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直接飲用水回用示范廠通過有機物監測增強當地抗旱能力與效能
總結
示范廠廠址 – 美國猶他州南喬丹市（South Jordan）
技術應用 – 直接飲用水回用（DPR，Direct Potable Reuse）工藝中的有機物監測
技術設備 – Sievers®總有機碳TOC分析儀
項目簡介 – 直接飲用水回用（DPR）項目的成功實施能夠極大增強當地的抗旱能力。為了消除公眾對作為飲用水源的DPR水的誤解，并使DPR水處理工藝保持最佳運行水平，水處理廠需要使用能夠實時監測水質的技術設備，例如總有機碳TOC分析儀。水質監測是優化膜生物反應器（MBR，Membrane Bioreactor）和臭氧氧化工藝性能的關鍵步驟。
影響技術選擇的因素 – DPR示范廠需要一臺能夠靈活監測多個不同水質樣品流的TOC分析儀。他們還需要用紫外過硫酸鹽氧化和膜電導（MC，Membrane Conductometric）檢測技術來進行可靠、準確的TOC測量。
關鍵詞 – 直接飲用水回用（DPR）、總有機碳（TOC）、有機物監測、Sievers M5310 C TOC分析儀
項目背景
猶他州是美國最干旱的州之一，其5400萬英畝的土地中有90%極度干旱。猶他州鹽湖縣南喬丹市的地下水被尾礦污染，因此當地沒有飲用水源。城市的飲用水大多購自尤因塔山區（Uintah Mountain）和普羅沃河地區（Provo River）的供水商。猶他州政府資助了DPR示范項目，以測試未來在當地實施DPR計劃的可行性。示范廠將運行3到5年，為未來DPR計劃的正式實施提供參考架構。
圖1. DPR示范項目的鳥瞰圖
DPR示范項目的水源是處理后的南谷下水道系統（South Valley Sewer）的廢水。DPR示范廠采用先進工藝組合以求實現高水質目標，并成功實施穩健的多重障蔽除污法的廢水處理工藝。示范廠由5個不同的工藝部分組成，即臭氧化處理（Ozonation）、生物活性過濾（BAF，Biologically Active Filter）、超濾（UF，Ultrafiltration）、顆粒活性炭處理（GAC，Granular Activated Carbon）、紫外消毒（UV Disinfection）。
來自膜生物反應器的進水濾液通過臭氧化處理之后，進入深度處理工藝部分。臭氧是強氧化劑，能夠分解有機污染物。在臭氧化工藝之后，是生物活性過濾工藝，為生物提供生長介質，并進一步分解污染物。超濾工藝過濾掉微生物，而粒狀活性炭處理工藝吸附殘留的微量污染物。DPR示范項目的最后一步是紫外消毒工藝，能夠有效地消除水中的病原體。
挑戰
DPR計劃成功與否，取決于公眾對DPR的接受程度和意見。由于公眾普遍對DPR認知不足，因此需要花時間向公眾講解有關廢水回用及凈化處理的知識。DPR示范項目未來能否成功，很大程度上還取決于基于監測數據的決策，因此項目工程師面臨如何實時連續監測工藝中的有機污染物含量的難題。廢水處理工藝的目的是去除源水和廢水中有害人體健康和破壞環境的有機污染物，因此掌握一套使用便捷和性能可靠的水質監測方法就至關重要，其中最關鍵的是必須能夠了解和測量初始工藝和后續工藝中的水中的有機物含量。
解決方案
猶他州南喬丹市的DPR示范廠將總有機碳測量值作為主要的關鍵工藝指標（KPI，Key Process Indicator），因此需要使用能夠靈活測量多個不同水質的樣品流的TOC分析儀。示范廠為了達到監測要求，選用Sievers M5310 C TOC分析儀，這款分析儀采用膜電導（MC，Membrane Conductometric）檢測和紫外過硫酸鹽氧化技術。圖2是示范廠的總體工藝流程圖和各個工藝部分。在DPR工藝開始時進行TOC監測。嚴密監測從廢水廠進入DPR示范廠的廢水，并根據監測結果來調整深度處理工藝。在生物活性過濾工藝之后再次進行TOC監測，以確保污染物的去除率。在紫外消毒工藝之后，可以通過TOC分析來確定最終水質。
圖2. 直接飲用水回用示范項目工藝步驟[1]
結論
許多地區面臨飲用水短缺的問題，而DPR項目等創新性解決方案是未來提高當地抗旱能力和自主供水的選擇。有了這種嚴格的水質監測系統，水處理廠就能夠根據監測結果來做決策，并用準確可靠的監測數據來消除公眾對DPR等新飲用水源的不信任。用于監測有機物的TOC分析法是一種簡便而功能強大的方法，可用于優化工藝、保證水質、滿足法規要求等領域。南喬丹市選用Sievers M5310 C分析儀來成功展示DPR項目的可行性，并為未來此類項目提供參考框架，從而為當地社區提供足夠安全和低廉的飲用水。
參考文獻
[1].
Whotcott, G., & Rasmussen, J. (2019, July 29). South Jordan City – DPR Demonstration Project. Arizona Reuse Symposium. Symposium conducted at the meeting of Water Reuse Arizona & AZ Water Association, Flagstaff, AZ.