某水廠微污染原水處理工程設(shè)計(jì)及運(yùn)行分析

羅宏偉,熊順華,汪 勇,黃 皓,謝兆軍,陳 偉

(1.中國市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司,江蘇南京 210000;2.海安市城建開發(fā)投資集團(tuán)有限公司,江蘇海安 226600;3.海安市水務(wù)集團(tuán)有限公司,江蘇海安 226600)

微污染原水是指受到有機(jī)物污染、部分水質(zhì)指標(biāo)不滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)中Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)的水體。近年來,我國飲用水水源的水質(zhì)面臨的形勢非常嚴(yán)峻,主要是有機(jī)污染,并由此引發(fā)水源藻類污染和飲用水消毒副產(chǎn)物的風(fēng)險(xiǎn)。微污染原水無法通過常規(guī)處理工藝達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)。目前,微污染原水處理技術(shù)主要分為物理技術(shù)、化學(xué)技術(shù)和生物技術(shù)三大類。物理技術(shù)主要以吸附和膜過濾為主,吸附技術(shù)存在吸附劑價(jià)格昂貴、再生困難等問題,膜過濾技術(shù)存在基建投資和運(yùn)行費(fèi)用高、易發(fā)生堵塞及濃水處理難度大等問題;化學(xué)氧化技術(shù)存在氧化過程中可能產(chǎn)生致突變物前驅(qū)物、氧化不徹底等問題;生物處理技術(shù)存在低溫時(shí)處理效率低、難生物降解有機(jī)污染物去除率低等局限性。

從微污染原水的研究方向和大量的研究結(jié)果來看,通過多種技術(shù)聯(lián)用,在水廠常規(guī)處理的基礎(chǔ)上增加生物預(yù)處理和加強(qiáng)出水的深度處理是改善飲用水水質(zhì)的有效途徑。本項(xiàng)目采用“生物預(yù)處理+混凝沉淀過濾常規(guī)處理+臭氧-生物活性炭深度處理”工藝,將生物技術(shù)、物理技術(shù)和化學(xué)技術(shù)有效結(jié)合,相互補(bǔ)充,并通過長達(dá)4年的運(yùn)行數(shù)據(jù)分析,為廣大設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理人員等提供借鑒和參考。

1 項(xiàng)目概況

該水廠位于江蘇省海安市,最初分兩期建成,其中一期工程建于1987年,工程規(guī)模為2.5×104m3/d,水源為新通揚(yáng)運(yùn)河,工藝流程為混凝→斜管沉淀池→虹吸濾池→清水池→送水泵房→城市供水管網(wǎng);二期工程建于2001年,工程規(guī)模為5.0×104m3/d,水源為新通揚(yáng)運(yùn)河,工藝流程為預(yù)處理池→網(wǎng)格絮凝池→平流沉淀池→虹吸濾池→清水池→送水泵房→城市供水管網(wǎng)。2009年—2013年,引江區(qū)域供水一期、二期工程建成投產(chǎn),可向海安輸送清水18.0×104m3/d,而該水廠由于原水水質(zhì)差、處理工藝落后等原因,停止制水,僅利用其現(xiàn)狀清水池和送水泵房作為區(qū)域供水的增壓站使用。但是,該區(qū)域供水為長距離(管道長度約為80 km)輸水,成本較高、水源單一,一旦輸水管道發(fā)生事故,將對(duì)縣城用水安全產(chǎn)生較大影響,同時(shí),近年來縣城用水量增長較快,引江區(qū)域供水規(guī)模無法滿足縣城用水量日益增長的需求。因此,政府決定重新啟用該水廠,對(duì)現(xiàn)狀水廠進(jìn)行改造,完成后該水廠的產(chǎn)水作為引江區(qū)域供水的應(yīng)急補(bǔ)充。

該水廠改造工程規(guī)模為5.0×104m3/d,主要建設(shè)內(nèi)容為廠區(qū)改造,水源仍為新通揚(yáng)運(yùn)河。該項(xiàng)目于2015年9月開工建設(shè),2017年8月建成投產(chǎn),項(xiàng)目總投資約為5 972萬元,其中工程直接費(fèi)用約為5 167萬元。

2 工程設(shè)計(jì)

2.1 原水水質(zhì)

新通揚(yáng)運(yùn)河原為縣城集中式飲用水源,同時(shí)也是國家南水北調(diào)清水通道的支流之一,但是該河流量小、稀釋能力弱、水體自凈能力差,導(dǎo)致整體水質(zhì)較差。該水廠的原水水質(zhì)達(dá)不到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn),原水中的氨氮、總氮、化學(xué)需氧量(CODCr)、五日生化需氧量(BOD5)、總磷、鐵、高錳酸鹽指數(shù)長期超標(biāo),錳也偶有超標(biāo)現(xiàn)象,具體如表1所示。

表1 原水主要超標(biāo)污染物

2.2 工程目標(biāo)

水廠改造工程規(guī)模為5.0×104m3/d,改造后出廠水水質(zhì)達(dá)到《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006),同時(shí)具備排泥水處理能力。

2.3 凈水工藝選擇

根據(jù)表1中相關(guān)數(shù)據(jù),《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)中對(duì)CODCr、BOD5、總氮、總磷指標(biāo)未做限值要求,故凈水工藝中需要去除的主要是氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、鐵、錳、色度、渾濁度等。

原水中渾濁度和色度均不高,通過“混凝沉淀+過濾”常規(guī)處理工藝可有效去除。地表水除鐵、錳一般采用氧化方法,即先將溶解態(tài)的二價(jià)鐵和二價(jià)錳氧化成非溶解態(tài)的高價(jià)鐵錳化合物,再通過混凝沉淀等固液分離方法將其去除,故“預(yù)氧化+常規(guī)混凝沉淀處理”工藝能夠達(dá)到去除鐵、錳的目的。

原水中氨氮、高錳酸鹽指數(shù)較高,說明原水受到一定程度的有機(jī)污染。生物預(yù)處理能經(jīng)濟(jì)有效、無副作用地去除生物可降解有機(jī)碳,對(duì)水中的氨氮、色度、臭味、渾濁度、藻類、鐵、錳等污染物能較好地去除,故宜采用生物預(yù)處理工藝[1]。但當(dāng)原水水溫低于10 ℃時(shí),微生物代謝作用較弱,氨氮、高錳酸鹽指數(shù)的去除效率降低,尤其是氨氮指標(biāo)。同時(shí),由于常規(guī)處理單元對(duì)有機(jī)污染物的去除(尤其是小分子有機(jī)物)存在一定的局限性,為保證出水氨氮和高錳酸鹽指數(shù)質(zhì)量濃度分別穩(wěn)定在0.5mg/L和3.0mg/L以下,須考慮在深度處理單元進(jìn)一步去除。

綜上,針對(duì)原水的微污染特征,水廠現(xiàn)有處理工藝及處理設(shè)施無法使出廠水達(dá)到《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006),應(yīng)對(duì)現(xiàn)有常規(guī)處理單元進(jìn)行改造的同時(shí),須采用合適的預(yù)處理和深度處理措施,方能使出廠水達(dá)標(biāo)[2]。

2.3.1 預(yù)處理工藝選擇

根據(jù)上述分析,該水廠適合采用生物預(yù)處理工藝,而生物預(yù)處理的工藝形式以生物接觸氧化池和顆粒填料生物濾池應(yīng)用較多,兩種工藝形式工藝特點(diǎn)對(duì)照如表2所示。

表2 生物接觸氧化池和顆粒填料生物濾池主要特點(diǎn)對(duì)照

綜上,雖然顆粒填料生物濾池土建施工和運(yùn)行管理復(fù)雜、水頭損失大,工程造價(jià)高于生物接觸氧化濾池,但其占地省、填料比表面積大,故掛膜后生物量大、曝氣量低,處理效果優(yōu)于生物接觸氧化池,且對(duì)渾濁度有一定的去除作用,可降低后續(xù)混凝沉淀處理單元的加藥量,故該水廠生物預(yù)處理的工藝形式采用顆粒填料生物濾池。

2.3.2 常規(guī)處理工藝選擇

城市水廠的常規(guī)處理工藝有混凝沉淀、澄清、氣浮、過濾等。目前,多數(shù)地表水廠采用常規(guī)處理工藝基本為“混凝沉淀+過濾”工藝,不同之處在于混凝、沉淀、過濾處理工藝流程中各處理單元處理構(gòu)筑物的形式。根據(jù)該水廠現(xiàn)狀,網(wǎng)格絮凝池和平流沉淀池尚可利用,故該水廠常規(guī)處理工藝仍采用“混凝沉淀+過濾”工藝,但由于現(xiàn)狀濾池為虹吸濾池,截留能力差、單水沖效果不佳,須改造為氣水反沖洗濾池。

2.3.3 深度處理工藝選擇

給水深度處理工藝主要有活性炭吸附、生物活性炭、臭氧-生物活性炭、膜處理等工藝。各種深度處理工藝主要特點(diǎn)對(duì)照如表3所示。

表3 各種深度處理工藝主要特點(diǎn)對(duì)照

綜上,活性炭吸附一般作為原水的預(yù)處理或應(yīng)急處理使用,生物活性炭對(duì)有機(jī)物去除有限,膜處理工藝運(yùn)行能耗高,膜更換成本大,在國內(nèi)工程應(yīng)用中受到一定程度的限制。臭氧-生物活性炭工藝作為水廠的深度處理工藝,是改善水質(zhì)的有效手段。該水廠原水存在一定程度的有機(jī)污染,原水中的氨氮、高錳酸鹽指數(shù)長期超標(biāo)。臭氧活性炭工藝能通過臭氧氧化進(jìn)一步去除氨氮,有效降解有機(jī)物,將大分子有機(jī)物降解為小分子有機(jī)物,也可為活性炭池的微生物供氧,有效延長活性炭壽命,并通過生物活性炭的吸附和微生物作用,在預(yù)處理和常規(guī)處理的基礎(chǔ)上進(jìn)一步去除有機(jī)物,故該水廠深度處理工藝采用臭氧-生物活性炭工藝[3]。

2.4 改造后的工藝流程

該水廠改造后的水處理工藝采用“預(yù)處理+常規(guī)處理+深度處理”工藝,其中預(yù)處理工藝采用生物預(yù)處理工藝,常規(guī)處理工藝采用“混凝沉淀+過濾”工藝,深度處理工藝采用臭氧-生物活性炭工藝,消毒工藝維持現(xiàn)狀的加氯消毒工藝。排泥水處理工藝采用“重力濃縮+離心脫水”工藝。改造后的工藝流程如圖1所示。

注:流程圖中實(shí)線單體為現(xiàn)狀保留的建(構(gòu))筑物,虛線單體為新建的建(構(gòu))筑物。

2.5 主要改造內(nèi)容

該水廠主要改造內(nèi)容:拆除現(xiàn)狀的活性炭吸附池、一期斜管沉淀池、虹吸濾池、二期虹吸濾池,保留現(xiàn)狀二期的柵條絮凝平流沉淀池、清水池、送水泵房、加礬加氯間等。在常規(guī)處理單元前增加生物預(yù)處理單元,常規(guī)處理單元淘汰工藝落后的虹吸濾池,改為氣水反沖洗濾池(形式采用V型濾池),同時(shí)建設(shè)臭氧-生物活性炭深度處理單元,同步建設(shè)反沖洗廢水回用設(shè)施和污泥處理設(shè)施。預(yù)處理單元、常規(guī)處理單元和深度處理單元主要建設(shè)內(nèi)容如下。

(1)預(yù)處理單元,接現(xiàn)狀取水泵房原水,設(shè)置在現(xiàn)狀柵條絮凝平流沉淀池的上游,新建顆粒填料生物濾池及其配套的反沖洗泵房及鼓風(fēng)機(jī)房各1座,規(guī)模均為5.0×104m3/d。

(2)常規(guī)處理工程,保留現(xiàn)狀的柵條絮凝平流沉淀池,新建V型濾池及其配套的反沖洗泵房及鼓風(fēng)機(jī)房各1座,規(guī)模均為5.0×104m3/d。

(3)深度處理工程,新建提升泵房、臭氧接觸池、活性炭池、排水池各1座,規(guī)模均為5.0×104m3/d。

(4)污泥處理工程,新建排泥池、配泥井、平衡池、脫水機(jī)房各1座,規(guī)模均為5.0×104m3/d,濃縮池2座,單座規(guī)模為2.5×104m3/d。

改造后的總平面圖如圖2所示。

改造后的工藝高程圖如圖3所示。

注:圖中標(biāo)高單位為m。

2.6 主要建(構(gòu))筑物設(shè)計(jì)參數(shù)

該水廠改造工程主要建(構(gòu))筑物設(shè)計(jì)參數(shù)如下。

(1)顆粒填料生物濾池

新建,1座,規(guī)模為5.0×104m3/d,平面尺寸為60.81 m×21.25 m,共分為6格,單排布置,濾速為4.85 m/h,單格面積為78.8 m2。采用下向流普通快濾池池型,填料層表面以上水深為1.8 m,超高為1.0 m。填料采用球形多孔陶粒填料,厚度為2.0 m,粒徑為2～5 mm,空床接觸時(shí)間為24.7 min。陶粒填料層下部鋪設(shè)500 mm厚承托層,分為兩層,上層采用粒徑為8～16 mm的天然鵝卵石,厚度為200 mm,下層采用粒徑為16～32 mm的天然鵝卵石,厚度為300 mm。曝氣的氣水比為0.8∶1.0～1.3∶1.0,曝氣裝置采用單孔膜空氣擴(kuò)散器。每格濾池設(shè)10條集水槽,用于進(jìn)水配水和反沖洗排水,槽頂高出濾料層表面1.3 m,溢流率為115 m3/(m·d)。生物濾池反沖洗采用先氣沖后水沖的沖洗模式,具體沖洗程序如下:a)氣沖,氣沖強(qiáng)度為10～20 L/(m2·s),沖洗時(shí)間為3～5 min;b)水沖,水沖洗強(qiáng)度為10～15 L/(m2·s),沖洗時(shí)間為5 min。主要設(shè)備:曝氣鼓風(fēng)機(jī)7套,6用1備,一對(duì)一運(yùn)行,均設(shè)置變頻。單套鼓風(fēng)機(jī)性能參數(shù)為風(fēng)量Q=500 m3/h,揚(yáng)程H=5.5 m,功率N=15 kW。

(2)1#反沖洗泵房及鼓風(fēng)機(jī)房

新建,1座,與顆粒填料生物濾池配套,規(guī)模為5.0×104m3/d,平面尺寸為30.0 m×8.0 m。反沖洗水源來自生物濾池出水。主要設(shè)備:反沖洗水泵共3套,2用1備,均設(shè)置變頻,單套水泵性能參數(shù)為流量Q=1 844 m3/h,H=10.0 m,N=90 kW;反沖洗鼓風(fēng)機(jī)共3套,2用1備,采用羅茨鼓風(fēng)機(jī),均設(shè)置變頻,單套風(fēng)機(jī)性能參數(shù)為Q=2 553 m3/h,H=6.0 m,N=75 kW。

(3)網(wǎng)格絮凝平流沉淀池

現(xiàn)狀保留,1座,規(guī)模為5.0×104m3/d,上層為網(wǎng)格絮凝反應(yīng)池和平流沉淀池,下層為清水池。網(wǎng)格絮凝反應(yīng)池平面尺寸為17.7 m×8.3 m,有效水深為5.3 m;平流沉淀池分為兩格,單格平面尺寸為73.85 m×8.70 m,有效水深為3.0 m,水力停留時(shí)間為1.85 h,采用“指型槽”出水,溢流率為217 m3/(m·d)。下層清水池有效池容約為4 000 m3。

(4)V型濾池

新建,1座,規(guī)模為5.0×104m3/d,平面尺寸為28.9 m×27.2 m,共分為6格,單格面積為42.7 m2,雙側(cè)布置,濾速為9 m/h。濾料采用單層粗砂均勻級(jí)配濾料,厚度為1.2 m,有效直徑d10=0.9～1.2 mm。濾料層下部鋪設(shè)50 mm厚承托層,采用粒徑為2～4 mm的粗砂。濾池反沖洗采用氣水聯(lián)合反沖洗,具體沖洗程序如下:a)氣沖,氣沖強(qiáng)度為15 L/(m2·s),時(shí)間為1～2 min;b)氣水共沖,氣沖強(qiáng)度為15 L/(m2·s),水沖洗強(qiáng)度為2.5～3 L/(m2·s),時(shí)間為4～5 min;c)水沖,水沖洗強(qiáng)度為4～6 L/(m2·s),沖洗時(shí)間為5～8 min;d)表面掃洗,水沖洗強(qiáng)度為2 L/(m2·s),全程掃洗。

(5)2#反沖洗泵房及鼓風(fēng)機(jī)房

新建,1座,與V型濾池和活性炭池配套,設(shè)計(jì)規(guī)模為5.0×104m3/d,平面尺寸為21.5 m×7.0 m。反沖洗水源來自V型濾池出水。主要設(shè)備:反沖洗水泵4套,3用1備,均設(shè)置變頻,單套水泵性能參數(shù)為Q=458 m3/h,H=10.0 m,N=30 kW;反沖洗鼓風(fēng)機(jī)共2套,1用1備,采用羅茨風(fēng)機(jī),均設(shè)置變頻,單套風(fēng)機(jī)性能參數(shù)為Q=38.5 m3/min,H=5.5 m,N=55 kW。

(6)提升泵房

新建,1座,設(shè)計(jì)規(guī)模為5.0×104m3/d,平面尺寸為11.0 m×9.6 m,土建和設(shè)備均一次性建成,鋼筋砼結(jié)構(gòu)。主要設(shè)備:中間提升泵4套,3用1備,采用潛水泵,均設(shè)置變頻,單套水泵性能參數(shù)為Q=764 m3/h,H=10.0 m,N=37 kW。

(7)臭氧接觸池

新建,1座,分兩格,設(shè)計(jì)規(guī)模為5.0×104m3/d,平面尺寸為15.6 m×6.9 m,有效水深為6.0 m。臭氧投加量為0.5～2.0mg/L,臭氧接觸時(shí)間為10 min,分為相串聯(lián)的三級(jí),臭氧投加量依次為50%、30%、20%。

(8)活性炭池

新建,1座,設(shè)計(jì)規(guī)模為5.0×104m3/d,平面尺寸為54.36 m×16.175 m,單排布置。設(shè)計(jì)濾速為9 m/h,共6格,單格面積為42.7 m2?；钚蕴坎捎?×30目煤質(zhì)壓塊破碎炭,厚度為2.0 m,空床接觸時(shí)間為13.3 min,濾料層以上水深為1.8 m。為防止微生物穿透,在活性炭濾料下設(shè)置0.50 m厚的石英砂,采用單層粗砂均勻級(jí)配濾料,d10=0.9～1.2 mm;石英砂下設(shè)承托層,厚度為0.25 m。濾池過濾周期為3～6 d,反沖洗采用氣水反沖洗,先氣沖3～5 min,氣沖強(qiáng)度為15 L/(m2·s),再水沖6～8 min,水沖洗強(qiáng)度為6～9 L/(m2·s)。

(9)清水池

現(xiàn)狀保留,共3座,有效容積分別為3 000、3 000、4 000 m3,其中4 000 m3的清水池設(shè)在現(xiàn)狀平流沉淀池的下方。

(10)送水泵房

現(xiàn)狀,1座,僅進(jìn)行局部設(shè)備改造。

(11)加氯加礬間

現(xiàn)狀,1座,僅進(jìn)行局部設(shè)備改造。

(12)臭氧發(fā)生器間

新建,1座,設(shè)計(jì)規(guī)模為5.0×104m3/d,平面尺寸為15.0 m×12.0 m。主要設(shè)備:空氣源臭氧發(fā)生器3套,2用1備,單套發(fā)生器臭氧制備能力為2.5 kg/h,臭氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%。

(13)排水池

新建,1座,設(shè)計(jì)規(guī)模為5.0×104m3/d,平面尺寸為26.6 m×18.2 m,有效水深為4.0 m,有效池容約為1 700 m3,接納顆粒填料生物濾池、V型濾池和活性炭池的反沖洗廢水及初濾水。主要設(shè)備:每格內(nèi)設(shè)置潛污泵3套,2用1備,單套潛污泵性能參數(shù)為Q=50 m3/h,H=12 m,N=4.0 kW;每格內(nèi)設(shè)置攪拌器1套,N=4.0 kW。

(14)排泥池

新建,1座,設(shè)計(jì)規(guī)模為5.0×104m3/d,平面尺寸為18.4 m×11.0 m,有效水深為4.0 m,有效池容約為680 m3,用于接納現(xiàn)狀網(wǎng)格絮凝平流沉淀池的排泥水。主要設(shè)備:每格內(nèi)設(shè)置潛污泵2套,1用1備,單套水泵性能參數(shù)為Q=50 m3/h,H=12 m,N=4.0 kW;每格內(nèi)設(shè)置攪拌器1套,功率N=1.5 kW。

(15)配泥井

新建,1座,設(shè)計(jì)規(guī)模為5.0×104m3/d,圓形,直徑為5.0 m,有效水深為5.6 m,超高為0.6 m。主要設(shè)備:攪拌器1套,N=2.2 kW。

(16)濃縮池

新建,共2座,單座規(guī)模為2.5×104m3/d,圓形,直徑為12.0 m,固體通量為0.75 kg/(m2·h)。主要設(shè)備:每座濃縮池設(shè)置濃縮機(jī)1套,N=1.5 kW。

(17)平衡池

新建,1座,設(shè)計(jì)規(guī)模為5.0×104m3/d,平面尺寸為9.6 m×5.6 m,有效水深為4.0 m,超高為0.5 m,有效池容約為180 m3。主要設(shè)備:攪拌器2套,單套N=2.2 kW。

(18)脫水機(jī)房

新建,1座,設(shè)計(jì)規(guī)模為5.0×104m3/d,平面尺寸為30.0 m×12.0 m。當(dāng)原水渾濁度和色度保證率為80%時(shí),每天絕干污泥量約為4.04 t。主要設(shè)備:離心脫水機(jī)2套,1用1備,單套處理能力為Q=25 m3/h,N=37 kW。滿負(fù)荷時(shí),每天工作6～8 h,進(jìn)泥含水率為97.5%～97%,出泥含水率為70%～80%。

3 工程運(yùn)行效果分析

該水廠改造完成后,作為區(qū)域供水的應(yīng)急補(bǔ)充,2018年—2021年處理量為5×103～4.0×104m3/d,有逐年增長趨勢,每年中不同月份處理量有波動(dòng),其中10月—次年4月處理量小,5月—9月處理量大。隨著雨污分流的推進(jìn),該區(qū)域的水環(huán)境呈現(xiàn)逐漸向好的趨勢,根據(jù)2018年—2021年運(yùn)行數(shù)據(jù),原水中氨氮、高錳酸鹽指數(shù)等指標(biāo)總體低于前期設(shè)計(jì)階段時(shí)指標(biāo),并呈現(xiàn)逐步降低的趨勢。該水廠系統(tǒng)改造后,總體運(yùn)行情況良好,出廠水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)。水處理運(yùn)行成本約為0.33 元/m3(只含顆粒填料生物濾池到活性炭池工藝段的電耗和混凝劑藥耗),其中用電成本為0.18 元/m3,藥劑成本為0.15 元/m3,平均電耗為0.22 kW·h/m3。由于該水廠僅作為區(qū)域供水的應(yīng)急補(bǔ)充,保留了現(xiàn)狀的清水池和送水泵房等,本工程活性炭池出水與區(qū)域供水的清水一并進(jìn)入現(xiàn)狀清水池后經(jīng)現(xiàn)狀送水泵房加壓后輸送至城市供水管網(wǎng),故本文中系統(tǒng)去除率數(shù)據(jù)為原水到活性炭池工藝段的去除率數(shù)據(jù)。氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、鐵、錳、色度、渾濁度指標(biāo)去除效果分析如下。

(1)氨氮去除效果分析

根據(jù)2018年—2021年運(yùn)行數(shù)據(jù),原水氨氮指標(biāo)呈現(xiàn)逐步降低的趨勢,且存在明顯的季節(jié)性波動(dòng),其中夏季和冬季偏高,其余季節(jié)偏低,最高為2.01mg/L,最低為0.19mg/L,活性炭池出水氨氮質(zhì)量濃度穩(wěn)定在0.5mg/L以下,系統(tǒng)去除率為54.3%～96.6%,平均去除率為88.8%。除冬季原水水溫較低時(shí),生物預(yù)處理效果稍差,對(duì)系統(tǒng)總?cè)コ试斐梢欢ǔ潭鹊挠绊?其余絕大多數(shù)情況下,系統(tǒng)氨氮去除效果較好,且原水氨氮濃度高時(shí),總?cè)コ事愿摺?/p>

由于常規(guī)處理單元的混凝沉淀+過濾對(duì)氨氮基本沒有去除作用,故常規(guī)處理單元的V型濾池出水氨氮指標(biāo)可認(rèn)為同生物預(yù)處理出水的氨氮指標(biāo)。生物預(yù)處理單元對(duì)氨氮的去除效果較好,平均去除率為83.1%;但冬季原水水溫較低時(shí),微生物的代謝能力較弱,生物預(yù)處理效率有所下降:當(dāng)原水水溫為5 ℃時(shí),氨氮去除率多在40%～60%;當(dāng)原水水溫為6～9 ℃時(shí),氨氮的去除率多在60%～70%;當(dāng)原水水溫≥10 ℃時(shí),去除率提高至80%～90%。

深度處理單元受水溫影響較小,階段平均去除率約為47.1%,大多在30%～70%,深度處理單元進(jìn)水濃度高時(shí)的去除率略高。

原水、V型濾池出水、活性炭池出水的氨氮指標(biāo)變化如圖4所示。

圖4 各階段氨氮指標(biāo)

(2)高錳酸鹽指數(shù)去除效果分析

根據(jù)2018年—2021年運(yùn)行數(shù)據(jù),原水高錳酸鹽指數(shù)質(zhì)量濃度最高為12.7mg/L,最低為4.0mg/L,大多在5.0 ～8.0mg/L,2018年和2019年略高,2020年和2021年略低;每年的原水高錳酸鹽指數(shù)呈季節(jié)性波動(dòng),6月—8月偏高,其余月份偏低。系統(tǒng)出水高錳酸鹽指數(shù)質(zhì)量濃度穩(wěn)定在3.0mg/L以下,最高為2.9mg/L,最低為1.2mg/L,其中出水2.0mg/L以下的占比約為91.5%,系統(tǒng)去除率為60.5%～81.5%,平均去除率為73.3%。其中生物預(yù)處理單元+常規(guī)處理單元的去除率多在50%～70%,平均去除率為59.5%;深度處理單元的階段去除率多在25%～40%,平均階段去除率為33.7%。各階段高錳酸鹽指數(shù)指標(biāo)如圖5所示。

圖5 各階段高錳酸鹽指數(shù)指標(biāo)

(3)鐵去除效果分析

根據(jù)2018年—2021年運(yùn)行數(shù)據(jù),原水中的鐵指標(biāo)較高,最高為3.6mg/L,最低為0.7mg/L;改造后系統(tǒng)對(duì)鐵有比較高的去除率,活性炭池出水中的鐵質(zhì)量濃度均在0.05mg/L以下,去除率為92.9%～98.6%,平均去除率為96.9%。

(4)錳去除效果分析

根據(jù)2018年—2021年運(yùn)行數(shù)據(jù),原水中的錳也偶有超標(biāo)現(xiàn)象,但超標(biāo)不多,質(zhì)量濃度大多在0.2mg/L以下,最低未檢出,最高為0.59mg/L;改造后系統(tǒng)對(duì)錳有比較高的去除率,活性炭池出水的錳質(zhì)量濃度均在0.05mg/L以下。

(5)色度去除效果分析

根據(jù)2018年—2021年運(yùn)行數(shù)據(jù),原水中的色度普遍較高,最高為60度,最低為20度;改造后系統(tǒng)對(duì)色度有比較高的去除率,活性炭池出水中色度均在5度以下,去除率為75.0%～91.7%,平均去除率為82.9%。

(6)渾濁度去除效果分析

根據(jù)2018年—2021年運(yùn)行數(shù)據(jù),原水中的渾濁度最高為94.6 NTU,最低為21.7 NTU,平均為51.1 NTU;改造后系統(tǒng)對(duì)渾濁度有比較高的去除率,活性炭池出水渾濁度穩(wěn)定在0.5 NTU以下,最高為0.48 NTU,最低為0.07 NTU,平均為0.19 NTU,去除率為98.5%～99.9%,平均去除率為99.6%。

4 結(jié)論

(1)針對(duì)氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、色度、鐵、錳等污染物超標(biāo)的微污染原水,采用“生物預(yù)處理+混凝沉淀常規(guī)處理+臭氧活性炭深度處理”工藝能夠達(dá)到良好的污染物去除效果,出水可穩(wěn)定達(dá)到《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)。

(2)生物預(yù)處理的去除效率受原水水溫影響。當(dāng)原水水溫低于10 ℃時(shí),生物預(yù)處理對(duì)氨氮去除效率有所降低,氨氮去除率一般在40%～70%,當(dāng)原水水溫高于10 ℃時(shí),生物預(yù)處理對(duì)氨氮的去除效率較高,一般在80%～90%。