shù)，主要通過增大活性炭顆粒和水中污染物顆粒的接觸碰撞幾率，改變污染物顆粒表面的特性，以及充分利用活性炭自身的吸附特性，顯著提高微絮凝的效果，有效控制BAC濾池的

6、出水濁度和顆粒數(shù)。當(dāng)聚合氯化鋁（PAC）投加量為0.05mg/L，進(jìn)水波動(dòng)范圍為0.11-0.24 NTU時(shí)，出水濁度穩(wěn)定，平均值僅為0.033NTU，去除率高達(dá)80%。另一方面，在改變?yōu)V池型式或增設(shè)初濾水排放管道有限制的情況下，提出的反沖洗優(yōu)化控制方式，即在反沖洗結(jié)束時(shí)，使BAC濾池靜置30-60min，待成流化狀態(tài)的活性炭濾料下沉并壓實(shí)穩(wěn)定后再開始過濾，解決了最易被忽略的初濾水問題，為確保反沖洗后BAC濾池出水達(dá)標(biāo)提供了技術(shù)保障。<

7、br>　　計(jì)算機(jī)仿真模擬技術(shù)是近年來隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，它以計(jì)算流體力學(xué)CFD（Computational Fluid Dynamics）為理論基礎(chǔ)，應(yīng)用相關(guān)軟件進(jìn)行流體設(shè)備的設(shè)計(jì)和流體動(dòng)力學(xué)的分析。通過CFD技術(shù)，不需要假設(shè)串聯(lián)池的數(shù)量或進(jìn)行花費(fèi)昂貴的示蹤研究，就能模擬、分析并優(yōu)化各種水處理單元設(shè)備的運(yùn)行效能。本研究利用CFD技術(shù)，模擬了深度處理工藝中臭氧接觸池內(nèi)的流場(chǎng)情況，形象、直觀地評(píng)價(jià)了現(xiàn)有接觸池的水力效

8、率，由于池內(nèi)廊道的高寬比過小，造成較嚴(yán)重的短流和返混現(xiàn)象，T10/T僅為0.4。為此提出了在反應(yīng)室入口處設(shè)置導(dǎo)流板的方案，強(qiáng)制改變部分流體的流向，使流體流入反應(yīng)室后能夠比較均勻地分布在整個(gè)反應(yīng)室內(nèi)。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，顯著提高了接觸池的水力效率，T10/T在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上提高了73%，達(dá)到0.6，并且基本上消除了流場(chǎng)內(nèi)流體在接觸池底部形成的短流現(xiàn)象，從而達(dá)到了提高臭氧傳質(zhì)和氧化效率的目標(biāo)，并為臭氧化工藝以及其他水處理工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)和高效運(yùn)行提供

9、了理論支持。
　　“南方地區(qū)安全飲用水保障技術(shù)”工程規(guī)模示范研究是各主要單項(xiàng)成果在前期小試、中試基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際工程進(jìn)行的工程化規(guī)模效果驗(yàn)證與運(yùn)行優(yōu)化研究。梅林水廠深度處理工程是示范工程的重要組成部分，因此對(duì)其進(jìn)行了全面、系統(tǒng)的運(yùn)行效能評(píng)價(jià)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，包括強(qiáng)化深度處理效果、優(yōu)化臭氧投加量、分析臭氧接觸池水力效率、評(píng)價(jià)活性炭吸附性能等，分析并解決了運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，從而確保工程實(shí)現(xiàn)優(yōu)化運(yùn)行，并為其它水廠的深度處理工程建設(shè)和運(yùn)行提