摘　要: 　由于太湖水質(zhì)呈現(xiàn)高藻、高有機(jī)物、高氨氮的“三高”特征,常規(guī)處理對原水中藻類、氨氮、有機(jī)物等的去除效果較差,因此充山水廠實(shí)施了深度處理工程。經(jīng)試驗(yàn)比較,在水廠原有氣浮、過濾的常規(guī)處理工藝基礎(chǔ)上,增設(shè)了BIOSMEDIm生物濾池及臭氧—生物活性炭濾池等深度處理單元。介紹了充山水廠生物預(yù)處理—氣浮—臭氧/生物活性炭—砂濾—消毒組合工藝的流程、設(shè)計(jì)參數(shù)及設(shè)計(jì)特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞: 　微污染原水; 　高藻水; 　湖泊水; 　生物預(yù)處理; 　深度處理

　太湖是附近城市的主要水源地,自20世紀(jì)80年代中期以來,太湖的水環(huán)境呈現(xiàn)惡化的趨勢,富營養(yǎng)化日益嚴(yán)重, 1990年開始的水華暴發(fā)極大影響了城市供水及湖泊生態(tài)環(huán)境。根據(jù)《2005年中國環(huán)境狀況公報》可知, 2005年太湖水的高錳酸鹽指數(shù)和總磷年均值分別達(dá)到Ⅲ類、Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),且由于總氮污染嚴(yán)重,湖體水質(zhì)為劣Ⅴ類。水體富營養(yǎng)化造成湖水色度、嗅味等感官指標(biāo)下降,分泌出的藻毒素與居高不下的氨氮、有機(jī)物等指標(biāo)交叉影響,致使水質(zhì)惡化,嚴(yán)重威脅到了飲用水的安全性。為探索行之有效的高藻微污染湖泊水處理方式,無錫市自來水總公司承擔(dān)了江蘇省科技招標(biāo)項(xiàng)目———城鎮(zhèn)居民安全飲用水保障技術(shù)工程示范研究項(xiàng)目,并以充山水廠為依托進(jìn)行了示范工程建設(shè)。

1　水廠概況

無錫市充山水廠于1982年建成投產(chǎn),供水能力為1. 6 ×104 m3 /d,水源取自太湖梅梁灣。該廠采用除藻效果較好的混凝—氣浮—過濾—消毒的常規(guī)工藝。工藝流程見圖1。

2　原水水質(zhì)

梅梁灣位于太湖北部,由于周邊城鎮(zhèn)工業(yè)與生活污水的大量排入,使該湖區(qū)成為太湖水域富營養(yǎng)化最嚴(yán)重的區(qū)域之一。2003年—2004年充山水廠的原水及出廠水水質(zhì)情況如表1所示。

由表1可知,太湖梅梁灣原水富營養(yǎng)化嚴(yán)重,全年以藻類、氮、有機(jī)物含量高為特征,藻類過度繁殖的情況尤為突出。太湖水華高發(fā)期在每年的5月—10月, 7、8月份的發(fā)生頻率最高,藻類數(shù)量最多時可達(dá)到2 ×106個/mL ( 1993年) 。在5月—10月以外的時間,藻類數(shù)量相對較低,但絕對數(shù)量一般仍在5×103個/mL以上。水中藻類優(yōu)勢種類為漂浮性藍(lán)藻(微囊藻) ,魚腥藻和湖泊色球藻是亞優(yōu)勢種類。

3　原有工藝存在的問題

充山水廠現(xiàn)有氣浮加過濾工藝對濁度和色度的去除效果較好,但由于原水水質(zhì)差,常規(guī)處理后的出廠水中有機(jī)物、氨氮等指標(biāo)不理想,與最新頒布實(shí)施的《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)相應(yīng)指標(biāo)存在顯著差距。雖然氣浮池對藻類的去除率>95% ,但原水中藻類數(shù)量過高,氣浮池出水仍含有大量藻類,致使過濾周期縮短,并對出廠水嗅味有較大影響。此外,水廠采用前加氯作為氣浮前原水的預(yù)氧化措施,以防止藻類繁殖、促進(jìn)氣浮池的除藻效果等。但氯與原水中高濃度有機(jī)物作用易生成三鹵甲烷(THMs) 、鹵乙酸(HAAs)等致癌副產(chǎn)物,同時也導(dǎo)致藻細(xì)胞內(nèi)的毒素釋放于水中,大大增加了水中溶解性藻毒素的含量,由于常規(guī)工藝對胞外微囊藻毒素的去除效果較差,因而預(yù)氯化處理逐漸受到各國的限制,在藻類暴發(fā)期間原水預(yù)加氯措施是不恰當(dāng)?shù)摹?/p>

由于常規(guī)處理工藝對藻類、氨等污染物的去除效果不太理想,因此要提高水質(zhì)必須在水廠內(nèi)增加深度處理措施。

4　深度處理工藝的選擇

對于微污染原水的深度處理工藝,生物預(yù)處理和臭氧—活性炭深度處理工藝(O3 —BAC)具有廣泛的應(yīng)用,其中生物預(yù)處理能夠有效去除水中的氨
氮,大幅削減藻類的數(shù)量,同時能去除一部分有機(jī)物; O3 —BAC工藝對藻毒素的降解很好,并能保證飲水水質(zhì)的安全。

為探尋適宜的深度處理工藝,充山水廠進(jìn)行了試驗(yàn)研究。結(jié)果表明,對于高藻微污染湖泊水,生物預(yù)處理、強(qiáng)化常規(guī)處理和臭氧—活性炭工藝聯(lián)用能夠取得較為理想的除污效果。其中生物預(yù)處理對原水中氨氮和藻類的去除率分別達(dá)到65%和60%以上,對有機(jī)物的去除率為17% (相對于原水,以下同) ;氣浮對濁度和藻類有較好的去除效果,對大分子有機(jī)物也有一定的去除作用,對CODMn的去除率約34%;活性炭單元對氨氮的去除率約為25% ,去除的CODMn 主要為小分子有機(jī)物, 去除率約為27% ,出水CODMn ≤3 mg/L。因此,水廠決定在現(xiàn)有工藝基礎(chǔ)上增加生物預(yù)處理和臭氧—活性炭深度處理設(shè)施。

方案Ⅰ:生物預(yù)處理—氣浮—砂濾—臭氧活性炭

該組合工藝目前應(yīng)用較多,在常規(guī)處理之前增加生物預(yù)處理可去除氨氮和部分藻類,提高混凝效果;氣浮可有效去除水中的濁度和藻類,砂濾在進(jìn)一步除濁的同時還可去除部分大分子有機(jī)物;深度處理可去除水中的小分子有機(jī)物。但活性炭濾池出水直接進(jìn)入清水池,部分長有細(xì)菌的細(xì)小活性炭顆粒在水力沖刷下進(jìn)入消毒處理單元。由于附著于活性炭顆粒上的細(xì)菌聚體比細(xì)菌單體對消毒劑有更大的抗性,而一般氯化消毒難以殺滅這些細(xì)菌[ 1 ] ,故出水水質(zhì)較差,出水濁度和細(xì)菌指標(biāo)較高。

方案Ⅱ:生物預(yù)處理—氣浮—砂濾Ⅰ—臭氧活性炭—砂濾Ⅱ

鑒于方案Ⅰ存在的缺點(diǎn),在臭氧活性炭單元后增設(shè)一組砂濾池,攔截脫落的細(xì)菌聚體,保證出水水質(zhì)。此流程處理出水的水質(zhì)好,安全性高,但存在工程費(fèi)用高、占地大、水頭損失大、運(yùn)行耗能高等缺點(diǎn)。

方案Ⅲ:生物預(yù)處理—氣浮—臭氧活性炭—砂濾

在方案Ⅱ的基礎(chǔ)上,超越第一道砂濾,氣浮出水進(jìn)入活性炭濾層后再經(jīng)砂濾處理,以防脫落的細(xì)菌聚體進(jìn)入清水池,保證出水水質(zhì)。但氣浮池出水濁度一般為1～3 NTU,直接進(jìn)入生物活性炭濾層后其負(fù)荷較大。為解決上述問題,并綜合考慮工程規(guī)模小、改造工程的流程及用地緊張等因素,采用了上向流移動床濾罐(見圖2) ,過濾的同時連續(xù)沖洗,保證性炭濾層的清潔,提高生物降解及活性炭吸附的效果,并控制濾床水頭損失< 10 kPa,在水處理的過程中不需要中途提升,降低運(yùn)行費(fèi)用。

5　工程設(shè)計(jì)

示范工程規(guī)模為1 ×104 m3 /d,除保留水廠原有一級泵房、氣浮池、清水池、二級泵房外,增加了生物濾池和臭氧—活性炭處理設(shè)施,而原有虹吸濾池設(shè)備老化且濾層水頭損失較高,也改用移動濾罐。為減少氯消毒副產(chǎn)物,選擇相對安全的二氧化氯進(jìn)行消毒。主要新增設(shè)施如下:

①　生物濾池

生物預(yù)處理采用輕質(zhì)填料生物濾池(BIOSM2EDIm ) 。BIOSMEDIm生物濾池共4格,單格面積為25 m2 ,每格可獨(dú)立運(yùn)行。設(shè)計(jì)濾速為6 m /h,濾料層厚為3 m,輕質(zhì)濾料密度< 0. 03 g/ cm3 ,比表面積> 1 000 m2 /g。氣水比為0. 4～1. 3,可根據(jù)原水水質(zhì)變化進(jìn)行調(diào)整。生物濾池結(jié)構(gòu)見圖4。

原水自池頂配水井均勻進(jìn)入各池底部,以上升流方式通過濾料層。濾池上方設(shè)遮陽篷,以降低陽光直射對藻類生長的影響。曝氣設(shè)備采用羅茨鼓風(fēng)機(jī),并設(shè)變頻調(diào)速。濾料清洗采用脈沖反沖方式,反沖時充氣氣囊迅速排氣制造脈沖,使填料層迅速膨脹,以進(jìn)行有效反沖洗。

 ②　臭氧接觸池

氣浮池出水進(jìn)入臭氧接觸池,設(shè)計(jì)水力停留時間為15 min,分為獨(dú)立的2格。每格分3段,采用密閉對流接觸方式,每段接觸時間為5 min,在接觸池
下部采用微孔曝氣,布?xì)獗P上方有效水深約6 m。臭氧最大投加量按4 mg/L計(jì),最大臭氧需要量為1. 75 kg/h,具體投加量可根據(jù)原水水質(zhì)、水量進(jìn)行調(diào)整。在接觸池出水渠前設(shè)尾氣管與臭氧尾氣處理裝置連接,以防臭氧尾氣散逸。

③　活性炭移動濾罐及石英砂移動濾罐

石英砂移動濾罐與生物活性炭移動濾罐集中布置,同時將臭氧接觸池、臭氧發(fā)生器間、消毒劑投加間、配電間以及控制室等處理單元和配套設(shè)施與濾池間合建,高度集成,以節(jié)約用地、減少投資。水處理間的平面結(jié)構(gòu)如圖5所示。

生物活性炭移動濾罐設(shè)計(jì)濾速為11 m /h,共8座,罐高約6. 6 m,炭層厚為2. 5 m。石英砂移動濾罐設(shè)計(jì)濾速為9 m /h,共10座,罐高約6. 1 m,砂濾層厚為2 m。生物活性炭移動濾罐組和石英砂移動濾罐組共設(shè)1套鼓風(fēng)設(shè)備用于反沖洗。

④　自控系統(tǒng)

根據(jù)工藝流程設(shè)置水質(zhì)在線監(jiān)測儀表和常規(guī)儀表,主要包括生物濾池進(jìn)出水水質(zhì)監(jiān)測儀表(濁度儀、pH計(jì)、溶氧儀和氨氮測定儀) 、配水井液位儀、氣囊內(nèi)液位開關(guān)、曝氣管壓力和氣體流量儀表等,配合設(shè)備的運(yùn)行控制,以實(shí)現(xiàn)生物濾池的有效監(jiān)測和高效運(yùn)行。同時在臭氧發(fā)生器間安裝漏臭氧報警儀,砂濾罐出水設(shè)置出水流量儀和余氯測定儀。

6　結(jié)語

針對太湖源水的水質(zhì)特征,在前期試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,充山水廠采用了生物預(yù)處理+氣浮+臭氧—生物活性炭+砂濾+消毒的深度處理工藝。目前,充
山水廠的深度處理改造工程已完成施工,正處于調(diào)試階段,將在日后的生產(chǎn)運(yùn)行中積累經(jīng)驗(yàn),并繼續(xù)優(yōu)化高藻微污染湖泊水的凈水流程,為類似水廠的深度處理改造提供經(jīng)驗(yàn)和示范。

參考文獻(xiàn):

[ 1 ] 　王占生,劉文君. 微污染水源飲用水處理[M ]. 北京:中國建筑工業(yè)出版社, 1999.

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