專欄分享 | 珠海市G水廠深度處理工藝的比選探討

2021-02-05 17:16作者：清時捷科技

導(dǎo)讀

2019年7月，清時捷和《凈水技術(shù)》雜志聯(lián)合設(shè)立了“供排水企業(yè)運行及管理成果專欄”。眾多行業(yè)專家依據(jù)多年的從業(yè)經(jīng)驗，結(jié)合水廠的實際情況，分享了他們所在單位在日常運行管理中實際生產(chǎn)運行遇到的問題以及所采用的應(yīng)對策略。

本次帶來了珠海水務(wù)環(huán)境控股集團有限公司分享的——珠海市G水廠深度處理工藝的比選探討，看看他們在水廠改造深度處理的工藝上給我們帶來哪些實踐經(jīng)驗。

珠海市G水廠深度處理工藝的比選探討

黃鶴俊

（珠海水務(wù)環(huán)境控股集團有限公司，廣東珠海 519000）

珠海市G水廠位于香洲區(qū)主城區(qū)內(nèi)，現(xiàn)狀總設(shè)計供水規(guī)模為20萬m³/d，分3套水處理工藝流程，分別建成于1982年（2萬m³/d）、1987年（6萬m³/d）和1993年（12萬m³/d）。其中，2萬m³/d和6萬m³/d流程采用“機械攪拌澄清池+普通快濾池+液氯消毒”工藝，12萬m³/d流程采用“折板反應(yīng)池+斜管沉淀池+普通快濾池+液氯消毒”工藝（廠區(qū)現(xiàn)狀如圖1所示）。隨著粵港澳大灣區(qū)建設(shè)和珠海優(yōu)質(zhì)供水計劃的逐步推進，對標高品質(zhì)飲用水準標，適時上馬G水廠提標改造，進一步提升珠海市民飲用水品質(zhì)已提上日程。

本文通過對珠海市G水廠歷年進出廠水質(zhì)、運行狀況、深度處理工藝特點及其適用性等情況的分析，提出適合現(xiàn)階段珠海市G水廠提標改造的深度處理工藝路線選擇。

圖1 G水廠現(xiàn)狀圖

Fig.1 Current Status of G Waterworks

1.原水水質(zhì)分析

G水廠現(xiàn)有2個主要的取水水源，每年2月-11月是西江豐水期，C泵站從西江磨刀門取水加壓送至G水廠。每年12月-1月，咸潮上溯，C泵站不具備取水條件，西江上游的P泵站取水加壓送至C泵站前池，再由C泵站中轉(zhuǎn)加壓至G水廠；或由P泵站旁Z水庫出水自流至C泵站前池，再由C泵站中轉(zhuǎn)加壓至G水廠。

根據(jù)G水廠的原水水質(zhì)監(jiān)測記錄，原水各項指標總體上穩(wěn)定達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3838-2002）Ⅱ類水標準。根據(jù)國家城市供水水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)珠海監(jiān)測站資料，G水廠原水毒理學指標和放射性指標全部達到《飲用凈水水質(zhì)標準》和《生活飲用水水質(zhì)衛(wèi)生規(guī)范》的要求，無一超標。表1是G水廠2012年-2019年原水水質(zhì)的相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)。

表1 G水廠原水水質(zhì)

Tab.1 Raw Water Quality of G Waterworks

2.現(xiàn)有工藝出廠水質(zhì)分析

2.1渾濁度

2012年-2017年，G水廠出廠水渾濁度全年基本穩(wěn)定在0.3 NTU以下，滿足集團內(nèi)控指標，但2018年和2019年無法全年穩(wěn)定在0.3 NTU以下，且呈逐年上升趨勢。分析認為，與近2年G水廠超負荷生產(chǎn)情況日益嚴峻的背景有關(guān)。

圖2 G水廠2012年-2019年出廠水渾濁度

Fig.2 Turbidity of Effluent Water from G Wateworks in 2012-2019

2.2 COD_Mn

近8年，G水廠出廠水COD_Mn濃度均滿足穩(wěn)定低于3mg/L的國標要求，平均值為1.02mg/L，如圖3和圖4所示。其中，20%出水COD_Mn＜1.0mg/L，92%出水COD_Mn＜1.5mg/L。

圖3 G水廠2012年-2019年出廠水COD_Mn濃度

Fig.3 COD_Mn of Effluent Water from G Wateworks in 2012-2019 COD_Mn濃度占比

圖4 G水廠2012年-2019年出廠水COD_Mn濃度占比

Fig.4 COD_Mn Ratio of EffluentWater from G Wateworks in 2012-2019

2.3 氨氮

近8年，G水廠出廠水氨氮均穩(wěn)定低于0.12mg/L，平均氨氮穩(wěn)定在0.02mg/L以下，遠低于國標限值，如圖5所示。

圖5 G水廠2012年-2019年出廠水氨氮濃度

Fig.5 Ammonia Nitrogen of Effluent Water from G Wateworks in 2012-2019

2.4 嗅味物質(zhì)

土臭素（GSM）和2-甲基異莰醇（2-MIB）是高藻水中引發(fā)嗅味問題的主要物質(zhì)，由水中藻類及其分泌物造成的飲用水嗅味問題受到用戶和業(yè)內(nèi)人士的普遍關(guān)注^[1]。

表2 土臭素和2-甲基異莰醇的性質(zhì)

Tab.2 Characteristics of GSM and 2-MIB

自2018年1月起，市水質(zhì)中心每月對G水廠出廠水GSM和2-MIB進行取樣檢測，結(jié)果如圖6~圖9所示。

GSM指標表現(xiàn)良好，64%低于2ng/L以下，77%低于5ng/L以下，100%滿足國標附錄限值10ng/L以下。

2-MIB指標表現(xiàn)稍遜，58%低于2ng/L以下，79%低于5ng/L以下，87%滿足國標附錄限值10ng/L以下。其中，2018年6月、7月和2019年4月出現(xiàn)超標值，分別為24.06、15.32、26.29ng/L。

圖6 G水廠2018年-2019年出廠水GSM濃度占比

Fig.6 GSM Ratio of Effluent Wate from G Wateworks in 2012-2019

圖7 G水廠2018年-2019年出廠水2-MIB濃度占比

Fig.7 2-MIB Ratio of Effluent Water from G Wateworks in 2012-2019

圖8 G水廠2018年-2019年出廠水GSM濃度

Fig.8 GSM of Effluent Water from G Wateworks in 2018-2019

圖9 G水廠2018年-2019年出廠水2-MIB濃度

Fig.9 2-MIB of Effluent Water from G Wateworks in 2018-2019

2.5 消毒副產(chǎn)物

根據(jù)市水質(zhì)中心對過去10年（2007年-2017年）珠海市4座水廠出廠水中13種消毒副產(chǎn)物（2,4,6-三氯酚、二氯甲烷、二氯乙酸、二溴一氯甲烷、一溴二氯甲烷、氯化氰、三鹵甲烷（總量）、三氯甲烷、三氯乙醛、三氯乙酸、三溴甲烷）的檢測數(shù)據(jù)，對于珠海原水水質(zhì)情況，除三氯乙醛極個別時間里出現(xiàn)超標情況外（液氯消毒時），液氯和次氯酸鈉消毒均能在保證有效消毒的基礎(chǔ)上，滿足《生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB 5749-2006）。

3.深度處理工藝介紹

深度處理是通過物理、化學、生物等作用去除常規(guī)處理工藝不能有效去除的污染物（包括消毒副產(chǎn)物前體物、內(nèi)分泌干擾物、農(nóng)藥及殺蟲劑等有毒有害物質(zhì)和氨氮等無機物），保障飲用水水質(zhì)，提高管網(wǎng)水的生物穩(wěn)定性。經(jīng)過多年的發(fā)展，我國應(yīng)對常規(guī)工藝無法滿足水質(zhì)標準的情況，通常會采用生物預(yù)處理、臭氧生物活性炭或膜技術(shù)進行深度處理^[2]。

3.1 生物預(yù)處理技術(shù)

生物預(yù)處理工藝一般設(shè)置在常規(guī)凈化水工藝流程之前，主要利用微生物的氧化分解及轉(zhuǎn)化功能，以水中有機物（少數(shù)無機物）作為微生物的營養(yǎng)，通過微生物的新陳代謝，對水中的有機污染物、氨氮、亞硝酸鹽及鐵、錳等無機污染物進行初步去除降解。給水行業(yè)的生物預(yù)處理技術(shù)一般采用生物膜法，主要工藝有彈性填料生物接觸池、生物濾池、懸浮填料生物接觸氧化池和輕質(zhì)濾料生物濾池。

研究表明，生物預(yù)處理技術(shù)是去除微污染水源水中氨氮和有機污染物的一種行之有效的方法。在環(huán)境溫度適宜的條件下，氨氮去除率可達80%。以上，對耗氧量、鐵、錳和酚等污染指標均有較好的去除效果^[3]。

3.2 臭氧-生物活性炭技術(shù)

臭氧-生物活性炭技術(shù)是集合臭氧氧化、活性炭吸附、生物處理效果于一體的飲用水深度處理技術(shù)。1961年，德國Dusseldorf的Amstaad水廠的使用，開啟了該技術(shù)在飲用水領(lǐng)域大規(guī)模的研究和應(yīng)用推廣。

我國在該領(lǐng)域的研究和應(yīng)用較晚，1985年建成了我國第一座采用該技術(shù)的城市自來水廠——北京田村水廠。2000年后，由于國內(nèi)大部分水源水污染加劇及衛(wèi)生部《生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范》（GB 5749-2006）的實施，該技術(shù)在國內(nèi)的研究得到廣泛開展，在試驗基礎(chǔ)上相繼新建或改建了上海周家渡水廠、常州第二水廠、桐鄉(xiāng)果園橋水廠、廣州南州水廠、嘉興石臼漾水廠等，均采用了臭氧-生物活性炭工藝。

3.3 膜技術(shù)

膜分離被稱為“21世紀的水處理技術(shù)”，在飲用水處理領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。作為一種新興的高效分離、濃縮、提純、凈化技術(shù)，膜過濾技術(shù)原理是采用高分子膜作為介質(zhì)，以附加能量作為推動力，對雙組分或多組分溶液進行表面過濾分離，具有物質(zhì)不發(fā)生相變、分離系數(shù)大、在常溫下運行、適用范圍廣、裝置簡單、操作方便等特點，能夠提供穩(wěn)定可靠的出水水質(zhì)。

其中，微濾和超濾膜分離技術(shù)在市政給水領(lǐng)域的應(yīng)用已有30余年。自2009年東營南郊水廠10萬m³/d規(guī)模浸沒式超濾膜車間投運以來^[4]，以超濾為深度處理工藝的膜法水處理技術(shù)在我國市政給水領(lǐng)域陸續(xù)得到推廣和應(yīng)用。

4.深度處理工藝比選

4.1 中試試驗

4.1.1 試驗工藝流程

流程1：絮凝斜管沉淀；

流程2：絮凝斜管沉淀→砂濾池→活性炭濾池；

流程3：絮凝斜管沉淀→活性炭濾池→砂濾池；

流程4：絮凝斜管沉淀→砂濾池→超濾膜。

4.1.2 試驗裝置運行參數(shù)

預(yù)臭氧接觸池：設(shè)計流量為5m³/h，Φ×H為 0.6m×2m，接觸時間為5min，臭氧投加量為1~2mg/L。絮凝-斜管沉淀池：設(shè)計流量為5m³/h，L×W×H為2.55m×2.4 m×4.42m，斜管尺寸Φ×H為0.025 m×1.0m。采用管道混合器混合，絮凝時間為25min，沉淀區(qū)負荷為5.8 m³/(m²·h)。

砂濾池：石英砂濾料高度為1m，濾速為8.0m/h。大砂濾池：設(shè)計流量為5m³/h，L×W×H為1.0m×0.8m×3.6m，過濾區(qū)為0.79m×0.79m；小砂濾池：設(shè)計流量為0.25m³/h，Φ×H為0.2m×3.6m。

后臭氧接觸池：設(shè)計流量為2.5m³/h，Φ×H為 0.6m×2m，接觸時間為10min，臭氧投加量為1~3mg/L。

活性炭濾池：活性炭濾料高度為2m，濾速為10.0m/h；規(guī)格為8×30目柱狀破碎炭，吸附碘值為900mg/g。大活性炭濾池：設(shè)計流量為2.5m³/h，L×W×H為0.6m×0.5m×4.6m，過濾區(qū)為0.5m×0.5m；小活性炭濾池：設(shè)計流量為0.30m³/h，Φ×H為0.2m×3.6m。

超濾膜系統(tǒng)：設(shè)計產(chǎn)水規(guī)模為1m³/h，浸沒式超濾，使用1支中空纖維超濾膜，最大跨膜壓差為65kPa，膜面積為35m²。每1h氣水反洗1次，每24h次氯酸鈉溶液藥反洗1次。平均膜孔徑為0.04~0.06μm，平均運行通量為25~30L/(m²·h)。

各流程水質(zhì)如圖10~圖13所示。

圖10 各流程出水渾濁度

Fig.10 Turbidity of the Effluent in Each Process

圖11 各流程進出水渾濁度平均值對比

Fig.11 Comparison of Average Turbidity of Influent and Effluent in Each Process

圖12 各流程出水COD_Mn

Fig.12 COD_Mn of the Effluent in Each Process

圖13 各流程進出水COD_Mn平均值對比

Fig.13 Comparison of Average COD_Mn of Influent and Effluent in Each Process

4.1.3 中試結(jié)果的分析

由中試結(jié)果可知：在原水COD_Mn濃度為1.69mg/L時，臭氧-生物活性炭工藝能使砂濾出水后的COD_Mn濃度由1.03mg/L進一步降至0.5mg/L左右，去除率為52%。后置臭氧-生物活性炭工藝渾濁度無法保證小于0.3NTU，前置臭氧-生物活性炭工藝可使渾濁度降低至0.16NTU左右。在原水COD_Mn濃度為1.69mg/L時，超濾僅能使砂濾出水后的COD_Mn濃度由1.03mg/L降至0.96mg/L左右，去除率僅為6.8%；超濾出水渾濁度能保證在0.1NTU以下，除濁效果優(yōu)異。

4.2 深度處理工藝特點對比

就臭氧-生物活性炭和超濾2種深度處理工藝進行比選，業(yè)內(nèi)普遍認為，2種工藝的特點如表3所示。

表3 臭氧-生物活性炭與超濾工藝優(yōu)缺點對比

Tab.3 Comparison with O3-BAC and UF Proces

4.3 深度處理工藝的選擇

在G水廠用地條件有限和投資合理性考慮的情況下，深度處理工藝只能從臭氧-生物活性炭工藝和超濾工藝之間二選一。通過上述分析可知，G水廠現(xiàn)有工藝歷年出水有機物、氨氮等指標均表現(xiàn)良好，原水季節(jié)性嗅味物質(zhì)超標可采用已建成的應(yīng)急預(yù)氧化和粉末活性炭投加系統(tǒng)處理，故選用臭氧-生物活性炭工藝必要性不大，且引入臭氧和生物活性炭在沿海地區(qū)和南方濕熱地區(qū)將增加出水溴酸鹽濃度超標^[5-6]和微生物泄露^[7-8]的風險，需高度慎重。

出水渾濁度低不但說明感官好，也說明非溶解性物質(zhì)和微生物等去除的程度好，是最為重要的水質(zhì)綜合性指標之一。上馬超濾工藝可使出水渾濁度100%低于0.1NTU，甚至可穩(wěn)定低于0.05NTU。國內(nèi)外研究表明，當渾濁度為1.5NTU時，水中有機物、各種細菌的去除率可達到60%；當渾濁度為0.5NTU時，去除率達到99%；當渾濁度＜0.3NTU時，去除率達到99.9%；當渾濁度＜0.1NTU時，去除率可達到99.99%，且粒徑＞2μm的顆粒數(shù)在20以下，即可認為水中有機物和各種細菌絕大多數(shù)已被去除^[9]。

基于對G水廠進出廠水質(zhì)和中試結(jié)果的分析，為進一步降低出廠水渾濁度、提高出廠水生物穩(wěn)定性、降低消毒副產(chǎn)物生成量，認為采用超濾技術(shù)進行深度處理更加符合現(xiàn)階段G水廠出廠水質(zhì)提升之需。

5.結(jié)論和建議

（1）原水受到的有機微污染、氨氮污染不明顯，在現(xiàn)狀進水水質(zhì)條件下，常規(guī)的混凝沉淀過濾工藝出水的有機物、氨氮等指標即能遠低于標準限值。間歇性產(chǎn)生藻類暴發(fā)（主要為每年夏季）帶來臭和味的問題（主要為2-MIB濃度超標），可采用已上線運行的應(yīng)急預(yù)氧化和粉末活性炭投加系統(tǒng)進行處理^[10-11]。

（2）為進一步降低出廠水渾濁度、提高出廠水生物穩(wěn)定性、降低消毒副產(chǎn)物生成量，推薦采用超濾作為G水廠深度處理工藝。

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參考文獻

參考文獻

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