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臭氧氧化最大的能耗在于臭氧制备,而臭氧制备量又取决于臭氧浓度,臭氧浓度则取决于待去除微污染物的种类和浓度以及所希望达到的去除率。区别不同的臭氧发生方式是很有必要的,比如输送液态氧就比原地制备纯氧要更加经济。
颗粒活性炭最大的能耗在于滤柱本身的压力损失,以及预过滤和反冲洗的能耗。粉末活性炭最大的能耗在于活性炭的投加、搅拌以及循环。粉末活性炭工艺中,将产生较大量的污泥需要处理,随着污泥中炭比例逐渐提高,污泥的热值也会随之升高,所以在污泥焚烧时,就必须消耗更多的能量。
不同工艺都存在的一个能耗点就是水泵类的提升设备。
以相同去除率为前提,臭氧氧化的一次能源消耗要低于活性炭吸附,但是臭氧制备所消耗的电能会增加水厂总能耗20%~40%。
随着水厂的规模增大,单位水量处理费用将呈现下降趋势,并且活性炭吸附工艺的处理费用下降要比臭氧氧化工艺更加快速。
案例介绍
瑞士克洛滕污水处理厂
从2008~2010年期间,科研人员在瑞士苏黎世州附近的克洛滕污水处理厂进行中试,科研人员将粉末活性炭投加在絮凝池内,并加入絮凝剂,出水直接进入砂滤池,砂滤池的反冲洗水回流到生物段。2013~2015年科研人员还在瑞士锡萨赫州的埃尔戈茨污水处理厂进行了为期2年的大规模生产性试验。
试验结果表明,活性炭吸附与砂滤工艺的结合在除磷、削减TSS和浊度方面,都优于单纯的砂滤工艺。并且,该结合工艺虽然省去了沉淀池,但是对大部分微污染物的去除率依然可以达到80%以上,也有个别微污染物的去除率略低,比如丙酸和磺胺甲恶唑。
这两个水厂的试验结果验证了省去沉淀工艺,只采用吸附和过滤工艺,依然可以实现较高的微污染物去除率,并且可以节省投资费用。
德国Schwerte污水处理厂
德国鲁尔协会的ThomasGrunebaum博士对德国Schwerte污水处理厂进行了微污染物去除试验。Schwerte污水处理厂的处理水量为1万m³/d,设计最大进水流速为640L/s,旱季平均流速为110L/s。对比试验设有两条工艺路线,路线一采用传统生物处理工艺,路线二采用生物处理工艺后加设臭氧氧化工艺和活性炭吸附工艺。
活性炭工艺段设有3座反应器,每个反应器的容积为150m³,活性炭投加方式采用水喷射泵。PAC回流至生物反应区可以提高PAC的停留时间,进而有效提高PAC对微污染物的吸附量。
臭氧氧化工艺段设有6个反应器,每个反应器的容积为32m³,其中1、3、5为臭氧氧化反应器,2、4、6为臭氧反应后的脱气塔。试验结果表明,臭氧投加量与反应时间的设定主要取决于微污染物本身,双氯酚酸等易被氧化降解的微污染物在臭氧投加量为3mg/L,反应时间为20min时,就可以被大量去除。而除了微污染物本身的性质以外,臭氧投加量和反应时间还与期望达到的出水浓度以及进水DOC浓度有关。
总之,对比试验结果表明,臭氧氧化去除能力低于活性炭吸附去除能力,一方面是因为在侧流反应中,臭氧氧化效果始终受限于侧流水量的循环率;另一方面是活性炭可以循环至活性污泥反应区,进一步提高活性炭的负荷,从而达到更高的吸附去除率。
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