美国某给水厂处理工艺及净水效果_姚宏
第7卷第2期
环境工程学报
Vol．7，No．2Feb．2013
2013年2月
美国某给水厂处理工艺及净水效果
姚
宏
1，2
张士超
1
周小轮
3
王春荣
2，3
（1．北京交通大学土木建筑工程学院，北京100044；2．美国佐治亚理工学院，亚特兰大30332；
3．中国矿业大学化学与环境工程学院，北京100083）
摘要介绍了美国某给水厂的臭氧-生物活性炭深度处理工艺、主要构筑物、设计参数和运行效果。实验结果表明：
BOD5、COD、UV254和浊度平均值分别为18．25mg/L、5mg/L、7．34mg/L、0．08和17．38NTU，原水中TSS、经过系统处理后的
2mg/L、0mg/L、0．01和0．86NTU，60%、100%、88%和81%。出水指标分别为1．33mg/L、相应的平均去除率分别为88%、
《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）使用要求，净水效果明显，五项常规指标均满足我国这种深度处理技术及设计思路
值得国内给水处理行业参考借鉴。
关键词
工艺流程
设计参数
去除率
A
9108（2013）02-0422-05文章编号1673-中图分类号
X703．1
文献标识码
Processdesignandwaterpurificationefficiencyofonewater
treatmentplantinAmerica
2
YaoHong1，
ZhangShichao1ZhouXiaolun33
WangChunrong2，
（1．SchoolofCivilEngineeringandArchitecture，BeijingJiaotongUniversity，Beijing100044，China；2．GeorgiaInstituteofTechnology，Atlanta30332，USA；3．SchoolofChemicalandEnvironmental
Engineering，ChinaUniversityofMiningandTechnology，Beijing100083，China）
AbstractThispaperintroducedtheozone-biologicalactivatedcarbonprocess，mainstructures，designpa-rametersandoperatingeffectofawatersupplyplantinUnitedStates．Theresultsshowthat：TSS，BOD5，COD，
UV254andturbidityoftherawwastewaterwere18．25mg/L，5mg/L，7．34mg/L，0．08and17．38NTU，re-spectively，thequotaofthetreatedwaterwere1．33mg/L，2mg/L，0mg/L，0．01and0．86NTU．Theirremov-alratesofthetotalprocesswere88%，60%，100%，88%，81%，respectively．Theapplicationofthisprocessinwaterpurificationhadgoodeffect，andtheseconventionalindexesmettherequirementofourcountry’sLifeSan-itaryStandardForDrinkingWater（GB5749-2006），sotheadvancedtreatmenttechnologiesanddesignideasareworthourlearningandreference．
Keywordstechnologicalprocess；designparameters；removalrate
臭氧-生物活性炭（O3/BAC）饮用水深度处理技术是集臭氧氧化、活性炭吸附和生物降解于一体以去除污染物的主流工艺得到实际的应用
［3］
［1，2］
O3/BAC技术在美国应用较成洛杉矶等大水厂，
。本文重点介绍采用臭氧活性炭深度处理工艺
的美国某给水厂的单元设计以及处理效果，并对测定熟
结果进行了讨论，为国内给水厂的设计提供借鉴。
［12］
。该技术于1886年开
始应用，但由于昂贵的设备和运营成本，当时并没有
。现在世界各地已有上千家水
［4］
［5］
，德国慕尼黑多奈水厂和
处理厂使用臭氧活性炭处理工艺，如美国加州戈利塔水厂和地公园水厂日本的北谷净水厂
［6］
1给水厂工程概况及净水工艺流程
美国某给水厂始建于2007年7月份，设计总规
。目前，我国只有少数水厂采
基金项目：国家自然科学基金资助项目（51078023）；北京市自然科
学基金资助项目（8122033）；内蒙古科技厅引导金项目（2010）
收稿日期：2012－05－06；修订日期：2012－07－29
作者简介：姚宏（1975～），女，副教授，主要从事污泥资源化及抗生
mail：yaohongts@163．com素废水处理技术研究。E-
用，但也在逐步推广应用，如周家渡水厂、南洲水厂、温州南麂水厂、桐乡市果园桥水厂和中石化金陵分公司自备水厂等
［7-11］
。
美国于1976年年开始研究O3/BAC技术，至1990年有40多家水厂应用此工艺，其中包括纽约、
第2期姚宏等：美国某给水厂处理工艺及净水效果
423
3
模为570000m/d，为城市提供饮用水。水源为美
根据该河的原水水质特点，在中试的基础国某河水，上，给水厂的深度处理设计采用O3/BAC工艺，其净
水工艺流程如图1所示
。
图1
Fig．1
臭氧工艺流程
Flowchartofozonetreatmentprocess
2
m3/h。10座沉淀池同时运行时，其最大流量为
3
水厂共设有3座储水池，每座储水池都设有自0．091m/h。同时，沉淀池配置有2套功率为己的泵站和一道机械格栅。取水泵由3台立式潜水0．37kW链式刮板吸泥机。每台刮泥机上有18块
3
泵组成，功率为332kW，负荷量最大为21．9m/s。刮泥板，刮泥板的尺寸（L×D）为76．20mm
混合反应池
2．3
臭氧系统
快速混合反应池设计成网格式反应池，共有6格。进出水水量由文氏管流量计量检测，量程为
本工艺中使用了预臭氧处理系统和后臭氧处理
系统，预臭氧处理系统主要用于去除水的臭和味、色度、铁、锰以及重金属和藻类，改善絮凝效果，后臭氧处理中，其作用可用于杀死细菌和病毒，氧化有机
工程设计
0．88m3/s，Q最小=0．22m3/s，其平均流量为0．041
2．1
0．44～1．75m3/s，节流孔径比β取0．6125。每格反
应池进行2段反应：第1阶段，配备功率为3．2kW
［13，14］
的感应式混合器进行快速混合，混合时间小于2s，物，。本工艺臭氧系统各阶以及去除COD等
－1
6个反应池同时运行时，段臭氧投加量参数值见表1。搅拌速度梯度为1000s，
平均水力停留时间为20s，网格反应池的尺寸（L×
D×H）为2．44m×2．44m×2．44m；第2阶段，使用功率为20．05kW的垂直涡轮搅拌机搅拌进行搅
T搅拌=5s，G=400～900s－1，6个反应池同时运拌，
T停留=17s，行时，网格反应池的尺寸（L×D×H）为2．44m×2．23m×2．44m。2个阶段所使用的药剂为明矾和阳离子聚合物。2．2絮凝沉淀池
絮凝池与沉淀池合建，共有12座。絮凝反应池
B、C、D4段，设有12座，每池设有A、每阶段配置一
参数最大值最小值平均值
表1Table1
预臭氧投
加量（mg/L）
10．50．5
臭氧投加量参数值Ozonedosingparameters
后臭氧投加量（mg/L）
312
总臭氧投加量（mg/L）
41．52．5
液氧量（m3/d）21．23．29．3
设有2座臭氧氧化池，单池的尺寸（L×D×H）为6．71m×4．57m×6．10m，其流量平均值为2．30m3/s，2座池子同时运行时，水力停留时间为4．2min，臭氧的转移效率为94%，臭氧的质量范围为
台垂直涡轮搅拌机，总计48台。AB段的搅拌机功
G=46～94s－1，率为3．68kW，叶轮直径为271cm。6%～12%。臭氧发生器的气源为液态氧，每天需要
－1
CD段的搅拌机功率为2．21kW，G=27～53s，叶的液氧量平均为386．38L/d，产臭氧量为871．18轮直径为70．65cm。反应池每段的尺寸为5．79mkg/d。发生设备采用中频、水平管式的发生器，共有
3×6．55m×7．32m，每个池容积为1110m。12池3台，总发生量为113．40kg/h。同时运行时的总停留时间为45min。接触反应是臭氧处理系统中生产运行的核心，
沉淀池共有12座，每座池内设有15块斜板，单它的作用是将臭氧发生器产生的臭氧气体迅速有效池尺寸为：13m×28m×7m。12池同时运行时的地扩散到被处理水中，并稳定可靠地完成反应。预
Q平均=0．38m3/s，Q最大=水力停留时间为110min，
臭氧接触反应系统采用文丘里射流曝气的形式，单
424
环境工程学报第7卷
池设有水射器8个，臭氧扩散采用微孔曝气的形式，设有回流井2座，每座的尺寸（宽×长×高）为
3
单池的扩散器为88个。设计2间臭氧制备室，每室14m×18m×4m，井容积120m。每个澄清池设设2座扩散池1号和2号：1号扩散池长和宽为6．71m×3．25m，7个脱水池内设有105个扩散器，曝气器；2号扩散池的尺寸为22m×5．33m，扩散器45个，脱水曝气器3个。2．4
双层滤料滤池
全厂总共设计12座滤池，使用颗粒活性炭（GAC）-砂砾石双层滤料滤池。活性炭吸附是去除水中的臭味、天然和合成溶解性有机物及微污染物
［15］
质的有效措施，有机物经臭氧氧化后被活性炭吸
传送带功率为0．368kW，用于排有2块污泥条板，
走池底污泥，条板尺寸宽×高为7．62cm×20．32cm，传送速度是0．01m/s。
3水样采集及测定项目
为进一步确认深度处理各处理工艺的处理效果
在现场进行了采样测定。采集水样位置及其特点，
为：原水（S1）、混合池出水（S2）、沉淀水出水（S3）、
后臭氧处理水出水（S4）、澄清池出水（S5）共5处，
附，并利用活性炭表面生长微生物的生物降解作用，取样点所在位置如图1中所示，每次取水样混合后
［16］
完成对水中有机物质的去除。作为当天测定样分析，且实验于不同的时间进行取
滤池的宽和长为5．40m×9．18m，最大滤速为样测定分析，具体结果如图2～图6和表2所示。
测0．34cm/s，常规滤速范围为0．20～0．272cm/s，最滤池常规运行时间24h，最大允大运行时间100h，
许的水头损失1．83m。承托层砾石在排水取上的其厚度为0．36m。滤料层石英砂的厚度为0．36m，
实际的粒径为0．53mm，活性炭的厚度为1．57m，有效粒径为1．3～1．5mm。滤池反冲洗时，空气流
32
量设计为0．76m·min/m，冲洗时间为1～5min，
32最大的水冲速度为0．81m·min/m，冲洗时间为
32
15min，表面扫洗的水流速度为0．205m·min/m，
冲洗时间为30min。
2座回流井每个池子的同时设有2座回流池，
有效水深为3．76尺寸长×宽为42．8m×13．4mm，
m。每个井的尺寸长×宽为17．67m×13．61m，有效水深为3．76m。回流池中选用4台功率为110．4
kW水平式离心泵。回流泵站采用2座桥架，额定载重量为5t，跨度8．53m，升程7．01m。采用的起重机最大速度范围0．03～0．10m/s，功率为7．36kW。电车最大速度范围0．13～0．41m/s，最小功率0．55kW。吊桥最大速度0．64m/s，最小功率0．37kW。设计2座反冲洗出水井，井宽8m，井长18m，
3
有效水深9m，井总容积893．8m。每座井的有4个回流槽，槽的尺寸长×宽×高为3．05m×0．91m×1．22m。2．5
澄清池
澄清池2座，每池设成2格，每格15块沉降板，网格尺寸（宽×长×高）为13m×28m×7m，有效
2沉降总面积2900m，水力停留时间126min，平均
33
流量0．34m/s，平均沉降速度为0．07m/min。澄
清池选用4台功率为55．2kW的立式涡轮泵。
第2期姚宏等：美国某给水厂处理工艺及净水效果
425
UV254、TSS（总悬浮固体）、BOD5（5定项目为：浊度、
COD（化学需氧量）。日生化耗氧量）、
4标准比较及建议
综上所述该给水处理厂出水水质达标，美国国
家二级饮用水水质标准规定：水的浊度不大于5NTU；对有滤池的系统，95%的任何连续2个月中，
每日所取水样浊度不能大于1NTU（直接过滤不能
［17］
。参考我国《生活饮用水卫生标大于0．5NTU）
2006），浊度、COD、BOD5分别为准》（GB5749-
1NTU、3mg/L、5mg/L，从测定结果可知，美国该给水厂出水水质达到并优于我国的饮用水水质标准。美国饮水水质标准分为国家两级饮用水规程一级饮
用水规程，是法定强制性的标准，它适用于公用给水系统；二级饮用水规程，为非强制性准则，用于控制水中对美容（如皮肤、牙齿变色），或对感官（如嗅、味、色度）有影响的污染物浓度。美国国家环保局（EPA）给水系统推荐二级标准但没有规定必须遵守，然而各州可选择性采纳为强制性标准。我国
《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006），统一执行
国家有关部门可以针对不同规模、不同类型的给水
处理厂因地制宜地给予不同的经济、技术、政策支
持，以利于我国给水处理行业的发展。
结果表明，该污水处理厂的进出水水质稳定，水
BOD55结论处理取得了良好的效果。在该水处理厂中，
和COD都可以100%地去除，且受季节的变化影响
（1）美国某给水厂的BOD5和COD可以达到
不大。通过絮凝沉淀和臭氧处理单元的联合作用对
TSS、且基本不受季节影响。浊度、UV254、悬浮颗粒、浊度的去除效果明显，去除率在100%的去除率，
60%以上。悬浮颗粒和浊度的去除效率受季节变化UV254主要是通过絮凝沉淀和臭氧处理单元的联合有一定的影响，在春、秋两季的去除效果比冬、夏两季高，主要是由于混凝剂投加量量以及原水浊度所影响的。在臭氧处理系统和双层滤料滤池这两个处理单元去除浊度的效率较低，是因为臭氧能将溶解性铁和锰氧化为不溶解性氧化物，而活性炭也会使浊度增大。
作用去除，去除率在60%～80%之间。整个工艺的总流程的各项水质指标的平均处理效率分别为：
［18］
TSS为88%，BOD5为60%，COD几乎为100%，
UV254为88%，浊度为81%。出水水质已达到美国饮用水水质二级标准，并且优于我国现行的《生活
（GB5749-2006）。饮用水卫生标准》
（2）美国给水厂臭氧氧化+双层滤料滤池的深
表2各单元的水质指标
Table2Waterqualityofdifferentunits
TSS
项目S1-S2S2-S3S3-S4S4-S5总去除率（%）
（mg/L）进水18．254．632．52．13
88
出水4．632．52．131．33
BOD5
（mg/L）进水出水52．52．52
100
2．52．52未检出
进水7．3465．335
100COD（mg/L）
出水65．335未检出
进水0．080．050．010．01
88UV254
出水0．050．010．010．01
进水17．386．882．272．02
81浊度（NTU）
出水6．882．272．020．86
426
环境工程学报第7卷
8］黄长均．南洲水厂臭氧处理系统设计．中国给水排水，度处理工艺应用比较成熟，在国外已得到广泛运用，［
2005，21（8）：54-57国内目前应用此技术案例也越来越多。
（3）美国给水厂的预臭氧氧化工艺替代了常规
预氯化，减少了有机卤化物等副产物的产量。原水
ChangjunHuang．DesignforozonetreatmentsystemofNanzhouwatertreatmentplant．ChinaWater＆Wastewater，2005，21（8）：54-57（inChinese）
中所含的高分子腐殖酸和富里酸不易被活性炭吸
［9］王宗平，邵玉梅，李东生，等．温州南麂水厂工艺设计．
附，但经臭氧氧化分解后，变成一些易被活性炭吸附的小分子物质，由此提高了活性炭对水中污染物的去除效果，值得国内借鉴。参考文献
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