臭氧活性炭深度處理工藝應用研究

劉 立

(深圳市深水龍華水務有限公司，廣東 深圳 518110)

1 引言

近年來，伴隨人們對飲用水水質要求的提高，以及檢測技術的發展，越來越多的給水廠開始運用深度處理工藝制備更優質的飲用水。飲用水制備工藝可分三代，第一代工藝又稱常規處理工藝，即混凝+沉淀+過濾+消毒工藝；第二代工藝是在第一代工藝基礎上增加臭氧+活性炭深度處理工藝；第三代工藝是在第一、第二代工藝的基礎上發展的，以超濾為核心技術[1,2]。并非所有的給水廠都要采用第二或第三代工藝，主要與原水水質有關系，很多水廠采用經典的第一代工藝就可保證出水水質。當前，國內給水廠為了給用戶供應更健康優質的飲用水，運用高效的第二代臭氧活性炭的深度處理工藝較廣泛，如北京市田村山水廠、廣州市南洲水廠、深圳市梅林水廠、深圳市筆架山水廠、上海市楊樹浦水廠等。這主要是基于第二代工藝技術成熟、原水水質、出水水質標準、運維管理、建設投資和制水成本綜合考慮[3～5]。

深圳市深水龍華水務有限公司水廠的原水水質符合Ⅱ類地表水標準，水質相對較好且穩定，但是在極端情況和夏季暴雨季節，會出現藻類爆發，鐵、錳、總氮、氨氮等指標超標，色度異常和嗅味異常等。盡管該水廠的常規處理工藝能夠保證出水水質100%合格，但是為了杜絕水質安全風險和給用戶提供更好的用水體驗，公司計劃2025年前完成所有給水廠深度處理工藝的建設。專家通過分析原水水質情況，評估采用臭氧活性炭深度處理工藝能夠提高水質，能夠應對水質突變的風險，該工藝在給水廠運用合理可行。目前公司在建和待建項目采用的均是臭氧活性炭深度處理工藝。

2 臭氧活性炭深度處理工藝的運用優勢

原水中主要存在有機物、懸浮物質、膠體、嗅味物質、藻類、病原性微生物、氨氮、金屬離子等，一般常規工藝處理就可基本保證出水水質達標，那么增加臭氧活性炭深度處理工藝，必然使它們的含量進一步削減甚至降為零，最終能夠提高出水的口感、觀感、嗅味。

臭氧活性炭深度處理工藝是一種將強氧化劑臭氧的化學氧化和殺菌作用，以及活性炭的物理化學吸附和活性炭上微生物的生物降解作用結合的協同凈水方式[6,7]。臭氧不僅可以殺滅有毒有害的微生物，還可將水中難溶難降解的大分子有機物氧化為易溶易降解的小分子有機物，有利于活性炭的吸附和其上微生物的降解，臭氧分解有利于水中的溶解氧濃度增高，這能夠促進炭池內好氧微生物的生存繁殖，進一步促進生物降解的進行，以保證出水的水質[8～10]。

3 臭氧活性炭深度處理前置和后置工藝的選擇

根據其與砂濾池的關系，該工藝可分為前置和后置工藝。紅木山水廠二期工程選擇的是前置工藝，即活性炭濾池設置在砂濾池之前，前置工藝中煤質壓塊破碎活性炭處于懸浮狀態，水流方向是上向流，反沖方式為單氣反沖。計劃建設的觀瀾茜坑水廠深度處理工程采用的則是后置工藝，即活性炭濾池設置在砂濾池之后，采用煤質柱狀活性炭，炭層下部增加厚0.5 m左右的石英砂細砂層作為水質微生物安全屏障，水流方向是下向流，反沖方式為單獨氣沖和單獨水沖。前置或后置工藝的選擇，主要考慮給水廠原有位置，原有構筑物和工藝管道現狀情況，以及建設場地。觀瀾茜坑水廠二期工程比一期工程高了8 m左右，且二期所在地塊無可用空間，這樣深度處理工藝只能建在比二期地塊低8 m左右的一期旁的新增地塊處，為了保證運行管理的一致性，觀瀾茜坑水廠深度處理工程采用了后置工藝。

那么其他給水廠要提高抵抗原水水質波動與原水突變應急處理能力，可以根據原水水質和建設條件研究是否選擇臭氧活性炭前置工藝或者后置工藝。

4 臭氧活性炭深度處理工藝的建設建議

進行臭氧活性炭深度處理工藝技術革新的改擴建給水廠建設過程中，總會遇到建設場地受限，投資控制和近遠期結合建設的平衡，土建施工預埋、預留和設備安裝需求不一致，臭氧接觸池漏氣等問題，針對這些問題，給出以下建議可供參考。同時為了進一步提高選擇臭氧活性炭深度處理工藝的水司的建設水平，還建議運用發展潛力巨大的BIM技術。

4.1 建設場地

隨著城市的發展和城市人口的增多，城市需水量也在大幅提高，一般水廠建設是擴建常規處理工藝的同時增加深度處理工藝，那么對于建設場地緊張的水廠，可以采用疊建的方式，如紅木山水廠二期工程的清水池就是下疊在反應沉淀池下面；或者考慮拆除舊的建構筑物(綜合樓、宿舍、球場、輔助構筑物等)，重新歸并整合水廠的建構筑物可以騰出更多建設空間，如紅木山水廠二期工程為了建設液氧站，拆除了原有的籃球場；有時甚至要先建后拆，再建再拆，這樣來實現最終的改擴建，以達到供水量提升和出水水質提高的目標。

4.2 近遠期結合建設

為了節約投資和遠期建設考慮，遠期的部分建構筑也可以同期設計施工，如紅木山水廠二期工程的格柵及預臭氧接觸池、上疊在后臭氧接觸池上的臭氧發生器間、排泥池的土建部分的直接按照遠期一次性設計施工到位，觀瀾茜坑水廠深度處理工程設計預留了遠期土建紫外消毒間的位置，另一個給水廠擴建可能將遠期的清水池一并設計和施工。

4.3 設備廠家二次深化設計

鑒于一般情況施工圖設計先于設備招標，所以設備廠家應該先復核有關施工圖，必要時設備廠家需進行二次深化設計以變更現場施工。紅木山水廠二期工程的設備供應商關于土建部分的預留基礎、管線預留洞口等基本都進行了二次深化設計，這也減少了后期設備安裝過程的敲打剔鑿，一定程度上保證了工程的質量。

4.4 臭氧接觸池做到全封閉

臭氧接觸池設計的時候采用的池型一般為密閉式，施工過程中澆筑質量的把控很關鍵，池體千萬不能形成稍大的施工裂縫，否則后續注漿處理也難以防漏。混凝土工程施工過程中振搗必須到位，養護要及時，拆模時間一定不能太早，嚴格監督施工方按照規范要求施工能減少裂縫的出現。其次考慮到檢修，會預留一些入孔，為保證安全運行，入孔處不能漏氣且選擇的密封性好的墊圈需能抗臭氧。池體內壁涂刷多層達到涉水衛生標準的抗臭氧防腐涂料一定要嚴格驗收，因為防腐涂料不僅能夠防漏，而且還能保證池體結構安全和池體使用壽命。

4.5 運用BIM技術

項目實施過程中建議運用BIM技術，紅木山水廠二期工程BIM技術應用情況較好，碰撞檢查過程中發現問題62項，優化設計17項，初步估計節約建設成本150萬元、工期15 d。運用BIM技術還可對施工方案、施工工序、復雜建構筑物等進行模擬以輔助現場的技術交底和安全交底。對于場地受限的項目，運用BIM技術還可以通過交通組織仿真優化現場的主要交通流線。其次BIM平臺的運用還有利于提高現場變更和設計聯系單的處理效率，有利于造價核量和財務控制付款金額。

總之，建設過程中一定要因廠施策，因為給水廠的建設基本前提一般都是保障現有工藝的安全穩定制水，同時進行增加對外供水產量的常規工藝和提高出水水質的深度處理工藝的建設。