9 水处理
9.1 一般规定
9.2 预处理
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9.3 混凝剂和助凝剂的投配
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9.4 混凝、沉淀和澄清
9.5 过滤
9.6 地下水除铁和除锰
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9.7 除氟
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9.8 除砷
9.9 消毒
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为避免或控制氯消毒副产物的生成,也可采用二氧化氯消毒、氯胺消毒和臭氧消毒等其他化学消毒工艺,但采用二氧化氯或臭氧消毒时仍需控制亚氯酸盐、氯酸盐和溴酸盐等其他消毒副产物的生成。
随着近年来各地对易爆危险化学品运输和储存管控力度的日益强化,许多大中城市对液氯、液氨的运输和储存在运输时间、线路和储存条件上有了很多限制,对使用液氯、液氨的水厂生产管理和安全运行带来了诸多困难,而采用次氯酸钠和硫酸铵替代液氯和液氨可减少水厂生产管理和安全运行的难度。虽然次氯酸钠和硫酸铵的成本稍高于液氯和液氨,但生产安全风险可大为降低。近年来,日本几乎所有自来水厂都在使用市场出售的次氯酸钠。因此该方法已被不少大中城市的供水企业所采纳,如北京、上海、深圳等地均已逐步实施次氯酸钠替代液氯改造,上海还实施了硫酸铵替代液氨改造。
由于现行国家标准《生活饮用水卫生标准》GB 5749将水中消毒余量作为水质指标做了明确的限值规定,因此当以紫外线消毒为主消毒工艺时,其后仍需进行适量的化学消毒,以满足出水的消毒剂余量指标要求。
9.9.2 化学消毒工艺位置的设置首先应以满足消毒为主要目标,其次应兼顾对消毒副产物的控制,当水源水质优良且稳定时,通常仅在滤后设置消毒工艺即可,而水源水质较差且不稳定时,采用多点投加消毒剂既可保障消毒效果,又可有效控制消毒副产物的生成。
由于水中悬浮物和浊度会影响紫外线在水中的穿透率从而影响紫外线消毒效果,因此紫外线消毒工艺的位置宜设在滤后。
9.9.3 消毒设计剂量包括化学消毒设计投加量和紫外消毒设计照射剂量;对于水质较好水源的净水厂可按相似条件下的运行经验确定;对多水源和原水水质较差的净水厂,原水水质变化使化学消毒剂投加点目的不同而使投加量相差悬殊,因此有必要按出厂水与投加消毒剂相关的水质控制指标,通过试验确定各投加点的最大消毒剂投加量作为设计投加量。
9.9.4 化学法消毒工艺的一条实用设计准则为接触时间T(min)×接触时间结束时消毒剂残留浓度C(mg/L),被称为CT值。消毒接触一般采用接触池或利用清水池。由于其水流不能达到理想推流,所以部分消毒剂在水池内的停留时间低于水力停留时间t,故接触时间T需采用保证90%的消毒剂能达到的停留时间t,即T10进行计算。T10为水池出流10%消毒剂的停留时间。T10/t值与消毒剂混合接触效率有关,值越大,接触效率越高。影响清水池T10/t的主要因素有清水池水流廊道长宽比、水流弯道数目和形式、池型以及进、出口布置等。一般清水池的T10/t值多低于0.5,因此应采取措施提高接触池或清水池的T10/t值,保证必要的接触时间。
对于一定温度和pH值的待消毒处理水,不同消毒剂对粪便大肠菌、病毒、兰氏贾第鞭毛虫、隐孢子虫灭活的CT值也不同。
摘自美国地表水处理规则(SWTR),达到1-log灭活(90%灭活率)蓝氏贾第鞭毛虫和在pH值6~9时达到2-log、3-log灭活(99%、99.9%灭活率)肠内病毒的CT值,参见表11、表12。
由于水厂清水池的主要功能是平衡水厂制水与供水的流量,利用清水池消毒存在着因其清水池水位经常变化而影响消毒效果的可能,同时参照国际上发达国家较为普遍地采用设置专用消毒接触池的做法,提出了有条件时宜设置消毒接触池的规定。
紫外线水消毒设备是通过紫外灯管照射水体而进行消毒的设备,由紫外灯、石英套管、镇流器、紫外线强度传感器和清洗系统等组成。当设计水量和紫外剂量确定后,只有在所选设备满足设计水量和紫外剂量要求后才能达到既定的消毒效果。
9.9.5 水厂运行过程中水量变化不可避免,同时还会伴有一定程度的水质变化。当消毒设备不能针对这些变化做相应的消毒剂量的精确调整,将出现过度消毒或消毒不充分现象。过度消毒不仅造成浪费,而且可能引起水质(感官和消毒副产物)问题;消毒不充分则可导致水的卫生指标不合格。
由于消毒工艺是水厂水处理流程中最重要和最后一道工序,且必须随水厂的生产连续工作,因此应有备用能力。
9.9.6 由于用于消毒的化学药剂具有较强的氧化性或一定的酸碱性,不仅会产生氧化腐蚀和酸碱腐蚀,而且一旦泄漏会产生导致人员伤亡和破坏周边环境的严重次生灾害,因此要求消毒系统设备与器材应具有良好的密封性和耐腐蚀性。同时,考虑到消毒系统设备与器材在运行、维护和更换过程中可能出现微量化学物的外漏,对其所处环境的部分建筑结构可能造成腐蚀破坏,故应对所有可能接触到化学物的建筑结构、构件和墙地面做防腐处理。
9.9.8 氯胺又称化合性有效氯(CAC),主要是利用一氯胺的消毒作用。由于在处理水中同时投加氯气和氨气后,水中首先形成一氯胺,随着氯和氨投加比例的不断增加逐步形成二氯胺、三氯化氮,最后过折点而形成自由氯。因此应合理控制氯和氨投加比例才能实现真正意义的氯胺消毒。
虽然形成一氯胺的理论比例在3:1~5:1,但考虑到水中还存在一定的耗氯还原物质,故规定比例可为3:1~6:1。
9.9.9 按现行国家标准《生活饮用水卫生标准》GB 5749的要求,与水接触30min后,出厂水游离余氯应大于0.3mg/L(即氯消毒CT值≥9mg·min/L),或与水接触120min后,出厂水总余氯大于0.6mg/L(即氯胺消毒CT值≥72mg·min/L)。
对于无大肠杆菌和大肠埃希菌的地下水,可利用配水管网进行消毒接触。对污染严重的地表水,应使用较高的CT值。
世界卫生组织(WHO)认为由原水得到无病毒出水,需满足下列氯消毒条件:出水浊度≤1.0NTU,pH值<8,接触时间30min,游离余氯>0.5mg/L。
9.9.10 与传统的压力加氯系统相比,全自动真空加氯系统具有安全性和投加精度更高的特点,因此目前国内大多数水厂液氯消毒及加压站补氯均采用了全自动真空加氯系统。
本条中关于全自动真空加氯系统的基本组成是基于目前国内实际应用的状况及产品供应商的技术性能所提出。
对氯库内工作和在线待命氯瓶连接数量做一定的限制,是从减少液氯可能的泄漏环节和大多数产品供应商的安全配置要求所提出。氯瓶歧管切换装置及真空调节器设置在氯库内是出于将正压部分的氯源集中设置的安全考虑。
当室内环境温度低于5℃时,通常单个吨级氯瓶靠环境温度气化的出氯量不大于10kg/h,故规定加氯量大于40kg/h时应设置液氯蒸发器或其他符合安全要求的增加气化量的措施(如水温不高于40℃水淋水气化)。设置液氯蒸发器时应采用液相氯瓶歧管连接氯瓶是满足液氯蒸发器气化进氯的要求。液氯蒸发器和真空调节器设置在专用蒸发器间内,是出于蒸发器因维护不当可能存在泄漏的安全隐患和将正压部分的氯源集中设置的安全考虑。
全自动真空加氯系统中的加氯机到投加点之间的输气采用管道负压输送,管道负压是依靠投加点处的水射器形成。由于水射器形成管道负压的能力有限,故输气管道的长度不能过长,否则又可能造成加注量不够问题。本条规定的200m限值是基于大多数产品供应商技术要求所提。水射器动力水由专用泵提供是为了满足稳定安全加氯的需要。
加氯机与加注点一对一配置有利于精确稳定控制投加量;一对多配置时,对加注点的数量、每个加注点的投加量和水射器后至各投加点的管路布置做出规定也是满足精确稳定控制投加量的
需要。
加氯机及其管道设置备用是为保证不间断加氯。加氯机可显示瞬时投加量便于生产的科学管理。
9.9.12 虽然与加氯相比水厂加氨量较小,但由于氨气泄漏也会导致伤及人员的次生灾害,故有条件时,尤其是大中型水厂宜采用安全性和投加精度更高的全自动真空加氨系统。除了因加注量较小通常不需要设蒸发器外,全自动真空加氨系统的基本组成、布置要求与全自动真空加氯系统基本相同。
当水厂处理水硬度超过50mg/L,通常会在投加点产生结垢堵塞而影响正常投加,故应采取防止和消除投加点的结垢措施。对于真空加氨系统,通常可采用软化水射器动力水或在加氨点设置可定时临时加氯的方法;对于压力加氨系统,则可采用在加氨点设置可定时临时加氯的方法。
9.9.13 现行国家标准《工业企业设计卫生标准》GBZ 1规定,产生并散发化学和生物等有害物质的车间,宜位于相邻车间当地全年最小频率风向的上风向。英国《供水》(water supply)(第六版)中规定,加氯间及氯库应与其他建筑的任何通风口相距不少于25m,贮存氯罐(cylinder)、气态氯瓶和液态氯瓶的氯库应与其他建筑边界相距分别不少于20m、40m、60m。
9.9.14 本条为强制性条文,必须严格执行。根据现行国家标准《氯气安全规程》GB 11984的有关规定和氨气安全操作有关规程所提出。本条所指的所有连接在加氯岐管上氯瓶包括在线工作和待命氯瓶。
9.9.15 本条为强制性条文,必须严格执行。基于现行国家标准《氯气安全规程》GB 11984的有关规定,增加了氯库室内环境温度控制的要求。为了避免氯瓶受热至40℃以上,氯库设温控以及通风、空调等,使室内温度低于40℃。取暖采用无明火方式,控制室内温度低于40℃,散热器应远离氯(氨)瓶和投加设备,确保不会使氯(氨)瓶和投加设备温度超过40℃。
9.9.16 本条为强制性条文,必须严格执行。现行国家标准《工作场所有害因素职业接触限值 第1部分:化学有害因素》GBZ 2.1规定,室内环境空气中氯的允许最高浓度(MAC)不得超过1mg/m³。氨则未规定最高浓度(MAC)限值,但分别给出了时间加权平均容许浓度(PC-TWA)不得超过20mg/m³和短时间接触容许浓度(PC-STEL)不得超过30mg/m³的规定。因此,为保障工作人员安全,加氯(氨)间(真空加氯、加氨机间除外)、氯蒸发器间及氯(氨)库应设置氯(氨)泄漏检测仪和报警设施。
根据现行国家标准《工业企业设计卫生标准》GBZ 1的规定,毒物报警值包括预报值、警报值和高报值,产生毒物的场所至少应设警报值和高报值。其中预报值应为MAC或PC-STEL的1/2,警报值应为MAC或PC-STEL,高报值则应综合各种因数确定。因此从预报报警的角度考虑,氯泄漏检测仪的检测下限应低于0.5mg/m³,检测上限则至少应大于1mg/m³;氨泄漏检测仪的检测下限应低于15mg/m³,检测上限则至少应大于30mg/m³。
按现行国家标准《大气污染物综合排放标准》GB 16297中氯气无组织排放时周界外浓度最高点限值要求,氯吸收处理装置尾气排放小于0.5mg/m³。漏氯吸收装置就近设在氯库边的单独房间内,主要是考虑到漏氯吸收装置使用概率低,日常维护是保障其事故时能迅速正常启动的重要工作,设在与用氯间分开单独房间内有利于维护人员安全,设在氯库旁可缩短漏氯吸收距离,提高漏氯处理速度。
当室内环境空气中氨气的浓度达到一定比例后遇明火热源会引起爆炸,故加氨间和氨库内的电气设备应采用防爆型。
9.9.17 本条为强制性条文,必须严格执行。基于现行国家标准《氯气安全规程》GB 11984的有关规定,设置机械通风和吸收处理装置。设置机械通风的目的为了改善微漏气时使用场所的环境空气质量,即环境空气中氯气、氨气浓度处于预报值与警报值之间时进行机械通风。换风的次数和机械通风与漏氯吸收处理系统的切换时机则参考了英国等国的规定:即通风系统设计每小时不应小于10次,并在微泄漏量时工作,泄漏量大时关闭。因此从满足现行国家职业卫生标准《工作场所有害因素职业接触限值 第1部分:化学有害因素》GBZ 2.1的规定和提高风险预警能力角度考虑,当室内环境空气中氯含量达到0.5mg/m³或氨含量达到15mg/m³时,应自动开启通风装置并同时进行预报报警;当室内环境空气中氯含量达到1mg/m³时,应进行警报报警和关闭通风装置,同时启动漏氯吸收装置;当室内环境空气中氨含量达到30mg/m³时,应进行警报报警并应及时采取应急处置措施。
由于氯气重于空气,氨气轻于空气,本条对加氯(氨)间及氯(氨)库通风系统新鲜空气进口和排风口位置的规定,主要根据上述氯气和氨气各自的比重特性所确定。
9.9.18 本条为强制性条文,必须严格执行。按现行国家标准《氯气安全规程》GB 11984的有关规定,加氯(氨)间、氯(氨)库和氯蒸发器间的外部应设能控制室内照明和通风设备的室外开关,并设抢救设施和抢修工具箱。出于在室外能够控制室内照明和通风设备的开关以及现场抢修的职业安全考虑,做出本条规定。
9.9.19 由于液氯(氨)或干燥氯气、氨气对钢管没有腐蚀性,且压力高,故可采用耐高压的厚壁无缝钢管,氯(氨)溶液则对金属具有较强氧化或酸碱腐蚀性,真空输送的氯气或氨气处于微负压状态,故宜用耐腐蚀的塑料管材。
通常在密闭的发生器中生成二氧化氯,其溶液浓度为10g/L。
9.9.22 由于亚氯酸盐或氯酸盐均为现行国家标准《生活饮用水卫生标准》GB 5749对采用二氧化氯或复合二氧化氯消毒时的常规毒理学水质指标,故做出本条规定。
9.9.23 生成二氧化氯时,原料调制浓度过高(32%HCl和24%NaClO2),则反应时将发生爆炸。二氧化氯泄漏时,空气中浓度大于11%和水中浓度大于30%时易发生爆炸。因此在原料调制、生成反应和使用过程中有潜在的危险,为确保安全地制备二氧化氯和在水处理中安全使用,其现场制备的设备应是成套设备,并必须有相应有效的各种安全措施,包括材料有较好的密封性和耐腐蚀性。建筑屋内可能与原料或反应生成物接触的构件和墙地面做防腐处理是为了防止结构受损而造成安全事故。
9.9.24 本条是依据现行国家标准《生活饮用水卫生标准》GB 5749的规定而提出的。
9.9.25 本条为强制性条文,必须严格执行。由于生成二氧化氯的主要固体原料(亚氯酸钠、氯酸钠)属一、二级无机氧化剂,贮运操作不当有引起爆炸的危险。此外,原料盐酸与固体亚氯酸钠相接触易引起爆炸,故规定应分别独立存放和采取必要的隔离措施。
9.9.26 本条为强制性条文,必须严格执行。由于二氧化氯发生与投加设备为整体设备,同时考虑到原料输送的方便和与原料存放间必要的隔离,故应设置在独立的设备间内。
9.9.27 本条为强制性条文,必须严格执行。由于二氧化氯制备的原料具有易爆、腐蚀性和一定职业危害,故规定各原料库房与设备间应相互隔开且室内互不相通,房门均应各自直接通向外部且向外开启。外部设置可启闭室内照明和通风设备的开关则作为事故应急安全操作之用。所有建筑均按防爆要求进行设计是基于仍存在爆炸的可能。
设置快速淋浴、洗眼器主要为了在工作人员不慎接触时及时冲洗之用,以保护人员安全。设置酸泄漏收集槽也是出于保护工作人员和防止建筑结构受损。
设备间设置通风设施主要是排除微泄漏的二氧化氯气体,由于二氧化氯气体重于空气,故通风设施的布置可参照加氯间的布置方式。此外,由于现行国家标准《工作场所有害因素职业接触限值化学有害因素》GBZ 2.1-2007对环境空气中的二氧化氯,分别给出了时间加权平均容许浓度(PC-TWA)不得超过0.3mg/m³和短时间接触容许浓度(PC-STEL)不得超过0.8mg/m³的规定。因此设备间内应设置二氧化氯气体泄漏检测仪和报警设施,且二氧化氯泄漏检测仪的检测下限应低于0.4mg/m³,检测上限则至少应大于0.8mg/m³。当室内环境空气中二氧化氯含量达到0.4mg/m³时,应自动开启通风装置同时进行预报报警;当室内环境空气中二氧化氯含量达到0.8mg/m³时,应进行警报报警并应及时关闭二氧化氯发生装置并采取应急处置措施。
设备间设置喷淋设施主要用于二氧化氯水溶液和气体发生事故泄漏的紧急处理。
9.9.28 由于二氧化氯制备的原料具有易爆性,基于安全考虑,原料的储备量不宜过多,故其储备量比水厂其他药剂的储备量可适当减少。
9.9.30 次氯酸钠为强氧化剂,化学性质极不稳定。在光照、受热、酸性环境或重金属离子存在下,极易发生分解反应,导致其商品溶液中有效氯含量降低。主要反应式如下:
次氯酸钠溶液存储备量不宜过大,应综合考虑原料供应条件、输送距离、气候条件、储存场地气候条件、生产管理等因素,宜为7d左右。
由于硫酸铵的投加量一般较小,在单点投加规模较小时,原液小流量投加时计量泵精度较差,因此可采用1:1~1:3稀释储存和投加。
9.9.31 由于次氯酸钠溶液和硫酸铵溶液可原液投加,因此在储液池(罐)不小于2个的情况下,储液池(罐)可兼做投加池。考虑到次氯酸钠溶液和硫酸铵溶液具有较强的腐蚀性,储液池应做防腐处理。有条件时可采用化学储罐作为储液池。
次氯酸钠为强氧化剂且其溶液呈强碱性,而硫酸铵为还原剂且其溶液呈弱酸性,当两种溶液相遇时会发生较强烈的氧化还原反应,且当两者达到一定的比例时可能产生极不稳定和易爆炸的三氯化氮,上海在使用这两种溶液时曾发生此类事件。因此无论室内还是室外设置,两种溶液不应同处一室或一处,放空及废液处理系统的井不应连通。
温度较高时次氯酸钠溶液容易分解,溶液中的有效氯会减少,故气温较高地区次氯酸钠溶液宜在室内或室外地下储存。
9.9.32 由于次氯酸钠和硫酸铵溶液的投加方式和控制模式、投加设备及其系统组成与混凝剂溶液投加系统相同,故可按本标准第9.3.6条的第1款~第3款有关混凝剂投加部分的规定执行。
次氯酸钠和硫酸铵溶液的加注设备与管道在室内分室布置的规定,也是出于防止两种溶液不慎相遇可能产生爆炸的危险出现。
9.9.33 次氯酸钠和硫酸铵溶液的投加间和储存间存在微量的溶液分解和挥发气体逸出,为改善室内环境空气质量,应设置机械通风设施。考虑到次氯酸钠和硫酸铵溶液均具有腐蚀性,故规定可能与这两种溶液接触的建筑构件和墙地面应做防腐处理。
在房间出入口设置快速淋浴、洗眼器可为操作人员提供不慎接触到腐蚀性溶液后的应急自救设施。
9.9.34 目前我国供应次氯酸钠发生系统成套设备的制造商和水厂采用电解食盐制取次氯酸钠的实践较少,本条规定中涉及的成套设备的基本组成是在参考国际上主要制造商和国内的部分应用案例的基础提出。由于次氯酸钠发生系统涉及防爆、防毒和防腐等需求,故规定系统设计中应设置有针对性的安全设施。
9.9.35 次氯酸钠发生系统由盐水调配装置、次氯酸钠发生器、储液箱、投加设备、辅助设备等一系列设施组成,系统较为复杂,需定期放空进行酸洗、清洗、更换等维护保养工作。因此为确保大型或重大水厂生产安全,做出本条规定。
9.9.36 考虑到食用盐易吸潮结块,故储存量不宜过大。同样因食用盐吸潮结块,目前大部分水厂食用盐投料仍需人工操作,劳动强度较大,故盐水每日配置次数不宜大于2次,并尽可能采用自动化程序较高的装置,减少工人劳动强度。
9.9.37 本条为强制性条文,必须严格执行。由于电解食用盐溶液产生次氯酸钠溶液时会伴随产生氢气析出现象,氢气的火灾危险性为甲类,且氢气轻于空气,因此应釆用高位排风,且在专用风机将氢气稀释至低于爆炸下限浓度进行排放的同时,仍应保证出风口设置的安全。
屋顶存在吊顶、无通气孔的倒翻梁容易积聚可能泄出的氢气和阻断积聚的氢气流向通风设备。
9.9.38 在次氯酸钠发生器间设置高位排风机械通风系统,主要用于排除发生器专用排风系统可能泄漏出来或未排尽的微量氢气。
当发生器至储罐之间的次氯酸钠溶液输送管路发生事故泄漏时,在发生器出入口设置的快速淋浴、洗眼器可为操作人员提供不慎接触到泄漏溶液后的应急自救设施。
9.9.39 食用盐中氯离子对金属具有强烈的腐蚀性,故储存食用盐的建筑内的机电设备和门窗应考虑选用耐高盐度的腐蚀。
9.9.41 紫外线水消毒设备在使用过程中会产生石英套管结垢与灯管老化问题,造成紫外输出损失。现行国家标准《城市给排水紫外线消毒设备》GB/T 19837规定:紫外线消毒设备应保证在处理峰值流量下、紫外灯运行寿命终点时并考虑紫外灯管结垢影响后,紫外线的有效剂量不低于40mJ/c㎡。结垢系数、老化系数应根据设备具体要求确定,在没有具体设备情况下结垢系数宜取0.8、老化系数宜值0.5进行剂量计算。
9.9.42 紫外线水消毒设备有管式和渠式两种基本形式,其中管式适用于饮用水消毒,渠式则适应于中水和污水消毒。
9.9.43 紫外线消毒工艺对进水的水质要求较高,消毒效果受进入紫外线水消毒设备待消毒水的水温、pH值、浊度、紫外线穿透率(UVT)等因素的影响。为充分发挥紫外线消毒工艺的消毒效果,紫外线消毒工艺应设置于清水池进水之前。在进行紫外线消毒工艺设计前,应实测待消毒水的水质情况,如没有条件可按下列情况取值:
(1)设计进水水温宜为3℃~30℃,pH值宜在6.5~8.5。
(2)设计进水浊度宜小于1NTU。
(3)设计进水UVT(紫外穿透率):对于使用传统混凝-沉淀-过滤的地表水厂,设计UVT取值以不高于90%为宜。对于以无污染的地下水为水源的水厂或使用膜过滤的水厂,UVT取值以不高于95%为宜。对于使用紫外作为滤池反冲洗水消毒的水厂,建议反冲洗水进入紫外前,先进行沉淀处理,UVT取值以70%~80%为宜。
设置紫外消毒工艺的超越系统,可使水厂在水质较好时实现超越紫外消毒工艺节约制水成本的目的。
9.9.44 紫外线水消毒设备的紫外灯类型有低压灯、低压高强灯和中压灯三种,目前用于水处理的主要为低压高强灯和中压灯。低压高强灯的紫外光是以253.7nm波长单频谱输出,中压灯的紫外光是以200nm~280nm杀菌波段多频谱输出,中压灯比低压高强灯更具杀菌的广谱性;低压高强灯连续运行或累计运行寿命一般不低于12000h,中压灯连续运行或累计运行寿命一般不低于5000h~9000h;低压高强灯的电光转化率高于中压灯,相同条件下的运行能耗低于中压灯;在相同水质条件下,中压灯的紫外光穿透水体的能力强于低压高强灯。
在相同管径、处理水量和有效剂量的条件下,因低压高强灯产生的有效剂量低于中压灯而导致其消毒设备中灯管数量多于中压灯消毒设备,处理水通过消毒设备的水头损失会大于中压灯。在采用低压高强灯消毒设备时,为达到与中压灯相同的过程水头损失,通常采用放大消毒设备管径或配置更多数量的同管径消毒设备。因此紫外灯的选型应根据多种因素综合考虑后确定。一般情况下,中小型水厂,宜采用低压高强灯;大中型规模水厂或用地条件较为紧张的水厂,宜采用中压灯。
此外,应根据水质条件及是否具备在线灯管余量、在线更换灯管条件和在线清洗灯管条件等情况,确定紫外线水消毒设备的数量和备用方式。
9.9.45 应根据给水厂的整体水力流程条件,确定管式消毒设备水头损失的设计值。在实际的水头损失计算中,不仅要考虑消毒设备本身的水头损失,还应考虑与其连接的管路系统的直管段、三通、异径管、法兰、弯头等的水头损失。
9.9.46 高程布置上避免隆起是为了使管式消毒设备内达到满流状态,避免积气。
对前后直管段做此规定是为防止管式消毒设备内的部件受到冲击并保持良好的水力流态。在一些改扩建工程中,往往因空间狭小不能满足本条要求,故在确保前直管段长度不小于消毒设备管径的3倍前提下,也可采用管式消毒设备。
消毒设备前后直管段上应设置隔离阀门是为消毒设备检修维护隔离之用。在消毒设备前部管道高点设排气阀可避免高点积聚的气体带入消毒设备。
每台消毒设备前设置流量计,可结合消毒设备自带的在线紫外光穿透率传感器发出的穿透率数值或人为设定的穿透率数值,实现对紫外线消毒设备输出剂量同步控制,在保证紫外消毒效果的前提下,达到节电的目的。
设备间设置起重设备可方便消毒设备的整体拆装。
9.9.47 地下水硬度高,部分地区铁锰含量高,极易导致紫外线灯管套管结垢并影响紫外消毒效果,因此应根据水质情况选择合适的套管清洗方式,当进水硬度高于120mg/L时宜选择在线的机械加化学自动清洗方式。
9.10 臭氧氧化
9.10.3 基于目前我国饮用水处理中臭氧氧化工艺的丰富应用经验和研究成果借鉴总结,关于臭氧设计投加量给出了设计建议值。在实际设计中,臭氧氧化工艺的设置还应通过对原水水质状况的分析,结合总体净水工艺过程的考虑和出水水质目标来确定,也可参照相似条件下的运行经验或通过一定的试验来确定。
溴酸盐是自然界水中溴离子被臭氧逐步氧化形成的衍生物。溴酸盐的浓度主要取决于原水中的溴离子浓度、臭氧浓度以及臭氧与水接触时间等因素。另外,溴离子被臭氧氧化时的pH值和水温也对溴酸盐形成有影响。正常情况下,水中不含溴酸盐,但普遍含有溴化物,浓度一般为10μg/L~1000μg/L。当用臭氧对水消毒时,溴化物与臭氧反应,氧化后会生成溴酸盐,有研究认为当原水溴化物浓度小于20μg/L时,经臭氧处理一般不会形成溴酸盐,当溴化物浓度在50μg/L~100μg/L时有可能形成溴酸盐。国际癌症研究中心(IARC)认为,溴酸钾对实验动物有致癌作用,但溴酸盐对人的致癌作用还不能肯定,为此将溴酸盐列为对人2B级的潜在致癌物质。
现行国家标准《生活饮用水卫生标准》GB 5749规定采用臭氧处理工艺时,出厂水溴酸盐限值为0.01mg/L。对溴酸盐副产物的控制可通过加氨、降低pH值和优化臭氧投加方式等实现。
9.10.4 本条为强制性条文,必须严格执行。从臭氧接触池排气管排入环境空气中的气体仍含有一定的残余臭氧,这些气体被称为臭氧尾气。由于空气中一定浓度的臭氧对人的机体有害。人在含臭氧百万分之一的空气中长期停留,会引起易怒、感觉疲劳和头痛等不良症状。而在更高的浓度下,除这些症状外,还会增加恶心、鼻子出血和眼黏膜发炎。经常受臭氧的毒害会导致严重的疾病。因此出于对人体健康安全的考虑,提出了本条强制性规定。通常情况下,经尾气消除装置处理后,要求排入环境空气中的气体所含臭氧的浓度满足现行国家标准《环境空气质量标准》GB 3095的有关规定。
9.10.5 由于臭氧的氧化性极强,对许多材料具有强腐蚀性,因此要求臭氧处理设施中臭氧发生装置、臭氧气体输送管道、臭氧接触池以及臭氧尾气消除装置中所有可能与臭氧接触的材料能够耐受臭氧的腐蚀,以保证臭氧净水设施的长期安全运行和减少维护工作。据调查,一般的橡胶、大多数塑料、普通的钢和铁、铜以及铝等材料均不能用于臭氧处理系统。适用的材料主要包括316L不锈钢、玻璃、氯磺烯化聚乙烯合成橡胶、聚四氟乙烯以及混凝土等。
9.10.7 由于供给臭氧发生器的各种气源中一般均含有一定量的一氧化二氮,气源中过多的水分易与其生成硝酸,从而导致对臭氧发生装置及输送臭氧管道的腐蚀损坏,因此必须对气源中的水分含量做出了规定,露点就是代表气源水分含量的指标。据调查,目前国内外绝大部分运行状态下的臭氧发生器的气源露点均低于-60℃,有些甚至低于-80℃。一般情况下,空气经除湿干燥处理后,其露点可达到-60℃以下,制氧机制取的气态氧气露点也可达到-60℃到-70℃之间,液态氧的露点一般均在-80℃以下。现行行业标准《水处理用臭氧发生器》CJ/T 322对以空气、液氧、现场制氧等各类气源都做了较为详细的规定。
此外,气源中的碳氧化物、颗粒、氮以及氩等物质的含量对臭氧发生器的正常运行、使用寿命和产气能耗等也会产生影响,且不同臭氧发生器的厂商对这些指标要求各有不同,故本条文只做原则规定。
9.10.8 对采用氧气源的条件下,因臭氧发生装置备用方式的不同,满足臭氧发生装置最大发生量时的供气量会发生变化。若臭氧发生装置采用软备用(即热备用)方式,在故障发生装置退出工作后,原有的臭氧发生量,通常采取提高氧气进气量和降低产气中的臭氧浓度的方式来提高原有的臭氧发生量,即气源装置最大供气量不是在所有臭氧发生装置全部工作时,而是在有故障发生装置退出工作后时。因此氧气气源装置的设计供气量应结合臭氧发生装置备用方式来确定。
气源装置的供气压力通常与臭氧发生装置的品牌和形式有关,在满足最大供气量的前提下,供气压力满足设备要求即可。
虽然气体输送的能耗不大,但从节省高压管材和方便管理的角度考虑,气源装置应邻近臭氧发生装置设置。由于氧气是助燃气体,泄漏后存在火灾安全隐患,氧气输送管道在厂区内的敷设有许多限制条件,因此应尽量缩短氧气气源装置至发生装置间的距离。
9.10.9 供应空气的气源装置一般应包括空压机、储气罐、气体过滤设备、气体除湿干燥设备,以及消声设备。供应空气的气源装置除了应具有供气能力外,还应具备对所供空气进行预处理的功能,所供气体不仅在量上而且在质上均能满足臭氧发生装置的用气要求。空压机作为供气的动力设备,用以满足供气气量和气压的要求,一般要求釆用无油润滑型;储气罐用于平衡供气压力和气量;过滤设备用于去除空气中的颗粒和杂质;除湿干燥设备用于去除空气中的水分,以达到降低供气露点的目的;消声设备则用于降低气源装置在高压供气时所产生的噪声。山于供应空气的气源装置需要常年连续工作,且设备系统较复杂,通常情况下每个装置可能包括多个空压机、储气罐,以及过滤、除湿、干燥和消声设备,为保证在某些设备组件发生故障或需要正常维修时气源装置仍能正常供气,要求气源装置中的主要设备应有备用。
9.10.10 液态氧可通过各种商业渠道采购而来,其温度极低,在使用现场需要专用的隔热和耐高压储罐予以储存。为节省占地面积,储罐一般都是立式布置。进入臭氧发生装置的氧必须是气态氧,因此需要设置将液态氧蒸发成气态氧的蒸发器。蒸发需要的能量一般来自环境空气的热量(特别寒冷的地区可采用电、天然气或其他燃料进行加热蒸发)。通过各种商业渠道所购的液态氧的纯度很高(均在99%以上),而提供给臭氧发生装置的最佳氧气浓度通常在90%~95%之间,且要求含有少量的氮气。因此液氧储罐供氧装置一般应配置添加氮气或空气(空气中含有大量氮气)的设备。通常采用的设备有氮气储罐或空压机,并配备相应气体混配器。储存在液氧罐中的液态氧在使用中逐步消耗,其罐内的压力和液面将发生变化,为了随时了解其变化情况和提前做好补充液氧的准备,须设置液氧储罐的压力和液位显示及报警装置。
在沿海地区,应充分考虑台风(严重冰冻)等自然灾害可能带来交通中断等因素,适当增大液氧储罐容积,可确保水厂的液氧使用不会因供货中断而停产。现场液氧储罐的大小还受消防要求的制约,现场储存量不宜过大,但储存太少将增加运输成本,带来釆购液态氧成本的增加。因此根据相关的调查,本条只做出最小储存量的规定。
9.10.11 制氧机供氧装置一般应包括制氧设备、供气状况的检测报警设备、备用液氧储罐、蒸发器以及备用液氧储罐压力和罐内液氧储存量的显示及报警设备等。空气中98%以上的成分为氮气和氧气。制氧机就是通过对环境空气中氮气的吸附来实现氧气的富集。一般情况下,制氧机所制取的氧气中氧的纯度在90%~95%,其中还含有少量氮气。此外,制氧机还能将所制氧气中的露点和其他有害物质降低到臭氧发生装置所需的要求。为了保证能长期正常工作,制氧机需定期停运维护保养,同时考虑到设备可能出现故障,因此制氧机供氧装置应配备备用液氧储罐及其蒸发器。根据大多数制氧机的运行经验,每次设备停用保养和故障修复的时间一般不会超过2d,故对备用液氧储罐的最小储存量提出了不应少于2d氧气用量的规定。虽然备用液氧储罐启用时其所供氧气纯度不属最佳,但由于其使用机会很少,为了降低设备投资和简化设备系统,一般不考虑备用加氮气或空气设备。
9.10.12 以空气和制氧机为气源的气源装置中产生噪声的设备较多,因此应设在室内并采取隔音降噪措施。液氧储罐系统因基本无产生噪声的设备,从方便液氧槽车定期充氧的角度考虑,应设置在室外。
为保障水厂消防安全,根据现行国家标准《氧气站设计规范》GB 50030的有关规定,对液氧储罐和制氧站与其他建筑的防火间距及液氧储罐周围防火措施提出了更明确的要求。
采购的液态氧由运氧槽车输送到现场,然后用专用车载设备加入储氧罐中。运氧槽车一般吨位较大车身长,在厂区内行驶对交通条件要求较高,一般厂区内至少有一条可回车的通向储氧罐的路,其宽不宜小于4m,转弯半径不宜小于10m。
9.10.14 为了保证臭氧处理设施在最大生产规模和最不利水质条件下的正常工作,臭氧发生装置的产量应满足最大臭氧加注量的需要。
9.10.15 用空气制得的臭氧气体中的臭氧浓度一般为2%~3%,且臭氧浓度调节较困难。当某台臭氧发生器发生故障时,很难通过提高其他发生器的产气浓度来维持整个臭氧发生装置的产量不变。因此要求以空气为气源的臭氧发生装置中应设置硬备用的臭氧发生器。
用氧气制得的臭氧气体中的臭氧浓度一般为8%~14%,且臭氧浓度调节非常容易。当某台臭氧发生器发生故障时,既可以通过启用已设置的硬备用发生器来维持产量不变,也可通过提高无故障发生器的氧气进气量与降低产气中的臭氧浓度来维持产量不变。采用硬备用方式,可使臭氧发生器的产气浓度和氧气的消耗量始终处于较经济的状态,但设备的初期投资将增加。釆用软备用方式,设备的初期投资可减少,但当有发生器发生故障退出工作时,短期内,会使在工作的臭氧发生装置的产气浓度不处于最佳状态,氧气的用量大于发生器无故障时的量。因此需通过技术经济比较来确定。
9.10.16 通过对氧气的放电产生臭氧的过程是一个放热过程,而臭氧在温度较高时又会迅速分解为氧气。因此为保持臭氧发生装置处于能耗较低的运行状态,同时防止装置内部温度过高而损伤设备,臭氧发生装置运行过程中必须进行在线冷却。通常臭氧发生装置自带内循环水冷却系统及其与外部冷却水的热交换器。考虑水厂常年出厂水的温度一般不会超过30℃,因此可采用水厂自用水系统作为外部冷却水水源。
9.10.17 臭氧的腐蚀性极强,泄漏到环境中对人体、设备、材料等均会造成危害,其通过管道输送的距离越长,出现泄漏的潜在危险越大。此外,臭氧极不稳定,随着环境温度的提高将分解成氧气,输送距离越长,其分解的比例越大,从而可能导致到投加点处的浓度达不到设计要求。因此,要求臭氧发生装置应尽可能靠近臭氧接触池。当净水工艺中同时设有预臭氧和后臭氧接触池时,考虑到节约输送管道的投资,其设置地点除了应尽量靠近各用气点外,更宜靠近用气量较大的臭氧接触池。
9.10.18 根据臭氧发生器设置的环境要求,其应设置在室内。虽然臭氧发生装置中配有专用的冷却系统,但其工作时仍将产生较多的热量,可能使设置臭氧发生装置的室内环境温度超出臭氧发生装置经济运行所要求的环境温度条件。据了解,大部分臭氧发生装置工作时,室内环境温度不宜超过30℃,故做出本条规定。通常在夏季气温较高的地区,在通过机械通风仍难有效降低室内环境温度时,可根据具体情况设置空调设备降低温度。
9.10.19 本条为强制性条文,必须严格执行。在臭氧发生车间内设置机械通风设备,首先可通过通风来降低室内环境温度,其次可排除从臭氧发生系统中可能泄漏出来的微量臭氧气体,即在室内环境空气中臭氧浓度达到0.15mg/m³时开启,以保持室内环境空气质量的安全。
臭氧和氧气泄漏探测及报警设备通常设置在臭氧发生装置车间内,用以监测设置臭氧发生装置处室内环境空气中可能泄漏出的臭氧和氧气的浓度,并对泄漏状况做出指示和报警,并根据泄漏量关闭臭氧发生器。
现行国家标准《工作场所有害因素职业接触限值 第1部分:化学有害因素》GBZ 2.1规定,室内环境空气中臭氧的允许最高浓度(MAC)不得超过0.3mg/m³。因此臭氧发生装置车间内应设置臭氧气体泄漏检测仪和报警设施,且臭氧泄漏检测仪的检测下限应低于0.15mg/m³,检测上限则至少应大于0.3mg/m³。当室内环境空气中臭氧含量达到0.15mg/m³时,应自动开启机械通风装置同时进行预报报警;当室内环境空气臭氧含量达到0.3mg/m³时,应进行警报报警并应及时关闭臭氧发生装置。
采用316L不锈钢管材主要从耐臭氧腐蚀和一定的供气压力考虑。
9.10.21 由于臭氧泄漏到环境中危害很大,为了能在输送臭氧气体的管道发生泄漏时迅速查找到泄漏点并及时修复,故一般不建议埋地敷设,而应在专用的管沟内敷设或架空敷设。
规定以氧气气源发生的臭氧气体管道的敷设应按现行国家标准《氧气站设计规范》GB 50030的有关氧气敷设规定执行,主要是考虑到管道所输送的臭氧气体中氧气的质量约占90%,其余10%的臭氧一旦遇热会迅速分解成氧气,因此可将输送以氧气气源发生的臭氧气体管道视作氧气输送管道。
输送臭氧气体的管道均采用不锈钢管,管材的导热性很好,因此在气候炎热的地区,设在室外的管道(包括设在管沟内)很容易吸收环境空气中的热量,导致管道中的臭氧分解速度加快。因此要求在这种气候条件下对室外管道进行隔热防护。
9.10.23 由于臭氧氧化工艺设施的设备投资和日常运行成本较高,臭氧投加率、接触时间确定合理与否将直接影响工程的投资和生产运行成本。
工艺目的和待处理水的水质情况不同,所需臭氧接触池接触时间也不同。一般情况下,设计采用的接触时间应根据对工艺目的、待处理水的水质情况以及臭氧投加率进行分析,通过一定的小型或中型试验,或参照相似条件下的运行经验来确定。
9.10.24 为了防止臭氧接触池中少量未溶于水的臭氧逸出后进入环境空气而造成危害,臭氧接触池应采取全封闭的构造。
注入臭氧接触池的臭氧气体除含臭氧外,还含有大量的空气或氧气。这些空气或氧气绝大部分无法溶解于水而从水中逸出,其中还含有少量未溶于水的臭氧。这部分逸出的气体也就是臭氧接触池尾。在全密闭的接触池内,要保证来自臭氧发生装置的气体连续不断地注入和避免将尾气带入到后续处理设施中而影响正常工作,应在臭氧接触池顶部设置尾气排放管。为了在接触池水面上形成一个使尾气集聚的缓冲空间,池内顶宜与池水面保持0.5m~0.7m的距离。
随着臭氧加注量和处理水量的变化,注入接触池的气量及产生的尾气也将发生变化。当出现尾气消除装置的抽气量与实际产生的尾气量不一致时,将在接触池内形成一定的附加正压或负压,从而可能对结构产生危害和影响接触池的水力负荷。因此应在池顶设自动气压释放阀,用于在产生附加正压时自动排气和产生附加负压时自动进气。
9.10.25 由于制取臭氧的成本高,为使臭氧能最大限度地溶于水中,接触池水流宜采用竖向流形式,并设置竖向导流隔板。在处于下向流的区格的池底导入臭氧,从而使气水作逆向混合,以保证高效的溶解和接触效果。在与池顶相连的导流隔板顶部设置通气孔是为了让集聚在池顶上部的尾气从排放管顺利排山。在与池底相连的导流隔板底部设置流水孔是为了清洗接触池时便于放空。
9.10.26 根据臭氧氧化的机理,在预臭氧阶段拟去除的物质大多能迅速与臭氧反应,去除效率主要与臭氧的加注量有关,接触时间对其影响很小。据对近十年来国内大部分应用案例的调查,接触时间大多数采用2min~3min。但若工艺设置足以除藻为主要目的的,则接触时间一般应适当延长到5min左右,或通过一定的试验确定。
根据对国内外有关应用实例的调查,接触池水深一般为4m~6m。
预臭氧处理的对象是未经任何处理的原水,原水中含有一定的颗粒杂质,容易堵塞微孔曝气装置。因此臭氧气体宜通过水射器抽吸后与动力水混合,然后再注入进水管上的静态混合器或通过专用的射流扩散器直接注入池内。由于预臭氧接触池停留时间较短和容积较小,故一般只设一个注入点。
由于原水中含有的颗粒杂质容易堵塞抽吸臭氧气体的水射器,因此一般不宜采用原水作为水射器动力水源,而宜采用沉淀(澄清)或滤后水。当受条件限制而不得不使用原水时,应在水射器之前加设两套过滤装置,一用一备。
由于接触池的池深较深,为保证臭氧扩散均匀,参考国内大部分水厂预臭氧接触区扩散装置性能提出的接触区尺寸要求。
当原水中含某些特定物质或藻类时,经预臭氧氧化后,可能产生大量的浮渣或泡沫。潮湿的泡沫会随尾气抽吸进入臭氧尾气消除装置而影响其性能。浮渣则会受中间导流墙限制,长期积累在臭氧接触池内。设置浮渣排除管可及时定期排除浮渣,消除上述不良现象。
9.10.27 后臭氧接触池根据其工艺需要,一般至少由二段接触室串联而成。其中第一段接触室主要是为了满足能与臭氧快速反应物质的接触反应需要,以及保持其出水中含有能继续杀灭细菌、病毒、寄生虫和氧化有机物所必需的臭氧剩余量的需要。后续接触室数量的确定则应根据待水处理的水质状况和工艺目的来考虑。当以杀灭细菌和病毒为目的时,一般宜再设一段。当以杀灭寄生虫和氧化有机物(特别是农药)为目的时,一般宜再设两段。
每段接触室包括布气区和后续反应区,并由竖向导流隔板分开,是目前国内外较普遍的布置方式。
规定后臭氧接触池的总接触时间宜控制在6min~15min,是基于对国内外的应用实例的调查所得,可作为设计参考。当条件许可时,宜通过一定的试验确定。规定第一段接触室的接触时间一般宜为2min~3min也是基于对有关的调查和与预臭氧相似的考虑所提出。
接触池设计水深范围的规定是基于对有关的应用实例调查所得出。对布气区的深度与长度之比做出专门规定是基于对均匀布气的考虑,其比值也是参照了相关的调查所得出的。
一般情况下,进入后臭氧接触池水中的悬浮固体大部分已去除,不会对微孔曝气装置造成堵塞,同时考虑到后臭氧处理的对象主要是溶解性物质和残留的细菌、病毒和寄生虫等,处理对象的浓度和含量较低,为保证臭氧在水中均匀高效地扩散溶解和与处理对象的充分接触反应,臭氧气体一般宜通过设在布气区底部的微孔曝气盘直接向水中扩散。
每个曝气盘在一定的布气量变化范围内可保持其有效作用范围不变。考虑到总臭氧加注量和各段加注量变化时,曝气盘的布气量也将相应变化。因此曝气盘的布置应经过对各种可能的布气设计工况分析来确定,以保证最大布气量到最小布气量变化过程中的布气均匀。由于第一段接触室需要与臭氧反应的物质含量最多,故规定其布气量宜占总气量的50%左右。
针对一池多段投加臭氧,提出每一段反应区顶部均应设置尾气收集管,可使池顶尾气排除通畅。
9.10.28 虽然混凝土本身耐臭氧腐蚀,但钢筋混凝土池壁结构设计是允许裂缝出现的,当裂缝过宽过深时,会使含臭氧的水接触到钢筋混凝土表层的钢筋而腐蚀钢筋,对臭氧接触池结构的耐久性和安全性带来威胁。通常裂缝的宽度、深度与混凝土的抗渗等级呈负相关。
因此可通过适当提高钢筋混凝土的设计抗渗等级或池内壁的混凝土保护层的厚度来提高其防裂防渗性能。有条件时还可在混凝土表面涂装可覆盖混凝土表面细微裂缝的耐臭氧腐蚀的涂层。
9.10.30 电加热分解消除是目前国际上应用较普遍的方式,其对尾气中剩余臭氧的消除能力极高。虽然其工作时需要消耗较多的电能,但随着热能回收型的电加热分解消除器的产生,其应用价值在进一步提高。催化剂接触催化分解消除,与前者相比可节省较多的电能,设备投资也较低,但需要定期更换催化剂,生产管理相对较复杂。活性炭吸附分解消除目前主要在日本等国家有应用,设备简单且投资也很省,但也需要定期更换活性炭和存在生产管理相对复杂等问题。此外,由于以氧气为气源时尾气中含有大量氧气,吸附到活性炭之后,在一定的浓度和温度条件下容易产生爆炸,因此规定在这种条件下不应釆用活性炭消除方式。
9.10.31 臭氧尾气消除装置最大处理气量理论上略小于臭氧发生装置最大供气量,其差值随水质和臭氧加注量不同而不同。但从工程实际角度出发,两者最大设计气量应按一致考虑。抽气风机设置抽气量调节装置,并要求其根据臭氧发生装置的实际供气量适时调节抽气量,是为了保持接触池顶部的尾气压力相对稳定,以避免接触池顶的自动双向压力平衡阀动作过于频繁。通常情况下,利用自动气压释放阀使臭氧接触池运行时池顶上部空间保持微小的负压,可有效防止臭氧尾气逸出到环境空气中。
9.10.32 因臭氧尾气消除装置故障停运会导致整个臭氧氧化设施的停运,故应有备用。
9.10.33 当臭氧尾气消除装置设置比接触池顶低的位置时,尾气输送管道的最低处易产生凝结水。如不及时排除凝结水,不仅会影响管道输气能力,凝结水还有可能随尾气带入尾气消除装置而影响其正常工作。
当采用催化剂接触催化或活性炭吸附分解的尾气消除方式时,均需对尾气先进行预加热除湿干燥处理,热电过程会产生一定的热量。当采用电加热消除方式时,因高温(250℃~300℃)热解过程会向环境散发大量热量。因此尾气消除装置设在室内时,应在室内设强排风降温措施,必要时可加设空调设备来加强降温能力。
9.11 颗粒活性炭吸附
9.11.2 通常情况下,针对不同的原水水质和工艺目标,经过一个水文年的中试研究来确定设计参数较为科学合理,参照相似条件下的经验确定也是一种基本方法。
9.11.3 为尽量发挥颗粒活性炭的吸附性能,降低水中悬浮物对活性炭吸附性能的影响,故以纯吸附为目的的炭吸附工艺一般应设在砂滤之后。而臭氧-生物活性炭工艺则因净水功能较多且存在生物泄漏风险,故可根据需求设在砂滤之后或砂滤之前。
通常滤后水经过下向流颗粒活性炭吸附池后浊度会增加0.1NTU~0.2NTU,当颗粒活性炭吸附或臭氧-生物活性炭工艺设在过滤之后时,除进行消毒外,已无进一步降低浊度的工艺措施。因此将进水浊度控制在较低值,能保证出厂水浊度小于1.0NTU。
聚丙烯酰胺作为混凝剂,在某些沉淀(澄清)工艺中有一定的应用。由于聚丙烯酰胺具有胶水的特性,一旦泄漏进入活性炭池,可能会封闭部分活性炭表面孔隙而影响其吸附性能,因此应对前序工艺使用聚丙烯酰胺的量进行控制。
现有水厂改造时,如果不具备新增炭吸附池的条件,也可考虑将原有砂滤池改造成炭砂滤池,同时发挥砂滤除浊和活性炭对有机污染物的吸附和生物降解去除作用。
9.11.4 据对目前国内外颗粒活性炭吸附池的应用情况了解,大部分采用下向流(降流式),也有部分采用上向流(升流式)的。选择的主要考虑因素包括其在工艺流程中的作用、位置和运行经验,还可结合池型和排水要求等因素的考虑。
由于下向流颗粒活性炭吸附池运行时活性炭处于固定床模式,在采用较小粒径的活性炭时可使其出水浊度与进水浊度基本维持不变,而上向流颗粒活性炭吸附池运行时活性炭处于浮动床状态,对水中浊度(悬浮物引起)无任何去除能力,且其出水中夹带得细小炭颗粒会使出水浊度有一定的增加。为保证出厂水浊度小于1NTU,故规定位于砂滤之后的颗粒活性炭吸附池应釆用下向流。
当颗粒活性炭吸附池位于砂滤之前时,由于进水中浊度(悬浮物引起)较砂滤后高,采用下向流会使颗粒活性炭吸附池同时被动地承担了除浊的任务,导致过滤周期缩短和冲洗频次增加,活性炭的物理和机械性能下降较快(国内一些应用案例已表明了这种现象的存在)。而采用浮动床运行模式的上向流颗粒活性炭吸附池则不存在这些问题。因此颗粒活性炭吸附池位于砂滤之前时宜采用上向流。此外,因水流通过浮动床的水头损失明显小于固定床,采用上向流颗粒活性炭吸附池可明显降低中间提升能耗,甚至可不设中间提升设施。
9.11.5 为避免炭吸附池冲洗时对其他工作池接触时间产生过大影响,炭吸附池应设有一定的个数。为保证一个炭吸附池检修时不致影响整个水厂的正常运行,规定炭吸附池个数不得少于4个。
据了解,近十多年来,我国新建的大中型水厂的炭吸附池单格面积大部分在100㎡左右,最大单格面积的是上海杨树浦水厂158㎡的炭吸附池。
9.11.6 据调查,国内早期的颗粒活性炭吸附池较多采用单水冲洗的普通快滤池和虹吸滤池形式,近十年来则较多采用气水联合冲洗的普通快滤池或翻板滤池形式,运行效果总体稳定。虽然也有个别采用Ⅴ型滤池形式的案例,但考虑到颗粒活性炭吸附池需采取膨胀冲洗方式进行冲洗,Ⅴ型滤池是适用于砂滤料微膨胀冲洗的池型,应用在炭吸附池上较难解决冲洗时的跑炭问题,故未将其列入适用的池型。
当设计规模小于50 000m³/d且用地较为宽敞时,经过经济技术比较,可采用压力滤罐。
9.11.7 活性炭是用含炭为主的物质制成,如煤、木材(木屑形式)、木炭、泥煤、泥煤焦炭、褐煤、褐煤焦炭、骨、果壳以及含炭的有机废物等为原料,经高温炭化和活化两大工序制成的多孔性疏水吸附剂。
活性炭按原料不同分为煤质活性炭、木质活性炭或果壳活性炭等;按形状分为颗粒活性炭(GAC)与粉末活性炭(PAC),其中GAC用于炭吸附池,PAC作为投加的吸附剂用于预处理或应急处理;煤质颗粒活性炭分柱状炭、柱状破碎炭、压块破碎炭和原煤破碎炭。
国内早期水厂运行的炭吸附池大部分釆用煤质柱状炭,近年来则开始较多采用柱状破碎炭、压块破碎炭和原煤破碎炭,其中以柱状破碎炭和压块破碎炭为主。
现行行业标准《生活饮用水净水厂用煤质活性炭》CJ/T 345-2010规定的技术指标见表13。
②适用于降流式固定床使用的不规则状颗粒活性炭。
9.11.8 因不同水温时水的黏滞度不同,导致活性炭在相同水流上升速度的条件下出现不同的膨胀度,水温越低,膨胀度越高。因此在确定上向流颗粒活性炭吸附池的滤速(上升流速)和颗粒活性炭吸附池的反冲洗强度以及进行颗粒活性炭吸附池高程设计时,根据设计选定的活性炭规格与设计水温、滤速和反冲洗强度,结合由活性炭供应商提供的或由第三方测定得出的该规格的活性炭膨帐度曲线,核算各种设计条件下滤池高程布置是否满足活性炭膨胀充分和不跑炭,是保障所设计的炭吸附池能否稳定运行的一项关键设计工作。
9.11.9 对露天设置的炭吸附池的池面采取隔离或防护措施,可有效防止夏季强日照时池内藻类滋生,避免初期雨水与空气中的粉尘对水质可能产生的污染。通常可采取池面加盖或加棚等措施。
对室内设置的炭吸附池的池面上部建筑空间强化通风,则可防止水中余臭氧(采用臭氧-生物活性炭工艺时)可能逸出对生产人员的伤害。通常可采取强化机械通风等措施。
9.11.10 由于钢筋混凝土池壁结构设计是允许裂缝出现的,当裂缝过宽过深时,会使磨损的炭粉掉到缝中接触到钢筋混凝土表层的钢筋,对钢筋产生电化学腐蚀而影响炭吸附池结构的耐久性和安全性。通常裂缝的宽度、深度与混凝土的抗渗等级呈负相关。因此可通过适当提高混凝土的设计抗渗等级或池内壁的混凝土保护层的厚度来提高其防裂防渗性能。有条件时还可在混凝土表面涂装可覆盖混凝土表面细微裂缝的涂层。
9.11.11 活性炭既可采用人工装卸,也可采用水力输送装卸。由于人工装卸劳动强度大和粉尘严重,且炭粒易磨损破碎,故规定宜采用水力输送装卸。
当采用水力输炭时,输炭管可采用固定方式亦可采用移动方式。出炭、进炭可利用水射器或旋流器。炭粒在水力输送过程中,既不沉淀又不致遭磨损破碎的最佳流速为0.75m/s~1.5m/s。
表14为日本水道协会《日本水道设计指针》(2012年版)中颗粒活性炭滤池设计参数,供参考。
9.11.13 由于单水冲洗效果不如气水联合冲洗,故需要进行定期增强冲洗以冲掉附着在炭粒上和炭粒间的黏着物,周期一般可按30d考虑。
在同样水冲洗强度条件下,因低水温会导致活性炭过度膨胀造成活性炭流失,故水冲宜釆用具有调节水量能力的水泵冲洗方式。具体方法可采用变频水泵或增加水泵台数以及在水冲洗总管设计量设备等措施。
由于活性炭对氯有较强的吸附能力,为防止反洗水中存在余氯而无谓牺牲活性炭的吸附性能,故规定采用砂滤池出水为冲洗水源时,滤池进水不宜加氯。
表15为日本水道协会《日本水道设计指针》(2012年版)中颗粒活性炭吸附池设计冲洗参数,供参考。
9.11.16 目前,炭砂滤池的应用案例较少,设计参数应经过试验或参考相似工程经验。已建成的几个工程案例:炭砂滤池设计滤速6m/h~9m/h,活性炭层空床接触时间宜采用6min~10min,宜采用压块颗粒破碎炭,炭粒径8目×30目。砂层采用石英砂级配滤料,d10=0.55mm,k80<2.0,砂层厚度宜满足L/d10值≥1000,炭砂滤池冲洗采用单水冲洗或先气后水冲洗方式,冲洗参数同煤砂双层滤料滤池。
9.11.18 因在上升水流中,活性炭的膨胀度与水温呈线性的负相关关系,为保证上向流炭吸附池运行时炭床处于适度的膨胀悬浮状态,同时又要避免过度膨胀而造成滤料流失,故做出本条规定。此外,在相同水温和上升流速的条件下,活性炭的粒度越小,膨胀度越高,通常上向流炭吸附池采用粒度较小30目×60目规格,因此设计时除水温和上升流速外,还应结合活性炭的粒度选择综合考虑。
9.11.19 对出水堰的溢流率做一定的限制可较好地防止细小炭粒被出水带出。
9.11.20 上向流炭吸附池因处于浮动床的运行状态,不存在滤床堵塞问题,冲洗主要是洗掉炭粒表面老化的生物,保持活性炭持续的生物作用,故冲洗周期相对下向流可更长。釆用气水冲洗则有利于提高冲洗效果,节约冲洗水量。因水流经过上向流炭吸附池后的浊度几乎很少变化,故也可采用进水作为冲洗水源。
在同样水冲洗强度条件下,因低水温会导致活性炭过度膨胀造成活性炭流失,故水冲宜采用具有调节水量能力的水泵冲洗方式、具体方法可釆用变频水泵或增加水泵台数以及在水冲洗总管设计量设备等措施。
9.11.21 由于上向流炭吸附池的应用案例相对较少,本条规定是基于对近年来投产运行的部分案例的调查而确定。
9.12 中空纤维微滤、超滤膜过滤
条文说明
由于没有统一的中空纤维膜产品标准且成膜材料和工艺的差异较大,即使在相同水质条件下,不同膜材料或产品的水处理性能往往有较大差异。而相同膜材料或产品在水质和水温变化的条件下其水处理性能同样会有较大变化,膜处理系统的主要工艺设计参数较难标准化。因此其主要设计参数应经过试验或者参照相似条件下的工程经验确定。
9.12.2 用于饮用水处理的膜满足涉水卫生要求是最基本的要求。为使膜在使用过程中经受住压力、流速、温度和水质等变化和氧化剂与酸碱剂的定期清洗对材料所带来不利影响,成膜材料应有良好的机械强度和耐化学腐蚀性,才能使膜具有合理的耐久性和生命周期。经调查,目前在国际上应用较广的为聚偏氟乙烯、聚醚砜和聚砜等成膜材料,在国内则以聚氯乙烯和聚偏氟乙烯为主。
我国现行生活饮用水卫生标准的微生物控制指标中未对病毒提出控制要求,但对化学消毒很难灭活的“两虫”做了控制规定。虽然理论上全部膜孔径小于3μm的微滤或超滤膜均能实现对“两虫”的有效截留,但考虑到各种膜的孔径分布不尽相同,平均孔径不能代表最大孔径,故结合国内外已运行案例的应用情况规定膜平均孔径不宜大于0.1μm。由于饮用水中已知病毒的最小尺寸不小于0.02μm,因此如果对出水可能存在的潜在病毒风险有较严格控制要求时,膜平均孔径也可按不大于0.02μm来控制。
9.12.3 在相同压力条件下,由于单位面积的中空纤维膜产水量随水温的下降会有非常明显的下降。因此与传统的砂滤设计产水量不需要考虑水温的影响不同,膜处理系统必须确定设计水温,才能使工程设计既满足工程实际需求,又能做到经济合理。本条规定的正常设计水温和最低设计水温是基于我国不同地域不同季节的水温差异而提出的。设计中允许结合当地条件和工程需求做一定调整。对于夏季和冬季供水量变化不大的地区,也可将最低设计水温作为正常设计水温。
9.12.4 通常夏季水厂供水量大于冬季,从节约工程投资考虑,允许采用膜处理工艺的水厂在不同水温时有不同的产水量,即夏季应满足水厂正常设计规模要求,冬季在满足实际供水量要求下可酌情降低产水量,故仅规定了正常设计水温的产水量要求。
9.12.5 相对于传统的砂滤,膜处理系统运行时物理清洗的频率和消耗的冲洗水量较高,水回收率一般在90%左右,故从节约工程投资和节省水资源角度出发做出本条规定。
9.12.6 由于聚丙烯酰胺具有胶水特性,一旦进到膜表面堵塞膜孔而引起膜通量的下降,且很难通过清洗恢复其膜通量,故做出本条规定。
9.12.7 对膜处理工艺系统中的过滤系统的基本组成、能力和配置数量做了规定。因膜组或膜池的功能与运行方式类似于滤池中的单格滤池,其最少数量的规定在参考了滤池分格数要求的基础上结合膜过滤的特性(水温、膜通量和跨膜压差的限制)而确定。
9.12.8 调查了国内外多个膜品牌供应商所提供的不同水质条件下气冲洗强度和水冲洗强度等情况,发现差异很大,故规定宜按供应商建议值选用。
冲洗水泵和鼓风机采用变频调速,主要是可根据膜污染程度不同调整冲洗强度和减缓鼓风机频繁启动所导致的能耗过大现象,同时也可有效降低水泵全速启闭时对膜系统产生的水锤压力,延长系统寿命。此外,考虑到物理清洗的频度很高,故应设置冲洗备用泵和鼓风机。
由于膜孔极易被水中细小的颗粒物堵塞,因此物理清洗用水应采用经过膜滤的产水。
9.12.9 低浓度化学清洗过程较为简单且所需时间不长,一般药剂浓度较低且不需加热药剂,清洗时通过药剂在膜系统中的几次循环来实现对膜系统的日常维护和保养,常用药剂为次氯酸钠。高浓度化学清洗过程则相对复杂且所需时间较长,一般荮剂浓度较高且有时需要加热药剂,清洗时通过药剂在膜系统中的多次循环,甚至浸泡来实现对膜系统的强化清洗,以尽量恢复膜通量,常用药剂有次氯酸钠、盐酸、柠檬酸和氢氧化钠等。经调查,各种药剂的不同清洗步骤具有各自特点和效果,且存在较大的差异,故不对清洗周期和步骤做规定。
由于用于膜化学清洗的次氯酸钠不需要连续使用,故其保存期不宜过长,否则其有效浓度会下降很多而造成浪费。
9.12.10 因膜过滤系统最常用的药剂具有氧化和酸碱腐蚀性,从安全使用角度考虑,化学药剂间应独立设置,药剂应分开储存、配置和投加。从方便使用角度考虑,药剂间宜靠近膜组或膜池。设置防护设备、洗眼设施和荮剂泄漏收集槽均是出于保护工作人员和设施的目的。设置通风设备则是为保持室内环境空气质量。
9.12.11 膜系统完整性检测通常有压力衰减测试、泄漏测试和声呐测试等方法,其中压力衰减测试和泄漏测试由于方法简单和结果准确而被普遍采用。
过低的用气压力无法有效测出3μm的膜破损而可能导致“两虫”的泄露,从而使完整性检测失去作用。而过高的用气压力虽然能测出小于3μm的膜破损,甚至更细微的膜破损,但可能会导致膜的损伤。通过对国内外多个膜品牌的综合调查分析,由于膜材料、结构及使用条件的不同,用气压力范围及幅度变化较大,最低可至30kPa,最高可达200kPa,故未规定具体数值。
完整性检测的用气若含有油珠,极易堵塞膜孔,因此应采用无油螺杆式空压机或带除油装置的空压机作为完整性检测的供气装置。
9.12.14 压力式膜处理工艺因其膜组件装填在封闭的壳体内且通量相对较高,发生污堵可能性和洗脱污堵的难度相对较高,某些情况下(进水悬浮物浓度高)采用死端过滤的方式将使上述不良状况加剧。同时由于其泵压进水的方式和组件的结构特点,采用内压力式中空纤维膜时,可实现防污性能较好的错流过滤方式。
9.12.16 供水泵采用变频调速是为了适应运行过程中过膜流量和压差的变化,并节能降耗。同时也可有效降低了水泵启闭时对膜系统产生的水锤压力,延长系统寿命。
9.12.18 对于内压力式中空纤维膜,预过滤器的过滤精度一般不超过200μm。对于外压力式中空纤维膜,预过滤器的过滤精度一般不超过500μm。
9.12.19 通常压力式膜处理工艺系统产水直接进入水厂清水库池,当清水库池进行水量调节水位变化时会使膜产水侧的背压发生波动而影响膜系统的稳定运行,因此其出水总管上应设置稳定背压的堰或其他措施。
9.12.20 有压排水容易导致排水不畅和可能产生逆向污染,故做出本条规定。
9.12.21 压力式膜处理系统内有众多的检测控制设备,且膜组件和管道大部分采用塑性材料,因此不应处在日晒雨淋的室外环境或室内阳光直射的环境。
各个膜组间的配水均匀是保障膜处理系统内所有膜组负荷均等和系统稳定运行的关键条件。每个膜组上膜组件连接数量越少,各膜组件间的配水均匀度越高,但会导致工程建设的经济性下降,同样连接数量越多则配水均匀度将下降。因此应通过精确计算并辅以仿真分析的手段来科学确定连接数量。
9.12.22 膜组周边设置一定的空间的通道是为了便于日常巡检、维护和设备大修或更换时的交通畅通。山于膜组是由许多零件现场组装而成,维修保养时也不允许起吊整个膜组,车间内没有大型起吊件,故膜车间可不设起重设备。
9.12.23 化学药剂一旦进入产水侧将会引起严重的水质事故,因此应设置自动安全隔离设施,通常在化学清洗系统与膜产水侧连接处采取设双自动隔离阀的措施。
浸没式膜处理工艺因为采用真空负压出水方式,其驱动压力为不变的环境大气压。因此相同条件下其通量和跨膜压差的选择应低于压力式膜处理工艺。
9.12.25 由于浸没式膜处理工艺采用产水侧负压驱动出水,相同条件下膜通量较压力式低,膜表面的污堵相对容易洗脱,且膜组件上所有膜丝外壁完全裸露并直接与膜池内的待滤水接触。因此其出水驱动方式、运行状况和膜组件结构决定了其只能采用外压力式中空纤维膜和死端过滤方式。
9.12.26 每个膜池进水设堰可保证各膜池的进水流量的均匀。
9.12.27 在膜产水侧形成负压驱动出水是浸没式膜处理工艺的最主要特点。通常是采用膜产水侧通过水泵抽吸形成负压驱动出水并为出水流至下游设施提供克服管道阻力的动力。当膜池内的水位与下游设施进水水位高差足以克服过膜阻力(最大跨膜压差)和出水流至下游设施的所有管道阻力时,也可采用虹吸自流出水方式。当膜系统日常运行流量变幅较大时,也可采用泵吸与自流相结合的方式,即流量大时采用泵吸出水,流量小时切换成自流出水以节约水泵运行能耗。
9.12.28 出水泵具有较小的必需汽蚀余量有利于快速、有效和稳定地形成真空。采用变频调速是为了适应运行过程中过膜流量和压差的变化,并节能降耗。同时也可有效降低水泵全速启闭时对膜系统产生的水锤压力,延长系统寿命。
9.12.29 真空控制装置的作用是真空形成、维持和破坏的指示以及真空泵与真空破坏阀启停的触发机构。
由于浸没式膜处理工艺采用真空负压出水方式,其驱动压力为不变的环境大气压,为了适应运行过程中过膜流量和压差的变化,需要通过其产水侧的阀门施加阻力来实现,故应设置可调节型的控制阀门。而在集水总管出口设置水封堰是防止产水侧真空破坏的必要措施。
真空控制装置设在集水系统的最高处可确保真空最不利点的真空度满足要求,避免出现假真空或未完全真空的不利现象,保障出水的稳定性。
9.12.30 设置排水管的主要作用是排除清洗废水或废液,同时具有排空膜池和排除池底积泥的功能。
9.12.31 由于膜池的水力过程与传统的砂滤池相似,故其排列的总体布局要求与砂滤池基本一致。膜池设在室内和室外设置加盖或加棚,主要是为了防止阳光直射膜组件和高温季节池壁滋生微生物。室内布置采取通风措施主要是考虑到膜在进行高浓度化学清洗时的化学药剂的挥发会在室内空气中积聚而对人员和设施造成伤害。
9.12.32 由于膜处理系统各功能要求及膜池的水力过程与传统的砂滤池相近,故其总体布局与砂滤池基本相似。
9.12.33 膜池内各个膜箱或膜组件间的配水、配气均匀是保障膜处理系统内所有膜箱或膜组件负荷均等和系统稳定运行的关键条件。
由于膜丝直接裸露在池内,因此防止进水冲刷膜丝是保持膜系统完整性的有效措施。
膜箱或膜组件布置紧凑将使膜池的面积利用率提高,减少无效空间和清洗时的水耗与药耗,节约土建工程投资和运行成本。
9.12.34 化学清洗池与膜池相邻并布置在每排膜池的一端将缩短进行异地高浓度化学清洗的膜箱或膜组件在膜池与化学清洗池之间的吊运距离,方便维护。在异地高浓度化学清洗的化学清洗池和就地高浓度化学清洗的膜池的池顶四周应设置围栏、警示标志、设防护设备及冲洗与洗眼设施是为了保护工作人员安全和不慎发生与化学平接触事故后的应急自救。
9.12.35 设置检修平台的目的是便于膜箱或膜组件的安装和维护;设接气点是为了在检修平台上对拆自膜池的有完整性缺陷的膜箱或膜组件进行具体破损点位置的确定性检测;设冲洗与排水设施是为了方便在检修平台上对拆自膜池的膜组件进行清洗,排除清洗废水和防止清洗废水进入膜池。
9.12.41 当老厂改造场地受限制时,也可不分格。
9.12.42 为保证化学药剂处理的反应效果,应设置混合设备。通常可采用池内设潜水搅拌器或利用水泵进行循环混合。
9.13 水质稳定处理
条文说明
IR——稳定指数,IR<6有结垢倾向,IR>7有腐蚀倾向;
pHO——水的实测pH值;
pHS——水在碳酸钙饱和平衡时的pH值。
全国多座城市自来水公司的水质稳定判断和中南地区数十座水厂水质稳定性研究均使用上述两个指数。水中CaCO3平衡时的pHS,可根据水质化验分析或通过查索pHS图表求出。
在城市自来水管网水中,IL较高和IR较低会导致明显结垢,一般需要水质稳定处理。加酸处理工艺应根据试验用酸量等资料,确定技术经济可行性。
防止结垢的处理主要方法有:
(1)软化法:用化学或物理化学方法减少或除去水中含的钙、镁离子,如采用石灰软化法、石灰苏打法、苛性钠-苏打法、离子交换法、膜分离法等。
(2)加酸法:把酸加入水中,控制pH值,使水中的碳酸氢钙不转化为溶解度小的碳酸钙,而转化为溶解度较大的钙盐。如向水中加硫酸,生成硫酸钙。
(3)加二氧化碳法:把CO2加入水中,往往是利用经过洗涤除尘的烟道气中的CO2,使下式的化学反应向左进行,防止有碳酸钙析出:Ca(HCO3)2CaCO3+H2O+CO2。
(4)药剂法:把阻垢剂加入水中,通过螯合作用、分散作用或晶格畸变作用,使碳酸钙悬浮于水中,不形成硬垢。阻垢剂可分为天然阻垢剂、无机阻垢剂和有机阻垢剂三类。天然阻垢剂有丹宁、木质素、藻酸盐、纤维素、淀粉等,无机阻垢剂有聚磷酸盐、六偏磷酸钠等,有机阻垢剂有聚丙烯酸钠、聚甲基丙烯酸钠、聚顺丁烯二酸、有机磷酸酯、磷羧酸、磺化聚苯乙烯等。
IL<-1.0和IR>9的管网水,一般具有腐蚀性,宜先加碱处理。广州、深圳等地水厂一般加石灰,国内水厂也有加氢氧化钠、碳酸钠的实例。日本有很多大中型水厂采用加氢氧化钠。
中南地区地下水和地面水水厂资料表明,当侵蚀性二氧化碳浓度大于15mg/L时,水呈明显腐蚀性。敞口曝气法可去除侵蚀性二氧化碳,小水厂一般采用淋水曝气塔。
9.13.3 国内很多城市为多水源供水,水源切换过程中,无机离子浓度变化特别是氯离子、硫酸根离子、碱度、硬度等水质变化,会对裸露的金属管道内壁和管壁腐蚀产物产生影响,发生管道内铁稳定性破坏,管道受到腐蚀,用户龙头水出现浊度、色度以及铁超标的现象,即“黄水”问题。
城市给水管道的铁稳定性一般用拉森指数LR进行鉴别:
式中:[SO42-]——硫酸根离子活度(mol/L);
[Cl-]——氯离子活度(mol/L);
[HCO3-]——碳酸氢根离子活度(mol/L)。
LR指数通常的判别标准为:LR>1.0,铁制管材会严重腐蚀;LR=0.2~1.0,水质基本稳定,有轻微腐蚀;LR<0.2,水质稳定,可忽略腐蚀性离子对铁制管材的腐蚀影响。
水源切换时管网水质化学稳定性还与管壁腐蚀产物的性质相关,而管壁腐蚀产物的性质与原通水水质相关。国内有研究机构提出了水质腐蚀性判断指数WQCR(water quality corrosion index),可结合LR,评判水源切换时不同地区管网发生“黄水”的风险性,制定合理的水质稳定处理方案:
其中各项指标均为管网原通水水质指标,各离子浓度均以mol/L计。
WQCR指数通常的判别标准为:WQCR>1,原管道管壁腐蚀产物相对脆弱,水源切换之后无机离子变化可能产生“黄水”的险较大;WQCR<1,原管道管壁腐蚀产物相对坚固,水源切换之后无机离子变化可能产生“黄水”的风险较小。
国家”十五”重大科技专项“水污染控制技术与治理工程”和国家“十一五”科技重大专项“水体污染控制与治理”等研究,针对配水管网管垢的铁释放问题,确定了几种主要的处理工艺:
(1)水源调配技术:根据拉森指数,通过试验,结合配水管网管垢性质(例如WQCR),合理制定水源切换的调配计划。
(2)加碱调控制技术:调节pH值和调节碱度是应对高氯化物引发配水管网铁不稳定的有效控制技术,可投加氢氧化钠等碱性药剂进行调节。水质调节可参考以下原则进行:调节pH值使IL大于0,总碱度和总硬度之和不低于100mg/L(CaCO3计)。
(3)氧化还原调节控制技术:高氧化还原电位能够有效控制配水管网铁不稳定问题,可根据实际情况选择氧化还原电位更高的消毒剂或更换优质水源,适当增加出厂水中余氯和溶解氧浓度。对二次供水设施补氯等措施维持管网水高余氯浓度,以保障管网水质铁稳定性。
(4)缓蚀剂投加控制技术:六偏磷酸盐和三聚磷酸盐等缓蚀剂能够有效控制因氯离子和硫酸根离子造成的管网“黄水”问题,投加量为0.1mg/L~0.5mg/L(以P计),可作为应急控制对策。
9.13.4 本规定是依据国家“十五”重大科技专项“水污染控制技术与治理工程”和国家“十一五”科技重大专项“水体污染控制与治理”等研究成果而提出,其主要成果如下:
(1)要实现管网水生物稳定性,结合目前净水厂处理工艺水平,需要AOC=50μg/L,并且余氯量>0.3mg/L。当出厂水中AOC<150μg/L、余氯量0.3mg/L~0.5mg/L时,可有效控制管道内生物膜的生长。
(2)原水耗氧量≤6mg/L时,“预氧化+常规处理+臭氧活性炭”工艺可保证出水耗氧量去除率50%以上,AOC去除率80%以上;原水耗氧量>6mg/L时,“预氧化+常规处理+臭氧活性炭”工艺难以保证耗氧量和AOC的较高去除率,可在预氧化后接生物预处理单元以强化组合工艺对生物稳定性的控制。
9.13.5 本条为强制性条文,必须严格执行。由于给水水质稳定处理所使用的药剂大部分为酸碱性的化合物,对环境或工业生产具有一定的潜在危害,因此在选用时应避免产生危害。当需要投加磷酸盐缓蚀剂时,应分析评估对水环境可能带来的富营养问题。
9.1 一般规定
9.1.1 水处理工艺流程的选用及主要构筑物的组成,应根据原水水质、设计生产能力、处理后水质要求,经过调查研究以及必要的试验验证或参照相似条件下已有水厂的运行经验,结合当地操作管理条件,通过技术经济比较综合研究确定。
9.1.2 生活饮用水处理工艺流程中,必须设置消毒工艺。
9.1.3 水处理构筑物的设计水量,应按最高日供水量加水厂自用水量确定。水厂自用水量应根据原水水质、处理工艺和构筑物类型等因素通过计算确定,自用水率可采用设计规模的5%~10%。
9.1.4 水处理构筑物的设计参数必要时应按原水水质最不利情况(如沙峰、低温、低浊等)下所需最大供水量进行校核。
9.1.5 水厂设计时,应考虑任一构筑物或设备检修、清洗而停运时仍能满足生产需求。
9.1.6 净水构筑物应根据需要设置排泥管、排空管、溢流管或压力冲洗设施等。
9.1.7 用于生活饮用水处理的氧化剂、混凝剂、助凝剂、消毒剂、稳定剂和清洗剂等化学药剂产品必须符合卫生要求。
9.1.8 当原水的含沙量、浊度、色度、藻类和有机污染物等较高或pH值异常,导致水厂运行困难或出水水质下降甚至超标时,可在常规处理前增设预处理。
条文说明
9.1.1 水处理工艺流程的选用及主要构筑物的组成是净水处理能否取得预期处理效果和达到规定的处理后水水质的关键。根据改革开放以来我国经济发展和技术进步的实际,结合当前水源水质的现状和供水水质要求的提高,可经过调查研究以及不同工艺组合的试验,以使水处理工艺流程的选用及主要构筑物的组成更科学合理,更切实际。
9.1.2 本条为强制性条文,必须严格执行。现行国家标准《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006的第4.1.5条规定:生活饮用水应经消毒处理。
生活饮用水必须保证不被病原体污染,是卫生而安全的。为保证配水系统的卫生安全,生活饮用水必须保证时常处于已消毒状态。因此,不论水厂的规模和处理工艺,水厂必须设有消毒设施。各国对生活饮用水消毒的必要性都做了规定,如《美国饮水法案》(Safe Drinking Water Act)修正案规定:美国所有的地表水供应单位必须用过滤和/或消毒来保证用户的健康。
9.1.3 水厂的自用水量系指水厂内沉淀池或澄清池的排泥水、溶解药剂所需用水、滤池冲洗水以及各种处理构筑物的清洗用水等。自用水率与构筑物类型、原水水质和处理方法等因素有关。根据我国各地水厂经验,一般自用水率为5%~10%。上限用于原水浊度较高和排泥频繁的水厂;下限用于原水浊度较低、排泥不频繁的水厂。
9.1.4 通常水处理构筑物按最高日供水量加自用水量进行设计。但当遇到低温、低浊或高含沙量而处理较困难时,尚需对这种情况下所要求的最大供水量的相应设计指标进行校核,保证安全、保证水质。
9.1.5 净水构筑物和设备常因清洗、检修而停运。通常清洗和检修都计划安排在一年中非高峰供水期进行,但净水构筑物和设备的供水能力仍应满足此时的用户用水需要,不可因某一构筑物或设备停止运行而影响供水,否则应设置足够的备用构筑物或设备,以满足水厂安全供水的要求。
9.1.6 净水构筑物除设置必需的进、出水管外,还应根据需要设置辅助管道和设施,以满足构筑物排泥、排空、事故时溢流以及冲洗等要求。
9.1.7 本条为强制性条文,必须严格执行。氧化剂、混凝剂、助凝剂、消毒剂、稳定剂和清洗剂等化学药剂是水处理工艺中添加和使用的化学物质,其成分将直接影响生活饮用水水质。选用的产品必须符合卫生要求,从法律上保证对人体无毒,对生产用水无害的要求。
9.1.8 常规处理或常规一深度处理的出水不能符合生活饮用水水质要求时,可先进行预处理。根据原水水质条件,预处理设施可分为连续运行构筑物和间歇性、应急性处理装置两类。
9.2 预处理
9.2 预处理
I 预沉处理
9.2.1 当原水含沙量和浊度较高时,宜采取预沉处理。
9.2.2 预沉方式的选择,应根据原水含沙量及其粒径组成、沙峰持续时间、排泥要求、处理水量和水质要求等因素,结合地形条件采用沉沙、自然沉淀或凝聚沉淀。
9.2.3 预沉处理的设计含沙量应通过对设计典型年沙峰曲线的分析,结合避沙蓄水设施的设置条件,合理选取。
9.2.4 预沉处理工艺、设计参数可按现行行业标准《高浊度水给水设计规范》CJJ40的有关规定选取,也可通过试验或参照类似水厂的运行经验确定。
Ⅱ 生物预处理
9.2.5 当原水氨氮含量较高,或同时存在可生物降解有机污染物或藻含量较高时,可采用生物预处理。
9.2.6 生物预处理设施应设置生物接触填料和曝气装置,进水水温宜高于5C;生物预处理设施前不宜投加除臭氧之外的其他氧化剂;生物预处理设施的设计参数宜通过试验或参照相似条件下的经验确定,当无试验数据或经验可参照时,可按本标准第9.2.9条的规定选取。
9.2.7 生物预处理的工艺形式可采用生物接触氧化池或颗粒填料生物滤池。
9.2.8 生物接触氧化池的设计应符合下列规定:
1 水力停留时间宜为1h~2h,曝气气水比宜为0.8:1~2:1,曝气系统可采用穿孔曝气系统和微孔曝气系统;
2 进出水可采用池底进水、上部出水或一侧进水、另一侧出水等方式,进水配水方式宜采用穿孔花墙,出水方式宜采用堰式;
3 可布置成单段式或多段式,有效水深宜为3m~5m,多段式宜采用分段曝气;
4 填料可采用硬性填料、弹性填料和悬浮填料等;硬性填料宜采用分层布置;弹性填料宜利用池体空间紧凑布置,可采用梅花形布置方式,单层填料高度宜为2m~4m;悬浮填料可按池有效体积的30%~50%投配,并应采取防止填料堆积及流失的措施;
5 应设置冲洗、排泥和放空设施。
9.2.9 颗粒填料生物滤池的设计应符合下列规定:
1 可为下向流或上向流,下向流滤池可参照普通快滤池布置,上向流滤池可参照上向流颗粒活性炭吸附池布置;当采用上向流时,应采取防止进水配水系统堵塞和出水系统填料流失的措施;
2 填料粒径宜为3mm~5mm,填料厚度宜为2.0m~2.5m;空床停留时间宜为15min~45min,曝气的气水比宜为0.5:1~1.5:1;滤层终期过滤水头下向流宜为1.0m~1.5m,上向流宜为0.5m~1.0m;
3 下向流滤池布置方式可参照砂滤池,冲洗方式应采用气水反冲洗,并应依次进行气冲、气水联合冲、水漂洗;气冲强度宜为10L/(㎡·s)~15L/(㎡·s),气水联合冲时水冲强度宜为4L/(㎡·s)~8L/(㎡·s),单水冲洗方式时水冲强度宜为12L/(㎡·s)~17L/(㎡·s);
4 填料宜选用轻质多孔球形陶粒或轻质塑料球形颗粒填料;
5 宜采用穿孔管曝气,穿孔管位于配水配气系统的上部。
Ⅲ 化学预处理
9.2.10 采用氯预氧化处理工艺时,加氯点和加氯量应合理确定,并应减少消毒副产物的产生。
9.2.11 采用臭氧氧化时,应符合本标准第9.10节的有关规定。
9.2.12 采用高锰酸钾预氧化时,应符合下列规定:
1 高锰酸钾宜在水厂取水口加入;当在水处理流程中投加时,先于其他水处理药剂投加的时间不宜少于3min;
2 经过高锰酸钾预氧化的水应通过砂滤池过滤;
3 高锰酸钾预氧化的药剂用量应通过试验确定并应精确控制;
4 用于去除有机微污染物、藻和控制臭味的高锰酸钾投加量可为0.5mg/L~2.5mg/L;
5 高锰酸钾宜采用湿式投加,投加溶液浓度宜为1%~4%;
6 高锰酸钾投加量控制宜采用出水色度或氧化还原电位的检测反馈结合人工观察的方法;
7 高锰酸钾的储存、输送和投加车间应按防爆建筑设计,并应有防尘和集尘设施。
Ⅳ 粉末活性炭吸附预处理
9.2.13 原水在短时间内含较高浓度溶解性有机物、具有异臭异味时,可采用粉末活性炭吸附。采用粉末活性炭吸附应符合下列规定:
1 粉末活性炭投加点宜根据水处理工艺流程综合考虑确定,并宜加于原水中,经过与水充分混合、接触后,再投加混凝剂或氯;
2 粉末活性炭的用量宜根据试验确定,可为5mg/L~30mg/L;
3 湿投的粉末活性炭炭浆浓度可采用5%~10%(按重量计);
4 粉末活性炭粒径应按现行行业标准《生活饮用水净水厂用煤质活性炭》CJ/T345的规定选择或通过选炭试验确定,一般可采用200目;
5 粉末活性炭的储存、输送和投加车间应按防爆建筑设计,并应有防尘和集尘设施。
条文说明
I 预沉处理
9.2.1 当原水含沙量很高,致使常规净水构筑物不能负担或者药剂投加量很大仍不能达到水质要求时,宜在常规净水构筑物前增设预沉措施。预沉措施通常包括设置预沉池、避沙预沉蓄水池等。
9.2.2 一般预沉方式有沉沙池、沉淀池、澄清池等自然沉淀或凝聚沉淀等多种形式。当原水中的悬浮物大多为沙性大颗粒时,一般可采取沉沙池等自然沉淀方式;当原水含有较多黏土性颗粒时,一般采用混凝沉淀池、澄清池等凝聚沉淀方式。
9.2.3 因原水泥沙沉降形态是随泥沙含量和颗粒组成的不同而各不相同,故本条规定了设计数据应通过对设计典型年沙峰曲线的分析并结合避沙蓄水池的设置综合考虑后确定。
Ⅱ 生物预处理
9.2.5 通常情况下,生物预处理主要的净水功能是去除水中氨氮,但在去除氨氮的同时,对水中部分有机微物、致嗅致味物、铁、锰和藻类等有一定的去除作用,故做出本条规定。
9.2.6 在生物预处理的工程设计之前,宜先用原水做该工艺的试验,试验时间宜经历冬夏两季。原水的可生物降解性可根据BDOC或BOD5/CODCr,比值鉴别。国内多座水厂长期试验结果表明,BOD5/CODCr,比值宜大于0.2。
9.2.7 据对国内大部分已有的生物预处理设施所采用工艺形式的调查,并参照现行行业标准《城镇给水微污染水预处理技术规程》CJJ/T229的有关规定,对生物预处理所采用的基本工艺形式做出了规定。
9.2.8 本条参照现行行业标准《城镇给水微污染水预处理技术规程》CJJ/T229的有关规定,对生物接触氧化池的关键设计要求做了规定,具体设计时可按该技术规程的详细要求执行。
9.2.9 本条参照现行行业标准《城镇给水微污染水预处理技术规程》CJJ/T229的有关规定,对颗粒填料生物滤池的关键设计要求做了规定,具体设计时可按该技术规程的详细要求执行。
Ⅲ 化学预处理
9.2.10 处理水加氯后,三卤甲烷等消毒副产物的生成量与前体物浓度、加氯量、接触时间成正相关。研究表明,在预沉池之前投氯,三卤甲烷等生成量最高;快速混合池次之;絮凝池再次;混凝沉淀池后更少。三卤甲烷等生成量还与氯碳比值成正比;加氯量大、游离性余氯量高则三卤甲烷等浓度也高。为了减少消毒副产物的生成量,氯预氧化的加氯点和加氯量应合理确定。
9.2.12 采用高锰酸钾预氧化的规定。
1 高锰酸钾投加点可设在取水口,经过与原水充分混合反应后,再与氯、粉末活性炭等混合。高锰酸钾预氧化后再加氯,可降低水的致突变性。高锰酸钾与粉末活性炭混合投加时,高锰酸钾用量将会升高。如果需要在水厂内投加,高锰酸钾投加点可设在快速混合之前,与其他水处理剂投加点之间宜有3min~5min的间隔时间。
2 二氧化锰为不溶胶体,必须通过后续滤池过滤去除,否则出厂水有颜色。
3 高锰酸钾投加量取决于原水水质。国内外研究资料表明,控制部分臭味约为0.5mg/L~2.5mg/L;去除有机微污染物为0.5mg/L~2mg/L;去除藻类为0.5mg/L~1.5mg/L;控制加氯后水的致突变活性约为2mg/L。故规定高锰酸钾投加量一般为0.5mg/L~2.5mg/L。
4 由于高锰酸钾投加量通常不宜过高,一般宜采用湿式投加方式。湿式投加时,可配制成1%~4%的溶液后用计量泵投加到管道中与待处理水混合,超过5%的高锰酸钾溶液易在管路中结晶沉积。当因特殊需求用量较大时,以干粉式投加为宜,但应防止投加设备系统的干粉凝结而影响设备正常运行。
5 运行中控制高锰酸钾投加量应精确,一般应通过烧杯搅拌试验确定。投量过高可能使滤后水锰的浓度增高而具有颜色。在生产运行中,可根据投加高锰酸钾后沉淀池或絮凝池水的颜色变化鉴别投量是否合适,也可通过出水的色度或氧化还原电位的在线监测反馈准确控制投加量。
6 高锰酸钾系强氧化剂,其固体粉尘聚集后容易爆炸。
Ⅳ 粉末活性炭吸附预处理
9.2.13 当一年中原水污染时间不长或应急需要或水的污染程度较低,以采用粉末活性炭吸附为宜;长时间或连续性处理,宜采用粒状活性炭吸附。
1 粉末活性炭宜加于原水中,进行充分混合,接触10mg/L~15min以上之后,再加氯或混凝剂。除在取水口投加以外,根据试验结果也可在混合池、絮凝池、沉淀池中投加。
2 粉末活性炭的用量范围是根据国内外生产实践用量规定。
3 根据国内外生产实践用量,规定湿投粉末活性炭的炭浆浓度一般采用5%~10%。
5 大型水厂的湿投法,可在炭浆池内液面以下开启粉末活性炭包装,避免产生大量的粉尘。
有关粉末活性炭吸附预处理的详细设计可按现行行业标准《城镇给水微污染水预处理技术规程》CJJ/T229的有关规定执行。
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9.3 混凝剂和助凝剂的投配
9.3 混凝剂和助凝剂的投配
9.3.1 混凝剂和助凝剂品种的选择及其用量应根据原水混凝沉淀试验结果或参照相似条件下的水厂运行经验等,经综合比较确定。聚丙烯酰胺加注量应控制出厂水中的聚丙烯酰胺单体含量不超过现行国家标准《生活饮用水卫生标准》GB5749规定的限值。
9.3.2 混凝剂和助凝剂的储备量应按当地供应、运输等条件确定,宜按最大投加量的7d~15d计算。
9.3.3 混凝剂和助凝剂的投配应采用溶液投加方式。有条件的水厂应采用液体原料经稀释配置后或直接投加。
9.3.4 混凝剂和助凝剂的原料储存和溶液配置设计应符合下列规定:
1 计算固体混凝剂和助凝剂仓库面积时,其堆放高度可为1.5m~2.0m,有运输设备时堆放高度可适当增加;
2 液体原料混凝剂宜储存在地下储液池中,储液池不应少于2个;
2 液体原料混凝剂宜储存在地下储液池中,储液池不应少于2个;
3 混凝剂和助凝剂溶液配置应包括稀释配置投加溶液的溶液池和与投加设备相连的投加池,当混凝剂和助凝剂为固体时应配置溶解池;当设置2个及以上溶液池时,溶液池可兼作投加池,并互为备用和交替使用;
4 混凝剂和助凝剂的溶解和稀释配置应按投加量、混凝剂性质,选用水力、机械或压缩空气等搅拌、稀释方式;
5 混凝剂和助凝剂溶解和稀释配置次数应根据混凝剂投加量和配制条件等因素确定,每日不宜大于3次;
6 混凝剂和助凝剂溶解池不宜少于2个,溶液池和投加池的总数不应少于2个;溶解池宜设在地下,溶液池和投加池宜设在地上;
7 采用聚丙烯酰胺为助凝剂时,聚丙烯酰胺的原料储存和溶液配置应符合现行行业标准《高浊度水给水设计规范》CJJ40的有关规定;
8 混凝剂和助凝剂的溶解池、溶液池、投加池和原料储存池应采用耐腐蚀的化学储罐或混凝土池;采用酸、碱为助凝剂时,原料储存和溶液配置应采用耐腐蚀的化学储罐;化学储罐宜设在地上,储罐下方周边应设药剂泄漏的收集槽;
9 采用氯为助凝剂时,应符合本标准第9.9节的有关规定;10采用石灰、高锰酸钾、聚丙烯酰胺为助凝剂时,宜采用成套配置与投加设备。
9.3.5 混凝剂和助凝剂投配的溶液浓度可采用5%~20%;固体原料按固体重量或有效成分计算,液体原料按有效成分计算。酸、碱可采用原液投加。聚丙烯酰胺投配的溶液浓度应符合现行行业标准《高浊度水给水设计规范》CJJ40的有关规定。
9.3.6 混凝剂和助凝剂的投加应符合下列规定:
1 应采用计量泵加注或流量调节阀加注,且应设置计量设备并采取稳定加注量的措施;
2 加注设备宜按一对一加注配置,且每一种规格的加注设备应至少配置1套备用设备;当1台加注设备同时服务1个以上加注点时,加注点的设计加注量应一致,加注管道宜同程布置,同时服务的加注点不宜超过2个;
3 应采用自动控制投加,有反馈控制要求的加注设备应具备相应的功能;
4 聚丙烯酰胺的加注应符合现行行业标准《高浊度水给水设计规范》CJJ40的有关规定。
9.3.7 与混凝剂和助凝剂接触的池内壁、设备、管道和地坪,应根据混凝剂或助凝剂性质采取相应的防腐措施。
9.3.8 加药间宜靠近投药点并应尽量设置在通风良好的地段。室内应设置每小时换气8次~12次的机械通风设备,入口处的室外应设置应急水冲淋设施。
9.3.9 药剂仓库及加药间应根据具体情况,设置计量工具和搬运设备。
条文说明
9.3.1 混凝剂和助凝剂的品种直接影响混凝效果,用量还关系到水厂的运行费用。为了正确地选择混凝剂和助凝剂品种和投加量,应以原水做混凝沉淀试验的结果为基础,综合比较其他方面来确定。铝盐和铁盐是常用的混凝剂。酸、碱、氧化剂(氯、高锰酸钾)、石灰和聚丙烯酰胺为常用的助凝剂。
采用助凝剂的目的是改善混凝条件或絮凝结构,加速悬浮颗粒脱稳、絮体聚集、絮体沉降,提高出水水质。特别对低温低浊度水以及高浊度水的处理,助凝剂更具明显作用。因此,在设计中对助凝剂是否采用及品种选择也应通过试验来确定。
缺乏试验条件或类似水源已有成熟的水处理经验时,则可根据相似条件下的水厂运行经验来选择。
聚丙烯酰胺常被用作处理高浊度水的混凝剂或助凝剂。聚丙烯酰胺是由丙烯酰胺聚合而成,其中还剩有少量未聚合的丙烯酰胺单体,这种单体是有毒的。饮用水处理用聚丙烯酰胺的单体丙烯酰胺含量应符合现行国家标准《水处理阴离子和非离子型聚丙烯酰胺》GB17514规定的0.025%以下。经投加了聚丙烯酰胺处理工艺的出水中的单体丙烯酰胺含量应符合现行国家标准《生活饮用水卫生标准》GB5749的规定限值,故可靠控制其投加量很重要。
9.3.2 根据调查,固体混凝剂或液体混凝剂的储备量一般都按最大投加量的7d~15d计算。
9.3.3 为减轻水厂操作人员的劳动强度和消除粉尘污染,目前全国大部分水厂一般都采用液体原料经稀释后进行投加。因此,货源可靠供应条件具备的水厂都应直接采用液体原料混凝剂。而固体混凝剂因占地小,又可长期存放,可作为应急备份。
石灰不宜干投,应制成石灰乳投加,以免粉末飞扬,造成工作环境的污染。
9.3.4 固体混凝剂和助凝剂溶解和稀释方式取决于选用药剂的易溶程度,液体原料的稀释配置方式则主要依据投加量的大小来选择。当固体药剂易溶解时,可采用水力搅拌方式。当药剂难以溶解时,则宜采用机械或压缩空气来进行搅拌。此外,投加量的大小也影响搅拌方式的选择,投加量小可采用水力方式,投加量大则宜用机械或压缩空气搅拌。水力搅拌一般通过在池外设循环泵来实现,机械搅拌一般通过在池内设叶轮或浆板搅拌设备来实现,压缩空气搅拌一般通过设空压机与池底曝气管来实现。
采用液体混凝剂和助凝剂时,为方便液体原料储液运输车辆重力卸料,液体原料储液池宜设在地下。考虑到原料储液池需要定期放空维护和清洗,故规定其数量不应少于2个。
由于大部分水厂实行最多每日3班次的生产模式,故规定混凝剂和助凝剂溶解和稀释配置次数不宜超过3次。
混凝剂和助凝剂溶解池设置在地下主要是便于拆包卸料,混凝剂和助凝剂溶液池和投加池设在地上可使吸程有限的加注泵自灌启动,同时也可为加注泵安装在地面层以方便维护创造有利条件。虽然有设施停用维护的需求,但考虑到溶解池不需要连续工作,故规定其不宜少于2个。而投加池因需要连续工作,故规定溶液池与投加池的总数不应少于2个。
采用化学储罐替代溶解池、溶液池、投加池和原料储存池,可避免传统混凝土储药池防腐难度高、维护工作量大的现象,同时也可大为改善加药间的整体环境条件。
9.3.5 混凝剂和助凝剂的投加应具有适宜的浓度,在不影响投加精确度的前提下,宜高不宜低。浓度过低,则设备体积大,液体混凝剂还会发生水解。如三氯化铁在浓度小于5%时就会发生水解,易造成输水管道结垢。无机盐混凝剂和无机高分子混凝剂的投加浓度一般为5%~7%(扣除结晶水的重量)。有些混凝剂当浓度太高时容易对溶液池造成较强腐蚀,故溶液浓度宜适当降低。
以铝为核心的无机盐和无机高分子混凝剂,其有效成分通常以AL2O3计。
9.3.6 按要求正确投加混凝剂量并保持加注量的稳定是混凝处理的关键。目前大多采用柱塞计量泵或隔膜计量泵投加,其优点是运行可靠,并可通过改变计量泵行程或变频调节混凝剂投量,既可人工控制也可自动控制。近年来也有采用总管统一加压支管调流的做法。设计中可根据具体条件选用。
有条件的水厂,设计中应采用混凝剂(包括助凝剂)投加量自动控制系统,其方法目前有特性参数法、数学模型法、现场模拟试验法等。无论采用何种自动控制方法,其目的是为达到最佳投加量且能即时调节、准确投加。此外,规定宜采用一对一加注设备的配置,或一台加注设备同时服务几个加注点时,加注点的设计加注量应一致,加注管道宜同程布置,同时服务的加注点不宜超过2个,也是基于精确稳定控制加注量的考虑。
9.3.7 常用的混凝剂或助凝剂一般对混凝土及水泥砂浆等都具有一定的腐蚀性,因此对与混凝剂或助凝剂接触的池内壁、设备、管道和地坪,应根据混凝剂或助凝剂性质采取相应的防腐措施。混凝剂不同,其腐蚀性能也不同。如三氯化铁腐蚀性较强,应采用较高标准的防腐措施。而且三氯化铁溶解时释放大量的热,当溶液浓度为20%时,溶解温度可达70C左右。一般池内壁可采用涂刷防腐涂料等,也可采用防腐大理石贴面砖、花岗岩贴面砖等。
9.3.8 为便于操作管理,加药间应与药剂仓库(或药剂储存池)毗连。加药间(或药剂储存池)应尽量靠近投药点,以缩短加药管长度,确保混凝效果。加药间是水厂中劳动强度较大和操作环境较差的工作场所,因此对于卫生安全的劳动保护需特别注意。有些混凝剂在溶解过程中将产生异臭和热量,影响人体健康和操作环境,故必须考虑有良好的通风条件等劳动保护措施。
9.3.9 药剂仓库内一般可设磅秤作为计量设备。固体药剂的搬运是劳动强度较大的工作,故应考虑必要的搬运设备。一般大中型水厂的加药间内可设悬挂式或单轨起吊设备和皮带运输机。
9.4 混凝、沉淀和澄清
9.4 混凝、沉淀和澄清
I 一般规定
9.4.1 沉淀池或澄清池类型应根据原水水质、设计生产能力、处理后水质要求,并考虑原水水温变化、制水均匀程度以及是否连续运转等因素,结合当地条件通过技术经济比较确定。
9.4.2 沉淀池和澄清池的个数或能够单独排空的分格数不应小于2个。
9.4.3 设计沉淀池和澄清池时,应考虑均匀配水和集水。
9.4.4 沉淀池积泥区和澄清池沉泥浓缩室(斗)的容积,应根据进出水的悬浮物含量、处理水量、加药量、排泥周期和浓度等因素通过计算确定。
9.4.5 沉淀池和澄清池应采用机械化排泥装置。有条件时,可对机械化排泥装置实施自动化控制。
9.4.6 澄清池絮凝区应设取样装置。
9.4.7 沉淀池宜采用穿孔墙配水,穿孔墙孔口流速不宜大于0.1m/s。
9.4.8 沉淀池和澄清池宜采用集水槽集水,集水槽溢流率不宜大于250m³/(m·d)。
Ⅱ 混合
9.4.9 混合设备应根据所采用的混凝剂品种,使药剂与水进行恰当的急剧、充分混合。
9.4.10 混合方式的选择应考虑处理水量、水质变化,可采用机械混合或水力混合。
Ⅲ 絮凝
9.4.11 絮凝池应与沉淀池合建。
9.4.12 絮凝池形式和絮凝时间应根据原水水质情况和相似条件下的运行经验或通过试验确定。
9.4.13 隔板絮凝池宜符合下列规定:
1 絮凝时间宜为20min~30min;
2 絮凝池廊道的流速应由大到小渐变,起端流速宜为0.5m/s~0.6m/s,末端流速宜为0.2m/s~0.3m/s;
3 隔板间净距宜大于0.5m;
4 絮凝池内宜有排泥设施。
9.4.14 机械絮凝池应符合下列规定:
1 絮凝时间宜为15min~20min,低温低浊水处理絮凝时间宜为20min~30min;
2 池内宜设3级~4级搅拌机;
2 池内宜设3级~4级搅拌机;
3 搅拌机的转速应根据桨板边缘处的线速度通过计算确定,线速度宜自第一级的0.5m/s逐渐变小至末级的0.2m/s;
4 池内宜设防止水体短流的设施;
5 絮凝池内应有放空设施。
9.4.15 折板絮凝池应符合下列规定:
1 絮凝时间宜为15min~20min,第一段和第二段絮凝时间宜大于5min;低温低浊水处理絮凝时间宜为20min~30min;
2 絮凝过程中的速度应逐段降低,分段数不宜小于三段,第一段流速宜为0.25m/s~0.35m/s,第二段流速宜为0.15m/s~0.25m/s,第三段流速宜为0.10m/s~0.15m/s;
3 折板夹角宜采用90°~120°;
4 第三段宜采用直板;
5 絮凝池内应有排泥设施。
9.4.16 栅条(网格)絮凝池应符合下列规定:
1 絮凝池宜采用多格竖流式。
2 絮凝时间宜为12min~20min;处理低温低浊水时,絮凝时间可延长至20min~30min;处理高浊水时,絮凝时间可采用10min~15min。
3 絮凝池竖井流速、过栅(过网)和过孔流速应逐段递减,分段数宜分三段,流速宜符合下列规定:
1)竖井平均流速:前段和中段宜为0.14m/s~0.12m/s,末段宜为0.14m/s~0.10m/s;
2)过栅(过网)流速:前段宜为0.30m/s~0.25m/s,中段宜为0.25m/s~0.22m/s,末端不宜安放栅条(网格);
3)竖井之间孔洞流速:前段宜为0.30m/s~0.20m/s,中段宜为0.20m/s~0.15m/s,末段宜为0.14m/s~0.10m/s;
4)用于处理高浊水时,过网眼流速宜控制在0.6m/s~0.2m/s,并宜自前到末递减。
4 絮凝池宜布置成2组或多组并联形式。
5 絮凝池内应有排泥设施。
Ⅳ 平流沉淀池
9.4.17 平流沉淀池的沉淀时间和水平流速宜通过试验或参照相似条件下的水厂运行经验确定,沉淀时间可为1.5h~3.0h,低温低浊水处理沉淀时间宜为2.5h~3.5h,水平流速可采用10mm/s~25mm/s。
9.4.18 平流沉淀池水流应避免过多转折。
9.4.19 平流沉淀池的有效水深可采用3.0m~3.5m。沉淀池的每格宽度(数值等同于导流墙间距)宜为3m~8m,不应大于15m;长度与宽度之比不应小于4,长度与深度之比不应小于10。
V 上向流斜管沉淀池
9.4.20 斜管沉淀池清水区液面负荷宜通过试验或参照相似条件下的水厂确定,可采用5.0m³/(㎡·h)~9.0m³/(㎡·h),低温低浊水处理液面负荷可采用3.6m³/(㎡·h)~7.2㎡/(㎡·h)。
9.4.21 斜管管径宜为25mm~40mm,斜长宜为1.0m,倾角宜为60°。
9.4.22 斜管沉淀池的清水区保护高度不宜小于1.2m,底部配水区高度不宜小于2.0m。
Ⅵ 侧向流斜板沉淀池
9.4.23 侧向流斜板沉淀池的设计宜符合下列规定:
1 斜板沉淀区的设计颗粒沉降速度、液面负荷宜通过试验或参照相似条件下的水厂运行经验确定,无数据时,设计颗粒沉降速度可采用0.16mm/s~0.30mm/s,清水区液面负荷可采用6.0m³/(㎡·h)~12.0m³/(㎡·h),低温低浊水宜采用下限值;
2 斜板板距宜采用80mm~100mm;
3 斜板倾斜角度宜采用60°;
4 单层斜板板长不宜大于1.0m。
Ⅶ 高速澄清池
9.4.24 高速澄清池的设计应符合下列规定:
1 高速澄清池应同时投加混凝剂和高分子助凝剂。沉淀区宜设置斜管,清水区液面负荷应根据原水水质和出水要求,按类似条件下的运行经验确定,有条件时应试验验证,可采用12m³/(㎡·h)~25m³/(㎡·h);用于高浊度水处理时可采用7.2㎡/(㎡·h)~15.0m³/(㎡·h);
2 斜管管径宜为30mm~60mm,斜长宜为0.6m~1.0m,倾角为60°;
3 斜管区上部清水区保护高度不宜小于1.0m,底部配水区高度不宜小于1.5m,污泥浓缩区高度不宜小于2.0m;
4 斜管下部的分离区宜每隔30cm~50cm设取样管;
5 絮凝区提升循环的水量应可调节,宜为设计流量的5倍~10倍;
5 絮凝区提升循环的水量应可调节,宜为设计流量的5倍~10倍;
6 污泥回流量应可调节,宜为高速澄清池设计水量的3%~5%。
Ⅷ 机械搅拌澄清池
9.4.25 机械搅拌澄清池清水区的液面负荷应按相似条件下的运行经验确定,可采用2.9㎡/(㎡·h)~3.6m³/(㎡·h)。低温低浊时,液面负荷宜采用较低值,且宜加设斜管。
9.4.26 水在机械搅拌澄清池中的总停留时间可采用1.2h~1.5h。
9.4.27 搅拌叶轮提升流量可为进水流量的3倍~5倍,叶轮直径可为第二絮凝室内径的70%~80%,并应设调整叶轮转速和开启度的装置。
9.4.28 机械搅拌澄清池是否设置机械刮泥装置,应根据水池直径、底坡、进水悬浮物含量及其颗粒组成等因素确定。
IX 脉冲澄清池
9.4.29 脉冲澄清池清水区的液面负荷,应按相似条件下的运行经验确定,可采用2.5m³/(㎡·h)~3.2m³/(㎡·h)。
9.4.30 脉冲周期可采用30s~40s,充放时间比应为3:1~4:1。
9.4.31 脉冲澄清池的悬浮层高度和清水区高度,可分别采用1.5m和2.0m。
9.4.32 脉冲澄清池应采用穿孔管配水,上设人字形稳流板。
9.4.33 虹吸式脉冲澄清池的配水总管,应设排气装置。
X 气浮池
9.4.34 气浮池宜用于浑浊度小于100NTU及含有藻类等密度小的悬浮物质的原水。
9.4.35 接触室的上升流速可采用10mm/s~20mm/s,分离室的向下流速可采用1.5mm/s~2.0mm/s,分离室液面负荷可为5.4m³/(㎡·h)~7.2m³/(㎡·h)。
9.4.36 气浮池的单格宽度不宜大于10m;池长不宜大于15m;有效水深可采用2.0m~3.0m。
9.4.37 溶气罐的压力及回流比应根据原水气浮试验情况或参照相似条件下的运行经验确定,溶气压力可采用0.2MPa~0.4MPa;回流比可采用5%~10%。溶气释放器的型号及个数应根据单个释放器在选定压力下的出流量及作用范围确定。
9.4.38 压力溶气罐的总高度可采用3.0m,罐内填料高度宜为1.0m~1.5m,罐的截面水力负荷可采用100㎡/(㎡·h)~150m³/(㎡·h)。
9.4.39 气浮池宜采用刮渣机排渣。刮渣机的行车速度不宜大于5m/min。
9.4.40 多雨、多风地区的气浮池宜设棚。
9.4.41 气浮池出水宜采用穿孔管集水,穿孔管孔口流速不宜大于0.5m/s。
条文说明
I 一般规定
9.4.1 随着净水技术的发展,沉淀和澄清构筑物的类型越来越多,各地均有不少经验。在不同情况下,各类池型有其各自的适用范围。正确选择沉淀池、澄清池型式,不仅对保证出水水质、降低工程造价,而且对投产后长期运行管理等方面均有重大影响。设计时应根据原水水质、处理水量和水质要求等主要因素,并考虑水质、水温和水量的变化以及是否间歇运行等情况,结合当地成熟经验和管理水平等条件,通过技术经济比较确定。
9.4.2 在运行过程中,有时需要停池清洗或检修,为不致造成水厂停产,故规定沉淀池和澄清池的个数或能够单独排空的分格数不应少于2个。
9.4.3 沉淀池和澄清池的均匀配水和均匀集水,对于减少短流,提高处理效果有很大影响。因此,设计中应注意配水和集水的均匀。对于大直径的圆形澄清池,为达到集水均匀,还应考虑设置辐射槽集水的措施。
9.4.5 沉淀池或澄清池沉泥的及时排除对提高出水水质有较大影响。当沉淀池或澄清池排泥较频繁时,若采用人工开启阀门,不仅劳动强度较大,而排泥效果不稳定,故应采用机械化排泥装置。平流沉淀池和斜管沉淀池一般常可采用机械吸泥机或刮泥机;澄清池则可采用底部转盘式机械刮泥装置。
考虑到沉淀池或澄清池排泥方式和各地原水水质变化特点不一,排泥时机与规律的掌握需要一定的条件,故规定有条件时可对机械化排泥装置实施自动控制。
9.4.6 为保持澄清池的正常运行,澄清池需经常检测沉渣的沉降比,为此规定了澄清池絮凝区应设取样装置。
9.4.7 沉淀池进水与出水均匀与否是影响沉淀效率的重要因素之一。为使进水能达到在整个水流断面上配水均匀,一般宜采用穿孔墙,但应避免絮粒在通过穿孔墙处破碎。穿孔墙过孔流速不应超过絮凝池末端流速,一般在0.1m/s以下。
9.4.8 根据实践经验,沉淀池和澄清池出水一般采用穿孔出水槽或溢流堰形式的齿形出水槽。近年来,国内新建平流沉淀池出水堰溢流率一般均不超过300m³/(m·d),部分在250m³/(m·d)以下。为了不致因溢流率过高而使絮粒被出水水流带出,并进一步降低沉淀池和澄清池出水浊度,提高其出水浊度的稳定性,因此将溢流率降低至250m³/(m·d)。
Ⅱ 混合
9.4.9 混合是指投入的混凝剂被迅速均匀地分布于整个水体的过程。在混合阶段中胶体颗粒间的排斥力被消除或其亲水性被破坏,使颗粒具有相互接触而吸附的性能。据有关资料显示,对金属盐混凝剂普遍采用急剧、快速的混合方法,而对高分子聚合物的混合则不宜过分急剧。故本条规定“使药剂与水进行恰当的急剧、充分混合”。
9.4.10 给水工程中常用的混合方式有水泵混合、管式混合、机械混合以及管道静态混合器等,其中水泵混合可视为机械混合的一种特殊形式,管式混合和管道静态混合器属水力混合方式。目前国内应用较多的混合方式为管道静态混合器混合和机械混合。水力混合效果与处理水量变化关系密切,故选择混合方式时还应考虑水量变化的因素。
一般混合搅拌池的G值取500s-1~1000s-1。当管道流速为1.0m/s~1.5m/s、分节数为2段~3段时,管式静态混合器的水头损失约为0.5m~1.5m。
Ⅲ 絮凝
9.4.11 为使完成絮凝过程所形成的絮粒不致破碎,应将絮凝池与沉淀池合建成一个整体构筑物。
9.4.13 隔板絮凝池的设计指标受原水浊度、水温、被去除物质的类别和浓度的影响。根据多年来水厂的运行经验,宜采用絮凝时间为20min~30min,起端流速为0.5m/s~0.6m/s,末端流速为0.2m/s~0.3m/s,故本条对絮凝时间和廊道的流速做了相应规定。为便于施工和清洗检修,规定了隔板净距宜大于0.5m。
9.4.14 实践证明,机械絮凝池絮凝效果较隔板絮凝池为佳,故絮凝时间可适当减少。根据各地水厂运行经验,机械絮凝时间宜为15min~20min。
9.4.15 折板絮凝池是在隔板絮凝池基础上发展起来的,目前已得到广泛应用。各地根据不同情况采用了平流折板、竖流折板、竖流波纹板等型式,以采用竖流折板较多。竖流折板又分同步、异步两种形式。经过多年来的运转证明,折板絮凝具有对水量和水质变化的适应性较强、投药量少、絮凝效率高、停留时间短、能量消耗省等特点,是一种高效絮凝工艺。
9.4.16 本条是关于栅条(网格)絮凝池设计参数的有关规定。
1 据调查,已投产的栅条(网格)絮凝池均为多格竖流式,故规定“宜采用多格竖流式”。
2 根据调查,目前应用的栅条(网格)絮凝池的絮凝时间一般均在12min~20min。
3 关于竖井流速、过栅(过网)和过孔流速,均根据国内水厂栅条(网格)絮凝池采用的设计参数和运行情况做了规定。
4 栅条(网格)絮凝池每组的设计水量宜小于25000m³/d,当处理水量较大时,宜采用多组并联形式。
5 栅条(网格)絮凝池内竖井平均流速较低,难免沉泥,故应考虑排泥设施。
Ⅳ 平流沉淀池
9.4.17 沉淀时间是平流沉淀池设计中的一项主要指标,它不仅影响造价,而且对出厂水质和投药量也有较大影啊。根据实际调查,我国现采用的沉淀时间大多低于3h,出水水质均能符合进入滤池的要求。近年来,由于出厂水质的需要进一步提高,在平流沉淀池设计中,采用的停留时间一般都大于1.5h。据此,条文中规定平流沉淀池沉淀时间可为1.5h~3.0h。调查情况见表10。
设计大型平流沉淀池时,为满足长宽比的要求,水平流速可采用高值。处理低温低浊水时,水平流速可采用低值。
9.4.19 沉淀池的形状对沉淀效果有很大影响,一般宜做成狭长形。根据浅层沉淀原理,在相同沉淀时间的条件下,池子越深,沉淀池截留悬浮物的效率越低。但池子过浅,易使池内沉泥带起,并给处理构筑物的高程布置带来困难,故需采用恰当。根据各地水厂的实际情况及目前采用的设计数据,平流沉淀池池深一般均小于4m。据此,本条对沉淀池池深规定可采用3.0m~3.5m。
为改善沉淀池中水流条件,平流沉淀池宜布置成狭长的形式,为此,需对水池的长度与宽度的比例以及长度与深度的比例做出规定。本条将平流沉淀池每格宽度做适当限制,规定为“宜为3m~8m,不应大于15m”。并规定了“长度与宽度之比不应小于4m,长度与深度之比不应小于10m”。
V 上向流斜管沉淀池
9.4.20 液面负荷值与原水水质、出水浊度、水温、药剂品种、投药量以及选用的斜管直径、长度等有关。
9.4.21 斜管沉淀池斜管的常用形式有正六边形、山形、矩形及正方形等,而以正六边形斜管最为普遍。条文中的斜管管径是指正六边形的内切圆直径或矩形、正方形的高。据调查,国内上向流斜管的管径一般为25mm~40mm。据此,本条规定了相应数值。
据调查,全国各水厂的上向流斜管沉淀池斜管的斜长多采用1m;考虑能使沉泥自然滑下,斜管倾角大多采用60°。据此,本条规定了相应数值。
9.4.22 斜管沉淀池的集水多采用集水槽或集水管,其间距一般为1.5m~2.0m。为使整个斜管区的出水达到均匀,清水区的保护高度不宜小于1.2m。
斜管以下底部配水区的高度需满足进入斜管区的水量达到均匀,并考虑排泥设施检修的可能。据调查,其高度一般在1.5m~1.7m。考虑检修维护的方便,本条规定“底部配水区高度不宜小于2.0m”。
Ⅵ 侧向流斜板沉淀池
9.4.23 本条是关于侧向流斜板沉淀池设计时应符合的规定。
1 颗粒沉降速度和液面负荷是斜板沉淀池设计的主要参数,它们的设计取值与原水的水质、水温及其絮粒的性质、药剂品种等因素有关,根据长春、吉林等地水厂的设计经验,其颗粒沉降速度一般为0.16mm/s~0.3mm/s;液面负荷为6.m³/(㎡·h)~12m³/(㎡·h)。低温低浊水宜取低值。
2 条文中的板距是指两块斜板间的垂直间距。据调查,国内侧向流斜板沉淀池的板距一般采用80mm~100mm,常用100mm。
3 为了使斜板上的沉泥能自然而连续地向池底滑落,斜板倾角大多采用60°。
4 为了保证斜板的强度及便于安装和维护,单层斜板长度不宜大于1.0m。
Ⅶ 高速澄清池
9.4.24 本条是关于高速澄清池设计时应符合的规定。
1 由于高速澄清池同时投加了混凝剂和高分子助凝剂,其絮凝效果明显强于传统澄清池,所形成的絮粒沉速较高,因此其分离区的上升流速可达到普通斜管澄清池的2倍~5倍,但用于高浊度水处理时,应视原水水质条件和出水要求确定分离区的上升流速,当原水含砂量大、出水水质要求较高时应适当降低上升流速。
2 斜管要求与普通斜管沉淀池类似,也可与国外引进工艺所采用的类似。
3 清水区及配水区布置要求与普通斜管沉淀池类似。斜管上部清水区高度应保证集水区出水的均匀性,此高度还与集水槽布置的间距有关。配水区高度保证配水均匀性及不对下部污泥浓缩区造成干扰。部分现有工程清水区保护高度小于1.0m,但从控制出水水质目标考虑,建议留有一定余地。
4 分离区对污泥浓度控制要求较高,取样管的设置可协助污泥浓度计控制池内污泥泥面不影响斜管区的分离。
5 絮凝提升设备应采取变频措施,按水量不同可调。
6 根据现有运行情况调查,一般设计污泥回流量按3%~5%已可满足运行需要,实际生产中往往可通过变频协调运行。
Ⅷ 机械搅拌澄清池
9.4.25 考虑到生活饮用水水质标准的提高,为降低滤池负荷,保证出水水质,本条定为“机械搅拌澄清池清水区的液面负荷,应按相似条件下的运行经验确定,可采用2.9m³/(㎡·h)~3.6m³/(㎡·h)”。低温低浊度时宜采用低值。
9.4.26 根据我国实际运行经验,条文规定水在机械搅拌澄清池中的总停留时间,可采用1.2h~1.5h。
9.4.27 搅拌叶轮提升流量即第一絮凝室的回流量,对循环泥渣的形成关系较大。条文参照国外资料及国内实践经验确定“搅拌叶轮提升流量可为进水流量的3倍~5倍”。
9.4.28 机械搅拌澄清池是否设置机械刮泥装置,主要取决于池子直径大小和进水悬浮物含量及其颗粒组成等因素,设计时应根据上述因素通过分析确定。
对于澄清池直径较小(一般在15m以内),原水悬浮物含量又不太高,并将池底做成不小于45°的斜坡时,可考虑不设置机械刮泥装置。但当原水悬浮物含量较高时,为确保排泥通畅,一般应设置机械刮泥装置。对原水悬浮物含量虽不高,但因池子直径较大,为了降低池深宜将池子底部坡度减小,并增设机械刮泥装置来防止池底积泥,以确保出水水质的稳定性。
IX 脉冲澄清池
9.4.29 根据对各地脉冲澄清池运行经验的调查表明,由于其对水量、水质变化的适应性较差,液面负荷不宜过高,一般以低于3.6m³/(㎡·h)为宜。此外,近十多年来,除上海罗泾水厂引进并已投运的20000㎡/d、包头画匠营子一期引进并已投运的300000㎡/d和天津凌庄水厂已引进并正在建设的300000㎡/d法国超脉冲澄清池,国内大中型水厂几乎均未采用脉冲澄清池,可借鉴的实践经验较少。因此液面负荷的指标可采用2.5m³/(㎡·h)~3.2m³/(㎡·h)。同样,考虑到低温低浊水的絮体沉速低,液面负荷的指标宜选用低值。
9.4.30 脉冲澄清池的脉冲发生器有真空式、S形虹吸式、钟罩式、浮筒切门式、皮膜式和脉冲阀切门式等形式,后三种形式脉冲效果不佳。
脉冲周期及其充放时间比的控制,对脉冲澄清池的正常运行有重要作用。由于目前一般采用的脉冲发生器不能根据进水量自动地调整脉冲周期和充放比,因而当进水量小于设计水量时,常造成池底积泥,当进水量大于设计水量时,又造成出水水质不佳。故设计时应根据进水量的变化幅度选用适当指标。本条是根据国内调查资料,结合国外资料制定的。
9.4.33 虹吸式脉冲澄清池易在放水过程中将空气带入配水系统,若不排除,将导致配水不均匀和搅乱悬浮层。据此,本条规定配水总管应设排气装置。
X 气浮池
9.4.34 根据气浮处理的特点,适用于处理低浊度原水。虽然有试验表明,气浮池处理浑浊度为200NTU~300NTU的原水也是可行的,但考虑到国内相关的生产性经验不多,故本条规定了“气浮池宜用于浑浊度小于100NTU”的原水。
9.4.35 气浮池接触室上升流速应以接触室内水流稳定,气泡对絮粒有足够的捕捉时间为准。根据各地调查资料,上升流速大多采用20mm/s。某些水厂的实践表明,当上升流速低,也会因接触室面积过大而使释放器的作用范围受影响,造成净水效果不好。
据资料分析,上升流速的下限以10mm/s为适宜。
又据各地调查资料,气浮池分离室向下流速采用2mm/s较多。据此,本条规定“可采用1.5mm/s~2.0mm/s,分离室液面负荷为5.4m³/(㎡·h)~7.2m³/(㎡·h)”。上限用于易处理的水质,下限用于难处理的水质。
9.4.36 为考虑布气的均匀性及水流的稳定性,减少风对渣面的干扰,池的单格宽度不宜超过10m。
气浮池的泥渣上浮分离较快,一般在水平距离10m范围内即可完成。为防止池末端因无气泡顶托池面浮渣而造成浮渣下落,影响水质,故规定池长不宜超过15m。
据调查,各地水厂气浮池池深大多在2.0m~2.5m。实际测定在池深1m处的水质已符合要求,但为安全起见,条文中规定
“有效水深可采用2.0m~3.0m”。
9.4.37 国外资料中的溶气压力多采用0.4MPa~0.6MPa。根据我国的试验成果,提高溶气罐的溶气量及释放器的释气性能后,可适当降低溶气压力,以减少电耗。因此按国内试验及生产运行情况,规定溶气压力可采用0.2MPa~0.4MPa范围,回流比可采用5%~10%。
9.4.38 溶气罐铺设填料层对溶气效果有明显提高。但填料层厚度超过1m对提高溶气效率已作用不大。为考虑布水均匀,本条规定其高度宜为1.0m~1.5m。
根据试验资料,溶气罐的截面水力负荷一般以采用100㎡/(㎡·h)~150m³/(㎡·h)为宜。
9.4.39 由于采用刮渣机刮出的浮渣浓度较高,耗用水量少,设备也较简单,操作条件较好,故各地一般均采用刮渣机排渣。根据试验,刮渣机行车速度不宜过大,以免浮渣因扰动剧烈而落下,影响出水水质。据调查,以采用5m/min以下为宜。
9.5 过滤
9.5 过滤
I 一般规定
9.5.1 滤料应具有足够的机械强度和抗蚀性能,可采用石英砂、无烟煤和重质矿石等。
9.5.2 滤池型式应根据设计生产能力、运行管理要求、进出水水质和净水构筑物高程布置等因素,结合厂址地形条件,通过技术经济比较确定。
9.5.3 滤池的分格数应根据滤池形式、生产规模、操作运行和维护检修等条件通过技术经济比较确定。除无阀滤池和虹吸滤池外,不得少于4格。
9.5.4 滤池的单格面积应根据滤池形式、生产规模、操作运行、滤后水收集及冲洗水分配的均匀性,通过技术经济比较确定。
9.5.5 滤料层厚度与有效粒径之比(L/d10值):细砂及双层滤料过滤应大于1000,粗砂滤料过滤应大于1250。
9.5.6 除滤池构造和运行时无法设置初滤水排放设施的滤池外,滤池宜设有初滤水排放设施。
9.5.7 光照充沛、气温较高的地区,砂滤池宜设棚。
Ⅱ 滤速及滤料组成
9.5.8 滤池应按正常情况下的滤速设计,并应以检修情况下的强制滤速校核。
9.5.9 滤池滤速及滤料组成应根据进水水质、滤后水水质要求、滤池构造等因素,通过试验或参照相似条件下已有滤池的运行经验确定,并宜按表9.5.9采用。
9.5.10 当滤池采用大阻力配水系统时,其承托层材料、粒径与厚度宜按表9.5.10采用。
9.5.11 采用滤头配水(气)系统时,承托层可采用粒径2mm~4mm粗砂,厚度不宜小于100mm。
Ⅲ 配水、配气系统
9.5.12 滤池配水、配气系统,应根据滤池形式、冲洗方式、单格面积、配气配水的均匀性等因素考虑选用。当采用单水冲洗时,可选用穿孔管、滤砖、滤头等配水系统;当采用气水冲洗时,可选用长柄滤头、塑料滤砖、穿孔管等配水、配气系统;配水、配气干管(渠)顶应设排气管,排出口应在滤池运行水位以上。
9.5.13 大阻力穿孔管配水系统孔眼总面积与滤池面积之比宜为0.20%~0.28%;中阻力滤砖配水系统孔眼总面积与滤池面积之比宜为0.6%~0.8%;小阻力滤头配水系统缝隙总面积与滤池面积之比宜为1.25%~2.00%。
9.5.14 大阻力配水系统应按冲洗流量,根据下列要求通过计算确定:
1 配水干管(渠)进口处的流速宜为1.0m/s~1.5m/s;
2 配水支管进口处的流速宜为1.5m/s~2.0m/s;
3 配水支管孔眼出口流速宜为5.0m/s~6.0m/s。
3 配水支管孔眼出口流速宜为5.0m/s~6.0m/s。
9.5.15 长柄滤头配气配水系统应按冲洗气量、水量,根据下列要求通过计算确定:
1 配气干管进口端流速宜为10m/s~20m/s;
2 配水(气)渠配气孔出口流速宜为10m/s左右;
3 配水干管进口端流速宜为1.5m/s左右;
4 配水(气)渠配水孔出口流速宜为1m/s~1.5m/s。
Ⅳ 冲洗
9.5.16 滤池冲洗方式的选择应根据滤料层组成、配水配气系统形式,通过试验或参照相似条件下已有滤池的经验确定,并宜按表9.5.16采用。
9.5.17 单水冲洗滤池的冲洗强度滤料膨胀率及冲洗时间宜按表9.5.17采用。
9.5.18 气水冲洗滤池的冲洗强度及冲洗时间宜按表9.5.18采用。
9.5.19 单水冲洗滤池的冲洗周期,当为单层细砂级配滤料时,宜采用12h~24h;气水冲洗滤池的冲洗周期,当为粗砂均匀级配滤料时,宜采用24h~36h。
V 滤池配管(渠)
9.5.20 滤池应设下列管(渠),其管径(断面)宜根据表9.5.20要求通过计算确定。
Ⅵ 普通快滤池
9.5.21 单层、双层滤料滤池冲洗前水头损失宜采用2.0m~2.5m。
9.5.22 滤层表面以上的水深宜采用1.5m~2.0m。
9.5.23 单层滤料快滤池宜采用大阻力或中阻力配水系统,双层滤料滤池宜采用中阻力配水系统。
9.5.24 冲洗排水槽的总平面面积不应大于滤池面积的25%,滤料表面到洗砂排水槽底的距离应等于冲洗时滤层的膨胀高度。
9.5.25 滤池冲洗水的供给可采用水泵或高位水箱(塔)。
当采用高位水箱(塔)冲洗时,高位水箱(塔)有效容积应按单格滤池冲洗水量的1.5倍计算,水箱(塔)及出水管路上应设置调节冲洗水量的设施。
当采用高位水箱(塔)冲洗时,高位水箱(塔)有效容积应按单格滤池冲洗水量的1.5倍计算,水箱(塔)及出水管路上应设置调节冲洗水量的设施。
当采用水泵冲洗时,宜设1.5倍~2.0倍单格滤池冲洗水量的冲洗水调节池;水泵的能力应按单格滤池冲洗水量设计;水泵的配置应适应冲洗强度变化的需求,并应设置备用机组。
Ⅶ V型滤池
9.5.26 V型滤池冲洗前的水头损失可采用2.0m~2.5m。
9.5.27 滤层表面以上的水深不应小于1.2m。
9.5.28 V型滤池宜采用长柄滤头配气、配水系统。
9.5.29 V型滤池冲洗水的供应应采用水泵,并应设置备用机组;水泵的配置应适应冲洗强度变化的需求。
9.5.30 V型滤池冲洗气源的供应应采用鼓风机,并应设置备用机组。
9.5.31 V型滤池两侧进水槽的槽底配水孔口至中央排水槽边缘的水平距离宜在3.5m以内,不得大于5m。表面扫洗配水孔的纵向轴线应保持水平。
9.5.32 V型进水槽断面应按非均匀流满足配水均匀性要求计算确定,其斜面与池壁的倾斜度宜采用45°~50°。
9.5.33 V型滤池的进水系统应设置进水总渠,每格滤池进水应设可调整堰板高度的进水堰;每格滤池出水应设调节阀并宜设可调整堰板高度的出水堰,滤池的出水系统宜设置出水总渠。
9.5.34 反冲洗空气总管的管底应高于滤池的最高水位。
9.5.35 V型滤池长柄滤头配气配水系统的设计应采取有效措施,控制同格滤池所有滤头滤帽或滤柄顶表面在同一水平高程,其误差允许范围应为±5mm。
9.5.36 V型滤池的冲洗排水槽顶面宜高出滤料层表面500mm。
Ⅷ 虹吸滤池
9.5.37 虹吸滤池的最少分格数,应按滤池在低负荷运行时,仍能满足一格滤池冲洗水量的要求确定。
9.5.38 虹吸滤池冲洗前的水头损失,可采用1.5m。
9.5.39 虹吸滤池冲洗水头应通过计算确定,宜采用1.0m~1.2m,并应有调整冲洗水头的措施。
9.5.40 虹吸进水管和虹吸排水管的断面积宜根据下列流速通过计算确定:
1 进水管:0.6m/s~1.0m/s;
2 排水管:1.4m/s~1.6m/s。
2 排水管:1.4m/s~1.6m/s。
IX 重力式无阀滤池
9.5.41 无阀滤池的分格数宜采用2格~3格。
9.5.42 每格无阀滤池应设单独的进水系统,进水系统应有防止空气进入滤池的措施。
9.5.43 无阀滤池冲洗前的水头损失可采用1.5m。
9.5.44 过滤室内滤料表面以上的直壁高度应等于冲洗时滤料的最大膨胀高度再加保护高度。
9.5.45 无阀滤池的反冲洗应设有辅助虹吸设施,并应设置调节冲洗强度和强制冲洗的装置。
X 翻板滤池
9.5.46 翻板滤池冲洗前的水头损失可采用2.0m~2.5m。
9.5.47 滤层表面以上的水深宜采用1.5m~2.0m。
9.5.48 翻板滤池可采用适合气水联合反冲的专用穿孔管或滤头配水、配气系统;采用专用穿孔管配水、配气时,承托层的顶面应高出横向布水布气管顶部配气孔50mm以上,承托层的级配可按本标准表9.5.10或通过试验确定;采用滤头配水、配气时,承托层可按本标准第9.5.11条确定。
9.5.49 翻板滤池冲洗方式的选择应根据滤料种类及分层组成,通过试验或参照相似条件下已有滤池的经验确定,气冲强度宜为15L/(㎡·s)~17L/(㎡·s),气水同时冲洗下的水冲强度宜为2.5L/(㎡·s)~3L/(㎡·s),单水冲下的水冲强度宜为15L/(㎡·s)~17L/(㎡·s)。
9.5.50 翻板滤池冲洗水的供应可采用水泵,也可采用高位水箱。当采用水泵冲洗时,宜设有1.5倍~2.0倍单格滤池冲洗水量的冲洗水调节池;水泵的能力应按单格滤池冲洗水量设计;水泵的配置应适应冲洗强度变化的需求,并应设置备用机组。当采用高位水箱(塔)冲洗时,水箱(塔)有效容积应按单格滤池冲洗水量的1.5倍计算,水箱(塔)及出水管路上应设置调节冲洗水量的设施。
9.5.51 翻板滤池冲洗气源的供应应采用鼓风机,并应设置备用机组。
9.5.52 翻板滤池的池宽不宜大于6m,不应大于8m;翻板滤池的长度不应大于15m。
9.5.53 翻板滤池的进水系统应设置进水总渠;每格滤池进水应设可调整堰板高度的进水堰;每格滤池出水应设调节阀并宜设可调整堰板高度的出水堰;滤池的出水系统宜设置出水总渠;翻板滤池的排水系统应设置分阶段开启的翻板阀及排水总渠。
9.5.54 滤层表面以上水临时储存冲洗废水区域高度不应小于1.5m。
9.5.55 翻板阀底距滤层顶垂直距离不应小于0.30m。
9.5.56 反冲气空气总管的管底应符合本标准第9.5.34条的规定。
9.5.57 采用穿孔管配水、配气系统时,宜采用竖向配水、配气总渠(管)结合横向布水、布气支管的基本构架,横向布水、布气支管应在不同高度分别设置气孔和水孔,气孔和水孔的孔径与数量应确保布水布气均匀。配水、配气系统宜按下列数据通过计算确定:
1 竖向配水管流速:1.5m/s~2.5m/s;
2 竖向配气管流速:15m/s~25m/s;
3 横向布水、布气管水孔流速:1.0m/s~1.5m/s,气孔流速:10m/s~20m/s。
9.5.58 穿孔管配水、配气系统的材料的选用应符合涉水卫生标准的要求,宜采用PE管或不低于S304材质的不锈钢管。
9.5.59 穿孔管配水、配气系统,横向布水、布气管单根管,水平误差允许范围应为±3mm,同格滤池相互水平误差允许范围应为±10mm;竖向配水管、配气管应保证垂直,下端管口的水平误差允许范围应为±2mm。
条文说明
条文说明
I 一般规定
9.5.2 影响滤池池型选择的因素很多,主要取决于生产能力、运行管理要求、出水水质和净水工艺流程布置。对于生产能力较大的滤池,不宜选用单池面积受限制的池型;在滤池进水水质可能出现较高浊度或含藻类较多的情况下,不宜选用翻砂检修困难或冲洗强度受限制的池型。选择池型还应考虑滤池进、出水水位和水厂地坪高程间的关系、滤池冲洗水排放的条件等因素。
9.5.3 为避免滤池中一格滤池在冲洗时对其余各格滤池滤速的过大影响,滤池应有一定的分格数。据调查,日本规定每10格滤池备用1格,包括备用至少2格以上;英国规定理想的应有3格同时停运,即一格排水、一格冲洗、一格检修,分格数最少为6格,但当维修时可降低水厂出水量的则可为4格;美国规定至少4格(如滤速在10m/h,同时冲洗强度为10.8L/(㎡·s)时,最少要6格,如滤速更低而冲洗强度较高,甚至需要更多滤池格数]。
9.5.4 滤池的单格面积与滤池的池型、生产规模、操作运行方式等有关,而且也与滤后水汇集和冲洗水分配的均匀性有较大关系。单格面积小则分格数多,会增加土建工程量及管道阀门等设备数量,但冲洗设备能力小,冲洗泵房工程量小。反之则相反。因此滤池的单格面积是影响滤池造价的主要因素之一。在设计中应根据各地土建、设备的价格做技术经济比较后确定。
9.5.5 滤池的过滤效果主要取决于滤料层构成,滤料越细,要求滤层厚度越小;滤料越粗,则要求滤层越厚。因此滤料粒径与厚度之间存在着一定的组合关系。根据藤田贤二等的理论研究,滤层厚度l与有效粒径d。存在一定的比例关系。
美国认为,常规细砂和双层滤料L/de应大于或等于1000;三层滤料和深床单层滤料(de=1mm~1.5mm),L/de应大于或等于1250。英国认为:L/de应大于或等于1000。日本规定L/d平均大于或等于800。
本标准参照上述规定,结合目前应用的滤料组成和出水水质要求,对L/d10(de)做了规定:细砂及双层滤料过滤L/d10(de)应大于1000,粗砂过滤L/d10(de)应大于1250。
9.5.6 滤池在反冲洗后,滤层中积存的冲洗水和滤池滤层以上的水较为浑浊,因此在冲洗完成开始过滤时的初滤水水质较差、浊度较高,尤其是存在致病原生动物如贾第鞭毛虫和隐孢子虫的概率较高。
Ⅱ 滤速及滤料组成
9.5.8 滤速是滤池设计的最基本参数,滤池总面积取决于滤速的大小,滤速的大小在一定程度上影响着滤池的出水水质。由于滤池是由各分格所组成,滤池冲洗、检修、翻砂一般均可分格进行,因此规定了滤池应按正常滤速设计并以强制滤速进行校核。正常情况指水厂全部滤池均在进行工作,检修情况指全部滤池中的一格或两格停运进行检修、冲洗或翻砂。
9.5.9 滤池出水水质主要决定于滤速和滤料组成,相同的滤速通过不同的滤料组成会得到不同的滤后水水质;相同的滤料组成、在不同的滤速运行下,也会得到不同的滤后水水质。因此滤速和滤料组成是滤池设计的最重要参数,是保证出水水质的根本所在。为此,在选择与出水水质密切相关的滤速和滤料组成时,应首先考虑通过不同滤料组成、不同滤速的试验以获得最佳的滤速和滤料组成的结合。
表9.5.9中所列单层细砂滤料、双层滤料的滤料组成数据在原规范的基础上做了调整:滤速的下限规定则根据水质提高的要求做了适当调低;参照法国公司有关V型滤池滤料设计级配的通用表述方法与参数要求以及福建石英砂协会的建议,将均匀级配粗砂滤料的不均匀系数用K60表述,并将其不均匀系数调整为K60小于1.6。
9.5.10 滤料的承托层粒径和厚度与所用滤料的组成和配水系统形式有关,根据国内长期使用的经验,条文做了相应规定。由于大阻力配水系统孔眼距池底高度不一,故最底层承托层按从孔眼以上开始计算。
一般认为承托层最上层粒径宜采用2mm~4mm,但也有认为再增加一层厚50mm~100mm粒径1mm~2mm的承托层为好。
9.5.11 滤头滤帽的缝隙通常都小于滤料最小粒径,从这点来讲,滤头配水系统可不设承托层。但为使冲洗配水更为均匀,不致扰动滤料,习惯上都设置厚100mm粒径2mm~4mm的粗砂作承托层。
Ⅲ 配水、配气系统
9.5.12 国内单水冲洗快滤池绝大多数使用大阻力穿孔管配水系统,滤砖是使用较多的中阻力配水系统,小阻力滤头配水系统则用于单格面积较小的滤池。
对于气水反冲,上海市政工程设计院于20世纪80年代初期在扬子石化水厂双阀滤池中首先设计使用了长柄滤头配气、配水系统,获得成功。20世纪80年代后期,南京上元门水厂等首批引进了长柄滤头配气、配水系统的V型滤池,并在国内各地普遍使用,在技术上显示出了优越性。目前国内设计的V型滤池基本上都采用长柄滤头配气、配水系统。气水反冲用塑料滤砖仅在少数水厂使用(北京、大庆等)。气水反冲采用穿孔管(气水共用或气、水分开)配水、配气的则不多。在配气、配水干管(渠)顶应设排气装置,以保证能排尽残存的空气。
9.5.13 本条根据国内滤池运行经验,对大阻力、中阻力配水系统及小阻力配气、配水系统的开孔比做了规定。
小阻力滤头国内使用的有英国式的,其缝隙宽分别为0.5mm、0.4mm、0.3mm,缝长34mm,每只均36条,其缝隙面积各为612m㎡、489.6m㎡和367.2m㎡,按每平方米设33只计,其缝隙总面积与滤池面积之比各为2.0%、1.6%、1.2%;还有法国式的,其缝宽为0.4mm,缝隙面积为288m㎡,每平方米设50只,其缝隙总面积与滤池面积之比为1.44%;国产的缝宽为0.25mm,缝隙面积为250m㎡,每平方米设50只,其开孔比为1.25%。据此将滤头的开孔比定为1.25%~2.00%。
小阻力滤头国内使用的有英国式的,其缝隙宽分别为0.5mm、0.4mm、0.3mm,缝长34mm,每只均36条,其缝隙面积各为612m㎡、489.6m㎡和367.2m㎡,按每平方米设33只计,其缝隙总面积与滤池面积之比各为2.0%、1.6%、1.2%;还有法国式的,其缝宽为0.4mm,缝隙面积为288m㎡,每平方米设50只,其缝隙总面积与滤池面积之比为1.44%;国产的缝宽为0.25mm,缝隙面积为250m㎡,每平方米设50只,其开孔比为1.25%。据此将滤头的开孔比定为1.25%~2.00%。
9.5.14 根据国内长期运行的经验,大阻力配水系统(管式大阻力配水系统)采用条文规定的流速设计,能在通常冲洗强度下,满足滤池冲洗水配水的均匀要求。
9.5.15 根据近十多年来实际设计应用情况和对引进的国外公司相关案例的分析,配气干管进口端流速多为10m/s~20m/s。
Ⅳ 冲洗
9.5.16 20世纪80年代以前,国内的滤池几乎都是采用单水冲洗方式,仅个别小规模滤池采用了穿孔管气水反冲。自从改革开放以来,在给水行业中较多地引进了国外技术,带来了冲洗方式的变革,几乎所有引进的滤池都采用气水反冲方式,并获得较好的冲洗效果。本条在研究分析了国内外的有关资料后,列出了各种滤料适宜采用的冲洗方式。
9.5.17 在对现有单层细砂级配滤料滤池进行技术改造时,可首先考虑增设表面扫洗。
9.5.18 对于单层细砂级配滤料和双层滤料的冲洗强度,当砂粒直径大时,宜选较大的强度;粒径小者宜选择较小的强度。
9.5.19 单水冲洗滤池的冲洗周期沿用原规范的数值;粗砂均匀级配滤料并用气水反冲滤池的冲洗周期,国内一般采用36h~72h,但是从提高水质考虑,过长的周期会对出水水质产生不利影响,因此规定冲洗周期宜采用24h~36h。
Ⅵ 普通快滤池
9.5.21 根据国内滤池的运行经验,单层、双层滤料快滤池冲洗前水头损失多为2.0m~2.5m。
对冲洗前的水头损失,也有认为用滤过水头损失来表达。习惯上滤池冲洗前的水头损失是指流经滤料层和配水系统的水头损失总和,而滤过水头损失为流经滤料层的水头损失。条文中仍按习惯用冲洗前的水头损失。
9.5.22 为保证快滤池有足够的工作周期,避免滤料层产生负压,并从净水工艺流程的高程设置和构筑物造价考虑,条文规定滤层表面以上水深宜采用1.5m~2.0m。
9.5.23 由于小阻力配水系统一般不适宜用于单格滤池面积大的滤池,因此条文规定了单层滤料滤池宜采用大阻力或中阻力配水系统。
由于双层滤料滤池的滤速较高,如采用大阻力配水系统,会使过滤水头损失过大;而采用小阻力配水系统,又会因单格面积较大而不易做到配水均匀,故条文规定宜采用中阻力配水系统。
9.5.24 本条为避免因冲洗排水槽平面面积过大而影响冲洗的均匀,以及防止滤料在冲洗膨胀时的流失所做的规定。
9.5.25 根据国内采用高位水箱(塔)冲洗的滤池,多为单水冲洗滤池,冲洗水箱(塔)容积一般按单格滤池冲洗水量的1.5倍~2.0倍计算,但实际运行中,即使滤池格数较多的水厂也很少出现两格滤池同时冲洗,故条文规定的按单格滤池冲洗水量的1.5倍计算,已留有了一定的富余度。
当采用水泵直接冲洗时,由于普通快滤池通常采用高强度单水冲洗,短时内冲洗水泵从滤池出水中所抽取的水量往往需要多格滤池的出水量才能满足要求,因此,冲洗时滤池出水至清水池流量短时内会急剧减少甚至为零,严重影响滤后水自动加氯消毒的稳定性和消毒效果,故规定宜设置独立的容积为1.5倍~2.0倍单格滤池冲洗水量的冲洗水调蓄水池。
冲洗水泵的能力需与冲洗强度相匹配,故水泵能力应按单格滤池冲洗水量设计。
Ⅶ V型滤池
9.5.26 V型滤池滤料采用粗粒均匀级配滤料,孔隙率比一般细砂级配滤料大,因而水头损失增长较慢,工作周期可以达到36h~72h,甚至更长。但过长的过滤周期会导致滤层内有机物积聚和菌群的增长,使滤层内产生难以消除的黏滞物。根据近十年来国内的设计和运行经验,将冲洗前的水头损失调整到2.0m~2.5m。
9.5.27 为使滤池保持足够的过滤水头,避免滤层出现负压,根据国内设计和运行经验,规定滤层表面以上的水深不应小于1.2m。
9.5.28 V型滤池采用气水反冲,根据一般布置,气、水经分配干渠由气、水分配孔眼进人有一定高度的气水室。在气水室形成稳定的气垫层,通过长柄滤头均匀地将气、水分配于整个滤池面积。目前应用的V型滤池均采用长柄滤头配气、配水系统,使用效果良好。条文据此做了规定。
9.5.29 V型滤池冲洗水的供给一般采用水泵直接自滤池出水渠取水。若采用水箱供应,因冲洗时水箱水位变化,将影响冲洗强度,不利于冲洗的稳定性。同时,采用水泵直接冲洗还能适应气水同冲的水冲强度与单水漂洗强度不同的灵活变化。水泵的能力和配置可按单格滤池气水同冲和单水漂洗的冲洗水量设计,当两者水量不同时,一般水泵宜配置二用一备。
9.5.30 鼓风机直接供气的效率高,气冲时间可任意调节。
鼓风机常用的有罗茨风机和多级离心风机,国内在气水反冲滤池中都有使用,两者都可正常工作。罗茨风机的特性是风量恒定,压力变化幅度大;而离心风机的特性曲线与离心水泵类似。
9.5.31 V型进水槽是V型滤池构造上的特点之一,目的在于沿滤格长度方向均匀分配进水,同时亦起到均匀分配表面扫洗水的作用。V型槽底配水孔口至中央排水槽边缘的水平距离过大,孔口出流推动力的作用减弱,将影响扫洗效果,结合国内外的资料和经验,宜在3.5m以内,最大不超过5m。
现行《滤池气水冲洗设计规程》CECS50规定表面扫洗孔中心低于排水槽顶面150mm,但根据各地实际运转和测试表明,这样的高度会出现滤料面由排水堰一侧向V型槽一侧倾斜(排水槽侧高,V型槽侧低),如广东某水厂及海口某水厂都出现这一现象;中山小榄镇水厂,因表扫孔偏低而出现扫洗水倒流,影响扫洗效果;吉林二水厂也由于表扫孔过低导致扫洗效果差,出现泡沫浮渣漂浮滞留。根据以上出现的问题,多数认为表扫孔高程宜接近中央排水槽的堰顶高程;有的认为应低于堰顶30mm~50mm;还有的认为应高于堰顶30mm。据此,条文未对表面扫洗孔的高程做出规定,设计时可根据具体情况确定。
9.5.32 为使V型槽能达到均匀配水目的,应使所有孔眼的直径和作用水头相等。孔径相等易于做到。作用水头则由于槽外滤池水位固定,而槽内水流为沿途非均匀流,水面不平,致使作用水头改变。因此设计时应按均匀度尽可能大(例如95%)的要求,对V型槽按非均匀流计算其过水断面,以确定V型槽的起始和末端的水深。V型槽斜面一侧与池壁的倾斜度根据国内常用数据规定宜采用45°~50°。倾斜度小将导致过水断面小,增加槽内流速。
9.5.33 进水总渠和进入每格滤池的堰板相结合组成的进水系统是V型滤池的特点之一,由于进水总渠的起始端与末端水位不同,通过同一高程堰板的过堰流量会有差异,萧山自来水公司的滤池就产生这种情况。因此为保证每格滤池的进水量相等,应设置可调整高度的堰板,以便在实际运行中调整。上海大场水厂采用这一措施,收到很好的效果。
9.5.34 气水反冲洗滤池的反冲洗空气总管的高程必须高出滤池的最高水位,否则就有可能产生滤池水倒灌进入风机。安徽马鞍山二水厂曾有此经验教训。
9.5.35 长柄滤头配气、配水系统的配气、配水均匀性取决于滤头滤帽顶面是否水平一致。目前国内主要有两种方法,一种是滤头安装在分块的滤板上,因此要求滤板本身平整,整个滤池滤板的水平误差允许范围为±5mm,以此来控制滤头滤帽顶面的水平;另一种是采用塑料制模板,再在其上整体浇筑混凝土滤板,并配有可调整一定高度的长柄滤头,以控制滤柄顶面的水平。条文规定设计中应采取有效措施,不管采用何种措施只要能使滤头滤帽或滤柄顶表面保持在同一水平高程,其误差不得超出±5mm范围。如果不能保证滤头滤帽或滤柄顶表面高程的一致,在同样的气垫层厚度下,每个滤头的进气面积会不同,将导致进气量的差异,无法均匀地将空气分配在整池滤层上,严重时还将出现脉冲现象或气流短路现象,势必导致不良的冲洗效果。
9.5.36 由于V型滤池采用滤料层微膨胀的冲洗,因此其冲洗排水槽顶不必像膨胀冲洗时所要高出的距离。根据国内外资料和实践经验,在滤料层厚度为1.20m左右时,冲洗排水槽顶面多采用高于滤料层表面500mm。条文据此做了规定。
Ⅷ 虹吸滤池
9.5.37 虹吸滤池每格滤池的反冲洗水量来自其余相邻滤格的滤后水量,一般冲洗强度约为滤速的5倍~6倍,当滤池运行水量降低时,这一倍数将相应增加。因此为保证滤池有足够的冲洗强度,滤池应有与这一倍数相应的最少分格数。
9.5.38 虹吸滤池是等滤速、变水头的过滤方式。冲洗前的水头损失过大,不易确保滤后出水水质,并将增加池深,提高造价;冲洗前的水头损失过低,则会缩短过滤周期,增加冲洗水率。根据国内多年设计及水厂运行经验,规定可采用1.5m。
9.5.39 虹吸滤池的冲洗水头,即虹吸滤池出水堰板高程与冲洗排水管淹没水面的高程差,应按要求的冲洗水量通过水力计算确定。国内使用的虹吸滤池形式大多采用1.0m~1.2m,据此条文做了规定。同时为适应冲洗水量变化的要求,规定要有调整冲洗水头的措施。
9.5.40 本条根据国内经验对虹吸滤池的虹吸进水管和排水管流速做了规定。
IX 重力式无阀滤池
9.5.41 无阀滤池一般适用于小规模水厂,其冲洗水箱设于滤池上部,容积一般按冲洗一次所需水量确定。通常每座无阀滤池都设计成数格合用一个冲洗水箱。实践证明,在一格滤池冲洗即将结束时,虹吸破坏管口刚露出水面不久,由于其余各格滤池不断向冲洗水箱大量供水,使管口又被上升水位所淹没,致使虹吸破坏不彻底,造成滤池持续不停地冲洗。滤池格数越多,问题越突出,甚至虹吸管口不易外露,虹吸不被破坏而延续冲洗。为保证能使虹吸管口露出水面,破坏虹吸及时停止冲洗,因此合用水箱的无阀滤池宜取2格,不宜多于3格。
9.5.42 无阀滤池是变水头、等滤速的过滤方式,各格滤池如不设置单独的进水系统,因各格滤池过滤水头的差异,势必造成各格滤池进水量的相互影响,也可能导致滤格发生同时冲洗现象。故规定每格滤池应设单独进水系统。在滤池冲洗后投入运行的初期,由于滤层水头损失较小,进水管中水位较低,易产生跌水和带入空气。因此规定要有防止空气进入的措施。
9.5.43 无阀滤池冲洗前的水头损失值将影响虹吸管的高度、过滤周期以及前道处理构筑物的高程。条文是根据长期设计经验规定的。
9.5.44 无阀滤池为防止冲洗时滤料从过滤室中流走,滤料表面以上的直壁高度除应考虑滤料的膨胀高度外,还应加上100mm~150mm的保护高度。
9.5.45 为加速冲洗形成时虹吸作用的发生,反冲洗虹吸管应设有辅助虹吸设施。为避免实际的冲洗强度与理论计算的冲洗强度有较大的出入,应设置可调节冲洗强度的装置。为使滤池能在未达到规定的水头损失之前,进行必要的冲洗,需设有强制冲洗装置。
X 翻板滤池
9.5.46 翻板滤池是近十年来从国外引进并加以吸收消化后在我国得以应用的一种采用气水联合冲洗的新型双层滤料过滤滤池。其主要特点是采用冲洗时不排水来控制双层滤料中上层比重较轻的滤料不随冲洗水而流失。由于目前国内应用实践经验不多,考虑到其采用煤和石英砂普通级配滤料时与双层滤料普通快滤池相同,再结合国内已投入运行的案例调查,做出此规定。
9.5.47 同样由于目前国内应用实践经验不多,考虑到翻板滤池的滤料组成主要表现为双层滤料的特点,故规定滤层表面以上水深与双层滤料普通快滤池的相同。
9.5.48 从目前国内已应用的案例调查得知,翻板滤池的配水属于中小阻力配水系统,目前较多采用一种适用于气水联合冲洗方式的专用穿孔配水、配气管,按气水分界面布置气孔和水孔,气孔和水孔孔眼总面积与滤池面积之比也不应过小,同时也不宜分别大于0.12%和1.28%。同时考虑到也有部分翻板滤池采用滤头作为配水、配气系统,故对其承托层做出了规定。
9.5.50 考虑到从国外引进的早期翻板滤池冲洗水供应采用高位水箱,而国内吸收消化改进后的翻板滤池冲洗水供应一般采用冲洗水泵,故规定冲洗水泵和高位水箱皆可。
当采用水泵直接冲洗时,由于翻板滤池最后一次冲洗通常采用高强度单水冲洗,短时内冲洗水泵从滤池出水中所抽取的水量往往需要多格滤池的出水量才能满足要求,因此冲洗时滤池出水至清水池流量短时内会急剧减少甚至为零,严重影响滤后水自动加氯消毒的稳定性和消毒效果,故规定宜设置独立的容积为1.5倍~2.0倍单格滤池冲洗水量的冲洗水调蓄水池。
冲洗水泵的能力需与冲洗强度相匹配,故水泵能力应按单格滤池冲洗水量设计。9.5.51本条规定应采用鼓风机供应冲洗气源是出于与V型滤池冲洗用气的同样考虑。
9.5.52 滤池的长度和宽度受生产规模、滤后水收集及冲洗水分配均匀性等多种因素的影响。据开发出翻板滤池的瑞士苏尔寿(SULZER)公司介绍,考虑到翻板滤池布置的特点,为保证冲洗水的均匀性以及排水有效性,滤池单格面积不宜超过90㎡,故规定单格翻板滤池池宽不宜大于6m,不应大于8m,长度不应大于15m。
9.5.53 设置进出水总渠可使各格滤池的进水分配和出水收集更加均匀。每格滤池的进出水设置可调堰板、调节阀门和跌水堰,主要目的是为了实现每格滤池的恒水位等速过滤运行模式。分阶段开启的翻板阀可有效防止排水时的滤料流失。
9.5.54 滤层上部有一定的储水高度可确保一次冲洗结束,翻板阀开启排水前,冲洗废水不会漫过进水渠。
9.5.55 为避免翻板阀开启时带走滤料,翻板阀底与滤层面之间应留有足够的超高。反冲洗空气总管的高程应高出滤池的最高水位(包括反冲洗时池内最高反冲洗水储存水位),否则就有可能产生滤池水倒灌进人风机。
9.5.57 规定了穿孔管配水、配气系统结构形式、布置要点以及管道和孔口的设计参考流速范围。当设计冲洗强度要求较大时,也可按此参考流速范围确定布水布气系统断面和开孔。
9.5.58 由于配水、配气管直接与滤后水接触,故其材质应满足涉水卫生标准的要求。采用PE管或不低于S304的不锈钢管主要是提高管材的防腐能力和延长其使用寿命。
9.5.59 对布水、布气管水平度提出一定的控制要求,可保障布水、布气系统的均匀性。
9.6 地下水除铁和除锰
9.6 地下水除铁和除锰
I 工艺流程选择
9.6.1 生活饮用水的地下水源中铁、锰含量超过生活饮用水卫生标准规定时,或生产用水中铁、锰含量超过工业用水标准时,应进行除铁、除锰处理。
9.6.2 地下水除铁、除锰工艺流程的选择及构筑物的组成应根据原水水质、处理后水质要求、除铁、除锰试验或参照水质相似水厂运行经验,通过技术经济比较确定。
9.6.3 当原水中二价铁小于5mg/L,二价锰小于0.5mg/L时,工艺流程应为:原水→曝气溶氧装置→除铁、除锰滤池→出水。
9.6.4 当原水中二价铁大于5mg/L,二价锰大于0.5mg/L时,可采用本标准第9.6.3条中的工艺流程,除铁、除锰滤池滤层应适当加厚,也可采用两级过滤流程。采用一级过滤或是两级过滤,设计时应根据具体情况对工程的经济性和水质风险进行全面评估来决定。两级过滤工艺流程应为:原水→曝气溶氧装置→除铁滤池→除锰滤池→出水。
9.6.5 当含铁锰水中伴生氨氮,且氨氮大于1mg/L时,宜采用两级曝气两级过滤工艺:原水→曝气溶氧装置→除铁滤池→曝气溶氧装置→除锰滤池→出水。
Ⅱ 曝气装置
9.6.6 曝气装置应根据原水水质和工艺对溶解氧的需求来选定,可采用跌水、淋水、喷水、射流曝气、压缩空气、板条式曝气塔、接触式曝气塔或叶轮式表面曝气装置。
9.6.7 采用跌水装置时,跌水级数可采用1级~3级,每级跌水高度宜为0.5m~1.0m,单宽流量宜为20m³/(m·h)~50m³/(m·h)。
9.6.8 采用淋水装置(穿孔管或莲蓬头)时,孔眼直径可采用4mm~8mm,孔眼流速宜为1.5m/s~2.5m/s,安装高度宜为1.5m~2.5m。当采用莲蓬头时,每个莲蓬头的服务面积宜为1.0㎡~1.5㎡。
9.6.9 采用喷水装置时,每10㎡集水池面积上宜装设4个~6个向上喷出的喷嘴,喷嘴处的工作水头宜采用7m。
9.6.10 采用射流曝气装置时,其构造应根据工作水的压力、需气量和出口压力等通过计算确定。工作水可采用全部、部分原水或其他压力水。
9.6.11 采用压缩空气曝气时,每立方米水的需气量(以L计)宜为原水二价铁含量(以mg/L计)的2倍~5倍。
9.6.12 采用板条式曝气塔时,板条层数可为4层~6层,层间净距宜为400mm~600mm。
9.6.13 采用接触式曝气塔时,填料层层数可为1层~3层,填料宜采用30mm~50mm粒径的焦炭块或矿渣,每层填料厚度宜为300mm~400mm,层间净距不宜小于600mm。
9.6.14 淋水装置、喷水装置、板条式曝气塔和接触式曝气塔的淋水密度,可采用5m³/(㎡·h)~10m³/(㎡·h)。淋水装置接触水池容积,宜按30min~40min处理水量计算。接触式曝气塔底部集水池容积,宜按15min~20min处理水量计算。
9.6.15 采用叶轮表面曝气装置时,曝气池容积可按20min~40min处理水量计算,叶轮直径与池长边或直径之比可为1:6~1:8,叶轮外缘线速度可为4m/s~6m/s。
9.6.16 当跌水、淋水、喷水、板条式曝气塔、接触式曝气塔或叶轮表面曝气装置设在室内时,应考虑通风设施。
Ⅲ 除铁、除锰滤池
9.6.17 除铁、除锰滤池的滤料可选择天然锰砂、石英砂和无烟煤等。
9.6.18 除铁、除锰滤池滤料的粒径:石英砂宜为dmin=0.5mm,dmax=1.2mm;锰砂宜为dmin=0.6mm,dmax=1.2mm~2.0mm。厚度宜为800mm~1200mm。滤速宜为5m/h~7m/h。
9.6.19 除铁、除锰滤池宜采用大阻力配水系统,其承托层可按本标准表9.5.10选用。当采用锰砂滤料时,承托层的顶面两层应改为锰矿石。
9.6.20 除铁、除锰滤池的冲洗强度、膨胀率和冲洗时间可按表9.6.20采用。
条文说明
I 工艺流程选择
9.6.1 铁、锰都是人体组织的微量元素,成人身体中含铁4g~5g,含锰12mg~20mg。人体缺铁就会产生贫血和代谢功能紊乱,人体缺锰将引发畸形、脑惊厥、早产及不孕症等疾病。但铁、锰过多也会引起铁中毒和锰中毒。人体摄取铁过多有损于胰腺、肝胆和皮肤。锰过多引起造骨机能破坏、引发锰佝偻病以及中枢神经、呼吸系统病患。人们在饮茶、食用蔬果、肉类和粮食中已能满足对铁、锰的摄取需求。长期饮用含铁、锰水有损于健康。况且含铁、锰水会产生沉淀于供水管道之中,着色于生活器皿和衣物,给生活造成诸多不便。含铁、锰水用于造纸、纺织、印染、食品等工业生产会使产品着色乃至报废,用于锅炉用水会产生结垢乃至事故。水中铁、锰对工业生产有害而无益,希望越少越好。所以城市供水中,如水源水铁、锰超出用水标准必须予以处理。
9.6.2 我国含铁、锰地下水分布于18个省市、3.1亿人口的广大地区。由于各地的水文地质化学条件的差异,含铁、锰地下水水质千差万别。在工艺中需要来考虑原水中Fe2+与除锰生成的Mn4+的氧化还原反应,所以按照原水中Fe2+的含量可将原水分为:
Ⅰ:Fe2+小于5mg/L,Mn2+小于0.5mg/L的地下水质称之为低浓度铁、锰地下水。
Ⅱ:Fe2+大于5mg/L,Mn2+大于0.5mg/L的称之为高浓度铁、锰地下水。
Ⅲ:当含铁、锰地下水中同时又含有氨氮称之为伴生氨氮铁、锰地下水。
由于铁、锰和氨氮在水中的浓度不同,铁、锰和氨氮相互间的氧化还原关系及原水对氧的需求都将有重大差别。故地下水除铁、锰水厂设计之时,应根据原水水质条件来选择净水流程和构筑物形式。
由于地下水水质复杂、千差万别,有条件时应做现场模拟试验研究,也可参照相似水质条件水厂的运行经验,经工程综合技术经济比较后确定。
9.6.3 低浓度铁、锰地下水多分布于弱还原环境的河漫滩之下,与河水有较好的水力交换。水中还原物质较少,对氧的需求低。根据辽宁省浑太流域,大、小凌河流域地下水除铁、除锰水厂的多年运行经验,可采用跌水曝气1级除铁、除锰滤池的简捷净化流程。
9.6.4 在标准状态下,O2的氧化还原电位0.82V,铁的氧化还原电位为0.2V,锰的氧化还原电位为0.6V。O2与Mn的氧化还原电位差为0.22V,O2与Fe的氧化还原电位差为0.62V。所以在地下水pH值中性条件下,Fe2+可以被溶解氧直接氧化,当存在触媒的情况下可迅速氧化。但Fe与Mn的氧化还原电位差为0.4V。在一定的基质浓度下,Fe2+与Mn4+会发生氧化还原反应,Mn4+将Fe2+氧化Fe3+,而Mn4+还原为Mn2+。据北京工业大学和中国市政东北设计研究院有限公司的科学研究成果和工程生产实验,当滤层进水中Fe2+>5mg/L时,就会发生Fe2+和Mn4+的氧化还原反应,此时应采用厚滤料滤池或采用两级过滤流程。
9.6.5 Fe2+的氧化当量为0.143mg O2/mgFe2+,Mn2+的氧化当量为0.29mg O2/mgMn2+,而氨氮(NH4+-N)的氧化当量则为4.57mg O2/mgNH4+-N。所以原水中含有氨氮,除铁、锰、氨的滤层耗氧量大增。故当含铁、锰水中伴生氨氮且NH4+-N>1.0mg/L,宜采用两级曝气两级过滤流程。
9.6.2 我国含铁、锰地下水分布于18个省市、3.1亿人口的广大地区。由于各地的水文地质化学条件的差异,含铁、锰地下水水质千差万别。在工艺中需要来考虑原水中Fe2+与除锰生成的Mn4+的氧化还原反应,所以按照原水中Fe2+的含量可将原水分为:
Ⅰ:Fe2+小于5mg/L,Mn2+小于0.5mg/L的地下水质称之为低浓度铁、锰地下水。
Ⅱ:Fe2+大于5mg/L,Mn2+大于0.5mg/L的称之为高浓度铁、锰地下水。
Ⅲ:当含铁、锰地下水中同时又含有氨氮称之为伴生氨氮铁、锰地下水。
由于铁、锰和氨氮在水中的浓度不同,铁、锰和氨氮相互间的氧化还原关系及原水对氧的需求都将有重大差别。故地下水除铁、锰水厂设计之时,应根据原水水质条件来选择净水流程和构筑物形式。
由于地下水水质复杂、千差万别,有条件时应做现场模拟试验研究,也可参照相似水质条件水厂的运行经验,经工程综合技术经济比较后确定。
9.6.3 低浓度铁、锰地下水多分布于弱还原环境的河漫滩之下,与河水有较好的水力交换。水中还原物质较少,对氧的需求低。根据辽宁省浑太流域,大、小凌河流域地下水除铁、除锰水厂的多年运行经验,可采用跌水曝气1级除铁、除锰滤池的简捷净化流程。
9.6.4 在标准状态下,O2的氧化还原电位0.82V,铁的氧化还原电位为0.2V,锰的氧化还原电位为0.6V。O2与Mn的氧化还原电位差为0.22V,O2与Fe的氧化还原电位差为0.62V。所以在地下水pH值中性条件下,Fe2+可以被溶解氧直接氧化,当存在触媒的情况下可迅速氧化。但Fe与Mn的氧化还原电位差为0.4V。在一定的基质浓度下,Fe2+与Mn4+会发生氧化还原反应,Mn4+将Fe2+氧化Fe3+,而Mn4+还原为Mn2+。据北京工业大学和中国市政东北设计研究院有限公司的科学研究成果和工程生产实验,当滤层进水中Fe2+>5mg/L时,就会发生Fe2+和Mn4+的氧化还原反应,此时应采用厚滤料滤池或采用两级过滤流程。
9.6.5 Fe2+的氧化当量为0.143mg O2/mgFe2+,Mn2+的氧化当量为0.29mg O2/mgMn2+,而氨氮(NH4+-N)的氧化当量则为4.57mg O2/mgNH4+-N。所以原水中含有氨氮,除铁、锰、氨的滤层耗氧量大增。故当含铁、锰水中伴生氨氮且NH4+-N>1.0mg/L,宜采用两级曝气两级过滤流程。
Ⅱ 曝气装置
9.6.6 含铁、锰地下水是在还原环境下存在的,水中溶解氧为零。为进行Fe2+、Mn2+的氧化反应必须向水中充氧。除铁和除锰在地下水pH值6~6.5的条件下均可顺利进行,也不受溶解性硅酸的影响。曝气是为了充氧,不必刻意散失CO2。故曝气装置的选择只根据原水需氧量来选择。同时曝气又是除铁、除锰水厂的重要动力消耗单元,在满足溶解氧需求条件下,宜选择简单节能的曝气装置,跌水与淋水是除铁、锰工艺首选曝气装置。
喷水、板条式曝气塔、接触曝气塔能耗较高、投资较大。叶轮式表面曝气装置有动力设备,增加了维护工作量。在一定条件下,也可以选用。
射流曝气、压缩空气曝气只有在压力式除铁、锰装置中使用。
9.6.7 跌水曝气的溶氧效果,因受水的饱和溶解氧浓度的限制,随着跌水级数和跌水高度增大是有限的。据生产实践调研一级跌水高度在0.5m之上,水中溶解氧浓度可达4.0mg/L~4.5mg/L,三级跌水达5.0mg/L~5.5mg/L。已能满足除铁、除锰工艺的要求。故以跌水级数1级~3级,每级跌水高度0.5m~1.0m为宜。
跌水堰单宽流量小,跌水水舌下真空度亦小,吸入空气量少;单宽流量大,随水舌下真空度增强,吸入空气量大,但水舌变厚后,单位水量中溶入空气量反而变小。据生产实际调研单宽流量以20m³/(m·h)~50m³/(m·h)为宜。
9.6.8 目前国内淋水装置多采用穿孔管,因其加工安装简单,曝气效果良好,而采用莲蓬头者较少。理论上,孔眼直径越小,水流越分散,曝气效果越好。但孔眼直径太小易于堵塞,反而会影响曝气效果。根据国内使用经验,孔眼直径以4mm~8mm为宜,孔眼流速以1.5m/s~2.5m/s为宜。据实地调研和室内科研实验,淋水飞程1.5m之内,溶氧效果与淋水飞程呈正相关关系。飞程大于1.5m溶氧效果增长非常缓慢。故淋水装置的安装高度宜为1.5m~2.0m。安装高度是指淋水出口至集水池水面的距离。
9.6.9 条文中规定了每10㎡面积设置喷嘴的个数,实际上相当于每个喷嘴的服务面积约为1.7㎡~2.5㎡。
9.6.10 某水厂原射流曝气装置未经计算,安装位置不当,使装置不仅不曝气,反而从吸气口喷水。后经计算,并改变了射流曝气装置的位置,结果曝气效果良好。可见,通过计算来确定射流曝气装置的构造是很重要的。东北两个城市采用射流曝气装置已有多年历史,由于它具有设备少、造价低、加工容易、管理方便、溶氧效率较高等优点,故迅速得以在国内十多个水厂推广使用,效果良好。实践表明,原水经射流曝气后溶解氧饱和度可达70%~80%,但CO2散除率一般不超过30%,pH值无明显提高,故射流曝气装置适用于原水铁、锰含量较低,对散除CO2和提高pH值要求不高的场合。
9.6.13 实践表明,接触式曝气塔运转一段时间以后,填料层易被堵塞。原水含铁量愈高,堵塞愈快。一般每1年~2年就应对填料层进行清理。这是一项十分繁重的工作,为方便清理,层间净距一般不宜小于600mm。
9.6.14 根据生产经验,淋水密度一般可采用5m³/(㎡·h)~10m³/(㎡·h)。但直接装设在滤池上的喷淋设备,其淋水密度相当于滤池的滤速。
9.6.15 试验研究和东北地区采用的叶轮表面曝气装置的实践经验表明,原水经曝气后溶解氧饱和度可达80%以上,二氧化碳散除率可达70%以上,pH值可提高0.5~1.0。可见,叶轮表面曝气装置不仅溶氧效率较高,而且能充分散除二氧化碳,大幅度提高pH值。使用中还可根据要求适当调节曝气程度,管理条件也较好,故近年来已逐渐在工程中得以推广使用。设计时应根据曝气程度的要求来确定设计参数,当要求曝气程度高时,曝气池容积和叶轮外缘线速度应选用条文中规定的上限,叶轮直径与池长边或直径之比应选用条文中规定数据的下限。
喷水、板条式曝气塔、接触曝气塔能耗较高、投资较大。叶轮式表面曝气装置有动力设备,增加了维护工作量。在一定条件下,也可以选用。
射流曝气、压缩空气曝气只有在压力式除铁、锰装置中使用。
9.6.7 跌水曝气的溶氧效果,因受水的饱和溶解氧浓度的限制,随着跌水级数和跌水高度增大是有限的。据生产实践调研一级跌水高度在0.5m之上,水中溶解氧浓度可达4.0mg/L~4.5mg/L,三级跌水达5.0mg/L~5.5mg/L。已能满足除铁、除锰工艺的要求。故以跌水级数1级~3级,每级跌水高度0.5m~1.0m为宜。
跌水堰单宽流量小,跌水水舌下真空度亦小,吸入空气量少;单宽流量大,随水舌下真空度增强,吸入空气量大,但水舌变厚后,单位水量中溶入空气量反而变小。据生产实际调研单宽流量以20m³/(m·h)~50m³/(m·h)为宜。
9.6.8 目前国内淋水装置多采用穿孔管,因其加工安装简单,曝气效果良好,而采用莲蓬头者较少。理论上,孔眼直径越小,水流越分散,曝气效果越好。但孔眼直径太小易于堵塞,反而会影响曝气效果。根据国内使用经验,孔眼直径以4mm~8mm为宜,孔眼流速以1.5m/s~2.5m/s为宜。据实地调研和室内科研实验,淋水飞程1.5m之内,溶氧效果与淋水飞程呈正相关关系。飞程大于1.5m溶氧效果增长非常缓慢。故淋水装置的安装高度宜为1.5m~2.0m。安装高度是指淋水出口至集水池水面的距离。
9.6.9 条文中规定了每10㎡面积设置喷嘴的个数,实际上相当于每个喷嘴的服务面积约为1.7㎡~2.5㎡。
9.6.10 某水厂原射流曝气装置未经计算,安装位置不当,使装置不仅不曝气,反而从吸气口喷水。后经计算,并改变了射流曝气装置的位置,结果曝气效果良好。可见,通过计算来确定射流曝气装置的构造是很重要的。东北两个城市采用射流曝气装置已有多年历史,由于它具有设备少、造价低、加工容易、管理方便、溶氧效率较高等优点,故迅速得以在国内十多个水厂推广使用,效果良好。实践表明,原水经射流曝气后溶解氧饱和度可达70%~80%,但CO2散除率一般不超过30%,pH值无明显提高,故射流曝气装置适用于原水铁、锰含量较低,对散除CO2和提高pH值要求不高的场合。
9.6.13 实践表明,接触式曝气塔运转一段时间以后,填料层易被堵塞。原水含铁量愈高,堵塞愈快。一般每1年~2年就应对填料层进行清理。这是一项十分繁重的工作,为方便清理,层间净距一般不宜小于600mm。
9.6.14 根据生产经验,淋水密度一般可采用5m³/(㎡·h)~10m³/(㎡·h)。但直接装设在滤池上的喷淋设备,其淋水密度相当于滤池的滤速。
9.6.15 试验研究和东北地区采用的叶轮表面曝气装置的实践经验表明,原水经曝气后溶解氧饱和度可达80%以上,二氧化碳散除率可达70%以上,pH值可提高0.5~1.0。可见,叶轮表面曝气装置不仅溶氧效率较高,而且能充分散除二氧化碳,大幅度提高pH值。使用中还可根据要求适当调节曝气程度,管理条件也较好,故近年来已逐渐在工程中得以推广使用。设计时应根据曝气程度的要求来确定设计参数,当要求曝气程度高时,曝气池容积和叶轮外缘线速度应选用条文中规定的上限,叶轮直径与池长边或直径之比应选用条文中规定数据的下限。
Ⅲ 除铁、除锰滤池
9.6.17 除铁、锰滤池滤料并非充作触媒物质,而是触媒载体。表层滤料是Fe2+氧化触媒的载体,下部填料是锰氧化触媒物质载体,同时滤层还起到截滤悬浮的铁、锰氧化物的作用。故原则上任何可以作为滤料的材料均可作为除铁、除锰滤池滤料。锰砂有很大的吸附容量,是石英砂的几十倍。在一定的水质和操作条件下,在滤池投产之初当锰砂滤料的吸附容量渐渐饱和之前,除锰滤池就已经培养成熟,由此可使吸附饱和期与培养成熟期相衔接,在投产初期就可以取得Mn2+浓度不超标的处理水。相反地,若采用石英砂为除锰滤池滤料,由于其对锰的吸附容量很小,在滤池投产初期吸附容量很快饱和,所以出水锰浓度在滤池成熟之前(时间可长达数十日)是不达标,但石英砂强度大耐磨,使用寿命长。各水厂可据地方条件选用。
9.6.18 除铁、除锰滤池希望有更大的填料表面积和曲折的过滤路径。据长年除铁、锰水厂的生产经验,滤池滤料粒径石英砂d=0.5mm~1.2mm,锰砂为0.6mm~1.2mm或0.6mm~2.0mm为宜。为了锰氧化还原菌在滤砂上附着和具有一定的生化反应时间,滤速不宜过大,一般为5m/h~7m/h。
9.6.19 在除铁、除锰滤层中不但滤砂表面黏附着铁锰氧化物,同时滤砂间隙中也有大量铁锰氧化物黏泥。为使全滤层全方位得以洗净,采用冲洗均匀的大阻力配水系统。
9.6.20 除铁、除锰滤池中Fe2+、Mn2+的氧化反应是在滤层中进行的。与地面水除浊主要发生在滤层表层不完全相同,可以省去表面冲洗。反冲的目的不但要将滤砂颗粒空隙中铁锰粘泥洗净,还要保护滤砂表面的触媒物质。所以一般不希望增加扰动更大的气冲洗,只采用水反冲洗就可完成滤层洗净的任务。冲洗强度与膨胀率都应小于地面水除浊的滤池。冲洗延续时间也不宜过长,反冲洗排水由浑稍有变清为止。
9.6.18 除铁、除锰滤池希望有更大的填料表面积和曲折的过滤路径。据长年除铁、锰水厂的生产经验,滤池滤料粒径石英砂d=0.5mm~1.2mm,锰砂为0.6mm~1.2mm或0.6mm~2.0mm为宜。为了锰氧化还原菌在滤砂上附着和具有一定的生化反应时间,滤速不宜过大,一般为5m/h~7m/h。
9.6.19 在除铁、除锰滤层中不但滤砂表面黏附着铁锰氧化物,同时滤砂间隙中也有大量铁锰氧化物黏泥。为使全滤层全方位得以洗净,采用冲洗均匀的大阻力配水系统。
9.6.20 除铁、除锰滤池中Fe2+、Mn2+的氧化反应是在滤层中进行的。与地面水除浊主要发生在滤层表层不完全相同,可以省去表面冲洗。反冲的目的不但要将滤砂颗粒空隙中铁锰粘泥洗净,还要保护滤砂表面的触媒物质。所以一般不希望增加扰动更大的气冲洗,只采用水反冲洗就可完成滤层洗净的任务。冲洗强度与膨胀率都应小于地面水除浊的滤池。冲洗延续时间也不宜过长,反冲洗排水由浑稍有变清为止。
9.7 除氟
9.7 除氟
I 一般规定
9.7.1 当原水氟化物含量超过现行国家标准《生活饮用水卫生标准》GB5749的规定时,应进行除氟。
9.7.2 饮用水除氟可采用混凝沉淀法、活性氧化铝吸附法、反渗透法等。本标准除氟工艺适用于原水含氟量1mg/L~10mg/L、含盐量小于10000mg/L、悬浮物小于5mg/L、水温5C~30℃。
9.7.3 除氟过程中产生的废水及泥渣排放应符合国家现行标准的有关规定。
Ⅱ 混凝沉淀法
9.7.4 混凝沉淀法宜用于含氟量小于4mg/L的原水,投加的药剂宜选用铝盐。
9.7.5 药剂投加量(以AL3+计)应通过试验确定,宜为原水含氟量的10倍~15倍。
9.7.6 工艺流程宜选用:原水→混合→絮凝→沉淀→过滤。
9.7.7 混合、絮凝和过滤的设计参数应符合本标准第9.3节~第9.5节的规定,投加药剂后水的pH值应控制在6.5~7.5。
9.7.8 沉淀时间应通过试验确定,宜为4h。
Ⅲ 活性氧化铝吸附法
9.7.9 活性氧化铝的粒径应小于2.5mm,宜为0.5mm~1.5mm。
9.7.10 在原水接触滤料之前,宜采用投加硫酸、盐酸、醋酸等酸性溶液或投加二氧化碳气体等调整pH值在6.0~7.0。
9.7.11 吸附滤池的滤速和运行方式应按下列规定采用:
1 当滤池进水pH值大于7.0时,应采用间断运行方式,滤速宜为2m/h~3m/h,连续运行时间4h~6h,间断4h~6h;
2 当滤池进水pH值小于7.0时,宜采用连续运行方式,其滤速宜为6m/h~8m/h。
9.7.12 滤池滤料厚度宜按下列规定选用:
1 当原水含氟量小于4mg/L时,滤料厚度宜大于1.5m;
2 当原水含氟量大于或等于4mg/L时,滤料厚度宜大于1.8m。
9.7.13 滤池滤料再生处理的再生液宜采用氢氧化钠溶液,也可采用硫酸铝溶液。
9.7.14 采用氢氧化钠再生时,再生过程可采用“反冲→再生→二次反冲→中和”四个阶段;采用硫酸铝再生时,可省去中和阶段。
Ⅳ 反渗透法
9.7.15 反渗透装置宜由保安过滤器、高压泵、反渗透膜组件、清洗系统、控制系统等组成。
9.7.16 进人反渗透装置原水的污染指数(FI)应小于4。若原水不能满足膜组件的进水水质要求时,应采取相应的预处理措施。
9.7.17 反渗透预处理水量可按下式计算:
9.7.18 反渗透装置设计时,设备之间应留有足够的操作和维修空间,设备不能设置在多尘、高温、震动的地方,装置宜放置室内且避免阳光直射;当环境温度低于4℃时,应采取防冻措施。
条文说明
Ⅰ 一般规定
9.7.1 人体中的氟主要来自饮用水。氟对人体健康有一定的影响。长期过量饮用含氟高的水可引起慢性中毒,特别是对牙齿和骨骼。当水中含氟量在0.5mg/L以下时,可使龋齿增加,大于1.0mg/L时,可使牙齿出现斑釉。现行国家标准《生活饮用水卫生标准》GB 5749规定了饮用水中的氟化物含量小于1.0mg/L。
9.7.2 除氟的方法很多,如混凝沉淀法、活性氧化铝吸附法、反渗透法、电渗析法、离子交换法、电凝聚法、骨碳法等,仅对最常用的混凝沉淀法、活性氧化铝吸附法和反渗透法做了有关技术规定,原规范中的电渗析法因应用实践很少且稳定性差,不再做规定。
饮用水除氟的原水主要为地下水,在我国的华北和西北存在较多的地下水高氟地区,一般情况下高氟地下水中氟化物含量在1.0mg/L~10mg/L范围内。若原水中的氟化物含量大于10mg/L,可采用增加除氟流程或投加熟石灰预处理的方法。悬浮物量和含盐量是除氟方法适用的基本要求,当含盐量超过10000mg/L时,脱氟率明显下降,原水若超过限值,应采用相应的预处理措施。
9.7.3 除氟过程中产生的废水,其排放应符合现行国家标准《污水综合排放标准》GB 8978的规定。泥渣进入垃圾填埋厂的应符合现行国家标准《生活垃圾填埋污染控制标准》GB 16889的规定,进入农田的应符合现行国家标准《农用污泥污染物控制标准》GB 4284的规定,也可外运至危险废物处理处置中心集中处理处置。
9.7.2 除氟的方法很多,如混凝沉淀法、活性氧化铝吸附法、反渗透法、电渗析法、离子交换法、电凝聚法、骨碳法等,仅对最常用的混凝沉淀法、活性氧化铝吸附法和反渗透法做了有关技术规定,原规范中的电渗析法因应用实践很少且稳定性差,不再做规定。
饮用水除氟的原水主要为地下水,在我国的华北和西北存在较多的地下水高氟地区,一般情况下高氟地下水中氟化物含量在1.0mg/L~10mg/L范围内。若原水中的氟化物含量大于10mg/L,可采用增加除氟流程或投加熟石灰预处理的方法。悬浮物量和含盐量是除氟方法适用的基本要求,当含盐量超过10000mg/L时,脱氟率明显下降,原水若超过限值,应采用相应的预处理措施。
9.7.3 除氟过程中产生的废水,其排放应符合现行国家标准《污水综合排放标准》GB 8978的规定。泥渣进入垃圾填埋厂的应符合现行国家标准《生活垃圾填埋污染控制标准》GB 16889的规定,进入农田的应符合现行国家标准《农用污泥污染物控制标准》GB 4284的规定,也可外运至危险废物处理处置中心集中处理处置。
Ⅱ 混凝沉淀法
9.7.4 混凝沉淀法主要是通过絮凝剂形成的絮体吸附水中的氟,经沉淀或过滤后去除氟化物。当原水中含氟量大于4mg/L时不宜采用混凝沉淀法,否则处理水中会增加SO42-、Cl-等物质,影响饮用水质量。
一般以采用铝盐的去除效果较好,可选择氯化铝、硫酸铝、聚合氯化铝等。
9.7.5 絮凝剂投加量受原水含氟量、温度、pH值等因素影响,其投加量应通过试验确定。一般投加量(以Al3+计)宜为原水含氟量的10倍~15倍(质量比)。
一般以采用铝盐的去除效果较好,可选择氯化铝、硫酸铝、聚合氯化铝等。
9.7.5 絮凝剂投加量受原水含氟量、温度、pH值等因素影响,其投加量应通过试验确定。一般投加量(以Al3+计)宜为原水含氟量的10倍~15倍(质量比)。
Ⅲ 活性氧化铝吸附法
9.7.9 活性氧化铝的粒径越小吸附容量越高,但粒径越小强度越差,而且粒径小于0.5mm时,反冲造成的滤料流失较大。粒径1.0mm的滤料耐压强度一般能达到9.8N/粒。
9.7.10 一般含氟量较高的地下水,其碱度也较高(pH值大于8.0,偏碱性),而pH值对活性氧化铝的吸附容量影响很大。经试验,进水pH值在6.0~6.5时,活性氧化铝吸附容量一般可为4g(F-)/kg(Al2O3)~5g(F-)/kg(Al2O3);进水pH值在6.5~7.0时,吸附容量一般可为3g(F-)/kg(Al2O3)~4g(F-)/kg(Al2O3);若不调整pH值,吸附容量仅在1g(F-)/kg(Al2O3)左右。
9.7.14 首次反冲洗滤层膨胀率宜采用30%~50%,反冲时间宜采用10min~15min,冲洗强度一般可采用12L/(㎡·s)~16L/(㎡·s)。
再生溶液宜自上而下通过滤层。采用氢氧化钠再生,浓度可为0.75%~1%,消耗量可按每去除1g氟化物需要8g~10g固体氢氧化钠计算,再生液用量容积为滤料体积的3倍~6倍,再生时间为1h~2h,流速为3m/h~10m/h;采用硫酸铝再生,浓度可为2%~3%,消耗量可按每去除1g氟化物需要60g~80g固体硫酸铝计算,再生时间为2h~3h,流速为1.0m/h~2.5m/h。
再生后滤池内的再生溶液必须排空。
二次反冲强度宜采用3L/(㎡·s)~5L/(㎡·s),反冲时间1h~3h。采用硫酸铝再生,二次反冲终点出水的pH值应大于6.5;采用氢氧化钠再生,二次反冲后应进行中和,中和宜采用1%硫酸溶液调节进水pH值至3左右,直至出水pH值降至8~9时为止。
9.7.10 一般含氟量较高的地下水,其碱度也较高(pH值大于8.0,偏碱性),而pH值对活性氧化铝的吸附容量影响很大。经试验,进水pH值在6.0~6.5时,活性氧化铝吸附容量一般可为4g(F-)/kg(Al2O3)~5g(F-)/kg(Al2O3);进水pH值在6.5~7.0时,吸附容量一般可为3g(F-)/kg(Al2O3)~4g(F-)/kg(Al2O3);若不调整pH值,吸附容量仅在1g(F-)/kg(Al2O3)左右。
9.7.14 首次反冲洗滤层膨胀率宜采用30%~50%,反冲时间宜采用10min~15min,冲洗强度一般可采用12L/(㎡·s)~16L/(㎡·s)。
再生溶液宜自上而下通过滤层。采用氢氧化钠再生,浓度可为0.75%~1%,消耗量可按每去除1g氟化物需要8g~10g固体氢氧化钠计算,再生液用量容积为滤料体积的3倍~6倍,再生时间为1h~2h,流速为3m/h~10m/h;采用硫酸铝再生,浓度可为2%~3%,消耗量可按每去除1g氟化物需要60g~80g固体硫酸铝计算,再生时间为2h~3h,流速为1.0m/h~2.5m/h。
再生后滤池内的再生溶液必须排空。
二次反冲强度宜采用3L/(㎡·s)~5L/(㎡·s),反冲时间1h~3h。采用硫酸铝再生,二次反冲终点出水的pH值应大于6.5;采用氢氧化钠再生,二次反冲后应进行中和,中和宜采用1%硫酸溶液调节进水pH值至3左右,直至出水pH值降至8~9时为止。
Ⅳ 反渗透法
9.7.15 保安过滤器的滤芯使用时间不宜过长,一般可根据前后压差来确定调换滤芯,压差不宜大于0.1MPa。宜采用14m³/(㎡·h)~15m³/(㎡·h)膜过滤。使用中应定时反洗、酸洗,必要时杀菌。
反渗透膜壳建议采用优质不锈钢或玻璃钢。膜的支撑材料、密封材料、外壳等应无不纯物渗出,能耐H2O2等化学药品的氧化及腐蚀等,一般可采用不锈钢材质。管路部分高压可用优质不锈钢,低压可用国产ABS或UPVC工程塑料。产水输送管路管材可用不锈钢。
进水侧应设高温开关及高、低pH值开关,浓水侧应设流量开关,产水侧应设电导率开关。整个系统应有高低压报警、加药报警、液位报警、高压泵入口压力不足报警等报警控制装置。
9.7.16 污染指数表示的是进水中悬浮物和胶体物质的浓度和过滤特性,是表征进水对微孔滤膜堵塞程度的一个指标。微量悬浮物和胶状物一旦堵塞反渗透膜,膜组件的产水量和脱盐率会明显降低,甚至影响膜的寿命,因此对进入反渗透处理装置水的污染指数有严格要求。
原水中除了悬浮物和胶体外,微生物、硬度、氯含量、pH值及其他对膜有损害的物质,都会直接影响膜的使用寿命及出水水质,关系整个净化系统的运行及效果。一般膜组件生产厂家对其产品的进水水质会提出严格要求,当原水水质不符合膜组件的要求时,就必须进行相应的预处理。
反渗透膜壳建议采用优质不锈钢或玻璃钢。膜的支撑材料、密封材料、外壳等应无不纯物渗出,能耐H2O2等化学药品的氧化及腐蚀等,一般可采用不锈钢材质。管路部分高压可用优质不锈钢,低压可用国产ABS或UPVC工程塑料。产水输送管路管材可用不锈钢。
进水侧应设高温开关及高、低pH值开关,浓水侧应设流量开关,产水侧应设电导率开关。整个系统应有高低压报警、加药报警、液位报警、高压泵入口压力不足报警等报警控制装置。
9.7.16 污染指数表示的是进水中悬浮物和胶体物质的浓度和过滤特性,是表征进水对微孔滤膜堵塞程度的一个指标。微量悬浮物和胶状物一旦堵塞反渗透膜,膜组件的产水量和脱盐率会明显降低,甚至影响膜的寿命,因此对进入反渗透处理装置水的污染指数有严格要求。
原水中除了悬浮物和胶体外,微生物、硬度、氯含量、pH值及其他对膜有损害的物质,都会直接影响膜的使用寿命及出水水质,关系整个净化系统的运行及效果。一般膜组件生产厂家对其产品的进水水质会提出严格要求,当原水水质不符合膜组件的要求时,就必须进行相应的预处理。
9.8 除砷
9.8 除砷
I 一般规定
9.8.1 当生活饮用水的原水中砷含量超过现行国家标准《生活饮用水卫生标准》GB5749的规定时,应采取除砷处理。
9.8.2 饮用水除砷方法应根据出水水质要求、处理水量、当地经济条件等,通过技术经济比较后确定。可采用铁盐混凝沉淀法,也可采用离子交换法、吸附法、反渗透或低压反渗透(纳滤)法等。
9.8.3 含砷水处理应先采用氯、臭氧、过氧化氢、高锰酸钾或其他锰化合物将水中的三价砷氧化成五价砷,然后再采用本标准第9.8.2条的方法加以去除。
9.8.4 除砷过程中产生的浓水或泥渣等排放应符合国家现行标准的有关规定。
Ⅱ 铁盐混凝沉淀法
9.8.5 铁盐混凝沉淀法除砷宜用于含砷量小于1mg/L、pH值6.5~7.8的原水。对含有三价砷的原水,应先预氧化后,再处理。
9.8.6 铁盐混凝沉淀法除砷可采用下列工艺流程(图9.8.6)。
9.8.7 投加的药剂宜选用聚合硫酸铁、三氯化铁或硫酸亚铁。药剂投加量宜为20mg/L~30mg/L,可通过试验确定。
9.8.8 沉淀宜选用机械搅拌澄清池,混合时间宜为1min,混合搅拌转速宜为100r/min~400r/min;絮凝区水力停留时间宜为20min。
9.8.9 过滤可采用多介质过滤器过滤或微滤。选用多介质过滤器过滤时,滤速宜为4m/h~6m/h,空床接触时间宜为2min~5min。选用微滤过滤时,微滤膜孔径宜选用0.2um。
9.8.10 当地下水砷超标不多、悬浮物浓度较低时,可采用预氧化、铁盐微絮凝直接过滤的工艺。
Ⅲ 离子交换法
9.8.11 离子交换法除砷宜用于含砷量小于0.5mg/L、pH值为6.5~7.5的原水。对pH值不在此范围内的原水,应先调节 pH值后,再处理。
9.8.12 离子交换法除砷可采用下列工艺流程(图9.8.12)。
9.8.13 离子交换树脂宜选用聚苯乙烯阴离子树脂。接触时间宜为1.5min~3.0min,层高宜为1m。
9.8.14 离子交换树脂的再生宜采用氯化钠再生法。聚苯乙烯树脂宜采用最低浓度不小于3%的氯化钠溶液再生。
9.8.15 用氯化钠溶液再生时,用盐量宜为87kg/(m³树脂),树脂再生可使用10次。
9.8.16 含砷的废盐溶液可投加三氯化铁除砷,投加量宜为39kg FeCL3/kg As。
Ⅳ 吸附法
9.8.17 吸附法除砷宜用于含砷量小于0.5mg/L、pH值为5.5~6.0的原水。对pH值不在此范围内的原水,应先调节pH值后,再处理。
9.8.18 吸附剂宜选用活性氧化铝。再生时可采用氢氧化钠或硫酸铝溶液。
9.8.19 吸附法除砷可采用下列工艺流程(图9.8.19)。
9.8.20 当选用活性氧化铝吸附时,活性氧化铝的粒径应小于2.5mm,宜为0.5mm~1.5mm,层高宜为1.5m,空床流速宜为5m/h~10m/h。
9.8.21 当选用活性氧化铝吸附时,可用1.0mol/1的氢氧化钠溶液再生,所用体积应为4倍床体积;用0.2mol/L的硫酸淋洗,所用体积应为4倍床体积;每次再生会损耗2%的三氧化二铝。
V 反渗透或低压反渗透(纳滤)法
9.8.22 反渗透或低压反渗透(纳滤)法除砷工艺宜用于处理砷含量较高的地下水或地表水。可根据不同水质,采用反渗透或低压反渗透(纳滤)。
9.8.23 反渗透或低压反渗透(纳滤)法除砷可采用下列工艺流程(图9.8.23)。
9.8.24 反渗透或低压反渗透(纳滤)法装置的进水水质要求、技术工艺等宜按本标准第9.7.15条~第9.7.18条执行。
条文说明
I 一般规定
I 一般规定
9.8.1 砷对人体健康有害,长期摄入可引发各种癌症、心肌萎缩、动脉硬化、人体免疫系统削弱等疾病,甚至可以引起遗传中毒。现行国家标准《生活饮用水卫生标准》GB 5749规定了饮用水中的含砷浓度小于0.01mg/L,小型集中式供水和分散式供水受条件限制时小于0.05mg/L。原水中砷含量过高应首先探讨替换水源,如无更适宜的水源则必须进行除砷处理。
9.8.2 除砷的方法较多,本条列出了较为成熟的四种工艺,另外还有化学法(电解法等)、生物法(包括生物絮凝法、生物氧化法等)。在具体实施时,应根据除砷小型实验装置的运行参数和各种除砷工艺的技术经济比较来确定具体工艺。
9.8.3 本标准第9.8.2条中提到的除砷方法对As3+的去除效果较差,而对As5+的去除效果较好,因此对于As3+的去除要首先预氧化。目前,氧化的方法有化学氧化法和生物氧化法。
9.8.4 除砷过程中产生的废水,其排放应符合现行国家标准《污水综合排放标准》GB 8978的规定。泥渣进入垃圾填埋厂的应符合现行国家标准《生活垃圾填埋污染控制标准》GB 16889的规定,进入农田的应符合现行国家标准《农用污泥污染物控制标准》GB 4284的规定,也可外运至危险废物处理处置中心集中处理处置。
9.8.2 除砷的方法较多,本条列出了较为成熟的四种工艺,另外还有化学法(电解法等)、生物法(包括生物絮凝法、生物氧化法等)。在具体实施时,应根据除砷小型实验装置的运行参数和各种除砷工艺的技术经济比较来确定具体工艺。
9.8.3 本标准第9.8.2条中提到的除砷方法对As3+的去除效果较差,而对As5+的去除效果较好,因此对于As3+的去除要首先预氧化。目前,氧化的方法有化学氧化法和生物氧化法。
9.8.4 除砷过程中产生的废水,其排放应符合现行国家标准《污水综合排放标准》GB 8978的规定。泥渣进入垃圾填埋厂的应符合现行国家标准《生活垃圾填埋污染控制标准》GB 16889的规定,进入农田的应符合现行国家标准《农用污泥污染物控制标准》GB 4284的规定,也可外运至危险废物处理处置中心集中处理处置。
Ⅱ 铁盐混凝沉淀法
9.8.5 由于原水pH值调节相对容易实现,因此当原水的pH值不在适用范围内时,可通过调节原水pH值后实施混凝沉淀法处理。
对于含砷超过1mg/L的原水应采用二级除砷,先用铁盐混凝沉淀法将砷含量降到0.5mg/L以下,再用离子交换法、膜法或吸附法进一步除砷。
9.8.6 铁盐混凝沉淀对As5+的去除效果可为95%,对As3+的去除效果为50%~60%。因此,为提高对含As3+原水的处理效果,宜进行预氧化,氧化剂可采用高锰酸钾或液氯。
9.8.7 混凝剂可选用[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m、FeCl3、FeSO4或Al2(SO4)3、AlCl3,但铁盐除砷效果一般高于铝盐,而且铝盐的投量大且沉降性能较差,因此推荐使用铁盐。
9.8.8 原水进入沉淀池前加过量的混凝剂调节pH值至6~7.8,As5+将和混凝剂在沉淀池内发生沉淀和共沉淀作用,而后经过滤处理除砷。
9.8.9 多介质过滤法是根据复合介质的组合原理,依靠不同介质的协同吸附作用,通过过滤装置完成除砷的过程。吸附滤池空床接触时间与原水砷含量有关。
河南省郑州市东周水厂水源为黄河地下侧渗水。目前出厂水中砷含量为0.007mg/L~0.008mg/L。为了强化除砷示范研究,在水厂增加加药车间(按10万m³/d处理量设计),提高出厂水质。采用曝气-过滤工艺,药剂为FeCl3絮凝剂和KMnO4氧化剂的组合方式,出水砷浓度可降至0.007mg/L以下,进一步降低了出厂水砷含量。
9.8.10 本条所指的超标不多,指砷超标一倍左右。
对于含砷超过1mg/L的原水应采用二级除砷,先用铁盐混凝沉淀法将砷含量降到0.5mg/L以下,再用离子交换法、膜法或吸附法进一步除砷。
9.8.6 铁盐混凝沉淀对As5+的去除效果可为95%,对As3+的去除效果为50%~60%。因此,为提高对含As3+原水的处理效果,宜进行预氧化,氧化剂可采用高锰酸钾或液氯。
9.8.7 混凝剂可选用[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m、FeCl3、FeSO4或Al2(SO4)3、AlCl3,但铁盐除砷效果一般高于铝盐,而且铝盐的投量大且沉降性能较差,因此推荐使用铁盐。
9.8.8 原水进入沉淀池前加过量的混凝剂调节pH值至6~7.8,As5+将和混凝剂在沉淀池内发生沉淀和共沉淀作用,而后经过滤处理除砷。
9.8.9 多介质过滤法是根据复合介质的组合原理,依靠不同介质的协同吸附作用,通过过滤装置完成除砷的过程。吸附滤池空床接触时间与原水砷含量有关。
河南省郑州市东周水厂水源为黄河地下侧渗水。目前出厂水中砷含量为0.007mg/L~0.008mg/L。为了强化除砷示范研究,在水厂增加加药车间(按10万m³/d处理量设计),提高出厂水质。采用曝气-过滤工艺,药剂为FeCl3絮凝剂和KMnO4氧化剂的组合方式,出水砷浓度可降至0.007mg/L以下,进一步降低了出厂水砷含量。
9.8.10 本条所指的超标不多,指砷超标一倍左右。
Ⅲ 离子交换法
9.8.11 由于原水pH值调节相对容易实现,因此当原水的仅pH值不在适用范围内时,可通过调节原水pH值后实施离子交换法处理。
9.8.12 工艺流程中原水投加酸(或碱),主要是满足原水pH值不满足要求的调节pH值的需要;而原水投加氧化剂主要是考虑含As3+的待处理水须先氧化成As5+,否则除砷效果不佳。
9.8.13 离子交换树脂除了本条文中所述的聚苯乙烯树脂,还可采用用螯合剂浸渍多孔聚合物树脂制成的螯合树脂等。
9.8.14 离子交换树脂的再生技术除了条文中所述的NaCl再生法、酸碱再生法,还有CO2再生离子交换法、电再生法、超声脱附等。
9.8.15 采用本条规定的NaCl溶液对树脂进行再生时,通常树脂可经反复再生后使用10次。
9.8.16 除可采用FeCl3处理含砷废盐溶液外,也可采用石灰软化处理含砷废盐溶液。
9.8.12 工艺流程中原水投加酸(或碱),主要是满足原水pH值不满足要求的调节pH值的需要;而原水投加氧化剂主要是考虑含As3+的待处理水须先氧化成As5+,否则除砷效果不佳。
9.8.13 离子交换树脂除了本条文中所述的聚苯乙烯树脂,还可采用用螯合剂浸渍多孔聚合物树脂制成的螯合树脂等。
9.8.14 离子交换树脂的再生技术除了条文中所述的NaCl再生法、酸碱再生法,还有CO2再生离子交换法、电再生法、超声脱附等。
9.8.15 采用本条规定的NaCl溶液对树脂进行再生时,通常树脂可经反复再生后使用10次。
9.8.16 除可采用FeCl3处理含砷废盐溶液外,也可采用石灰软化处理含砷废盐溶液。
Ⅳ 吸附法
9.8.17 由于原水pH值调节相对容易实现,因此,当原水pH值不在适用范围内时,可通过调节原水pH值后实施吸附法处理。原水经吸附处理脱砷后,应再加入NaOH,将pH值调至6.8~7.5,以降低出水的腐蚀性。
9.8.18 除了本条文中所述的吸附剂可以用作砷吸附剂的材料外,还有天然珊瑚、膨润土、沸石、红泥、椰子壳、涂层砂以及天然或合成的金属氧化物及其水合氧化物等。再生用的氢氧化钠溶液浓度宜为4%,每次再生损耗氧化铝约为2%。
9.8.19 工艺流程中原水投加氧化剂主要是考虑含As3+的待处理水须先氧化成As5+,否则除砷效果不佳。原水浊度较高时,需采取沉淀等预处理。
9.8.20 由于活性氧化铝在近中性水中其选择性吸附顺序:OH->H2AsO4->H3AsO4->F-<SO42->HCO3->Cl->NO3-,所以其吸附床所需的高度可稍小于氟吸附床的高度。
9.8.18 除了本条文中所述的吸附剂可以用作砷吸附剂的材料外,还有天然珊瑚、膨润土、沸石、红泥、椰子壳、涂层砂以及天然或合成的金属氧化物及其水合氧化物等。再生用的氢氧化钠溶液浓度宜为4%,每次再生损耗氧化铝约为2%。
9.8.19 工艺流程中原水投加氧化剂主要是考虑含As3+的待处理水须先氧化成As5+,否则除砷效果不佳。原水浊度较高时,需采取沉淀等预处理。
9.8.20 由于活性氧化铝在近中性水中其选择性吸附顺序:OH->H2AsO4->H3AsO4->F-<SO42->HCO3->Cl->NO3-,所以其吸附床所需的高度可稍小于氟吸附床的高度。
Ⅴ 反渗透或低压反渗透(纳滤)法
9.8.22 反渗透或低压反渗透(纳滤)法除砷是四种除砷方法中造价最高的一种,其他的几种除砷法只适用于砷含量较低的原水,对于砷含量较高的原水只有采用反渗透或低压反渗透(纳滤)法处理才能达到饮用水的标准。
9.8.23 反渗透或低压反渗透(纳滤)法除砷工艺对As5+ (砷酸和As SO43-)的去除率达99%;对含As3+ (二氧化二砷和As SO43-)的原水应进行预氧化,氧化剂可采用高锰酸钾或液氯,膜法的进水pH值宜控制在6~9。
9.8.24 反渗透或低压反渗透(纳滤)法装置除砷时进水水质、工艺、运行维护等要求与本标准第9.7.15条~第9.7.18条规定相同,故可直接采用所述的相关规定。
9.8.23 反渗透或低压反渗透(纳滤)法除砷工艺对As5+ (砷酸和As SO43-)的去除率达99%;对含As3+ (二氧化二砷和As SO43-)的原水应进行预氧化,氧化剂可采用高锰酸钾或液氯,膜法的进水pH值宜控制在6~9。
9.8.24 反渗透或低压反渗透(纳滤)法装置除砷时进水水质、工艺、运行维护等要求与本标准第9.7.15条~第9.7.18条规定相同,故可直接采用所述的相关规定。
9.9 消毒
9.9 消毒
I 一般规定
9.9.1 消毒工艺的选择应依据处理水量、原水水质、出水水质、消毒剂来源、消毒剂运输与储存的安全要求、消毒副产物形成的可能、净水处理工艺等,通过技术经济比较确定。消毒工艺可选择化学消毒、物理消毒以及化学与物理组合消毒,并应符合下列规定:
1 常用的化学消毒工艺应包括氯消毒、氯胺消毒、二氧化氯消毒、臭氧消毒等,物理消毒工艺应为紫外线消毒;
2 当使用液氯和液氨在运输和贮存方面受到较多限制时,经技术经济比较和安全评估后,可采用次氯酸钠和硫酸铵;
3 液氯或次氯酸钠供应不便、消毒剂量需求不大的偏远地区小型水厂或集中式供水装置可采用漂白粉、漂白精等稳定型消毒剂,或是采用现场制备二氧化氯、次氯酸钠消毒剂的设备;4采用紫外线消毒作为主消毒工艺时,后续应设置化学消毒设施。
9.9.2 消毒工艺位置设置应根据原水水质、工艺流程和消毒方法等,并适当考虑水质的变化确定。采用化学消毒工艺时,消毒剂可在过滤后单点投加,也可在工艺流程中多点投加。采用紫外消毒工艺时,应设在滤后。
9.9.3 化学消毒剂的设计投加量和紫外线设计剂量,宜通过试验并根据相似条件水厂运行经验按最大用量确定,出厂水消毒剂剩余浓度和消毒副产物应符合现行国家标准《生活饮用水卫生标准》GB5749的有关规定。
9.9.4 采用化学消毒时,消毒剂与水应充分混合接触,接触时间应根据消毒剂种类和消毒目标以满足CT值的要求确定;水厂有条件时,宜单独设立消毒接触池。兼用于消毒接触的清水池,内部廊道总长与单宽之比宜大于50。
紫外线消毒应保证充分照射的条件,并选用使用寿命内稳定达到设计剂量的紫外线水消毒设备。
9.9.5 消毒设备应适应水质、水量变化对消毒剂量变化的需要,并能在设计变化范围内精确控制剂量。消毒设备应有备用。
9.9.6 消毒系统中所有与化学物接触的设备与器材均应有良好的密封性和耐腐蚀性,所有可能接触到化学物的建筑结构、构件和墙地面均应做防腐处理。
Ⅱ 液氯消毒、液氯和液氨氯胺消毒
9.9.7 液氯消毒或液氯与液氨的氯胺消毒系统设计应包括液氯(液氨)瓶储存、气化、投加和安全等方面。9.9.8 当采用液氯与液氨的氯胺消毒时,氯与氨的投加比例应通过试验确定,可采用重量比3:1~6:1。
9.9.9 水与氯、氨应充分混合,氯消毒有效接触时间不应小于30min,氯胺消毒有效接触时间不应小于120min。
9.9.10 水厂宜采用全自动真空加氯系统,并应符合下列规定:
1 系统宜包括氯瓶岐管(气相或液相)、工作和待命氯瓶岐管切换装置、蒸发器(必要时)、真空调节器、真空加氯机、氯气输送管道、投加水射器和水射器动力水系统。
2 氯库内在线工作氯瓶和在线待命氯瓶的连接数量均不宜大于4个,岐管切换装置与真空调节器宜设置在氯库内。
3 当加氯量大于40kg/h时,系统中应设置蒸发器或采取其他安全可靠的增加气化量的措施;设置蒸发器时,氯瓶岐管应采用液相岐管,蒸发器与真空调节器应设在专设的蒸发器间内。
4 投加水射器应安装在氯投加点处;加氯机与水射器之间的氯气输送管道长度不宜大于200m;水射器动力水宜经专用泵自厂用水管网或出厂总管上抽取加压供给,供水压力应满足水射器加注的需求,管道布置上应满足不间断供水要求。
5 加氯机宜采用一对一加注的方式配置;当1台加氯机同时服务1个以上加注点时,每个加注点的设计加注量应一致,水射器后的管道宜同程布置,同时服务的加注点不宜超过2个。
6 加氯机及其管道应有备用;当配有不同规格加氯机时,至少应配置1套最大规格的公共备用加氯机。
7 加氯机应能显示瞬间投加量。
9.9.11 采用漂白粉或漂粉精消毒时,应先配制成浓度为1%~2%的澄清溶液,再通过计量泵加注。原料储存、溶液配制及加注系统可按本标准第9.3节的有关规定执行。
9.9.12 水厂宜采用全自动真空加氨系统。除可不设蒸发器外,系统的基本组成、配置与布置要求与全自动真空加氯系统相同。
当水射器动力水硬度大于50mg/L时,应采取防止和消除投加口结垢堵塞的措施。
采用直接压力投加氨气时,投加设备的出口压力应小于0.1MPa;当原水硬度大于50mg/L时,应采取消除投加口结垢堵塞的措施。
9.9.13 加氯间和氯库、加氨间和氨库应设置在水厂最小频率风向的上风向,宜与其他建筑的通风口保持一定的距离,并应远离居住区、公共建筑、集会和游乐场所。
9.9.14 所有连接在加氯岐管上的氯瓶均应设置电子秤或磅秤;采用温水加温氯瓶气化时,设计水温应低于40℃;氯瓶、氨瓶与加注设备之间应设置防止水或液氯倒灌的截止阀、逆止阀和压力缓冲罐。
9.9.15 氯库的室内温度应控制在40℃以内。氯(氨)库和加氯(氨)间室内采暖应采用散热器等无明火方式,散热器不应邻近氯(氨)瓶和投加设备布置。
9.9.16 加氯(氨)间、氯(氨)库和氯蒸发器间应采取下列安全措施:
1 氯库不应设置阳光直射氯(氨)瓶的窗户。氯库应设置单独外开的门,不应设置与加氯间和氯蒸发器间相通的门。氯库大门上应设置人行安全门,其安全门应向外开启,并能自行关闭。
2 加氯(氨)间、氯(氨)库和氯蒸发器间必须与其他工作间隔开,并应设置直接通向外部并向外开启的门和固定观察窗。
3 加氯(氨)间、氯(氨)库和氯蒸发器间应设置低、高检测极限的泄漏检测仪和报警设施。
4 氯库、加氯间和氯蒸发器间应设事故漏氯吸收处理装置,处理能力按1h处理1个满瓶漏氯量计,处理后的尾气应符合现行国家标准《大气污染物综合排放标准》GB16297的有关规定。漏氯吸收装置应设在临近氯库的单独房间内,氯库、加氯间和氯蒸发器间的地面应设置通向事故漏氯吸收处理装置的吸气地沟。
5 氯库应设置专用的空瓶存放区。
6 加氨间和氨库的建筑均应按防爆建筑要求进行设计,房间内的电气设备应采用防爆型设备。
9.9.17 加氯(氨)间、氯(氨)库和氯蒸发器间的通风系统的设置应符合下列规定:
1 加氯(氨)间、氯(氨)库和氯蒸发器间应设每小时换气8次~12次的通风系统;
2 加氯间、氯库和氯蒸发器间的通风系统应设置高位新鲜空气进口和低位室内空气排至室外高处的排放口;
3 加氨间及氨库的通风系统应设置低位进口和高位排出口;
4 氯(氨)库应设根据氯(氨)气泄漏量启闭通风系统或漏氯吸收处理装置的自动切换控制系统。
9.9.18 加氯(氨)间、氯(氨)库和氯蒸发器间外部应设有室内照明和通风设备的室外开关以及防毒护具、抢救设施和抢修工具箱等。
9.9.19 加氯、加氨管道及配件应采用耐腐蚀材料。输送氯和氨的有压部分管道应采用特殊厚壁无缝钢管,加氯(氨)间真空管道及氯(氨)水溶液管道及取样管等应采用塑料等耐腐蚀管材。
9.9.20 氯瓶和氨瓶应分别存放在单独的仓库内,且应与加氯间(或氯蒸发器间)和加氨间毗连。
液氯(氨)瓶库应设置起吊机械设备,起重量应大于满瓶重量的一倍以上。库房的出入口要便于瓶的装卸进出。
液氯(氨)库的储备量应按当地供应、运输等条件确定,城镇水厂可按最大用量的7d~15d计算。
Ⅲ 二氧化氯消毒
9.9.21 二氧化氯应采用化学法现场制备后投加。二氧化氯制备宜采用盐酸还原法和氯气氧化法。
9.9.22 二氧化氯设计投加量的确定应保证出厂水的亚氯酸盐或氯酸盐浓度不超过现行国家标准《生活饮用水卫生标准》GB5749规定的限值。
9.9.23 二氧化氯消毒系统应采用包括原料调制供应、二氧化氯发生、投加的成套设备,发生设备与投加设备应有备用,并应有相应有效的各种安全设施。二氧化氯消毒系统中的储罐、发生设备和管材均应有良好的密封性和耐腐蚀性。在设置二氧化氯消毒系统设备的建筑内,所有可能与原料或反应生成物接触的建筑构件和墙地面应做防腐处理。
9.9.24 二氧化氯与水应充分混合,消毒接触时间不应少于30min。
9.9.25 制备二氧化氯的原材料氯酸钠、亚氯酸钠和盐酸、氯气等严禁相互接触,必须分别贮存在分类的库房内,贮放槽应设置隔离墙。
9.9.26 二氧化氯发生与投加设备应设在独立的设备间内,并应与原料库房毗邻且设置观察原料库房的固定观察窗。
9.9.27 二氧化氯消毒系统的各原料库房与设备间应符合下列规定:
1 各个房间应相互隔开,室内应互不连通;
2 各个房间均应设置直接通向外部并向外开启的门,外部均应设室内照明和通风设备的室外开关以及放置防毒护具、抢救设施和抢修工具箱等;
3 氯酸钠、亚氯酸钠库房建筑均应按防爆建筑要求进行设计;
4 原料库房与设备间均应有保持良好通风的设备,每小时换气应为8次~12次,室内应备有快速淋浴、洗眼器;氯酸钠、亚氯酸钠库房应有保持良好干燥状态的设备,盐酸库房内应设置酸泄漏的收集槽,氯瓶库房设计应符合本标准第9.9.14条~第9.9.18条的有关规定;
5 二氧化氯发生与投加设备间应配备二氧化氯泄漏的低、高检测极限检测仪和报警设施,并室内应设喷淋装置。
9.9.28 二氧化氯制备的原料库房储存量可按不大于最大用量10d计算。
Ⅳ 次氯酸钠氯消毒、次氯酸钠与硫酸铵氯胺消毒
9.9.29 采用次氯酸钠氯消毒时,经技术经济比较后,可采用商品次氯酸钠溶液或采用次氯酸钠发生器通过电解食用盐现场制取;采用硫酸铵溶液加氨进行氯胺消毒时,宜采用商品硫酸铵溶液,氯和氨的投加比例及消毒接触时间应按本标准第9.9.8条和第9.9.9条执行。
9.9.30 商品次氯酸钠溶液原液浓度约10%(有效氯)时,储存浓度宜按5%(有效氯)考虑,储备量宜按储存浓度和最大用量的7d左右计算。商品硫酸铵溶液可采用7%~8%(有效氨)原液储存和直接投加;当投加量较小时,可进行1:1~1:3稀释后储存并投加,储备量可按储存浓度和最大用量的7d~15d计算。
9.9.31 次氯酸钠和硫酸铵溶液的溶液池可兼做投加池,不宜少于2个;次氯酸钠和硫酸铵溶液池均应做防腐处理,有条件时,可按本标准第9.3.4条的规定采用化学储罐作为溶液池。次氯酸钠和硫酸铵溶液可在室内或室外储存,应单独储存;当次氯酸钠和硫酸铵溶液储存在同一建筑内时,应分别设在不同的房间内,且储液池(罐)放空系统不应相通,并应各自接至室外独立的废液处理井;当在室外储存时,两种溶液的储液池不应共用公共池壁,应单独设储液池(罐)且不应相邻布置,放空系统不应相通,并应各自接至独立的废液处理井;气温较高地区宜设置在室内或室外地下。
9.9.32 次氯酸钠、硫酸铵溶液投加系统的设计可按本标准第9.3.6条的第1款~第3款执行。当投加设备处在同一建筑内时,应分别设在不同的房间内,且室内加注管道不应在同一管槽或空间内敷设。
9.9.33 次氯酸钠和硫酸铵溶液的投加间、储存间应设置每小时换气8次~12次的机械通风设备,室内可能与次氯酸钠和硫酸铵溶液接触的建筑构件和墙地面应做防腐处理,在房间出入口附近应至少设置一套快速淋浴、洗眼器。
9.9.34 次氯酸钠发生投加系统的设计应采用包括盐水调配、盐水储存、次氯酸钠发生、投加、储存、风机等的成套设备,并应有相应有效的各种安全设施。
9.9.35 对于大型或重要性较高的水厂,在采用制用次氯酸钠时,原盐溶解和次氯酸钠发生系统宜设置2组以上的,宜有20%~30%的富裕能力。次氯酸钠制成溶液储存容量宜按12h~48h最大用量设置。
9.9.36 次氯酸钠发生系统的原料储备量可按平均投加量的5d~10d计算;贮藏面积计算时,堆放高度可按1.5m~2.0m计;次氯酸钠发生系统的盐水每日配置次数不宜大于2次,并宜采用自动化程度配置较高的装置。
9.9.37 次氯酸钠发生器上部应设密封罩收集电解产生的氢气,罩顶应设专用高位通风管直接伸至户外,且出风管口应远离火种、不受雷击。次氯酸钠发生器所在建筑的屋顶不得有吊顶、梁顶无通气孔的下翻梁。
9.9.38 次氯酸钠发生器及制成液储存设施的所在房间应设置每小时换气8次~12次的高位通风的机械通风设备,在房间出入口附近应至少设置一套快速淋浴、洗眼器。
9.9.39 食用盐储存间内的起重设备、电气设备、门窗等均应采取耐高盐度的防腐措施。
V 紫外线消毒
9.9.40 紫外线消毒工艺的采用应根据原水水质特征、水处理工艺特点及出水水质的要求,经技术经济比较后确定。
9.9.41 当紫外线消毒作为主要消毒工艺时,紫外线有效剂量不应小于40mJ/cm²。
9.9.42 紫外线水消毒设备应采用管式消毒设备。
9.9.43 紫外线消毒工艺应设置于过滤后,且应设置超越系统。
9.9.44 应根据待消毒水的处理规模、用地条件、原水水质特征、进入紫外线水消毒设备的进水水质、经济性、合理性、管理便利性等情况,合理确定紫外灯类型、紫外线水消毒设备的数量和备用方式。
9.9.45 管式消毒设备的选型应根据适用的流速与消毒效果,结合水头损失综合考虑确定。管式消毒设备本身水头损失宜小于0.5m,管路系统的设计流速宜采用1.2m/s~1.6m/s。
9.9.46 管式消毒设备间的设计应符合下列规定:
1 平面布置可平行布置,也可交错布置,水平间距应满足紫外灯管抽检的要求;
2 高程布置宜避免局部隆起积气;
3 消毒设备前后宜保持一定长度的直管段,前部直管段长度不应小于消毒设备管径的3倍,后部直管段长度宜大于消毒设备管径的3倍;
4 每台消毒设备前后直管段上应设置隔离阀门,前部管段的高点应设置排气阀;
5 每台消毒设备前宜设置流量计;
6 设备间宜设置起重机。
9.9.47 紫外线灯套管的清洗方式应根据水质情况、使用寿命、维护管理等选择化学、机械或两者结合的方式。
条文说明
Ⅰ一般规定
9.9.1 目前最常用的是以氯消毒为主的化学消毒工艺,当水中存在某些化学消毒无法有效灭活的特定病原体(如两虫)体,或氯消毒后消毒副产物会明显上升时,可采用以紫外线消毒为主的物理消毒与化学消毒相结合的组合式消毒工艺。根据美国最新研究结果表明,紫外线是控制贾第鞭毛虫和隐孢子虫等寄生虫最为经济有效的消毒方法。同时组合式消毒工艺,即多屏障消毒策略将逐渐被净水行业广泛认同和接受。目前,以北京、天津等地为代表的我国北方地区已有一定规模饮用水紫外消毒的实例,故规定了紫外消毒工艺及相关技术规定。为避免或控制氯消毒副产物的生成,也可采用二氧化氯消毒、氯胺消毒和臭氧消毒等其他化学消毒工艺,但采用二氧化氯或臭氧消毒时仍需控制亚氯酸盐、氯酸盐和溴酸盐等其他消毒副产物的生成。
随着近年来各地对易爆危险化学品运输和储存管控力度的日益强化,许多大中城市对液氯、液氨的运输和储存在运输时间、线路和储存条件上有了很多限制,对使用液氯、液氨的水厂生产管理和安全运行带来了诸多困难,而采用次氯酸钠和硫酸铵替代液氯和液氨可减少水厂生产管理和安全运行的难度。虽然次氯酸钠和硫酸铵的成本稍高于液氯和液氨,但生产安全风险可大为降低。近年来,日本几乎所有自来水厂都在使用市场出售的次氯酸钠。因此该方法已被不少大中城市的供水企业所采纳,如北京、上海、深圳等地均已逐步实施次氯酸钠替代液氯改造,上海还实施了硫酸铵替代液氨改造。
由于现行国家标准《生活饮用水卫生标准》GB 5749将水中消毒余量作为水质指标做了明确的限值规定,因此当以紫外线消毒为主消毒工艺时,其后仍需进行适量的化学消毒,以满足出水的消毒剂余量指标要求。
9.9.2 化学消毒工艺位置的设置首先应以满足消毒为主要目标,其次应兼顾对消毒副产物的控制,当水源水质优良且稳定时,通常仅在滤后设置消毒工艺即可,而水源水质较差且不稳定时,采用多点投加消毒剂既可保障消毒效果,又可有效控制消毒副产物的生成。
由于水中悬浮物和浊度会影响紫外线在水中的穿透率从而影响紫外线消毒效果,因此紫外线消毒工艺的位置宜设在滤后。
9.9.3 消毒设计剂量包括化学消毒设计投加量和紫外消毒设计照射剂量;对于水质较好水源的净水厂可按相似条件下的运行经验确定;对多水源和原水水质较差的净水厂,原水水质变化使化学消毒剂投加点目的不同而使投加量相差悬殊,因此有必要按出厂水与投加消毒剂相关的水质控制指标,通过试验确定各投加点的最大消毒剂投加量作为设计投加量。
9.9.4 化学法消毒工艺的一条实用设计准则为接触时间T(min)×接触时间结束时消毒剂残留浓度C(mg/L),被称为CT值。消毒接触一般采用接触池或利用清水池。由于其水流不能达到理想推流,所以部分消毒剂在水池内的停留时间低于水力停留时间t,故接触时间T需采用保证90%的消毒剂能达到的停留时间t,即T10进行计算。T10为水池出流10%消毒剂的停留时间。T10/t值与消毒剂混合接触效率有关,值越大,接触效率越高。影响清水池T10/t的主要因素有清水池水流廊道长宽比、水流弯道数目和形式、池型以及进、出口布置等。一般清水池的T10/t值多低于0.5,因此应采取措施提高接触池或清水池的T10/t值,保证必要的接触时间。
对于一定温度和pH值的待消毒处理水,不同消毒剂对粪便大肠菌、病毒、兰氏贾第鞭毛虫、隐孢子虫灭活的CT值也不同。
摘自美国地表水处理规则(SWTR),达到1-log灭活(90%灭活率)蓝氏贾第鞭毛虫和在pH值6~9时达到2-log、3-log灭活(99%、99.9%灭活率)肠内病毒的CT值,参见表11、表12。
表11 灭活1-log蓝氏贾第鞭毛虫的CT值
表12 在pH6~9时灭活肠内病毒的CT值
各种消毒剂与水的接触时间应参考对应的CT值,并留有一定的安全系数加以确定。表12 在pH6~9时灭活肠内病毒的CT值
由于水厂清水池的主要功能是平衡水厂制水与供水的流量,利用清水池消毒存在着因其清水池水位经常变化而影响消毒效果的可能,同时参照国际上发达国家较为普遍地采用设置专用消毒接触池的做法,提出了有条件时宜设置消毒接触池的规定。
紫外线水消毒设备是通过紫外灯管照射水体而进行消毒的设备,由紫外灯、石英套管、镇流器、紫外线强度传感器和清洗系统等组成。当设计水量和紫外剂量确定后,只有在所选设备满足设计水量和紫外剂量要求后才能达到既定的消毒效果。
9.9.5 水厂运行过程中水量变化不可避免,同时还会伴有一定程度的水质变化。当消毒设备不能针对这些变化做相应的消毒剂量的精确调整,将出现过度消毒或消毒不充分现象。过度消毒不仅造成浪费,而且可能引起水质(感官和消毒副产物)问题;消毒不充分则可导致水的卫生指标不合格。
由于消毒工艺是水厂水处理流程中最重要和最后一道工序,且必须随水厂的生产连续工作,因此应有备用能力。
9.9.6 由于用于消毒的化学药剂具有较强的氧化性或一定的酸碱性,不仅会产生氧化腐蚀和酸碱腐蚀,而且一旦泄漏会产生导致人员伤亡和破坏周边环境的严重次生灾害,因此要求消毒系统设备与器材应具有良好的密封性和耐腐蚀性。同时,考虑到消毒系统设备与器材在运行、维护和更换过程中可能出现微量化学物的外漏,对其所处环境的部分建筑结构可能造成腐蚀破坏,故应对所有可能接触到化学物的建筑结构、构件和墙地面做防腐处理。
Ⅱ 液氯消毒、液氯和液氨氯胺消毒
9.9.7 本条所述是最常用的以液氯和液氨为药剂的氯消毒和氯胺消毒系统设计。系统设计应包括的方面系根据水厂使用特点并结合现行国家标准《氯气安全规程》GB 11984等有关规范要求所提出。9.9.8 氯胺又称化合性有效氯(CAC),主要是利用一氯胺的消毒作用。由于在处理水中同时投加氯气和氨气后,水中首先形成一氯胺,随着氯和氨投加比例的不断增加逐步形成二氯胺、三氯化氮,最后过折点而形成自由氯。因此应合理控制氯和氨投加比例才能实现真正意义的氯胺消毒。
虽然形成一氯胺的理论比例在3:1~5:1,但考虑到水中还存在一定的耗氯还原物质,故规定比例可为3:1~6:1。
9.9.9 按现行国家标准《生活饮用水卫生标准》GB 5749的要求,与水接触30min后,出厂水游离余氯应大于0.3mg/L(即氯消毒CT值≥9mg·min/L),或与水接触120min后,出厂水总余氯大于0.6mg/L(即氯胺消毒CT值≥72mg·min/L)。
对于无大肠杆菌和大肠埃希菌的地下水,可利用配水管网进行消毒接触。对污染严重的地表水,应使用较高的CT值。
世界卫生组织(WHO)认为由原水得到无病毒出水,需满足下列氯消毒条件:出水浊度≤1.0NTU,pH值<8,接触时间30min,游离余氯>0.5mg/L。
9.9.10 与传统的压力加氯系统相比,全自动真空加氯系统具有安全性和投加精度更高的特点,因此目前国内大多数水厂液氯消毒及加压站补氯均采用了全自动真空加氯系统。
本条中关于全自动真空加氯系统的基本组成是基于目前国内实际应用的状况及产品供应商的技术性能所提出。
对氯库内工作和在线待命氯瓶连接数量做一定的限制,是从减少液氯可能的泄漏环节和大多数产品供应商的安全配置要求所提出。氯瓶歧管切换装置及真空调节器设置在氯库内是出于将正压部分的氯源集中设置的安全考虑。
当室内环境温度低于5℃时,通常单个吨级氯瓶靠环境温度气化的出氯量不大于10kg/h,故规定加氯量大于40kg/h时应设置液氯蒸发器或其他符合安全要求的增加气化量的措施(如水温不高于40℃水淋水气化)。设置液氯蒸发器时应采用液相氯瓶歧管连接氯瓶是满足液氯蒸发器气化进氯的要求。液氯蒸发器和真空调节器设置在专用蒸发器间内,是出于蒸发器因维护不当可能存在泄漏的安全隐患和将正压部分的氯源集中设置的安全考虑。
全自动真空加氯系统中的加氯机到投加点之间的输气采用管道负压输送,管道负压是依靠投加点处的水射器形成。由于水射器形成管道负压的能力有限,故输气管道的长度不能过长,否则又可能造成加注量不够问题。本条规定的200m限值是基于大多数产品供应商技术要求所提。水射器动力水由专用泵提供是为了满足稳定安全加氯的需要。
加氯机与加注点一对一配置有利于精确稳定控制投加量;一对多配置时,对加注点的数量、每个加注点的投加量和水射器后至各投加点的管路布置做出规定也是满足精确稳定控制投加量的
需要。
加氯机及其管道设置备用是为保证不间断加氯。加氯机可显示瞬时投加量便于生产的科学管理。
9.9.12 虽然与加氯相比水厂加氨量较小,但由于氨气泄漏也会导致伤及人员的次生灾害,故有条件时,尤其是大中型水厂宜采用安全性和投加精度更高的全自动真空加氨系统。除了因加注量较小通常不需要设蒸发器外,全自动真空加氨系统的基本组成、布置要求与全自动真空加氯系统基本相同。
当水厂处理水硬度超过50mg/L,通常会在投加点产生结垢堵塞而影响正常投加,故应采取防止和消除投加点的结垢措施。对于真空加氨系统,通常可采用软化水射器动力水或在加氨点设置可定时临时加氯的方法;对于压力加氨系统,则可采用在加氨点设置可定时临时加氯的方法。
9.9.13 现行国家标准《工业企业设计卫生标准》GBZ 1规定,产生并散发化学和生物等有害物质的车间,宜位于相邻车间当地全年最小频率风向的上风向。英国《供水》(water supply)(第六版)中规定,加氯间及氯库应与其他建筑的任何通风口相距不少于25m,贮存氯罐(cylinder)、气态氯瓶和液态氯瓶的氯库应与其他建筑边界相距分别不少于20m、40m、60m。
9.9.14 本条为强制性条文,必须严格执行。根据现行国家标准《氯气安全规程》GB 11984的有关规定和氨气安全操作有关规程所提出。本条所指的所有连接在加氯岐管上氯瓶包括在线工作和待命氯瓶。
9.9.15 本条为强制性条文,必须严格执行。基于现行国家标准《氯气安全规程》GB 11984的有关规定,增加了氯库室内环境温度控制的要求。为了避免氯瓶受热至40℃以上,氯库设温控以及通风、空调等,使室内温度低于40℃。取暖采用无明火方式,控制室内温度低于40℃,散热器应远离氯(氨)瓶和投加设备,确保不会使氯(氨)瓶和投加设备温度超过40℃。
9.9.16 本条为强制性条文,必须严格执行。现行国家标准《工作场所有害因素职业接触限值 第1部分:化学有害因素》GBZ 2.1规定,室内环境空气中氯的允许最高浓度(MAC)不得超过1mg/m³。氨则未规定最高浓度(MAC)限值,但分别给出了时间加权平均容许浓度(PC-TWA)不得超过20mg/m³和短时间接触容许浓度(PC-STEL)不得超过30mg/m³的规定。因此,为保障工作人员安全,加氯(氨)间(真空加氯、加氨机间除外)、氯蒸发器间及氯(氨)库应设置氯(氨)泄漏检测仪和报警设施。
根据现行国家标准《工业企业设计卫生标准》GBZ 1的规定,毒物报警值包括预报值、警报值和高报值,产生毒物的场所至少应设警报值和高报值。其中预报值应为MAC或PC-STEL的1/2,警报值应为MAC或PC-STEL,高报值则应综合各种因数确定。因此从预报报警的角度考虑,氯泄漏检测仪的检测下限应低于0.5mg/m³,检测上限则至少应大于1mg/m³;氨泄漏检测仪的检测下限应低于15mg/m³,检测上限则至少应大于30mg/m³。
按现行国家标准《大气污染物综合排放标准》GB 16297中氯气无组织排放时周界外浓度最高点限值要求,氯吸收处理装置尾气排放小于0.5mg/m³。漏氯吸收装置就近设在氯库边的单独房间内,主要是考虑到漏氯吸收装置使用概率低,日常维护是保障其事故时能迅速正常启动的重要工作,设在与用氯间分开单独房间内有利于维护人员安全,设在氯库旁可缩短漏氯吸收距离,提高漏氯处理速度。
当室内环境空气中氨气的浓度达到一定比例后遇明火热源会引起爆炸,故加氨间和氨库内的电气设备应采用防爆型。
9.9.17 本条为强制性条文,必须严格执行。基于现行国家标准《氯气安全规程》GB 11984的有关规定,设置机械通风和吸收处理装置。设置机械通风的目的为了改善微漏气时使用场所的环境空气质量,即环境空气中氯气、氨气浓度处于预报值与警报值之间时进行机械通风。换风的次数和机械通风与漏氯吸收处理系统的切换时机则参考了英国等国的规定:即通风系统设计每小时不应小于10次,并在微泄漏量时工作,泄漏量大时关闭。因此从满足现行国家职业卫生标准《工作场所有害因素职业接触限值 第1部分:化学有害因素》GBZ 2.1的规定和提高风险预警能力角度考虑,当室内环境空气中氯含量达到0.5mg/m³或氨含量达到15mg/m³时,应自动开启通风装置并同时进行预报报警;当室内环境空气中氯含量达到1mg/m³时,应进行警报报警和关闭通风装置,同时启动漏氯吸收装置;当室内环境空气中氨含量达到30mg/m³时,应进行警报报警并应及时采取应急处置措施。
由于氯气重于空气,氨气轻于空气,本条对加氯(氨)间及氯(氨)库通风系统新鲜空气进口和排风口位置的规定,主要根据上述氯气和氨气各自的比重特性所确定。
9.9.18 本条为强制性条文,必须严格执行。按现行国家标准《氯气安全规程》GB 11984的有关规定,加氯(氨)间、氯(氨)库和氯蒸发器间的外部应设能控制室内照明和通风设备的室外开关,并设抢救设施和抢修工具箱。出于在室外能够控制室内照明和通风设备的开关以及现场抢修的职业安全考虑,做出本条规定。
9.9.19 由于液氯(氨)或干燥氯气、氨气对钢管没有腐蚀性,且压力高,故可采用耐高压的厚壁无缝钢管,氯(氨)溶液则对金属具有较强氧化或酸碱腐蚀性,真空输送的氯气或氨气处于微负压状态,故宜用耐腐蚀的塑料管材。
Ⅲ 二氧化氯消毒
9.9.21 因为二氧化氯与空气接触易爆炸,不易运输,所以二氧化氯一般采用化学法现场制备。国外多采用高纯型二氧化氯发生器,有以氯溶液与亚氯酸钠为原料的氯法制备和以盐酸与亚氯酸钠的酸法制备方法。国内有以盐酸(氯)与亚氯酸钠为原料的高纯型二氧化氯和以盐酸与氯酸钠为原料的复合二氧化氯两种形式,可根据原水水质和出水水质要求,本着技术上可行、经济上合理的原则选型。通常在密闭的发生器中生成二氧化氯,其溶液浓度为10g/L。
9.9.22 由于亚氯酸盐或氯酸盐均为现行国家标准《生活饮用水卫生标准》GB 5749对采用二氧化氯或复合二氧化氯消毒时的常规毒理学水质指标,故做出本条规定。
9.9.23 生成二氧化氯时,原料调制浓度过高(32%HCl和24%NaClO2),则反应时将发生爆炸。二氧化氯泄漏时,空气中浓度大于11%和水中浓度大于30%时易发生爆炸。因此在原料调制、生成反应和使用过程中有潜在的危险,为确保安全地制备二氧化氯和在水处理中安全使用,其现场制备的设备应是成套设备,并必须有相应有效的各种安全措施,包括材料有较好的密封性和耐腐蚀性。建筑屋内可能与原料或反应生成物接触的构件和墙地面做防腐处理是为了防止结构受损而造成安全事故。
9.9.24 本条是依据现行国家标准《生活饮用水卫生标准》GB 5749的规定而提出的。
9.9.25 本条为强制性条文,必须严格执行。由于生成二氧化氯的主要固体原料(亚氯酸钠、氯酸钠)属一、二级无机氧化剂,贮运操作不当有引起爆炸的危险。此外,原料盐酸与固体亚氯酸钠相接触易引起爆炸,故规定应分别独立存放和采取必要的隔离措施。
9.9.26 本条为强制性条文,必须严格执行。由于二氧化氯发生与投加设备为整体设备,同时考虑到原料输送的方便和与原料存放间必要的隔离,故应设置在独立的设备间内。
9.9.27 本条为强制性条文,必须严格执行。由于二氧化氯制备的原料具有易爆、腐蚀性和一定职业危害,故规定各原料库房与设备间应相互隔开且室内互不相通,房门均应各自直接通向外部且向外开启。外部设置可启闭室内照明和通风设备的开关则作为事故应急安全操作之用。所有建筑均按防爆要求进行设计是基于仍存在爆炸的可能。
设置快速淋浴、洗眼器主要为了在工作人员不慎接触时及时冲洗之用,以保护人员安全。设置酸泄漏收集槽也是出于保护工作人员和防止建筑结构受损。
设备间设置通风设施主要是排除微泄漏的二氧化氯气体,由于二氧化氯气体重于空气,故通风设施的布置可参照加氯间的布置方式。此外,由于现行国家标准《工作场所有害因素职业接触限值化学有害因素》GBZ 2.1-2007对环境空气中的二氧化氯,分别给出了时间加权平均容许浓度(PC-TWA)不得超过0.3mg/m³和短时间接触容许浓度(PC-STEL)不得超过0.8mg/m³的规定。因此设备间内应设置二氧化氯气体泄漏检测仪和报警设施,且二氧化氯泄漏检测仪的检测下限应低于0.4mg/m³,检测上限则至少应大于0.8mg/m³。当室内环境空气中二氧化氯含量达到0.4mg/m³时,应自动开启通风装置同时进行预报报警;当室内环境空气中二氧化氯含量达到0.8mg/m³时,应进行警报报警并应及时关闭二氧化氯发生装置并采取应急处置措施。
设备间设置喷淋设施主要用于二氧化氯水溶液和气体发生事故泄漏的紧急处理。
9.9.28 由于二氧化氯制备的原料具有易爆性,基于安全考虑,原料的储备量不宜过多,故其储备量比水厂其他药剂的储备量可适当减少。
Ⅳ 次氯酸钠氯消毒、次氯酸钠与硫酸铵氯胺消毒
9.9.29 通常情况下,当商品次氯酸钠溶液就近货源充足且保证率高时,宜首选商品次氯酸钠溶液;当货源不足、运输距离较远或存在短期限制因素(如气候)且保证率不高时,经技术经济比较后,可采用次氯酸钠发生器电解食盐现场制取使用;当难以或无法采购商品次氯酸钠溶液时,可采用次氯酸钠发生器电解食盐现场制取使用。9.9.30 次氯酸钠为强氧化剂,化学性质极不稳定。在光照、受热、酸性环境或重金属离子存在下,极易发生分解反应,导致其商品溶液中有效氯含量降低。主要反应式如下:
NaClO+H2O=HClO+NaOH
2HClO=2HCl+O2
HClO+HCl=H2O+Cl2
此外,较高温度下次氯酸钠和较长时间储存条件下,其分解产物中还会含有亚氯酸钠(亚氯酸盐)和氯酸钠(亚氯酸盐)等现行国家标准《生活饮用水卫生标准》GB 5749有限值规定的常规毒理指标。因此次氯酸钠溶液气温越高,分解速度越快,浓度越低,分解速度越慢,性能越稳定。因此在条件许可的情况下,送至水厂或泵站的商品次氯酸钠溶液宜稀释至5%浓度后储存和投加。2HClO=2HCl+O2
HClO+HCl=H2O+Cl2
次氯酸钠溶液存储备量不宜过大,应综合考虑原料供应条件、输送距离、气候条件、储存场地气候条件、生产管理等因素,宜为7d左右。
由于硫酸铵的投加量一般较小,在单点投加规模较小时,原液小流量投加时计量泵精度较差,因此可采用1:1~1:3稀释储存和投加。
9.9.31 由于次氯酸钠溶液和硫酸铵溶液可原液投加,因此在储液池(罐)不小于2个的情况下,储液池(罐)可兼做投加池。考虑到次氯酸钠溶液和硫酸铵溶液具有较强的腐蚀性,储液池应做防腐处理。有条件时可采用化学储罐作为储液池。
次氯酸钠为强氧化剂且其溶液呈强碱性,而硫酸铵为还原剂且其溶液呈弱酸性,当两种溶液相遇时会发生较强烈的氧化还原反应,且当两者达到一定的比例时可能产生极不稳定和易爆炸的三氯化氮,上海在使用这两种溶液时曾发生此类事件。因此无论室内还是室外设置,两种溶液不应同处一室或一处,放空及废液处理系统的井不应连通。
温度较高时次氯酸钠溶液容易分解,溶液中的有效氯会减少,故气温较高地区次氯酸钠溶液宜在室内或室外地下储存。
9.9.32 由于次氯酸钠和硫酸铵溶液的投加方式和控制模式、投加设备及其系统组成与混凝剂溶液投加系统相同,故可按本标准第9.3.6条的第1款~第3款有关混凝剂投加部分的规定执行。
次氯酸钠和硫酸铵溶液的加注设备与管道在室内分室布置的规定,也是出于防止两种溶液不慎相遇可能产生爆炸的危险出现。
9.9.33 次氯酸钠和硫酸铵溶液的投加间和储存间存在微量的溶液分解和挥发气体逸出,为改善室内环境空气质量,应设置机械通风设施。考虑到次氯酸钠和硫酸铵溶液均具有腐蚀性,故规定可能与这两种溶液接触的建筑构件和墙地面应做防腐处理。
在房间出入口设置快速淋浴、洗眼器可为操作人员提供不慎接触到腐蚀性溶液后的应急自救设施。
9.9.34 目前我国供应次氯酸钠发生系统成套设备的制造商和水厂采用电解食盐制取次氯酸钠的实践较少,本条规定中涉及的成套设备的基本组成是在参考国际上主要制造商和国内的部分应用案例的基础提出。由于次氯酸钠发生系统涉及防爆、防毒和防腐等需求,故规定系统设计中应设置有针对性的安全设施。
9.9.35 次氯酸钠发生系统由盐水调配装置、次氯酸钠发生器、储液箱、投加设备、辅助设备等一系列设施组成,系统较为复杂,需定期放空进行酸洗、清洗、更换等维护保养工作。因此为确保大型或重大水厂生产安全,做出本条规定。
9.9.36 考虑到食用盐易吸潮结块,故储存量不宜过大。同样因食用盐吸潮结块,目前大部分水厂食用盐投料仍需人工操作,劳动强度较大,故盐水每日配置次数不宜大于2次,并尽可能采用自动化程序较高的装置,减少工人劳动强度。
9.9.37 本条为强制性条文,必须严格执行。由于电解食用盐溶液产生次氯酸钠溶液时会伴随产生氢气析出现象,氢气的火灾危险性为甲类,且氢气轻于空气,因此应釆用高位排风,且在专用风机将氢气稀释至低于爆炸下限浓度进行排放的同时,仍应保证出风口设置的安全。
屋顶存在吊顶、无通气孔的倒翻梁容易积聚可能泄出的氢气和阻断积聚的氢气流向通风设备。
9.9.38 在次氯酸钠发生器间设置高位排风机械通风系统,主要用于排除发生器专用排风系统可能泄漏出来或未排尽的微量氢气。
当发生器至储罐之间的次氯酸钠溶液输送管路发生事故泄漏时,在发生器出入口设置的快速淋浴、洗眼器可为操作人员提供不慎接触到泄漏溶液后的应急自救设施。
9.9.39 食用盐中氯离子对金属具有强烈的腐蚀性,故储存食用盐的建筑内的机电设备和门窗应考虑选用耐高盐度的腐蚀。
Ⅴ 紫外线消毒
9.9.40 紫外线消毒系物理消毒。在饮用水消毒处理中,相比传统的化学消毒,紫外线具有更广谱的消毒能力,如可快速有效灭活“两虫”等化学消毒很难灭活的致病微生物。此外,消毒过程不会出现化学消毒所引起的消毒副产物问题,当与化学消毒进行组合消毒时,不仅减少了化学消毒剂的用量,而且使消毒副产物的生成量也减少。但是,由于紫外线消毒不具有持续性消毒效果,为保障进入管网的水的生物安全性和维持一定的消毒剂余量,在进行紫外线消毒后,仍必须投加适量的具有持续性消毒效果的化学消毒剂。且紫外线消毒需要建设专门的设施,运行过程中电耗和紫外灯管的老化损耗会增加一定的制水成本。因此应经技术经济比较来确定采用紫外线消毒的必要性与合理性。9.9.41 紫外线水消毒设备在使用过程中会产生石英套管结垢与灯管老化问题,造成紫外输出损失。现行国家标准《城市给排水紫外线消毒设备》GB/T 19837规定:紫外线消毒设备应保证在处理峰值流量下、紫外灯运行寿命终点时并考虑紫外灯管结垢影响后,紫外线的有效剂量不低于40mJ/c㎡。结垢系数、老化系数应根据设备具体要求确定,在没有具体设备情况下结垢系数宜取0.8、老化系数宜值0.5进行剂量计算。
9.9.42 紫外线水消毒设备有管式和渠式两种基本形式,其中管式适用于饮用水消毒,渠式则适应于中水和污水消毒。
9.9.43 紫外线消毒工艺对进水的水质要求较高,消毒效果受进入紫外线水消毒设备待消毒水的水温、pH值、浊度、紫外线穿透率(UVT)等因素的影响。为充分发挥紫外线消毒工艺的消毒效果,紫外线消毒工艺应设置于清水池进水之前。在进行紫外线消毒工艺设计前,应实测待消毒水的水质情况,如没有条件可按下列情况取值:
(1)设计进水水温宜为3℃~30℃,pH值宜在6.5~8.5。
(2)设计进水浊度宜小于1NTU。
(3)设计进水UVT(紫外穿透率):对于使用传统混凝-沉淀-过滤的地表水厂,设计UVT取值以不高于90%为宜。对于以无污染的地下水为水源的水厂或使用膜过滤的水厂,UVT取值以不高于95%为宜。对于使用紫外作为滤池反冲洗水消毒的水厂,建议反冲洗水进入紫外前,先进行沉淀处理,UVT取值以70%~80%为宜。
设置紫外消毒工艺的超越系统,可使水厂在水质较好时实现超越紫外消毒工艺节约制水成本的目的。
9.9.44 紫外线水消毒设备的紫外灯类型有低压灯、低压高强灯和中压灯三种,目前用于水处理的主要为低压高强灯和中压灯。低压高强灯的紫外光是以253.7nm波长单频谱输出,中压灯的紫外光是以200nm~280nm杀菌波段多频谱输出,中压灯比低压高强灯更具杀菌的广谱性;低压高强灯连续运行或累计运行寿命一般不低于12000h,中压灯连续运行或累计运行寿命一般不低于5000h~9000h;低压高强灯的电光转化率高于中压灯,相同条件下的运行能耗低于中压灯;在相同水质条件下,中压灯的紫外光穿透水体的能力强于低压高强灯。
在相同管径、处理水量和有效剂量的条件下,因低压高强灯产生的有效剂量低于中压灯而导致其消毒设备中灯管数量多于中压灯消毒设备,处理水通过消毒设备的水头损失会大于中压灯。在采用低压高强灯消毒设备时,为达到与中压灯相同的过程水头损失,通常采用放大消毒设备管径或配置更多数量的同管径消毒设备。因此紫外灯的选型应根据多种因素综合考虑后确定。一般情况下,中小型水厂,宜采用低压高强灯;大中型规模水厂或用地条件较为紧张的水厂,宜采用中压灯。
此外,应根据水质条件及是否具备在线灯管余量、在线更换灯管条件和在线清洗灯管条件等情况,确定紫外线水消毒设备的数量和备用方式。
9.9.45 应根据给水厂的整体水力流程条件,确定管式消毒设备水头损失的设计值。在实际的水头损失计算中,不仅要考虑消毒设备本身的水头损失,还应考虑与其连接的管路系统的直管段、三通、异径管、法兰、弯头等的水头损失。
9.9.46 高程布置上避免隆起是为了使管式消毒设备内达到满流状态,避免积气。
对前后直管段做此规定是为防止管式消毒设备内的部件受到冲击并保持良好的水力流态。在一些改扩建工程中,往往因空间狭小不能满足本条要求,故在确保前直管段长度不小于消毒设备管径的3倍前提下,也可采用管式消毒设备。
消毒设备前后直管段上应设置隔离阀门是为消毒设备检修维护隔离之用。在消毒设备前部管道高点设排气阀可避免高点积聚的气体带入消毒设备。
每台消毒设备前设置流量计,可结合消毒设备自带的在线紫外光穿透率传感器发出的穿透率数值或人为设定的穿透率数值,实现对紫外线消毒设备输出剂量同步控制,在保证紫外消毒效果的前提下,达到节电的目的。
设备间设置起重设备可方便消毒设备的整体拆装。
9.9.47 地下水硬度高,部分地区铁锰含量高,极易导致紫外线灯管套管结垢并影响紫外消毒效果,因此应根据水质情况选择合适的套管清洗方式,当进水硬度高于120mg/L时宜选择在线的机械加化学自动清洗方式。
9.10 臭氧氧化
9.10 臭氧氧化
I 一般规定
9.10.1 臭氧氧化工艺的设置应根据其净水工艺不同的目的确定,并宜符合下列规定:
1 以去除溶解性铁、锰、色度、藻类,改善臭味以及混凝条件,替代前加氯以减少氯消毒副产物为目的的预臭氧,宜设置在混凝沉淀(澄清)之前;
2 以降解大分子有机物、灭活病毒和消毒或为其后续生物氧化处理设施提高溶解氧为目的后臭氧,宜设置在沉淀、澄清后或砂滤池后。
9.10.2 臭氧氧化工艺设施的设计应包括气源装置、臭氧发生装置、臭氧气体输送管道、臭氧接触池,以及臭氧尾气消除装置。
9.10.3 臭氧设计投加量宜根据待处理水的水质状况并结合试验结果确定,也可参照相似水质条件下的经验选用,预臭氧宜为0.5mg/L~1.0mg/L,后臭氧宜为1.0mg/L~2.0mg/L。
当原水溴离子含量较高时,臭氧投加量的确定应考虑防止出厂水溴酸盐超标,必要时,尚应采取阻断溴酸盐生成途径或降低溴酸盐生成量的工艺措施。
9.10.4 臭氧氧化系统中必须设置臭氧尾气消除装置。
9.10.5 所有与臭氧气体或溶解有臭氧的水体接触的材料应耐臭氧腐蚀。
Ⅱ 气源装置
9.10.6 臭氧发生装置的气源品种及气源装置的形式应根据气源成本、臭氧的发生量、场地条件以及臭氧发生的综合单位成本等因素,经技术经济比较后确定。
9.10.7 臭氧发生装置的气源可采用空气或氧气,氧气的气源装置可采用液氧储罐或制氧机。所供气体的露点应低于一60C,其中的碳氧化合物、颗粒物、氮以及氩等物质的含量不能超过臭氧发生装置的要求。
9.10.8 气源装置的供气量及供气压力应满足臭氧发生装置最大发生量时的要求,且气源装置应邻近臭氧发生装置设置。
9.10.9 供应空气的气源装置中的主要设备应有备用。
9.10.10 液氧储罐供氧装置的液氧储存量应根据场地条件和当地的液氧供应条件综合考虑确定,不宜少于最大日需氧量的3d用量,液氧气化装置宜有备用。
9.10.11 制氧机供氧装置应设有备用液氧储罐,其备用液氧的储存量应满足制氧设备停运维护或故障检修时的氧气供应量,不宜少于2d的用量。
9.10.12 以空气或制氧机为气源的气源装置应设在室内,并应采取隔音降噪措施;以液氧储罐为气源的气源装置宜设置在露天。
除臭氧发生车间外,液氧储罐、制氧站与其他各类建筑的防火距离应符合现行国家标准《氧气站设计规范》GB50030的有关规定;液氧储罐四周宜设栅栏或围墙,不应设产生可燃物的设施,四周地面和路面应按现行国家标准《氧气站设计规范》GB50030规定的范围设置非沥青路面层的不燃面层。
采用液氧储罐或制氧机气源装置时,厂区应有满足液氧槽车通行、转弯和回车要求的道路和场地。
Ⅲ 臭氧发生装置
9.10.13 臭氧发生装置应包括臭氧发生器、供电及控制设备、冷却设备以及臭氧和氧气泄漏探测及报警设备。
9.10.14 臭氧发生装置的产量应满足最大臭氧加注量的要求。
9.10.15 采用空气源时,臭氧发生器应采用硬备用配置;采用氧气源时,经技术经济比较后,可选择采用软备用或硬备用配置;采用软备用配置时,臭氧发生器的配置台数不宜少于3台。
9.10.16 臭氧发生器内循环水冷却系统宜包括冷却水泵、热交换器、压力平衡水箱和连接管路。与内循环水冷却系统中热交换器换热的外部冷却水水温不宜高于30C;外部冷却水源应接自厂自用水管道;当外部冷却水水温不能满足要求时,应采取降温措施。
9.10.17 臭氧发生装置应尽可能设置在离臭氧用量较大的臭氧接触池较近的位置。
9.10.18 臭氧发生装置应设置在室内。室内空间应满足设备安装维护的要求;室内环境温度宜控制在30C以内,必要时,可设空调设备。
9.10.19 臭氧发生间的设置应符合下列规定:
1 臭氧发生间内应设置每小时换气8次~12次的机械通风设备,通风系统应设置高位新鲜空气进口和低位室内空气排至室外高处的排放口;
2 应设置臭氧泄漏低、高检测极限的检测仪和报警设施;
3 车间入口处的室外应放置防护器具、抢救设施和工具箱,并应设置室内照明和通风设备的室外开关。
Ⅳ 臭氧气体输送管道
9.10.20 输送臭氧气体的管道直径应满足最大输气量的要求,管道设计流速不宜大于15m/s。管材应采用316L不锈钢。
9.10.21 臭氧气体输送管道敷设可采用架空、埋地或管沟。在气候炎热地区,设置在室外的臭氧气体管道宜外包绝热材料。以氧气为气源发生的臭氧气体输送管道的敷设设计可按现行国家标准《氧气站设计规范》GB50030中的有关氧气管道的敷设规定执行。
V 臭氧接触池
9.10.22 臭氧接触池的个数或能够单独排空的分格数不宜少于2个。
9.10.23 臭氧接触池的接触时间应根据工艺目的和待处理水的水质情况,通过试验或参照相似条件下的运行经验确定。当无试验条件或可参照经验时,可按本标准第9.10.26条、第9.10.27条的规定选取。
9.10.24 臭氧接触池应全密闭。池顶应设置臭氧尾气排放管和自动双向压力平衡阀,池内水面与池内顶宜保持0.5m~0.7m距离,接触池入口和出口处应采取防止接触池顶部空间内臭氧尾气进入上下游构筑物的措施。
9.10.25 臭氧接触池水流应采用竖向流,并应设置竖向导流隔板将接触池分成若干区格。导流隔板间净距不宜小于0.8m,隔板顶部和底部应设置通气孔和流水孔。接触池出水宜采用薄壁堰跌水出流。
9.10.26 预臭氧接触池应符合下列规定:
1 接触时间宜为2min~5min;
2 臭氧气体应通过水射器抽吸后注入设于接触池进水管上的静态混合器,或经设在接触池的射流扩散器直接注入接触池内;
3 抽吸臭氧气体水射器的动力水,可采用沉淀(澄清)后、过滤后或厂用水,不宜采用原水;动力水应设置专用动力水增压泵供水;
4 接触池设计水深宜采用4m~6m;
5 采用射流扩散器投加时,设置扩散器区格的平面形状宜为弧角矩形或圆形,扩散器应设于该反应区格的平面中心;
6 接触池顶部应设尾气收集管;
7 接触池出水端水面处宜设置浮渣排除管。
9.10.27 后臭氧接触池应符合下列规定:
1 接触池宜由二段到三段接触室串联而成,由竖向隔板分开;
2 每段接触室应由布气区格和后续反应区格组成,并应由竖向导流隔板分开;
3 总接触时间应根据工艺目的确定,宜为6min~15min,其中第一段接触室的接触时间宜为2min~3min;
4 臭氧气体应通过设在布气区格底部的微孔曝气盘直接向水中扩散;微孔曝气盘的布置应满足该区格臭氧气体在±25%的变化范围内仍能均匀布气,其中第一段布气区格的布气量宜占总布气量的50%左右;
5 接触池的设计水深宜采用5.5m~6m,布气区格的水深与水平长度之比宜大于4;
6 每段接触室顶部均应设尾气收集管。
9.10.28 臭氧接触池内壁应强化防裂、防渗措施。
Ⅵ 臭氧尾气消除装置
9.10.29 臭氧尾气消除装置应包括尾气输送管、尾气中臭氧浓度监测仪、尾气除湿器、抽气风机、剩余臭氧消除器,以及排放气体臭氧浓度监测仪及报警设备等。
9.10.30 臭氧尾气消除可采用电加热分解消除、催化剂接触分解消除或活性炭吸附分解消除等方式,以氧气为气源的臭氧处理设施中的尾气不应采用活性炭消除方式。
9.10.31 臭氧尾气消除装置的最大设计气量应与臭氧发生装置的最大设计气量一致。抽气风机应可根据臭氧发生装置的实际供气量适时调节抽气量。
9.10.32 臭氧尾气消除装置应有备用。
9.10.33 臭氧尾气消除装置设置应符合下列规定:
1 可设在臭氧接触池池顶,也可另设他处;另设他处时,臭氧尾气抽送管道的最低处应设凝结水排除装置;
2 电加热分解装置应设在室内;催化剂接触或活性炭吸附分解装置可设在室内,也可设置在室外,室外设置时应设防雨篷;
3 室内设尾气消除装置时,室内应有强排风设施,必要时可加设空调设备。
条文说明
Ⅰ一般规定
9.10.1 近十多年来,我国在饮用水处理中采用臭氧氧化的应用案例已很多,积累的经验也相当丰富。关于臭氧氧化工艺设置原则,是基于对国内许多应用案例的调查分析所提出。在实际设计中,臭氧氧化工艺的设置还应通过对原水水质状况的分析,结合总体净水工艺过程的考虑和出水水质目标来确定,也可参照相似条件下的运行经验或通过一定的试验来确定。9.10.3 基于目前我国饮用水处理中臭氧氧化工艺的丰富应用经验和研究成果借鉴总结,关于臭氧设计投加量给出了设计建议值。在实际设计中,臭氧氧化工艺的设置还应通过对原水水质状况的分析,结合总体净水工艺过程的考虑和出水水质目标来确定,也可参照相似条件下的运行经验或通过一定的试验来确定。
溴酸盐是自然界水中溴离子被臭氧逐步氧化形成的衍生物。溴酸盐的浓度主要取决于原水中的溴离子浓度、臭氧浓度以及臭氧与水接触时间等因素。另外,溴离子被臭氧氧化时的pH值和水温也对溴酸盐形成有影响。正常情况下,水中不含溴酸盐,但普遍含有溴化物,浓度一般为10μg/L~1000μg/L。当用臭氧对水消毒时,溴化物与臭氧反应,氧化后会生成溴酸盐,有研究认为当原水溴化物浓度小于20μg/L时,经臭氧处理一般不会形成溴酸盐,当溴化物浓度在50μg/L~100μg/L时有可能形成溴酸盐。国际癌症研究中心(IARC)认为,溴酸钾对实验动物有致癌作用,但溴酸盐对人的致癌作用还不能肯定,为此将溴酸盐列为对人2B级的潜在致癌物质。
现行国家标准《生活饮用水卫生标准》GB 5749规定采用臭氧处理工艺时,出厂水溴酸盐限值为0.01mg/L。对溴酸盐副产物的控制可通过加氨、降低pH值和优化臭氧投加方式等实现。
9.10.4 本条为强制性条文,必须严格执行。从臭氧接触池排气管排入环境空气中的气体仍含有一定的残余臭氧,这些气体被称为臭氧尾气。由于空气中一定浓度的臭氧对人的机体有害。人在含臭氧百万分之一的空气中长期停留,会引起易怒、感觉疲劳和头痛等不良症状。而在更高的浓度下,除这些症状外,还会增加恶心、鼻子出血和眼黏膜发炎。经常受臭氧的毒害会导致严重的疾病。因此出于对人体健康安全的考虑,提出了本条强制性规定。通常情况下,经尾气消除装置处理后,要求排入环境空气中的气体所含臭氧的浓度满足现行国家标准《环境空气质量标准》GB 3095的有关规定。
9.10.5 由于臭氧的氧化性极强,对许多材料具有强腐蚀性,因此要求臭氧处理设施中臭氧发生装置、臭氧气体输送管道、臭氧接触池以及臭氧尾气消除装置中所有可能与臭氧接触的材料能够耐受臭氧的腐蚀,以保证臭氧净水设施的长期安全运行和减少维护工作。据调查,一般的橡胶、大多数塑料、普通的钢和铁、铜以及铝等材料均不能用于臭氧处理系统。适用的材料主要包括316L不锈钢、玻璃、氯磺烯化聚乙烯合成橡胶、聚四氟乙烯以及混凝土等。
Ⅱ 气源装置
9.10.6 就制取臭氧的电耗而言,以空气为气源的最高,制氧机供氧气的其次,液氧最低。就气源装置的占地而言,空气气源的较氧气气源的大。就臭氧发生的浓度而言,以空气为气源的浓度只有氧气气源的五分之一到三分之一。就臭氧发生管、输送臭氧气体的管道、扩散臭氧气体的设备以及臭氧尾气消除装置规模而言,以空气为气源的比氧气的大很多。就设备投资和日常管理而言,空气的气源装置均需由用户自行投资和管理,而氧气气源装置通常可由用户向大型供气商租赁并委托其负责日常管理。虽然氧气气源装置较空气气源装置具有较多优点,但其设备的租赁费、委托管理费以及氧气的采购费也很高,且设备布置受到消防要求的限制。因此采用何种供气气源和气源装置应综合上述多方面的因素,做技术经济比较后确定。据调查,一般情况下,空气气源适合于较小规模的臭氧发生量,液氧气源适合于中等规模的臭氧发生量,制氧机气源适合于较大规模的臭氧发生量。9.10.7 由于供给臭氧发生器的各种气源中一般均含有一定量的一氧化二氮,气源中过多的水分易与其生成硝酸,从而导致对臭氧发生装置及输送臭氧管道的腐蚀损坏,因此必须对气源中的水分含量做出了规定,露点就是代表气源水分含量的指标。据调查,目前国内外绝大部分运行状态下的臭氧发生器的气源露点均低于-60℃,有些甚至低于-80℃。一般情况下,空气经除湿干燥处理后,其露点可达到-60℃以下,制氧机制取的气态氧气露点也可达到-60℃到-70℃之间,液态氧的露点一般均在-80℃以下。现行行业标准《水处理用臭氧发生器》CJ/T 322对以空气、液氧、现场制氧等各类气源都做了较为详细的规定。
此外,气源中的碳氧化物、颗粒、氮以及氩等物质的含量对臭氧发生器的正常运行、使用寿命和产气能耗等也会产生影响,且不同臭氧发生器的厂商对这些指标要求各有不同,故本条文只做原则规定。
9.10.8 对采用氧气源的条件下,因臭氧发生装置备用方式的不同,满足臭氧发生装置最大发生量时的供气量会发生变化。若臭氧发生装置采用软备用(即热备用)方式,在故障发生装置退出工作后,原有的臭氧发生量,通常采取提高氧气进气量和降低产气中的臭氧浓度的方式来提高原有的臭氧发生量,即气源装置最大供气量不是在所有臭氧发生装置全部工作时,而是在有故障发生装置退出工作后时。因此氧气气源装置的设计供气量应结合臭氧发生装置备用方式来确定。
气源装置的供气压力通常与臭氧发生装置的品牌和形式有关,在满足最大供气量的前提下,供气压力满足设备要求即可。
虽然气体输送的能耗不大,但从节省高压管材和方便管理的角度考虑,气源装置应邻近臭氧发生装置设置。由于氧气是助燃气体,泄漏后存在火灾安全隐患,氧气输送管道在厂区内的敷设有许多限制条件,因此应尽量缩短氧气气源装置至发生装置间的距离。
9.10.9 供应空气的气源装置一般应包括空压机、储气罐、气体过滤设备、气体除湿干燥设备,以及消声设备。供应空气的气源装置除了应具有供气能力外,还应具备对所供空气进行预处理的功能,所供气体不仅在量上而且在质上均能满足臭氧发生装置的用气要求。空压机作为供气的动力设备,用以满足供气气量和气压的要求,一般要求釆用无油润滑型;储气罐用于平衡供气压力和气量;过滤设备用于去除空气中的颗粒和杂质;除湿干燥设备用于去除空气中的水分,以达到降低供气露点的目的;消声设备则用于降低气源装置在高压供气时所产生的噪声。山于供应空气的气源装置需要常年连续工作,且设备系统较复杂,通常情况下每个装置可能包括多个空压机、储气罐,以及过滤、除湿、干燥和消声设备,为保证在某些设备组件发生故障或需要正常维修时气源装置仍能正常供气,要求气源装置中的主要设备应有备用。
9.10.10 液态氧可通过各种商业渠道采购而来,其温度极低,在使用现场需要专用的隔热和耐高压储罐予以储存。为节省占地面积,储罐一般都是立式布置。进入臭氧发生装置的氧必须是气态氧,因此需要设置将液态氧蒸发成气态氧的蒸发器。蒸发需要的能量一般来自环境空气的热量(特别寒冷的地区可采用电、天然气或其他燃料进行加热蒸发)。通过各种商业渠道所购的液态氧的纯度很高(均在99%以上),而提供给臭氧发生装置的最佳氧气浓度通常在90%~95%之间,且要求含有少量的氮气。因此液氧储罐供氧装置一般应配置添加氮气或空气(空气中含有大量氮气)的设备。通常采用的设备有氮气储罐或空压机,并配备相应气体混配器。储存在液氧罐中的液态氧在使用中逐步消耗,其罐内的压力和液面将发生变化,为了随时了解其变化情况和提前做好补充液氧的准备,须设置液氧储罐的压力和液位显示及报警装置。
在沿海地区,应充分考虑台风(严重冰冻)等自然灾害可能带来交通中断等因素,适当增大液氧储罐容积,可确保水厂的液氧使用不会因供货中断而停产。现场液氧储罐的大小还受消防要求的制约,现场储存量不宜过大,但储存太少将增加运输成本,带来釆购液态氧成本的增加。因此根据相关的调查,本条只做出最小储存量的规定。
9.10.11 制氧机供氧装置一般应包括制氧设备、供气状况的检测报警设备、备用液氧储罐、蒸发器以及备用液氧储罐压力和罐内液氧储存量的显示及报警设备等。空气中98%以上的成分为氮气和氧气。制氧机就是通过对环境空气中氮气的吸附来实现氧气的富集。一般情况下,制氧机所制取的氧气中氧的纯度在90%~95%,其中还含有少量氮气。此外,制氧机还能将所制氧气中的露点和其他有害物质降低到臭氧发生装置所需的要求。为了保证能长期正常工作,制氧机需定期停运维护保养,同时考虑到设备可能出现故障,因此制氧机供氧装置应配备备用液氧储罐及其蒸发器。根据大多数制氧机的运行经验,每次设备停用保养和故障修复的时间一般不会超过2d,故对备用液氧储罐的最小储存量提出了不应少于2d氧气用量的规定。虽然备用液氧储罐启用时其所供氧气纯度不属最佳,但由于其使用机会很少,为了降低设备投资和简化设备系统,一般不考虑备用加氮气或空气设备。
9.10.12 以空气和制氧机为气源的气源装置中产生噪声的设备较多,因此应设在室内并采取隔音降噪措施。液氧储罐系统因基本无产生噪声的设备,从方便液氧槽车定期充氧的角度考虑,应设置在室外。
为保障水厂消防安全,根据现行国家标准《氧气站设计规范》GB 50030的有关规定,对液氧储罐和制氧站与其他建筑的防火间距及液氧储罐周围防火措施提出了更明确的要求。
采购的液态氧由运氧槽车输送到现场,然后用专用车载设备加入储氧罐中。运氧槽车一般吨位较大车身长,在厂区内行驶对交通条件要求较高,一般厂区内至少有一条可回车的通向储氧罐的路,其宽不宜小于4m,转弯半径不宜小于10m。
Ⅲ 臭氧发生装置
9.10.13 臭氧发生器的供电及控制设备,一般都作为专用设备与臭氧发生器配套制造和供应。冷却设备用以对臭氧发生器及其供电设备的冷却,既可以配套制造供应,也可根据不同的冷却要求进行专门设计配套。9.10.14 为了保证臭氧处理设施在最大生产规模和最不利水质条件下的正常工作,臭氧发生装置的产量应满足最大臭氧加注量的需要。
9.10.15 用空气制得的臭氧气体中的臭氧浓度一般为2%~3%,且臭氧浓度调节较困难。当某台臭氧发生器发生故障时,很难通过提高其他发生器的产气浓度来维持整个臭氧发生装置的产量不变。因此要求以空气为气源的臭氧发生装置中应设置硬备用的臭氧发生器。
用氧气制得的臭氧气体中的臭氧浓度一般为8%~14%,且臭氧浓度调节非常容易。当某台臭氧发生器发生故障时,既可以通过启用已设置的硬备用发生器来维持产量不变,也可通过提高无故障发生器的氧气进气量与降低产气中的臭氧浓度来维持产量不变。采用硬备用方式,可使臭氧发生器的产气浓度和氧气的消耗量始终处于较经济的状态,但设备的初期投资将增加。釆用软备用方式,设备的初期投资可减少,但当有发生器发生故障退出工作时,短期内,会使在工作的臭氧发生装置的产气浓度不处于最佳状态,氧气的用量大于发生器无故障时的量。因此需通过技术经济比较来确定。
9.10.16 通过对氧气的放电产生臭氧的过程是一个放热过程,而臭氧在温度较高时又会迅速分解为氧气。因此为保持臭氧发生装置处于能耗较低的运行状态,同时防止装置内部温度过高而损伤设备,臭氧发生装置运行过程中必须进行在线冷却。通常臭氧发生装置自带内循环水冷却系统及其与外部冷却水的热交换器。考虑水厂常年出厂水的温度一般不会超过30℃,因此可采用水厂自用水系统作为外部冷却水水源。
9.10.17 臭氧的腐蚀性极强,泄漏到环境中对人体、设备、材料等均会造成危害,其通过管道输送的距离越长,出现泄漏的潜在危险越大。此外,臭氧极不稳定,随着环境温度的提高将分解成氧气,输送距离越长,其分解的比例越大,从而可能导致到投加点处的浓度达不到设计要求。因此,要求臭氧发生装置应尽可能靠近臭氧接触池。当净水工艺中同时设有预臭氧和后臭氧接触池时,考虑到节约输送管道的投资,其设置地点除了应尽量靠近各用气点外,更宜靠近用气量较大的臭氧接触池。
9.10.18 根据臭氧发生器设置的环境要求,其应设置在室内。虽然臭氧发生装置中配有专用的冷却系统,但其工作时仍将产生较多的热量,可能使设置臭氧发生装置的室内环境温度超出臭氧发生装置经济运行所要求的环境温度条件。据了解,大部分臭氧发生装置工作时,室内环境温度不宜超过30℃,故做出本条规定。通常在夏季气温较高的地区,在通过机械通风仍难有效降低室内环境温度时,可根据具体情况设置空调设备降低温度。
9.10.19 本条为强制性条文,必须严格执行。在臭氧发生车间内设置机械通风设备,首先可通过通风来降低室内环境温度,其次可排除从臭氧发生系统中可能泄漏出来的微量臭氧气体,即在室内环境空气中臭氧浓度达到0.15mg/m³时开启,以保持室内环境空气质量的安全。
臭氧和氧气泄漏探测及报警设备通常设置在臭氧发生装置车间内,用以监测设置臭氧发生装置处室内环境空气中可能泄漏出的臭氧和氧气的浓度,并对泄漏状况做出指示和报警,并根据泄漏量关闭臭氧发生器。
现行国家标准《工作场所有害因素职业接触限值 第1部分:化学有害因素》GBZ 2.1规定,室内环境空气中臭氧的允许最高浓度(MAC)不得超过0.3mg/m³。因此臭氧发生装置车间内应设置臭氧气体泄漏检测仪和报警设施,且臭氧泄漏检测仪的检测下限应低于0.15mg/m³,检测上限则至少应大于0.3mg/m³。当室内环境空气中臭氧含量达到0.15mg/m³时,应自动开启机械通风装置同时进行预报报警;当室内环境空气臭氧含量达到0.3mg/m³时,应进行警报报警并应及时关闭臭氧发生装置。
Ⅳ 臭氧气体输送管道
9.10.20 虽然现行国家标准《氧气站设计规范》GB 50030规定输送压力范围在0.1MPa~1.0MPa的不锈钢氧气管道最高允许流速为30m/s,但考虑到输送流速过大,会导致阻力增加,且运行噪声大,故规定不宜超过15m/s。采用316L不锈钢管材主要从耐臭氧腐蚀和一定的供气压力考虑。
9.10.21 由于臭氧泄漏到环境中危害很大,为了能在输送臭氧气体的管道发生泄漏时迅速查找到泄漏点并及时修复,故一般不建议埋地敷设,而应在专用的管沟内敷设或架空敷设。
规定以氧气气源发生的臭氧气体管道的敷设应按现行国家标准《氧气站设计规范》GB 50030的有关氧气敷设规定执行,主要是考虑到管道所输送的臭氧气体中氧气的质量约占90%,其余10%的臭氧一旦遇热会迅速分解成氧气,因此可将输送以氧气气源发生的臭氧气体管道视作氧气输送管道。
输送臭氧气体的管道均采用不锈钢管,管材的导热性很好,因此在气候炎热的地区,设在室外的管道(包括设在管沟内)很容易吸收环境空气中的热量,导致管道中的臭氧分解速度加快。因此要求在这种气候条件下对室外管道进行隔热防护。
Ⅴ 臭氧接触池
9.10.22 在运行过程中,臭氧接触池有时需要停池清洗或检修。为不致造成水厂停产,故规定了臭氧接触池的个数或能够单独排空的分格数不宜少于2个。9.10.23 由于臭氧氧化工艺设施的设备投资和日常运行成本较高,臭氧投加率、接触时间确定合理与否将直接影响工程的投资和生产运行成本。
工艺目的和待处理水的水质情况不同,所需臭氧接触池接触时间也不同。一般情况下,设计采用的接触时间应根据对工艺目的、待处理水的水质情况以及臭氧投加率进行分析,通过一定的小型或中型试验,或参照相似条件下的运行经验来确定。
9.10.24 为了防止臭氧接触池中少量未溶于水的臭氧逸出后进入环境空气而造成危害,臭氧接触池应采取全封闭的构造。
注入臭氧接触池的臭氧气体除含臭氧外,还含有大量的空气或氧气。这些空气或氧气绝大部分无法溶解于水而从水中逸出,其中还含有少量未溶于水的臭氧。这部分逸出的气体也就是臭氧接触池尾。在全密闭的接触池内,要保证来自臭氧发生装置的气体连续不断地注入和避免将尾气带入到后续处理设施中而影响正常工作,应在臭氧接触池顶部设置尾气排放管。为了在接触池水面上形成一个使尾气集聚的缓冲空间,池内顶宜与池水面保持0.5m~0.7m的距离。
随着臭氧加注量和处理水量的变化,注入接触池的气量及产生的尾气也将发生变化。当出现尾气消除装置的抽气量与实际产生的尾气量不一致时,将在接触池内形成一定的附加正压或负压,从而可能对结构产生危害和影响接触池的水力负荷。因此应在池顶设自动气压释放阀,用于在产生附加正压时自动排气和产生附加负压时自动进气。
9.10.25 由于制取臭氧的成本高,为使臭氧能最大限度地溶于水中,接触池水流宜采用竖向流形式,并设置竖向导流隔板。在处于下向流的区格的池底导入臭氧,从而使气水作逆向混合,以保证高效的溶解和接触效果。在与池顶相连的导流隔板顶部设置通气孔是为了让集聚在池顶上部的尾气从排放管顺利排山。在与池底相连的导流隔板底部设置流水孔是为了清洗接触池时便于放空。
9.10.26 根据臭氧氧化的机理,在预臭氧阶段拟去除的物质大多能迅速与臭氧反应,去除效率主要与臭氧的加注量有关,接触时间对其影响很小。据对近十年来国内大部分应用案例的调查,接触时间大多数采用2min~3min。但若工艺设置足以除藻为主要目的的,则接触时间一般应适当延长到5min左右,或通过一定的试验确定。
根据对国内外有关应用实例的调查,接触池水深一般为4m~6m。
预臭氧处理的对象是未经任何处理的原水,原水中含有一定的颗粒杂质,容易堵塞微孔曝气装置。因此臭氧气体宜通过水射器抽吸后与动力水混合,然后再注入进水管上的静态混合器或通过专用的射流扩散器直接注入池内。由于预臭氧接触池停留时间较短和容积较小,故一般只设一个注入点。
由于原水中含有的颗粒杂质容易堵塞抽吸臭氧气体的水射器,因此一般不宜采用原水作为水射器动力水源,而宜采用沉淀(澄清)或滤后水。当受条件限制而不得不使用原水时,应在水射器之前加设两套过滤装置,一用一备。
由于接触池的池深较深,为保证臭氧扩散均匀,参考国内大部分水厂预臭氧接触区扩散装置性能提出的接触区尺寸要求。
当原水中含某些特定物质或藻类时,经预臭氧氧化后,可能产生大量的浮渣或泡沫。潮湿的泡沫会随尾气抽吸进入臭氧尾气消除装置而影响其性能。浮渣则会受中间导流墙限制,长期积累在臭氧接触池内。设置浮渣排除管可及时定期排除浮渣,消除上述不良现象。
9.10.27 后臭氧接触池根据其工艺需要,一般至少由二段接触室串联而成。其中第一段接触室主要是为了满足能与臭氧快速反应物质的接触反应需要,以及保持其出水中含有能继续杀灭细菌、病毒、寄生虫和氧化有机物所必需的臭氧剩余量的需要。后续接触室数量的确定则应根据待水处理的水质状况和工艺目的来考虑。当以杀灭细菌和病毒为目的时,一般宜再设一段。当以杀灭寄生虫和氧化有机物(特别是农药)为目的时,一般宜再设两段。
每段接触室包括布气区和后续反应区,并由竖向导流隔板分开,是目前国内外较普遍的布置方式。
规定后臭氧接触池的总接触时间宜控制在6min~15min,是基于对国内外的应用实例的调查所得,可作为设计参考。当条件许可时,宜通过一定的试验确定。规定第一段接触室的接触时间一般宜为2min~3min也是基于对有关的调查和与预臭氧相似的考虑所提出。
接触池设计水深范围的规定是基于对有关的应用实例调查所得出。对布气区的深度与长度之比做出专门规定是基于对均匀布气的考虑,其比值也是参照了相关的调查所得出的。
一般情况下,进入后臭氧接触池水中的悬浮固体大部分已去除,不会对微孔曝气装置造成堵塞,同时考虑到后臭氧处理的对象主要是溶解性物质和残留的细菌、病毒和寄生虫等,处理对象的浓度和含量较低,为保证臭氧在水中均匀高效地扩散溶解和与处理对象的充分接触反应,臭氧气体一般宜通过设在布气区底部的微孔曝气盘直接向水中扩散。
每个曝气盘在一定的布气量变化范围内可保持其有效作用范围不变。考虑到总臭氧加注量和各段加注量变化时,曝气盘的布气量也将相应变化。因此曝气盘的布置应经过对各种可能的布气设计工况分析来确定,以保证最大布气量到最小布气量变化过程中的布气均匀。由于第一段接触室需要与臭氧反应的物质含量最多,故规定其布气量宜占总气量的50%左右。
针对一池多段投加臭氧,提出每一段反应区顶部均应设置尾气收集管,可使池顶尾气排除通畅。
9.10.28 虽然混凝土本身耐臭氧腐蚀,但钢筋混凝土池壁结构设计是允许裂缝出现的,当裂缝过宽过深时,会使含臭氧的水接触到钢筋混凝土表层的钢筋而腐蚀钢筋,对臭氧接触池结构的耐久性和安全性带来威胁。通常裂缝的宽度、深度与混凝土的抗渗等级呈负相关。
因此可通过适当提高钢筋混凝土的设计抗渗等级或池内壁的混凝土保护层的厚度来提高其防裂防渗性能。有条件时还可在混凝土表面涂装可覆盖混凝土表面细微裂缝的耐臭氧腐蚀的涂层。
Ⅵ 臭氧尾气消除装置
9.10.29 一般情况下,这些设备应是最基本的。其中尾气输送管用于连接剩余臭氧消除器和接触池尾气排放管;尾气中臭氧浓度监测仪用于检测尾气中的臭氧含量和考核接触池的臭氧吸收效率;尾气除湿器用于去除尾气中的水分,以保护剩余臭氧消除器;抽气风机为尾气的输送和处理后排放提供动力;经处理尾气排放后的臭氧浓度监测及报警设备用于监测尾气是否能达到排放标准和尾气消除装置工作状态是否正常。9.10.30 电加热分解消除是目前国际上应用较普遍的方式,其对尾气中剩余臭氧的消除能力极高。虽然其工作时需要消耗较多的电能,但随着热能回收型的电加热分解消除器的产生,其应用价值在进一步提高。催化剂接触催化分解消除,与前者相比可节省较多的电能,设备投资也较低,但需要定期更换催化剂,生产管理相对较复杂。活性炭吸附分解消除目前主要在日本等国家有应用,设备简单且投资也很省,但也需要定期更换活性炭和存在生产管理相对复杂等问题。此外,由于以氧气为气源时尾气中含有大量氧气,吸附到活性炭之后,在一定的浓度和温度条件下容易产生爆炸,因此规定在这种条件下不应釆用活性炭消除方式。
9.10.31 臭氧尾气消除装置最大处理气量理论上略小于臭氧发生装置最大供气量,其差值随水质和臭氧加注量不同而不同。但从工程实际角度出发,两者最大设计气量应按一致考虑。抽气风机设置抽气量调节装置,并要求其根据臭氧发生装置的实际供气量适时调节抽气量,是为了保持接触池顶部的尾气压力相对稳定,以避免接触池顶的自动双向压力平衡阀动作过于频繁。通常情况下,利用自动气压释放阀使臭氧接触池运行时池顶上部空间保持微小的负压,可有效防止臭氧尾气逸出到环境空气中。
9.10.32 因臭氧尾气消除装置故障停运会导致整个臭氧氧化设施的停运,故应有备用。
9.10.33 当臭氧尾气消除装置设置比接触池顶低的位置时,尾气输送管道的最低处易产生凝结水。如不及时排除凝结水,不仅会影响管道输气能力,凝结水还有可能随尾气带入尾气消除装置而影响其正常工作。
当采用催化剂接触催化或活性炭吸附分解的尾气消除方式时,均需对尾气先进行预加热除湿干燥处理,热电过程会产生一定的热量。当采用电加热消除方式时,因高温(250℃~300℃)热解过程会向环境散发大量热量。因此尾气消除装置设在室内时,应在室内设强排风降温措施,必要时可加设空调设备来加强降温能力。
9.11 颗粒活性炭吸附
9.11 颗粒活性炭吸附
I 一般规定
9.11.1 颗粒活性炭吸附或臭氧-生物活性炭处理工艺可适用于降低水中有机、有毒物质含量或改善色、臭、味等感官指标。
9.11.2 颗粒活性炭吸附池的设计参数应通过试验或参照相似条件下的运行经验确定。
9.11.3 颗粒活性炭吸附或臭氧-生物活性炭处理工艺在水厂工艺流程中的位置,应经过技术经济比较后确定;颗粒活性炭吸附工艺宜设在砂滤之后,臭氧-生物活性炭处理工艺可设在砂滤之后或砂滤之前;当颗粒活性炭吸附或臭氧-生物活性炭处理工艺设在砂滤之后时,其进水浊度宜小于0.5NTU;当臭氧-生物活性炭处理工艺设在砂滤之前,且前置工艺投加聚丙烯酰胺时,应慎重控制投加量;当水厂因用地紧张而难以同时建设砂滤池和炭吸附池,且原水浊度不高和有机污染较轻时,可采用在下向流颗粒活性炭吸附池炭层下增设较厚的砂滤层的方法,形成同时除浊除有机物的炭砂滤池。
9.11.4 颗粒活性炭吸附池的过流方式应根据其在工艺流程中的位置、水头损失和运行经验等因素确定,可采用下向流(降流式)或上向流(升流式)。当颗粒活性炭吸附池设在砂滤之后且其后续无进一步除浊工艺时,应采用下向流;当颗粒活性炭吸附池设在砂滤之前时,宜采用上向流。
9.11.5 颗粒活性炭吸附池分格数及单池面积应根据处理规模和运行管理条件比较确定。分格数不宜少于4个。
9.11.6 颗粒活性炭吸附池的池型应根据处理规模确定。除设计规模较小时可采用压力滤罐外,宜采用单水冲洗的普通快滤池、虹吸滤池或气水联合冲洗的普通快滤池、翻板滤池等形式。
9.11.7 活性炭应采用吸附性能好、机械强度高、化学稳定性高、粒径适宜和再生后性能恢复好的煤质颗粒活性炭。
活性炭粒径及粒度组成应根据颗粒活性炭吸附池的作用、过流方式和位置,按现行行业标准《生活饮用水净水厂用煤质活性炭》CJ/T345的规定选择或通过选炭试验确定。下向流、砂滤后的可选用1.5mm、8目×30目、12目×40目或试验确定的规格,上向流的宜选用30目×60目或试验确定的规格。
9.11.8 颗粒活性炭吸附池高程设计时,应根据设计选定的活性炭膨胀度曲线,校核排(出)水槽底和出水堰顶的高程是否满足不同设计水温时,设计水量和冲洗强度下的炭床膨胀高度的要求。
9.11.9 室外设置的颗粒活性炭吸附池面应采取隔离或防护措施,管廊池壁宜设有观察窗;采用臭氧-生物活性炭工艺时,室内设置的炭吸附池池面上部建筑空间应采取防止臭氧泄漏和强化通风措施,上部建筑空间应具备便于观察、技术测定、更换炭需要的高度。
9.11.10 颗粒活性炭吸附池内壁与颗粒活性炭接触部位应强化防裂防渗措施。
9.11.11 颗粒活性炭吸附池装卸炭宜采用水力输送,整池出炭、进炭总时间宜小于24h。水力输炭管内流速应为0.75m/s~1.5m/s,输炭管内炭水体积比宜为1:4。输炭管的管材应采用不锈钢或硬聚氯乙烯(UPVC)管。输炭管道转弯半径应大于5倍管道直径。
Ⅱ 下向流颗粒活性炭吸附池
9.11.12 处理水与活性炭层的空床接触时间宜采用6min~20min,炭床厚度宜为1.0m~2.5m,空床流速宜为8m/h~20m/h。炭床最终水头损失应根据活性炭粒径、炭层厚度和空床流速确定。
9.11.13 经常性的冲洗周期宜采用3d~6d。采用单水冲洗时,常温下经常性冲洗强度宜采用11L/(㎡·s)~13L/(㎡·s),历时宜为8min~12min,膨胀率宜为15%~20%;定期大流量冲洗强度宜采用15L/(㎡·s)~18L/(㎡·s),历时宜为8min~12min,膨胀率宜为25%~35%。采用气水联合冲洗时,应采用先气冲后水冲的模式;气冲强度宜采用15L/(㎡·s)~17L/(㎡·s),历时宜为3min~5min,常温下水冲洗强度宜采用7L/(㎡·s)~12L/(㎡·s),历时宜为8min~12min,膨胀率宜为15%~20%。
冲洗水应采用颗粒活性炭吸附池出水或滤池出水,采用滤池出水时,滤池进水不宜投加氯;水冲洗宜采用水泵供水,水泵配置应适应不同水温时冲洗强度调整的需要;气冲洗应采用鼓风机供气。
9.11.14 采用单水冲洗时,宜采用中阻力滤砖配水系统;采用气水联合冲洗时,宜采用适合与气水冲洗的专用穿孔管或小阻力滤头配水配气系统;滤砖配水系统承托层宜采用砾石分层级配,粒径宜为2mm~16mm,厚度不宜小于250mm;专用穿孔管配水配气系统承托层可按本标准表9.5.9采用;滤头配水配气系统承托层可按本标准第9.5.11条执行。
9.11.15 设在滤后的颗粒活性炭吸附池宜设置初滤水排放设施。
9.11.16 炭砂滤池砂滤料的厚度与级配可通过试验确定或参照本标准第9.5节的有关规定,冲洗强度应经过试验确定或参照相似工程经验,并应满足两种滤料冲洗效果良好和冲洗不流失的要求。
Ⅲ 上向流颗粒活性炭吸附池
9.11.17 处理水与活性炭层的空床接触时间宜采用6min~10min,空床流速宜为10m/h~12m/h,炭层厚度宜为1.0m~2.0m。炭层最终水头损失应根据活性炭粒径、炭层厚度和空床流速确定。
9.11.18 最高设计水温时,活性炭层膨胀率应大于25%;最低设计水温低时,正常运行和冲洗时炭层膨胀面应低于出水槽底或出水堰顶。
9.11.19 出水可采用出水槽和出水堰集水,溢流率不宜大于250m³/(m·d)。
9.11.20 经常性的冲洗周期宜采用7d~15d。冲洗可采用先气冲后水冲,冲洗强度应满足不同水温时炭层膨胀度限制要求,冲洗水可采用滤池进水或产水。
9.11.21 配水配气系统宜采用适合于气水冲洗的专用穿孔管或小阻力滤头。专用穿孔管配水配气系统承托层可按本标准表9.5.10采用或通过试验确定,滤头配水配气系统承托层可按本标准第9.5.11条执行。
条文说明
Ⅰ 一般规定
9.11.1 当原水中有机物含量较高时宜采用臭氧-生物活性炭处理工艺。采用活性炭吸附处理,应对原水进行多年水质监测,分析原水水质的变化规律和趋势,经技术经济比较后,可采用活性炭吸附处理工艺或臭氧-生物活性炭处理工艺。9.11.2 通常情况下,针对不同的原水水质和工艺目标,经过一个水文年的中试研究来确定设计参数较为科学合理,参照相似条件下的经验确定也是一种基本方法。
9.11.3 为尽量发挥颗粒活性炭的吸附性能,降低水中悬浮物对活性炭吸附性能的影响,故以纯吸附为目的的炭吸附工艺一般应设在砂滤之后。而臭氧-生物活性炭工艺则因净水功能较多且存在生物泄漏风险,故可根据需求设在砂滤之后或砂滤之前。
通常滤后水经过下向流颗粒活性炭吸附池后浊度会增加0.1NTU~0.2NTU,当颗粒活性炭吸附或臭氧-生物活性炭工艺设在过滤之后时,除进行消毒外,已无进一步降低浊度的工艺措施。因此将进水浊度控制在较低值,能保证出厂水浊度小于1.0NTU。
聚丙烯酰胺作为混凝剂,在某些沉淀(澄清)工艺中有一定的应用。由于聚丙烯酰胺具有胶水的特性,一旦泄漏进入活性炭池,可能会封闭部分活性炭表面孔隙而影响其吸附性能,因此应对前序工艺使用聚丙烯酰胺的量进行控制。
现有水厂改造时,如果不具备新增炭吸附池的条件,也可考虑将原有砂滤池改造成炭砂滤池,同时发挥砂滤除浊和活性炭对有机污染物的吸附和生物降解去除作用。
9.11.4 据对目前国内外颗粒活性炭吸附池的应用情况了解,大部分采用下向流(降流式),也有部分采用上向流(升流式)的。选择的主要考虑因素包括其在工艺流程中的作用、位置和运行经验,还可结合池型和排水要求等因素的考虑。
由于下向流颗粒活性炭吸附池运行时活性炭处于固定床模式,在采用较小粒径的活性炭时可使其出水浊度与进水浊度基本维持不变,而上向流颗粒活性炭吸附池运行时活性炭处于浮动床状态,对水中浊度(悬浮物引起)无任何去除能力,且其出水中夹带得细小炭颗粒会使出水浊度有一定的增加。为保证出厂水浊度小于1NTU,故规定位于砂滤之后的颗粒活性炭吸附池应釆用下向流。
当颗粒活性炭吸附池位于砂滤之前时,由于进水中浊度(悬浮物引起)较砂滤后高,采用下向流会使颗粒活性炭吸附池同时被动地承担了除浊的任务,导致过滤周期缩短和冲洗频次增加,活性炭的物理和机械性能下降较快(国内一些应用案例已表明了这种现象的存在)。而采用浮动床运行模式的上向流颗粒活性炭吸附池则不存在这些问题。因此颗粒活性炭吸附池位于砂滤之前时宜采用上向流。此外,因水流通过浮动床的水头损失明显小于固定床,采用上向流颗粒活性炭吸附池可明显降低中间提升能耗,甚至可不设中间提升设施。
9.11.5 为避免炭吸附池冲洗时对其他工作池接触时间产生过大影响,炭吸附池应设有一定的个数。为保证一个炭吸附池检修时不致影响整个水厂的正常运行,规定炭吸附池个数不得少于4个。
据了解,近十多年来,我国新建的大中型水厂的炭吸附池单格面积大部分在100㎡左右,最大单格面积的是上海杨树浦水厂158㎡的炭吸附池。
9.11.6 据调查,国内早期的颗粒活性炭吸附池较多采用单水冲洗的普通快滤池和虹吸滤池形式,近十年来则较多采用气水联合冲洗的普通快滤池或翻板滤池形式,运行效果总体稳定。虽然也有个别采用Ⅴ型滤池形式的案例,但考虑到颗粒活性炭吸附池需采取膨胀冲洗方式进行冲洗,Ⅴ型滤池是适用于砂滤料微膨胀冲洗的池型,应用在炭吸附池上较难解决冲洗时的跑炭问题,故未将其列入适用的池型。
当设计规模小于50 000m³/d且用地较为宽敞时,经过经济技术比较,可采用压力滤罐。
9.11.7 活性炭是用含炭为主的物质制成,如煤、木材(木屑形式)、木炭、泥煤、泥煤焦炭、褐煤、褐煤焦炭、骨、果壳以及含炭的有机废物等为原料,经高温炭化和活化两大工序制成的多孔性疏水吸附剂。
活性炭按原料不同分为煤质活性炭、木质活性炭或果壳活性炭等;按形状分为颗粒活性炭(GAC)与粉末活性炭(PAC),其中GAC用于炭吸附池,PAC作为投加的吸附剂用于预处理或应急处理;煤质颗粒活性炭分柱状炭、柱状破碎炭、压块破碎炭和原煤破碎炭。
国内早期水厂运行的炭吸附池大部分釆用煤质柱状炭,近年来则开始较多采用柱状破碎炭、压块破碎炭和原煤破碎炭,其中以柱状破碎炭和压块破碎炭为主。
现行行业标准《生活饮用水净水厂用煤质活性炭》CJ/T 345-2010规定的技术指标见表13。
表13 净水厂用煤质活性炭技术指标
续表13
注:①200目对应尺寸为75μm,通过筛网的产品大于或等于90%;续表13
②适用于降流式固定床使用的不规则状颗粒活性炭。
9.11.8 因不同水温时水的黏滞度不同,导致活性炭在相同水流上升速度的条件下出现不同的膨胀度,水温越低,膨胀度越高。因此在确定上向流颗粒活性炭吸附池的滤速(上升流速)和颗粒活性炭吸附池的反冲洗强度以及进行颗粒活性炭吸附池高程设计时,根据设计选定的活性炭规格与设计水温、滤速和反冲洗强度,结合由活性炭供应商提供的或由第三方测定得出的该规格的活性炭膨帐度曲线,核算各种设计条件下滤池高程布置是否满足活性炭膨胀充分和不跑炭,是保障所设计的炭吸附池能否稳定运行的一项关键设计工作。
9.11.9 对露天设置的炭吸附池的池面采取隔离或防护措施,可有效防止夏季强日照时池内藻类滋生,避免初期雨水与空气中的粉尘对水质可能产生的污染。通常可采取池面加盖或加棚等措施。
对室内设置的炭吸附池的池面上部建筑空间强化通风,则可防止水中余臭氧(采用臭氧-生物活性炭工艺时)可能逸出对生产人员的伤害。通常可采取强化机械通风等措施。
9.11.10 由于钢筋混凝土池壁结构设计是允许裂缝出现的,当裂缝过宽过深时,会使磨损的炭粉掉到缝中接触到钢筋混凝土表层的钢筋,对钢筋产生电化学腐蚀而影响炭吸附池结构的耐久性和安全性。通常裂缝的宽度、深度与混凝土的抗渗等级呈负相关。因此可通过适当提高混凝土的设计抗渗等级或池内壁的混凝土保护层的厚度来提高其防裂防渗性能。有条件时还可在混凝土表面涂装可覆盖混凝土表面细微裂缝的涂层。
9.11.11 活性炭既可采用人工装卸,也可采用水力输送装卸。由于人工装卸劳动强度大和粉尘严重,且炭粒易磨损破碎,故规定宜采用水力输送装卸。
当采用水力输炭时,输炭管可采用固定方式亦可采用移动方式。出炭、进炭可利用水射器或旋流器。炭粒在水力输送过程中,既不沉淀又不致遭磨损破碎的最佳流速为0.75m/s~1.5m/s。
Ⅱ 下向流颗粒活性炭吸附池
9.11.12 与传统的过滤不同,炭吸附池是通过待处理水与活性炭的一定时间接触来完成对水的吸附净化,故其主要设计参数是空床停留时间。据调查,目前国内较多采用10min左右的空床停留时间和1.5m~2.0m的床厚。在空床停留时间确定后,滤速和炭床厚度应结合占地面积、水头损失、活性炭粒径和机械强度等因素综合考虑后合理确定。当占地受到较大限制和水厂水力高程布置较宽裕时,可采用厚床、高滤速、粗粒径和机械强度稍高的活性炭(柱状炭、柱状或压块破碎炭)的组合方式,反之,则宜采用中等厚度或和中低滤速的组合方式。表14为日本水道协会《日本水道设计指针》(2012年版)中颗粒活性炭滤池设计参数,供参考。
表14 日本颗粒活性炭吸附池设计参数
南方地区水温较高,有生物膜脱落风险时,在炭床下宜设一定厚度(通过试验)的石英砂。9.11.13 由于单水冲洗效果不如气水联合冲洗,故需要进行定期增强冲洗以冲掉附着在炭粒上和炭粒间的黏着物,周期一般可按30d考虑。
在同样水冲洗强度条件下,因低水温会导致活性炭过度膨胀造成活性炭流失,故水冲宜釆用具有调节水量能力的水泵冲洗方式。具体方法可采用变频水泵或增加水泵台数以及在水冲洗总管设计量设备等措施。
由于活性炭对氯有较强的吸附能力,为防止反洗水中存在余氯而无谓牺牲活性炭的吸附性能,故规定采用砂滤池出水为冲洗水源时,滤池进水不宜加氯。
表15为日本水道协会《日本水道设计指针》(2012年版)中颗粒活性炭吸附池设计冲洗参数,供参考。
表15 日本颗粒活性炭吸附池设计冲洗参数
9.11.14 炭吸附池若采用中阻力配水(气)系统可采用滤砖,经工程实践验证,滤砖承托层粒径级配(五层承托层)可参照采用表16数据或通过试验确定。
表16 滤砖承托层粒径级配(五层)
9.11.15 炭层经冲洗后重新启动,通常存在初期出水浊度升高的现象。当炭吸附位于砂滤后时,因其后一般已无其他进一步降低浊度的工艺措施,从保障出厂水浊度稳定的角度考,宜设置初滤水排放设施。在炭滤池重新过滤时,先排放初滤水。处滤水排放时长一般可按10min~20min考虑。9.11.16 目前,炭砂滤池的应用案例较少,设计参数应经过试验或参考相似工程经验。已建成的几个工程案例:炭砂滤池设计滤速6m/h~9m/h,活性炭层空床接触时间宜采用6min~10min,宜采用压块颗粒破碎炭,炭粒径8目×30目。砂层采用石英砂级配滤料,d10=0.55mm,k80<2.0,砂层厚度宜满足L/d10值≥1000,炭砂滤池冲洗采用单水冲洗或先气后水冲洗方式,冲洗参数同煤砂双层滤料滤池。
Ⅲ 上向流颗粒活性炭吸附池
9.11.17 考虑到上向流炭吸附池运行时炭床必须处于浮动床状态,同时考虑到水温越低炭床膨胀度越高这一限制条件。因此与下向流炭吸附池相比,其空床停留时间、滤速(上升流速)和炭床厚度均不宜过大,否则会导致吸附池的高度较高而不经济。9.11.18 因在上升水流中,活性炭的膨胀度与水温呈线性的负相关关系,为保证上向流炭吸附池运行时炭床处于适度的膨胀悬浮状态,同时又要避免过度膨胀而造成滤料流失,故做出本条规定。此外,在相同水温和上升流速的条件下,活性炭的粒度越小,膨胀度越高,通常上向流炭吸附池采用粒度较小30目×60目规格,因此设计时除水温和上升流速外,还应结合活性炭的粒度选择综合考虑。
9.11.19 对出水堰的溢流率做一定的限制可较好地防止细小炭粒被出水带出。
9.11.20 上向流炭吸附池因处于浮动床的运行状态,不存在滤床堵塞问题,冲洗主要是洗掉炭粒表面老化的生物,保持活性炭持续的生物作用,故冲洗周期相对下向流可更长。釆用气水冲洗则有利于提高冲洗效果,节约冲洗水量。因水流经过上向流炭吸附池后的浊度几乎很少变化,故也可采用进水作为冲洗水源。
在同样水冲洗强度条件下,因低水温会导致活性炭过度膨胀造成活性炭流失,故水冲宜采用具有调节水量能力的水泵冲洗方式、具体方法可釆用变频水泵或增加水泵台数以及在水冲洗总管设计量设备等措施。
9.11.21 由于上向流炭吸附池的应用案例相对较少,本条规定是基于对近年来投产运行的部分案例的调查而确定。
9.12 中空纤维微滤、超滤膜过滤
9.12 中空纤维微滤、超滤膜过滤
I 一般规定
9.12.1 中空纤维微滤、超滤膜过滤处理工艺应采用压力式膜处理工艺或浸没式膜处理工艺。膜处理工艺系统应包括过滤、物理清洗、化学清洗、完整性检测及膜清洗废液处置等基本子系统,系统主要设计参数应通过试验或根据相似工程的运行经验确定。
9.12.2 中空纤维膜应选用化学性能好、无毒、耐腐蚀、抗氧化、耐污染、酸碱度适用范围宽的成膜材料,并应符合现行国家标准《生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准》GB/T17219的有关规定。中空纤维膜的平均孔径不宜大于0.1um。
9.12.3 膜过滤的正常设计水温与最低设计水温应根据年度水质、水温和供水量的变化特点,经技术经济比较后选定。正常设计水温不宜低于15C,最低设计水温不宜低于2℃。
9.12.4 在正常设计水温条件下,膜过滤系统的设计产水量应达到工程设计规模;在最低设计水温条件下,膜处理系统的产水量可低于工程设计规模,但应满足实际供水量要求。
9.12.5 膜过滤系统的水回收率不应小于90%。
9.12.6 当膜过滤前处理工艺投加聚丙烯酰胺时,膜进水中聚丙烯酰胺残余量不得超过膜产品的允许值。
9.12.7 过滤系统应由多个膜组或膜池及其进水、出水和排水系统组成,并应符合下列规定:
1 应满足各种设计工况条件下膜系统的通量和跨膜压差不大于最大设计通量和最大跨膜压差;
2 膜组或膜池数量不宜小于4个。
9.12.8 物理清洗系统应包括冲洗水泵、鼓风机(或空压机)、管道与阀门等,并应符合下列规定:
1 气冲洗和水冲洗强度宜按不同产品的建议值并结合水质条件确定;
2 冲洗水泵与鼓风机宜采用变频调速;
3 冲洗水泵与鼓风机(或空压机)应设备用;
4 反向水冲洗应采用膜过滤后水。
9.12.9 化学清洗系统应包括药剂的储存、配制、加热、投加、循环设施及配套的药剂泵、搅拌器和管道与阀门等,并应符合下列规定:
1 化学清洗应包括低浓度化学清洗和高浓度化学清洗;
2 低浓度化学清洗药剂宜采用次氯酸钠、柠檬酸,高浓度化学清洗药剂宜采用次氯酸钠、盐酸、柠檬酸和氢氧化钠等;
3 清洗周期应通过试验或根据相似工程的运行经验确定;
4 加药泵应设备用;
5 化学药剂的储存量不应小于1次化学清洗用药量,次氯酸钠的储存天数不宜大于1周;
6 清洗药剂应满足饮用水涉水产品的卫生要求。
9.12.10 化学药剂间布置应符合下列规定:
1 应单独设置,并宜靠近膜组或膜池;
2 药剂间各类药剂应分开储存、配制和投加;
3 应设防护设备及冲洗与洗眼设施;
4 酸、碱和氧化剂等药剂储罐下部应设泄漏药剂收集槽;
5 应设置通风设备。
9.12.11 膜完整性检测系统应包括空压机、进气管路、压力传感器或带气泡观察窗等,并应符合下列规定:
1 应采用压力衰减测试或与泄漏测试相结合的检测方法;
2 检测最小用气压力应能测出不小于3um的膜破损,最大用气压力不应导致膜破损;
3 空压机应采用无油螺杆式空压机或带除油装置的空压机。
9.12.12 物理清洗废水应收集于废水池或水厂排泥水系统。
Ⅱ 压力式膜处理工艺
9.12.13 设计通量宜为30L/(㎡·h)~80L/(㎡·h),最大设计通量不宜大于1001/(㎡·h);设计跨膜压差宜小于0.10MPa,最大设计跨膜压差不宜大于0.20MPa;物理清洗周期宜大于30min,清洗历时宜为1min~3min。
9.12.14 膜组件可采用内压力式或外压力式中空纤维膜,内压力式中空纤维膜的过滤方式可采用死端过滤或错流过滤,外压力式中空纤维膜应采用死端过滤。
9.12.15 进水系统宜包括吸水井、供水泵、预过滤器、进水母管及阀门等。
9.12.16 供水泵应采用变频调速,供水泵及其变频器的配置应满足任何设计条件下进水流量和系统压力的要求,且应设备用。
9.12.17 吸水井的有效容积不宜小于最大一台供水泵30min的设计水量。
9.12.18 预过滤器应具有自清洗功能,过滤精度宜为100um~500um,并应设备用。
9.12.19 出水系统应由出水母管、阀门及出水总堰或其他控制出水压力稳定的设施组成。
9.12.20 排水系统应包括排水支管(渠)和总管(渠),且宜采用重力排水方式。
9.12.21 膜组应设在室内,可单排布置,也可多排布置;各个膜组间应配水均匀;每个膜组连接的膜组件数量不得影响各个膜组件间配水均匀性;相邻膜组件的间距应满足膜组件维护拆装的要求。
9.12.22 膜组设置区域的布置应符合下列规定:
1 应设置至少一个通向室外、可搬运最大尺寸设备的大门;
2 室内高度应满足设备安装、维修和更换的要求;
3 膜组上部可设起吊设备,起吊能力应按最大起吊设备的重量要求配置;
4 未设起吊设备时,每排膜组一侧宜设置适合轻型运输车通向大门的通道;
5 每个膜组周围应设检修通道。
9.12.23 化学清洗系统应设置防止化学药剂进入产水侧的自动安全措施。
Ⅲ 浸没式膜处理工艺
9.12.24 设计通量宜为20L/(㎡·h)~45L/(㎡·h),最大设计通量不宜大于60L/(㎡·h);设计跨膜压差宜小于0.03MPa,最大设计跨膜压差不宜大于0.06MPa;物理清洗周期宜大于60min,清洗历时宜为1min~3min;气冲洗强度应按膜池内膜箱或膜组件投影面积计算。
9.12.25 膜组件应采用外压力式中空纤维膜,过滤方式应采用死端过滤。
9.12.26 进水系统应包括进水总渠(管)、每个膜池的进水闸(阀)和堰等。
9.12.27 出水系统应包括每个膜池中连接膜箱或膜组件的集水支管、集水总管、阀门、出水泵和汇集膜池集水总管的出水总渠(管)等。出水方式可采用泵吸出水或虹吸自流出水。
9.12.28 采用泵吸出水时,应符合下列规定:
1 出水泵应有较小的必需汽蚀余量;
2 出水泵应采用变频调速;
3 水泵启动的真空形成与控制装置应设在水泵管路最高点。
9.12.29 采用虹吸自流出水时,应符合下列规定:
1 膜池集水总管上应设调节阀门,宜设水封堰;
2 真空控制装置应设在集水总管最高点。
9.12.30 排水系统应包括每个膜池的排水管和闸(阀)及汇集膜池排水管的排水总渠(管)等。
9.12.31 膜池可采用单排或双排布置,并宜布置在室内;膜池室外布置应加盖或加棚,室内布置时应设置通风设施;每个膜池的产水侧应至少设一处人工取样口;膜池一侧应设置室内管廊,出水总渠(管)、出水泵和真空形成与维持装置应布置在管廊内,冲洗泵及化学清洗加药循环泵宜布置在管廊内。
9.12.32 膜池深度应根据膜箱或膜组件高度及其底部排水区高度、顶部浸没水深、膜池超高确定。膜箱或膜组件底部排水区高度和顶部浸没水深不宜小于300mm,膜池超高不宜小于500mm。
9.12.33 膜池内膜箱或膜组件的数量及布置应满足集水及清洗系统均匀布气、布水的要求。膜箱或膜组件宜紧凑布置,并应有防止进水冲击膜丝的措施。膜池应设有排水管和防止底部积泥的措施,膜池排水总渠(管)应设可排至废水收集池或化学处理池的切换装置。
9.12.34 采用异地高浓度化学清洗方式时,独立化学清洗池不宜少于2个,并宜设置在每排膜池的一端。采用异地高浓度化学清洗方式的化学清洗池内壁和采用就地高浓度化学清洗方式的膜池内壁应做防腐处理,池顶四周应设置围栏和警示标志,并宜设防护设备及冲洗与洗眼设施。
9.12.35 膜池顶部四周应设走道和检修平台。检修平台应满足临时堆放不小于一个膜箱的空间要求,并应设置完整性检测气源接口和冲洗与排水设施。
9.12.36 膜池上部应设置起吊设备,起吊设备的吊装范围应包括膜池、化学清洗池、走道和检修平台。
Ⅳ 废水池
9.12.37 收集膜物理清洗废水的废水池可单独设置,并宜靠近膜处理设施。
9.12.38 废水池有效容积不应小于膜处理系统物理清洗时最大一次排水量的1.5倍,且宜分为独立的2格。
9.12.39 废水池出水提升设备应满足后续回用或排放处理设施连续均匀进水的要求,并应设备用。
V 化学处理池
9.12.40 化学清洗废水及化学清洗结束后的物理清洗废液应收集于化学处理池。化学处理池应靠近膜处理设施,也可与膜处理设施合并布置。
9.12.41 化学处理池的有效容积不宜小于膜处理系统一次化学清洗最大废液量的2倍,且宜分为独立的2格。
9.12.42 化学处理池应有混合设施,可采用池内搅拌器混合,也可采用泵循环混合;当化学处理池采用水泵排水时,排水泵可兼作循环混合泵,水泵数量不宜小于2台,并应设备用泵。
9.12.43 化学处理池内壁应做防腐处理,池内与清洗废液接触的设备应采用耐腐材料:化学处理池边宜设防护设备及冲洗与洗眼设施。
条文说明
Ⅰ一般规定
9.12.1 在饮用水处理领域,压力式或浸没式中空纤维微滤、超滤膜过滤是目前国内外普遍采用和得到广泛认同的过滤方式。故规定应采用这两种工艺形式。由于没有统一的中空纤维膜产品标准且成膜材料和工艺的差异较大,即使在相同水质条件下,不同膜材料或产品的水处理性能往往有较大差异。而相同膜材料或产品在水质和水温变化的条件下其水处理性能同样会有较大变化,膜处理系统的主要工艺设计参数较难标准化。因此其主要设计参数应经过试验或者参照相似条件下的工程经验确定。
9.12.2 用于饮用水处理的膜满足涉水卫生要求是最基本的要求。为使膜在使用过程中经受住压力、流速、温度和水质等变化和氧化剂与酸碱剂的定期清洗对材料所带来不利影响,成膜材料应有良好的机械强度和耐化学腐蚀性,才能使膜具有合理的耐久性和生命周期。经调查,目前在国际上应用较广的为聚偏氟乙烯、聚醚砜和聚砜等成膜材料,在国内则以聚氯乙烯和聚偏氟乙烯为主。
我国现行生活饮用水卫生标准的微生物控制指标中未对病毒提出控制要求,但对化学消毒很难灭活的“两虫”做了控制规定。虽然理论上全部膜孔径小于3μm的微滤或超滤膜均能实现对“两虫”的有效截留,但考虑到各种膜的孔径分布不尽相同,平均孔径不能代表最大孔径,故结合国内外已运行案例的应用情况规定膜平均孔径不宜大于0.1μm。由于饮用水中已知病毒的最小尺寸不小于0.02μm,因此如果对出水可能存在的潜在病毒风险有较严格控制要求时,膜平均孔径也可按不大于0.02μm来控制。
9.12.3 在相同压力条件下,由于单位面积的中空纤维膜产水量随水温的下降会有非常明显的下降。因此与传统的砂滤设计产水量不需要考虑水温的影响不同,膜处理系统必须确定设计水温,才能使工程设计既满足工程实际需求,又能做到经济合理。本条规定的正常设计水温和最低设计水温是基于我国不同地域不同季节的水温差异而提出的。设计中允许结合当地条件和工程需求做一定调整。对于夏季和冬季供水量变化不大的地区,也可将最低设计水温作为正常设计水温。
9.12.4 通常夏季水厂供水量大于冬季,从节约工程投资考虑,允许采用膜处理工艺的水厂在不同水温时有不同的产水量,即夏季应满足水厂正常设计规模要求,冬季在满足实际供水量要求下可酌情降低产水量,故仅规定了正常设计水温的产水量要求。
9.12.5 相对于传统的砂滤,膜处理系统运行时物理清洗的频率和消耗的冲洗水量较高,水回收率一般在90%左右,故从节约工程投资和节省水资源角度出发做出本条规定。
9.12.6 由于聚丙烯酰胺具有胶水特性,一旦进到膜表面堵塞膜孔而引起膜通量的下降,且很难通过清洗恢复其膜通量,故做出本条规定。
9.12.7 对膜处理工艺系统中的过滤系统的基本组成、能力和配置数量做了规定。因膜组或膜池的功能与运行方式类似于滤池中的单格滤池,其最少数量的规定在参考了滤池分格数要求的基础上结合膜过滤的特性(水温、膜通量和跨膜压差的限制)而确定。
9.12.8 调查了国内外多个膜品牌供应商所提供的不同水质条件下气冲洗强度和水冲洗强度等情况,发现差异很大,故规定宜按供应商建议值选用。
冲洗水泵和鼓风机采用变频调速,主要是可根据膜污染程度不同调整冲洗强度和减缓鼓风机频繁启动所导致的能耗过大现象,同时也可有效降低水泵全速启闭时对膜系统产生的水锤压力,延长系统寿命。此外,考虑到物理清洗的频度很高,故应设置冲洗备用泵和鼓风机。
由于膜孔极易被水中细小的颗粒物堵塞,因此物理清洗用水应采用经过膜滤的产水。
9.12.9 低浓度化学清洗过程较为简单且所需时间不长,一般药剂浓度较低且不需加热药剂,清洗时通过药剂在膜系统中的几次循环来实现对膜系统的日常维护和保养,常用药剂为次氯酸钠。高浓度化学清洗过程则相对复杂且所需时间较长,一般荮剂浓度较高且有时需要加热药剂,清洗时通过药剂在膜系统中的多次循环,甚至浸泡来实现对膜系统的强化清洗,以尽量恢复膜通量,常用药剂有次氯酸钠、盐酸、柠檬酸和氢氧化钠等。经调查,各种药剂的不同清洗步骤具有各自特点和效果,且存在较大的差异,故不对清洗周期和步骤做规定。
由于用于膜化学清洗的次氯酸钠不需要连续使用,故其保存期不宜过长,否则其有效浓度会下降很多而造成浪费。
9.12.10 因膜过滤系统最常用的药剂具有氧化和酸碱腐蚀性,从安全使用角度考虑,化学药剂间应独立设置,药剂应分开储存、配置和投加。从方便使用角度考虑,药剂间宜靠近膜组或膜池。设置防护设备、洗眼设施和荮剂泄漏收集槽均是出于保护工作人员和设施的目的。设置通风设备则是为保持室内环境空气质量。
9.12.11 膜系统完整性检测通常有压力衰减测试、泄漏测试和声呐测试等方法,其中压力衰减测试和泄漏测试由于方法简单和结果准确而被普遍采用。
过低的用气压力无法有效测出3μm的膜破损而可能导致“两虫”的泄露,从而使完整性检测失去作用。而过高的用气压力虽然能测出小于3μm的膜破损,甚至更细微的膜破损,但可能会导致膜的损伤。通过对国内外多个膜品牌的综合调查分析,由于膜材料、结构及使用条件的不同,用气压力范围及幅度变化较大,最低可至30kPa,最高可达200kPa,故未规定具体数值。
完整性检测的用气若含有油珠,极易堵塞膜孔,因此应采用无油螺杆式空压机或带除油装置的空压机作为完整性检测的供气装置。
Ⅱ 压力式膜处理工艺
9.12.13 本条给出的主要设计参数是通过对国内外多个膜产品技术性能的综合分析,结合国内大部分已建成通水工程的设计和运行参数,并参照了现行行业标准《城镇给水膜处理技术规程》CJJ/T 251的有关规定而确定。冲洗强度和冲洗方式因差异太大而未做规定,设计时可按选定的膜产品供应商的建议值或通过试验确定。由于压力式膜处理工艺釆用泵压进水方式,驱动力相对真空驱动高,相同条件下其通量和跨膜压差的选样可高于浸没式膜处理工艺。9.12.14 压力式膜处理工艺因其膜组件装填在封闭的壳体内且通量相对较高,发生污堵可能性和洗脱污堵的难度相对较高,某些情况下(进水悬浮物浓度高)采用死端过滤的方式将使上述不良状况加剧。同时由于其泵压进水的方式和组件的结构特点,采用内压力式中空纤维膜时,可实现防污性能较好的错流过滤方式。
9.12.16 供水泵采用变频调速是为了适应运行过程中过膜流量和压差的变化,并节能降耗。同时也可有效降低了水泵启闭时对膜系统产生的水锤压力,延长系统寿命。
9.12.18 对于内压力式中空纤维膜,预过滤器的过滤精度一般不超过200μm。对于外压力式中空纤维膜,预过滤器的过滤精度一般不超过500μm。
9.12.19 通常压力式膜处理工艺系统产水直接进入水厂清水库池,当清水库池进行水量调节水位变化时会使膜产水侧的背压发生波动而影响膜系统的稳定运行,因此其出水总管上应设置稳定背压的堰或其他措施。
9.12.20 有压排水容易导致排水不畅和可能产生逆向污染,故做出本条规定。
9.12.21 压力式膜处理系统内有众多的检测控制设备,且膜组件和管道大部分采用塑性材料,因此不应处在日晒雨淋的室外环境或室内阳光直射的环境。
各个膜组间的配水均匀是保障膜处理系统内所有膜组负荷均等和系统稳定运行的关键条件。每个膜组上膜组件连接数量越少,各膜组件间的配水均匀度越高,但会导致工程建设的经济性下降,同样连接数量越多则配水均匀度将下降。因此应通过精确计算并辅以仿真分析的手段来科学确定连接数量。
9.12.22 膜组周边设置一定的空间的通道是为了便于日常巡检、维护和设备大修或更换时的交通畅通。山于膜组是由许多零件现场组装而成,维修保养时也不允许起吊整个膜组,车间内没有大型起吊件,故膜车间可不设起重设备。
9.12.23 化学药剂一旦进入产水侧将会引起严重的水质事故,因此应设置自动安全隔离设施,通常在化学清洗系统与膜产水侧连接处采取设双自动隔离阀的措施。
Ⅲ 浸没式膜处理工艺
9.12.24 本条所规定的设计参数是基于对国内外多个膜品牌的膜产品技术性能综合分析,结合国内大部分已建成通水工程的设计和运行参数,并参照了现行行业标准《城镇给水膜处理技术规程》CJJ/T 251的有关规定而确定的。冲洗强度和冲洗方式因差异太大而未做规定,设计时可按选定的膜产品供应商的建议值或通过试验确定。专门规定冲洗强度的计算方法是基于浸没式膜的布置特性和行业的共性做法而得出。浸没式膜处理工艺因为采用真空负压出水方式,其驱动压力为不变的环境大气压。因此相同条件下其通量和跨膜压差的选择应低于压力式膜处理工艺。
9.12.25 由于浸没式膜处理工艺采用产水侧负压驱动出水,相同条件下膜通量较压力式低,膜表面的污堵相对容易洗脱,且膜组件上所有膜丝外壁完全裸露并直接与膜池内的待滤水接触。因此其出水驱动方式、运行状况和膜组件结构决定了其只能采用外压力式中空纤维膜和死端过滤方式。
9.12.26 每个膜池进水设堰可保证各膜池的进水流量的均匀。
9.12.27 在膜产水侧形成负压驱动出水是浸没式膜处理工艺的最主要特点。通常是采用膜产水侧通过水泵抽吸形成负压驱动出水并为出水流至下游设施提供克服管道阻力的动力。当膜池内的水位与下游设施进水水位高差足以克服过膜阻力(最大跨膜压差)和出水流至下游设施的所有管道阻力时,也可采用虹吸自流出水方式。当膜系统日常运行流量变幅较大时,也可采用泵吸与自流相结合的方式,即流量大时采用泵吸出水,流量小时切换成自流出水以节约水泵运行能耗。
9.12.28 出水泵具有较小的必需汽蚀余量有利于快速、有效和稳定地形成真空。采用变频调速是为了适应运行过程中过膜流量和压差的变化,并节能降耗。同时也可有效降低水泵全速启闭时对膜系统产生的水锤压力,延长系统寿命。
9.12.29 真空控制装置的作用是真空形成、维持和破坏的指示以及真空泵与真空破坏阀启停的触发机构。
由于浸没式膜处理工艺采用真空负压出水方式,其驱动压力为不变的环境大气压,为了适应运行过程中过膜流量和压差的变化,需要通过其产水侧的阀门施加阻力来实现,故应设置可调节型的控制阀门。而在集水总管出口设置水封堰是防止产水侧真空破坏的必要措施。
真空控制装置设在集水系统的最高处可确保真空最不利点的真空度满足要求,避免出现假真空或未完全真空的不利现象,保障出水的稳定性。
9.12.30 设置排水管的主要作用是排除清洗废水或废液,同时具有排空膜池和排除池底积泥的功能。
9.12.31 由于膜池的水力过程与传统的砂滤池相似,故其排列的总体布局要求与砂滤池基本一致。膜池设在室内和室外设置加盖或加棚,主要是为了防止阳光直射膜组件和高温季节池壁滋生微生物。室内布置采取通风措施主要是考虑到膜在进行高浓度化学清洗时的化学药剂的挥发会在室内空气中积聚而对人员和设施造成伤害。
9.12.32 由于膜处理系统各功能要求及膜池的水力过程与传统的砂滤池相近,故其总体布局与砂滤池基本相似。
9.12.33 膜池内各个膜箱或膜组件间的配水、配气均匀是保障膜处理系统内所有膜箱或膜组件负荷均等和系统稳定运行的关键条件。
由于膜丝直接裸露在池内,因此防止进水冲刷膜丝是保持膜系统完整性的有效措施。
膜箱或膜组件布置紧凑将使膜池的面积利用率提高,减少无效空间和清洗时的水耗与药耗,节约土建工程投资和运行成本。
9.12.34 化学清洗池与膜池相邻并布置在每排膜池的一端将缩短进行异地高浓度化学清洗的膜箱或膜组件在膜池与化学清洗池之间的吊运距离,方便维护。在异地高浓度化学清洗的化学清洗池和就地高浓度化学清洗的膜池的池顶四周应设置围栏、警示标志、设防护设备及冲洗与洗眼设施是为了保护工作人员安全和不慎发生与化学平接触事故后的应急自救。
9.12.35 设置检修平台的目的是便于膜箱或膜组件的安装和维护;设接气点是为了在检修平台上对拆自膜池的有完整性缺陷的膜箱或膜组件进行具体破损点位置的确定性检测;设冲洗与排水设施是为了方便在检修平台上对拆自膜池的膜组件进行清洗,排除清洗废水和防止清洗废水进入膜池。
Ⅴ 化学处理池
9.12.40 因化学处理池系膜处理系统专用设施,故宜邻近膜处理系统设置,以减少池深和管道距离。9.12.41 当老厂改造场地受限制时,也可不分格。
9.12.42 为保证化学药剂处理的反应效果,应设置混合设备。通常可采用池内设潜水搅拌器或利用水泵进行循环混合。
9.13 水质稳定处理
9.13 水质稳定处理
9.13.1 城镇给水系统的水质稳定处理应包括原水的化学稳定性处理和出厂水的化学稳定性与生物稳定性处理。
9.13.2 原水、出厂水与管网水的化学稳定性中水一碳酸盐钙系统的稳定处理,宜按其水质饱和指数IL和稳定指数IR综合考虑确定:
1 当IL>0.4和IR<6时,酸化处理工艺应通过试验和技术经济比较确定;
2 当IL<-1.0和IR>9时,宜加碱处理;
3 碱剂的品种及用量,应根据试验资料或相似水质条件的水厂运行经验确定;可采用石灰、氢氧化钠或碳酸钠;
4 侵蚀性二氧化碳浓度高于15mg/L时,可采用曝气法去除。
9.13.3 出厂水与管网水的化学稳定性中铁的稳定处理,宜按其水质拉森指数LR考虑确定。对于内壁裸露的铁制管材,当LR值较高时,铁腐蚀和管垢铁释放控制处理工艺应通过试验和技术经济比较确定。
9.13.4 出厂水与管网水的生物稳定处理,宜根据出厂水中可同化有机碳(AOC)和余氯综合考虑确定。应根据原水水质条件,选择合适的水处理工艺,使出厂水AOC小于150μg/L,余氯量大于0.3mg/L。
9.13.5 水质稳定处理所使用的药剂含量不得对环境或工业生产造成不良影响。
条文说明
9.13.2 水中水-碳酸钙系统的水质稳定性一般用饱和指数和稳定指数鉴别:
IL=pHO-pHS (1)
IR=2(pHS)-pHO (2)
式中:IL——饱和指数,IL>0有结垢倾向,IL<0有腐蚀倾向;IR=2(pHS)-pHO (2)
IR——稳定指数,IR<6有结垢倾向,IR>7有腐蚀倾向;
pHO——水的实测pH值;
pHS——水在碳酸钙饱和平衡时的pH值。
全国多座城市自来水公司的水质稳定判断和中南地区数十座水厂水质稳定性研究均使用上述两个指数。水中CaCO3平衡时的pHS,可根据水质化验分析或通过查索pHS图表求出。
在城市自来水管网水中,IL较高和IR较低会导致明显结垢,一般需要水质稳定处理。加酸处理工艺应根据试验用酸量等资料,确定技术经济可行性。
防止结垢的处理主要方法有:
(1)软化法:用化学或物理化学方法减少或除去水中含的钙、镁离子,如采用石灰软化法、石灰苏打法、苛性钠-苏打法、离子交换法、膜分离法等。
(2)加酸法:把酸加入水中,控制pH值,使水中的碳酸氢钙不转化为溶解度小的碳酸钙,而转化为溶解度较大的钙盐。如向水中加硫酸,生成硫酸钙。
(3)加二氧化碳法:把CO2加入水中,往往是利用经过洗涤除尘的烟道气中的CO2,使下式的化学反应向左进行,防止有碳酸钙析出:Ca(HCO3)2CaCO3+H2O+CO2。
(4)药剂法:把阻垢剂加入水中,通过螯合作用、分散作用或晶格畸变作用,使碳酸钙悬浮于水中,不形成硬垢。阻垢剂可分为天然阻垢剂、无机阻垢剂和有机阻垢剂三类。天然阻垢剂有丹宁、木质素、藻酸盐、纤维素、淀粉等,无机阻垢剂有聚磷酸盐、六偏磷酸钠等,有机阻垢剂有聚丙烯酸钠、聚甲基丙烯酸钠、聚顺丁烯二酸、有机磷酸酯、磷羧酸、磺化聚苯乙烯等。
IL<-1.0和IR>9的管网水,一般具有腐蚀性,宜先加碱处理。广州、深圳等地水厂一般加石灰,国内水厂也有加氢氧化钠、碳酸钠的实例。日本有很多大中型水厂采用加氢氧化钠。
中南地区地下水和地面水水厂资料表明,当侵蚀性二氧化碳浓度大于15mg/L时,水呈明显腐蚀性。敞口曝气法可去除侵蚀性二氧化碳,小水厂一般采用淋水曝气塔。
9.13.3 国内很多城市为多水源供水,水源切换过程中,无机离子浓度变化特别是氯离子、硫酸根离子、碱度、硬度等水质变化,会对裸露的金属管道内壁和管壁腐蚀产物产生影响,发生管道内铁稳定性破坏,管道受到腐蚀,用户龙头水出现浊度、色度以及铁超标的现象,即“黄水”问题。
城市给水管道的铁稳定性一般用拉森指数LR进行鉴别:
[Cl-]——氯离子活度(mol/L);
[HCO3-]——碳酸氢根离子活度(mol/L)。
LR指数通常的判别标准为:LR>1.0,铁制管材会严重腐蚀;LR=0.2~1.0,水质基本稳定,有轻微腐蚀;LR<0.2,水质稳定,可忽略腐蚀性离子对铁制管材的腐蚀影响。
水源切换时管网水质化学稳定性还与管壁腐蚀产物的性质相关,而管壁腐蚀产物的性质与原通水水质相关。国内有研究机构提出了水质腐蚀性判断指数WQCR(water quality corrosion index),可结合LR,评判水源切换时不同地区管网发生“黄水”的风险性,制定合理的水质稳定处理方案:
WQCR指数通常的判别标准为:WQCR>1,原管道管壁腐蚀产物相对脆弱,水源切换之后无机离子变化可能产生“黄水”的险较大;WQCR<1,原管道管壁腐蚀产物相对坚固,水源切换之后无机离子变化可能产生“黄水”的风险较小。
国家”十五”重大科技专项“水污染控制技术与治理工程”和国家“十一五”科技重大专项“水体污染控制与治理”等研究,针对配水管网管垢的铁释放问题,确定了几种主要的处理工艺:
(1)水源调配技术:根据拉森指数,通过试验,结合配水管网管垢性质(例如WQCR),合理制定水源切换的调配计划。
(2)加碱调控制技术:调节pH值和调节碱度是应对高氯化物引发配水管网铁不稳定的有效控制技术,可投加氢氧化钠等碱性药剂进行调节。水质调节可参考以下原则进行:调节pH值使IL大于0,总碱度和总硬度之和不低于100mg/L(CaCO3计)。
(3)氧化还原调节控制技术:高氧化还原电位能够有效控制配水管网铁不稳定问题,可根据实际情况选择氧化还原电位更高的消毒剂或更换优质水源,适当增加出厂水中余氯和溶解氧浓度。对二次供水设施补氯等措施维持管网水高余氯浓度,以保障管网水质铁稳定性。
(4)缓蚀剂投加控制技术:六偏磷酸盐和三聚磷酸盐等缓蚀剂能够有效控制因氯离子和硫酸根离子造成的管网“黄水”问题,投加量为0.1mg/L~0.5mg/L(以P计),可作为应急控制对策。
9.13.4 本规定是依据国家“十五”重大科技专项“水污染控制技术与治理工程”和国家“十一五”科技重大专项“水体污染控制与治理”等研究成果而提出,其主要成果如下:
(1)要实现管网水生物稳定性,结合目前净水厂处理工艺水平,需要AOC=50μg/L,并且余氯量>0.3mg/L。当出厂水中AOC<150μg/L、余氯量0.3mg/L~0.5mg/L时,可有效控制管道内生物膜的生长。
(2)原水耗氧量≤6mg/L时,“预氧化+常规处理+臭氧活性炭”工艺可保证出水耗氧量去除率50%以上,AOC去除率80%以上;原水耗氧量>6mg/L时,“预氧化+常规处理+臭氧活性炭”工艺难以保证耗氧量和AOC的较高去除率,可在预氧化后接生物预处理单元以强化组合工艺对生物稳定性的控制。
9.13.5 本条为强制性条文,必须严格执行。由于给水水质稳定处理所使用的药剂大部分为酸碱性的化合物,对环境或工业生产具有一定的潜在危害,因此在选用时应避免产生危害。当需要投加磷酸盐缓蚀剂时,应分析评估对水环境可能带来的富营养问题。