嘉兴市微污染原水饮用水安全保障技术.doc

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 O3BAC 强化常规 Ensuring Technology of Safe Drinking Water for Micro-pollution Raw in Jiaxing Zha Ren_guang，XU Bing，Shen Li_ping，Chen Qun，Zhu Hai_tao（Jiayuan Water Supply and Sewerage Co.，Jiaxing 314000，China）Abstract: According to the characteristics of raw water polluted by NH3N and CODMn , the engineering practical operation shows that the drinking water quality is raised very much， with treating by biological contact for pretreatment / enhanced conventional/ ozoneBAC process for advanced treatment in water treament plants in JiaXing，which is used for reference for treatment of micro-pollution raw.Key words: Micropolluted；biological pretreatment； O3BAC；enhanced conventional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，总体水质在类，枯水期甚至劣于类，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2001161号）和建设部城市供水水质标准（CJ/T2062005）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.1 Raw water quality in 2005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：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.2 Distribution of DOC in raw water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%。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。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、O3BAC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10104m3/d，平面尺寸96m16m，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：0.61，有效水深：3m，填料高度：2.5m。表1：填料和曝气头构造参数Tab.1 Structure parameters of biofilm carrier and aerator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：05m3/d只服务面积：0.5m2/只排列形式400mm400mm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：0.8m0.8m。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6580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O3BAC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：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0.5NTU1.0NTU，砂滤后出水浊度也可进一步降至0.20NTU以下。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/L0.60mg/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。预留了PAC投加装置，以应对突发性水质污染。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0.51.5mg/L左右的预O3，可以提高和保证强化常规工艺的去除效能。4 O3BAC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O3BAC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17104m3/d，扩容应用规模为8104m3/d，共25104m3/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27.95m13.8m，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。4.2 BAC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.2 Design parameters of BAC filter设计参数数值滤池面积S=2（3.41m14.20m）96.84m2活性炭滤料H=2.20m砾石承托层D=48mm，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。反冲洗强度及时间气冲10min，气洗强度为15L/（m2s）气水同时反冲3min，水洗强度为4L/（m2s），气洗强度为15L/（m2s）水冲6min，水洗强度为4L/（m2s）整个反冲洗过程伴随有表面扫洗，表洗强度2.2L/（m2s）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830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.3 Characteristics of activated carbon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/g170灰分/%12孔容积/cm3/g0.60水分/%3水溶性灰分/%0.4比表面积/m2/g1000强度/%95装填密度/g/L450550漂浮率/%2.0碘吸附值/mg/g1000粒度（目）83095%pH值8.00亚甲蓝吸附值/mg/g1854.3运行效果二年多的运行表明，在稳定运行期，O3BAC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，O3BAC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0.030.43mg/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0.0190.08mg/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.4 Comparison of BrO3 of ozonation/catalytic ozonationBAC processes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/g/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.5 Water quality of ozonation/catalytic ozonation processes单纯臭氧化臭氧催化氧化有机物种类种类数含量（mgL-1）种类数含量（mgL-1）烷烃90.32580.286烯烃10.01130.042羧酸10.0100醛酮醇80.16170.178酯50.28810.036芳香化合物50.10430.08含氮及杂环化合物420.967360.838总计711.865581.459表6：臭氧（催化）氧化生物活性炭工艺出水水质Tab.6 Water quality of ozonation/catalytic ozonationBAC processes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（mgL-1）种类数含量（mgL-1）烷烃80.31230.086烯烃20.05520.017羧酸0000醛酮醇80.16160.15酯20.072