嘉兴市微污染原水饮用水安全保障技术.docx
《嘉兴市微污染原水饮用水安全保障技术.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《嘉兴市微污染原水饮用水安全保障技术.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
嘉兴市微污染原水饮用水安全保障技术
嘉兴市微污染原水饮用水安全保障技术
嘉兴市微污染原水饮用水安全保障技术
查人光，徐兵，沈莉萍，陈群，朱海涛
（嘉源给排水有限公司，浙江嘉兴314000）
摘要：
嘉兴市水厂针对原水主要由氨氮、CODMn污染的特性，通过应用生物预处理、强化常规和深度处理等净水技术，极大地改善和提高了城市供水水质，具有较高的工程实用性，对微污染原水的净水处理，有一定的参考价值。
关键词：
微污染生物预处理O3——BAC强化常规
EnsuringTechnologyofSafeDrinkingWaterforMicro-pollutionRawinJiaxing
ZhaRen_guang，XUBing，ShenLi_ping，ChenQun，ZhuHai_tao
（JiayuanWaterSupplyandSewerageCo.，Jiaxing314000，China）
Abstract:
AccordingtothecharacteristicsofrawwaterpollutedbyNH3——NandCODMn,theengineeringpracticaloperationshowsthatthedrinkingwaterqualityisraisedverymuch，withtreatingbybiologicalcontactforpretreatment/enhancedconventional/ozone—BACprocessforadvancedtreatmentinwatertreamentplantsinJiaXing，whichisusedforreferencefortreatmentofmicro-pollutionraw.
Keywords:
Micro—polluted；biologicalpretreatment；O3——BAC；enhancedconventional
嘉兴市地处杭嘉湖平原，改革开放以来，经济迅速发展，人民生活水平不断提高，对城市供水水量、水质的要求也越来越高。
然而，由于现有水厂取水水源有机物（CODMn）及氨氮含量较高，总体水质在Ⅳ——Ⅴ类，枯水期甚至劣于Ⅴ类，水厂原有常规处理净水工艺出水水质已不能达到卫生部《生活饮用水卫生规范》（卫法监发[2001]161号）和建设部《城市供水水质标准》（CJ/T206——2005）的要求，出厂水时有异味，故对水厂处理工艺进行更新迫在眉睫。
1本地原水的特性
跟据监测，水厂原水具有以下一些特点：
较高的氨氮污染。
氨氮多年均值约为0.85mg/L，≥2mg/L的水样占全年5%——10%。
较高的有机物（CODMn）污染，CODMn多年均值约为6.35mg/L，≥8mg/L的水样占全年5%——10%，见图1。
图1：
2005年原水部分水质指标
Fig.1Rawwaterqualityin2005
有机污染物（CODMn）进一步经膜切割分子量分析，有以下几点基本结论：
①原水中溶解性有机物（DOC）所占比例平均为82%，其分布见图2。
非溶解性有机物占18%左右。
图2：
原水中DOC分子量分布
Fig.2DistributionofDOCinrawwater
②原水中可生物降解但难被吸附的有机物占6.7%，既可生物降解又可被吸附的有机物占23.5%，难生物降解但可被吸附的有机物占54.5%，既难生物降解又难被吸附的有机物占15%。
③原水的总CODMn中，溶解性CODMn占85%左右，该比例与原水的浊度相关。
原水总有机炭（TOC）与CODMn的比值在1.6左右。
④原水的氧化降解性。
经试验，臭氧对有机物的去除率较低，即使达到6mgO3/L的投加量，对TOC的去除率也不超过20%。
臭氧对UV254的去除率较高，在投加量为6mgO3/L时，去除率达到60%。
随着臭氧投加量增加，水样的BDOC增加，在投加量为6mgO3/L时，BDOC增加90%。
显然，在取用上述原水时，本地水厂的净水工艺面临着强化原有的“降浊杀菌”任务外，还应增加能针对性地有效去除氨氮、有机污染物（CODMn）的功效。
针对本市微污染原水的特性，结合国内外的研究和应用实践，我公司在与大专院校数年合作研究后，引入了生物预处理、强化常规、O3——BAC深度处理组合净水工艺，以改善和提高供水水质。
2原水生物预处理技术
原水生物预处理技术的实质是通过强化生物作用来加速实现水体的天然净化过程。
嘉兴市石臼漾水厂率先于1995年在二期工程建设中，引入弹性立体填料生物接触氧化预处理技术。
设计规模为10×104m3/d，平面尺寸96m×16m，前端为喇叭状取水口，后部为取水泵站，采用潜水混流泵。
分为独立的两格，除遇洪水外，每格可单独运行或清洗。
池内采用KBB可变微孔曝气头，常水位下设YDT弹性立体填料（填料和曝气头主要参数见表1），主要设计参数：
水力停留时间：
1h，气水比：
0.6∶1，有效水深：
3m，填料高度：
2.5m。
表1：
填料和曝气头构造参数
Tab.1Structureparametersofbiofilmcarrierandaerator
设备材料
YDT型弹性立体填料
KBB可变微孔曝气头
材质
聚酰胺类
ABS、橡胶组合
单元直径
180mm
直径：
260mm
填料比表面积
>2000m2/m3
曝气量：
0～5m3/d·只
服务面积：
0.5m2/只
排列形式
400mm×400mm间距呈梅花状交错布置，充满整个预处理池。
曝气头：
每组100只，24组共2400只。
间距：
0.8m×0.8m。
96年建成投产，虽以目前对预处理的理解来看，该工艺还存在诸多缺陷，但多年的运行表明，生物接触氧化预处理池对氨氮有突出的去除作用。
一般，当水温大于10℃时，氨氮的去除率稳定在65℅——80℅左右，但对CODMn的去除较低，平均去除率仅在6.5%左右。
3强化常规净水工艺
对于本地微污染原水的处理而言，水厂原有常规混凝/沉淀/过滤工艺仍是十分重要的工艺单元，需通过优化、强化运行，以充分发挥其作用。
运行表明，在常规处理阶段，使浊度、铁锰及大分子形成的CODMn，得到最大限度地降低和去除，可以大幅度减轻后续深度处理工艺的负荷，避免CODMn及铁锰在O3——BAC工艺单元的竞争去除，包括对O3的竞争消耗和不同微生物在活性炭表面对生长空间、溶解氧的竞争等，延长活性炭滤池的使用周期和使用容量，具有较大的实际生产意义（前述的生物预处理单元除氨氮，也有相同的意义）。
水厂已采取的强化常规的技术措施有：
①强化“降浊”。
通过优选主混凝剂，以新型聚合铝铁，取代原聚合氯化铝，以进一步提高混凝沉淀的去浊效果。
目前，平流沉淀池出水浊度控制在2NTU左右，砂滤后出水浊度＜0.20NTU。
积极应用新技术，目前在石臼漾水厂扩容工程中已率先引入了上海市政设计研究院的最新成果中置式高密度澄清池。
通过改善水力条件、污泥回流和PAM助凝剂的应用，可控制沉淀出水浊度在0.5NTU——1.0NTU，砂滤后出水浊度也可进一步降至0.20NTU以下。
②强化除铁锰及CODMn。
主要是采用高锰酸盐复合药剂预氧化技术，来提高和促进常规混凝/沉淀/过滤单元对铁锰及CODMn的去除。
据跟踪检测，一般当投加量在1.0mg/L左右时，该工艺单元对CODMn的去除率可从原来的20%——30%提升到35%——50%（其中高密度澄清池比平流沉淀池对CODMn的削减量提高0.40mg/L～0.60mg/L。
）铁锰的去除率接近100%，对于典型水质，通常砂滤后出水铁锰≤0.05mg/L。
③预留了PAC投加装置，以应对突发性水质污染。
④增加了预O3工艺，在原水较差，特别是氨氮较高，DO偏低的情况下，投加0.5——1.5mg/L左右的预O3，可以提高和保证强化常规工艺的去除效能。
4O3——BAC深度处理工艺和催化氧化技术
原水生物预处理技术结合强化常规处理工艺，主要解决了去除氨氮、浊度、铁锰及分子量＞4K的大分子有机物，但不能有效去除前述的原水水质特性分析研究表明的本地原水中约占50%的分子量＜1K的有机物，故在中试基本摸清O3——BAC工艺深度处理本地原水的效果及相关工艺参数的基础上，2003年9月开始，在石臼漾水厂实施了生产性应用，其中技术改造应用规模为17×104m3/d，扩容应用规模为8×104m3/d，共25×104m3/d。
下面以技术改造应用为例，作一简要介绍。
4.1臭氧系统及投加
经过对初期投资、运行费用、效率、安全、保障率等经济技术比较，现阶段暂定以液氧为气源（远期随着空分技术的发展，拟选用现场制氧方式，现有液氧贮罐等相关设施可并入现场制氧系统），采用10kg/hr进口臭氧发生器，共三台，二用一备。
臭氧投加在全封闭结构接触池中进行，接触池分独立二组，每组设计为三格串联，外形尺寸27.95m×13.8m，有效水深6.8m，设计接触水力停留时间为约15min，采用管式微孔曝气头，气水逆向流，分三阶段曝气接触反应。
臭氧设计最大投加量4.0mg/L，其中前臭氧1.0mg/L，后臭氧为3.0mg/L。
接触池尾气经负压收集，采用电加热法催化分解后排空。
4.2BAC滤池
BACF设计为V型滤池，共设一组七格，单排布置，出水排水管廊布置在一侧，设计参数见表2。
表2：
BAC滤池的设计参数
Tab.2DesignparametersofBACfilter
设计参数
数值
滤池面积
S=2×（3.41m×14.20m）＝96.84m2
活性炭滤料
H=2.20m
砾石承托层
D=4——8mm，H=0.50m
设计滤速
V=11.6m/h，水力停留时间=11.3min
小阻力配水系统
滤板+ABS长柄滤头，n=53个/m2，开孔率约1.35%，每个滤头缝隙的面积为2.52cm2。
反冲洗强度及时间
①气冲10min，气洗强度为15L/（m2·s）
②气水同时反冲3min，水洗强度为4L/（m2·s），气洗强度为15L/（m2·s）
③水冲6min，水洗强度为4L/（m2·s）
④整个反冲洗过程伴随有表面扫洗，表洗强度2.2L/（m2·s）
过滤周期
反冲洗周期为一周。
自控系统
可在PLC系统自控运行和现场人工控制之间互相切换。
影响BAC滤池运行效果的因素较多，主要有活性炭、水、进水中的有机污染物、微生物、溶解氧和吸附速率、传质速率、降解速率，及运行的工艺参数等。
其中活性炭主要选用8×30目规格的原煤破碎炭，性能指标，见表3。
表3：
活性炭性能指标
Tab.3Characteristicsofactivatedcarbon
技术指标
目标值
技术指标
目标值
技术指标
目标值
外观
原煤破碎炭
苯酚吸附值/mg/g
≥170
灰分/%
≤12
孔容积/cm3/g
≥0.60
水分/%
≤3
水溶性灰分/%
≤0.4
比表面积/m2/g
≥1000
强度/%
≥95
装填密度/g/L
450——550
漂浮率/%
≤2.0
碘吸附值/mg/g
≥1000
粒度
（目）
8×30
≥95%
pH值
≥8.00
亚甲蓝吸附值/mg/g
≥185
4.3运行效果
二年多的运行表明，在稳定运行期，O3——BAC工艺对氨氮、CODMn有明显的去除效果，一般氨氮可去除70%——100%，出水≤0.05mg/L；CODMn去除25%——45%，出水≤3.00mg/L，已达到卫生部规范和建设部标准的要求；出水的色度、嗅和味等感官指标也有大幅的改善。
经外委托检测，2L水样的Ames试验已转为阴性，出水安全性得到全面提高。
4.4进一步提高水质的技术——臭氧催化氧化
但深入研究发现，O3——BAC深度处理工艺，还存在以下不足：
臭氧氧化出水的剩余臭氧较高，为0.03——0.43mg/L，而研究表明，对本地水质，剩余臭氧是影响溴酸盐生成的首要因素，只有当臭氧氧化出水的剩余臭氧控制在≤0.3mg/L时，才能大幅减少副产物溴酸盐的生成量，确保水质安全；色质联机检测表明，对芳香化合物、含氮及杂环类等有潜在危害的有机化合物的去除能力相对较低；臭氧接触池内下部拐角形成滞流，影响传质效果。
鉴此，在石臼漾扩容工程中，引入了臭氧催化氧化技术。
一年多的运行表明，臭氧催化氧化可有效削减出水剩余臭氧，经检测，其出水中剩余臭氧的含量可削减到0.019～0.08mg/L，平均含量为0.04mg/L，已控制在安全浓度范围之内，溴酸盐副产物的生成量也大幅减少，见表4。
表4：
臭氧（催化）氧化—生物活性炭工艺出水BrO3—的比较
Tab.4ComparisonofBrO3—ofozonation/catalyticozonation——BACprocesses
项目
原水
单纯臭氧化—生物活性炭
臭氧催化氧化—生物活性炭
BrO3—/μg/L
未检出
未检出——10.2
未检出——2.1
臭氧催化氧化还增强了对有机物的破坏力与无机化程度。
臭氧催化氧化可将有机物种类削减至58种，对有机物的去除率（质量）也达到了37.57%，对CODMn的平均去除率为17.4%，远高于单纯臭氧化出水中的71种有机物和对有机物20.2%的去除率（质量）及对CODMn14%的平均去除。
臭氧催化氧化—生物活性炭的协同作用也好于单纯臭氧化—生物活性炭，前者出水中的有机物可减少到49种，去除率为57%，对CODMn的平均去除率高达50%；而后者出水中有机物有63种，去除率仅为33.25%，对CODMn的平均去除率为32.7%。
从DOC的削减情况看，单纯臭氧化的平均去除率为35%，臭氧催化氧化的为37%，单纯臭氧氧化—生物活性炭的为62%，臭氧催化氧化—生物活性炭的为76%，因此出水水质可得到更进一步的改善和提高。
见表5、表6。
表5：
臭氧/臭氧催化氧化工艺出水水质
Tab.5Waterqualityofozonation/catalyticozonationprocesses
单纯臭氧化
臭氧催化氧化
有机物种类
种类数
含量（mg·L-1）
种类数
含量（mg·L-1）
烷烃
9
0.325
8
0.286
烯烃
1
0.011
3
0.042
羧酸
1
0.01
0
0
醛酮醇
8
0.161
7
0.178
酯
5
0.288
1
0.036
芳香化合物
5
0.104
3
0.08
含氮及杂环化合物
42
0.967
36
0.838
总计
71
1.865
58
1.459
表6：
臭氧（催化）氧化—生物活性炭工艺出水水质
Tab.6Waterqualityofozonation/catalyticozonation——BACprocesses
单纯臭氧化—生物活性炭
臭氧催化氧化—生物活性炭
有机物种类
种类数
含量（mg·L-1）
种类数
含量（mg·L-1）
烷烃
8
0.312
3
0.086
烯烃
2
0.055
2
0.017
羧酸
0
0
0
0
醛酮醇
8
0.161
6
0.15
酯
2
0.07
2
0.113
芳香化合物
4
0.142
3
0.049
含氮及杂环化合物
39
0.82
33
0.59
总计
63
1.56
49
1.005
另外，由于臭氧接触池内催化氧化填料的加入，起到了整流的作用，使接触池内水的流态几近完全推流，增强了臭氧的传质效率，使水体充分富氧。
5结语与感想
嘉兴市水厂针对水源污染的实际情况，在加强常规的基础上，实施生物预处理/臭氧——活性炭深度处理组合工艺，通过充分发挥每一工艺的特点，有效地去除原水中氨氮、CODMn等不同分子量、不同特性的微量污染物，具有较高的工程实用性，是提高饮用水水质的有效途径。
1、强化常规工艺是确保供水水质的最有效的手段，其主要功效是最大限度地“降浊”，去除大分子CODMn和铁锰，减轻后继工艺负荷，是实现城市供水运行经济稳定的保证。
2、对于取用氨氮较高（平均≥1.00mg/L）的原水，最好引入生物预处理工艺，一则操作管理方便，运行成本低，再则可减少氨氮、CODMn在BAC单元的竞争去除，确保O3——BAC工艺的运行效果。
3、对水质波动较大的原水，应引入抗污染冲击负荷的工艺流程，如PAC投加系统，以使常规出水的CODMn控制到≤4mg/L，确保出厂水CODMn≤3mg/L。
4、臭氧催化氧化的引入，增加了对稳定有机物的去除能力，有效控制了BrO3—副产物的生成，出水水质及安全性得到进一步改善和提高。
5、低温时，生物预处理工艺对氨氮的去除能力有一定的下降，有待更好的研究解决。
通迅地址：
浙江省嘉兴市环城南路231号嘉兴市嘉源给排水有限公司邮编：
314000
TEL：
0573——2083496
升级会员 