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)面臨著突出的水質問題，一方面水源普遍受到污染，另一方面水質標準不斷提高，飲用水的水質問題已成為制約經(jīng)濟進一步發(fā)展和影響社會穩(wěn)定的一個重要因素。飲用水深度凈化是保障供水安全的有效途徑，其中臭氧-生物活性炭技術是集活性炭物理化學吸附、臭氧化學氧化、生物氧化降解及臭氧滅菌消毒于一體，以除污染的獨特高效性而成為當今世界各國飲用水深度處理技術的主流工藝，在歐美等國家已迅速從理論研究走向實際應用，在我國也正逐漸引起越來越多的重視。

2、>　　作為國家“863”計劃南方地區(qū)安全飲用水保障技術專項的子課題，主要是針對我國南方地區(qū)低濁、高藻、微污染水庫水源水的特點，以深圳水務集團的中試基地及凈水廠為主要試驗平臺，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氧化劑在預氧化處理過程中，都有各自的優(yōu)勢和弊端，為了能進一步發(fā)揮化學氧化的優(yōu)勢，同時克服單種氧化劑應用時的局限性，在臭氧預氧化研究的基礎上探討了臭氧/高錳酸鉀復合預氧化

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

4、物質的去除；而且還能同時發(fā)揮臭氧殺藻的高效性與高錳酸鉀的助凝效果，當臭氧投加量在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，助凝、除藻效果尤為明顯。此外，水溫、混凝水力條件、pH值、TOC值、硬度等水質參數(shù)都會對復合預氧化的助凝效果產(chǎn)生一定的影響，其中水溫是設計預氧化方式的重要因素。
　　凈水工藝中，對于出廠水濁度的控制是保證水質的重要措施。因此深水集團提出了“

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。生物活性炭（BAC）濾池作為除消毒工藝之外的最后一級屏障，嚴格控制其出水水質顯得尤為重要。課題從BAC濾池運行周期出發(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。一方面提出了BAC濾池強化過濾技術，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)。當聚合氯化鋁（PAC）投加量為0.05mg/L，進水波動范圍為0.11-0.24 NTU時，出水濁度穩(wěn)定，平均值僅為0.033NTU，去除率高達80%。另一方面，在改變?yōu)V池型式或增設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，即在反沖洗結束時，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濾池出水達標提供了技術保障。<

7、br>　　計算機仿真模擬技術是近年來隨著計算機技術飛速發(fā)展而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)處理技術，它以計算流體力學CFD（Computational Fluid Dynamics）為理論基礎，應用相關軟件進行流體設備的設計和流體動力學的分析。通過CFD技術，不需要假設串聯(lián)池的數(shù)量或進行花費昂貴的示蹤研究，就能模擬、分析并優(yōu)化各種水處理單元設備的運行效能。本研究利用CFD技術，模擬了深度處理工藝中臭氧接觸池內(nèi)的流場情況，形象、直觀地評價了現(xiàn)有接觸池的水力效

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

9、了理論支持。
　　“南方地區(qū)安全飲用水保障技術”工程規(guī)模示范研究是各主要單項成果在前期小試、中試基礎上，結合實際工程進行的工程化規(guī)模效果驗證與運行優(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，因此對其進行了全面、系統(tǒng)的運行效能評價和技術經(jīng)濟分析，包括強化深度處理效果、優(yōu)化臭氧投加量、分析臭氧接觸池水力效率、評價活性炭吸附性能等，分析并解決了運行中出現(xiàn)的問題，從而確保工程實現(xiàn)優(yōu)化運行，并為其它水廠的深度處理工程建設和運行提