深圳市微污染水庫水常規(guī)處理工藝的改造和深化

更新時間：2009-11-02 10:50 來源：作者: 閱讀：1645

摘要：深圳市被人們譽為一夜崛起的城市，經(jīng)濟發(fā)展突飛猛進，人口增長速度很快，據(jù)一九九九年年報統(tǒng)計，全市實現(xiàn)國內(nèi)生產(chǎn)總值1436.51億元，人均國內(nèi)生產(chǎn)總值35908元，全社會勞動生產(chǎn)率為49410元。GDP年累計增速保持13—17%。全市完成工業(yè)總產(chǎn)值2079.21億元(按1990年不變價格計算)。全市年末常住人口405.13萬人，戶籍人口119.85萬人。

關鍵詞：深圳市微污染水庫水常規(guī)處理

隨著城市的不斷發(fā)展和國民經(jīng)濟的飛速增長，對供水的需求量也愈來愈大，1994年全市自來水生產(chǎn)能力為243.7萬噸/日，年用水量5.23億噸，到1999年生產(chǎn)能力達363.7萬噸／日，年用水量8.66億噸。
　　
深圳雖屬南方多雨地區(qū)，但因地理和地形條件、氣候和氣象特征等因素，仍屆嚴重缺水城市，人均水資源占有量640噸。約為全國人均占有量的1／4，特區(qū)建立以來曾多次出現(xiàn)嚴重缺水的情況。
　　
深圳市城市供水水源主要來自三個方面：一是本地水資源，依賴年際降雨經(jīng)水庫調(diào)蓄作為供水水源，部分地區(qū)利用本地河流在汛期豐水時抽升河水進入水庫補充水源。此類水資源年供給量約3.21億m3。二是境外引水，即由對港供水系統(tǒng)取水，對港供水是由東江取水，經(jīng)八級提升途徑83km明渠輸水至深圳境內(nèi)的深圳水庫調(diào)蓄，然后供給香港，深圳市則由深圳水庫取水，年可供水量為5.23億m3。第三個水源是正在建設中的深圳市東部引水工程，該水源是由位于惠陽境內(nèi)的東江河道取水，經(jīng)二級抽升由近50km管道和隧洞輸水至深圳市，再經(jīng)48km的管道和隧洞分別轉(zhuǎn)輸給全市各鎮(zhèn)域和各水廠供水。一期建設年供水量3.5億m3。
　
地下水資源貧乏，部分村鎮(zhèn)和地方小企業(yè)用作補充水源，年可供量約0.65億m3。
　
目前當東部引水工程尚未投入使用時，全市主要水源仍以對港供水的東江水源和本地的水庫水源為主。由于社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，人口的增長，城市建設的不斷拓展，加之環(huán)保工作和污染治理方面的滯后，上述水源都不同程度地受到污染，原水水質(zhì)日趨惡化，尤以對港供水的輸水明渠，受污染更為明顯，據(jù)檢測進入九十年代中期，全市主要供水的調(diào)蓄水庫包括對深港供水的深圳水庫，水中總氮、總磷、氨氮、亞硝酸鹽氮、高錳酸指數(shù)、生化需氧量、石油類、揮發(fā)酚等的濃度都有不同程度的超標，水庫水有生物臭，錳含量常常超標，藻的含量由80年代的每升幾十萬個增高到的每升幾千萬個，水庫已經(jīng)富營養(yǎng)化。在出廠已檢測的35項水質(zhì)指標中，水中的臭、味、有機物偏高。氨、氮、亞硝酸鹽時有超標，Ames致突變呈陽性，具有生物不穩(wěn)定性。
　　
目前深圳市自來水廠均采用常規(guī)處理工藝，即原水經(jīng)予加cL2和PAC后，經(jīng)混合，絮凝(大部分為網(wǎng)格、折板、孔口等反應)沉淀(以斜管和平流沉淀為主)，石英砂過濾(普通濾地、氣水反沖濾地為主)加CL2消毒后出廠，該處理工藝主要是去除水中的懸浮物，細菌等有機和無機物，對水中溶解狀態(tài)的有機物以及致突變前體物并不具有較高的去除率，尤其是有機污染物，氨氯、臭味等去除率較低，這樣使得處理工藝中耗藥量增加，Ames試驗結(jié)果不佳，特別是藻類含量高時，一方面易造成濾池堵塞，過濾周期縮短，沖洗水量增加，另一方面藻體及其代謝物。腐植酸、富里酸，是水處理氧化過程產(chǎn)生致突變物的前體物，將造成水的Ames試驗陽性強度增強，影響人體健康。
　　
鑒于水庫水源水質(zhì)的不斷惡化，飲用水水質(zhì)標準的不斷提高，人們對水質(zhì)的要求也逐年增強，顯然，一般常規(guī)處理工藝在處理受污染水庫水的局限性所帶來的影響，迫使人們不得不尋求如何提高或改善或強化常規(guī)處理工藝，以適應人們?nèi)找嫣岣邔┧|(zhì)的要求。
　　
1998年我院受深圳市水務局的委托，會同深圳市自來水公司、清華大學和同濟大學等單位，對“深圳市微污染水庫水處理工藝集成技術研究”進行為期一年半的中型規(guī)模試驗工作，并取得一定成果，列為國家“九五”重點科技攻關計劃。
　　
試驗研究的主要內(nèi)容是研究水源水凈化單元技術——生物予處理、常規(guī)處理、活性炭過濾、消毒及其組合工藝，不同的生物予處理單元技術對水源水中有機物、氨氮、藻類等去除效果，按88項水質(zhì)指標，考察組合工藝，實現(xiàn)工藝的優(yōu)化組合。
　　
試驗工藝流程分為八個：

常規(guī)處理工藝(流程1)

流程Ⅰ—Ⅲ的生物預處理由三種池形的生物預處理后續(xù)有關的水處理工藝單元，流程Ⅷ強化常規(guī)處理工藝主要采取在混合池前選擇性投加KMnO4、PAC(粉末活性炭)以及降低水力負荷等強化措施。
　　
中試水處理工藝流程按功能劃分為三部分：
　　第一部分：預處理部分，分生物預處理、臭氧預處理。生物預處理有四種池形，預臭氧由臭氧接觸池、臭氧發(fā)生器等組成。
　　第二部分：常規(guī)處理工藝，由混合、孔室反應、斜管沉淀池和石英砂濾池組成。
　　第三部分：深度處理工藝，該部分由二座并聯(lián)運行的填裝不同型號粒狀活性炭的GAC濾池(O3—BAC濾池)組成。
　　生物預處理工藝設計：生物預處理池分四種：生物接觸氧化池Ⅰ型、生物接觸氧化池Ⅱ型、生物陶粒濾池（簡稱Ⅲ），生物接觸氧化池Ⅳ型，各池的主要設計參數(shù)詳見附表。

本試驗主要是針對深圳市現(xiàn)行使用的幾個大中型水庫存水為原水，這些水庫存均不同程度地呈微污染狀態(tài)，主要是氨氮、亞硝酸鹽較高，溶解氧低，并均存在錳、藻、生物臭等污染，按GB3838-88《地面水環(huán)境質(zhì)量標準》評價，水源水為Ⅲ——Ⅳ類水體，個別項目超過Ⅳ類標準。水庫存呈富營養(yǎng)狀態(tài)。
　　
通過多種工藝流程的研究，我們得到的結(jié)論意見是：
　　
四種生物預處理池在設計負荷條件下，對各主要污染物和去除效果均較好，其綜合效果是：
　　氨氮74.3—91.1%(原水濃度大于0.5mg/l)
　　　 44.9—59.3%(原水濃度小于0.5mg/l)
　　藻類72.3—90.1%
　　TON42.7—53.8%
　　濁度41.8—57.8%
　　
四種生物預處理效果均較好，能夠滿足工藝要求的去除率，技術上是可行的，一定條件下均是適用的。
　　
選擇受污染水源水處理工藝時應首先明確水源污染的性質(zhì)，解決的主要水質(zhì)問題，經(jīng)技術和經(jīng)濟兩個方面比較后確定。
　　
對主要是水中有異味，并且一年中發(fā)生時間較短(季節(jié)性)的水源宜投加粉末活性炭的方法，提高對臭閾值，色度以及有機物的去除效果，改善出廠水水質(zhì)。
　　
一般含藻量高、氨氮、亞硝酸鹽、錳、臭閾值以及有機物濃度較高的水源，宜采用生物預處理十常規(guī)處理工藝流程，為進一步提高出廠水水質(zhì)，可后接GAC深度處理，全面提高飲用水水質(zhì)，降低Ames 致突變活性。
　　
當原水水質(zhì)中藻類含量不太高，經(jīng)濟條件許可時，可采用常規(guī)處理+O3+BAC深度處理工藝，但臭氧投加宜采用兩點投加，以保證常規(guī)處理工藝的正常運行。
　　
試驗結(jié)果表明各試驗工藝流程的出水水質(zhì)達標率均滿足《供水規(guī)劃》中一類水司的水質(zhì)達標率，考慮Ames致突變試驗結(jié)果，生物預處理+常規(guī)+O3+BAC深度處理工藝出水水質(zhì)最好，生物預處理+常規(guī)+GAC深度處理工藝與常規(guī)+03+BAC深度處理工藝的出水水質(zhì)差別不大。

從投資和經(jīng)營成本估算結(jié)果看，生物預處理十常規(guī)處理最具競爭力，條件適宜時首先采用。與常規(guī)處理工藝比較，其工程投資和經(jīng)營成本分別增加10.2%和5%，生物預處理+常規(guī)+GAC深度處理工藝的工程投資和經(jīng)營成本分別增加25.7%和8.2%；常規(guī)+O3—BAC深度處理工藝則分別增加25.2%和16.7%。
　　
根據(jù)取得的試驗成果和對目前深圳市現(xiàn)有水廠處理工藝存在的問題，結(jié)合源水水質(zhì)的現(xiàn)狀和今后變化的推測，深圳市水務局和自來水集團公司會同我院對現(xiàn)有幾座主要凈水廠的常規(guī)處理工藝進行改造和完善，以適應日益提高的對供水水質(zhì)合格率指標的要求，同時也適應日趨惡化的原水水質(zhì)。
　　
介紹二個實例：
　　
東湖水廠：該廠始建于1981年，經(jīng)三次擴建和改造，現(xiàn)有生產(chǎn)規(guī)模30.0萬m3／d，水源取自對港供水系統(tǒng)的深圳水庫，廠內(nèi)設有新老二個系統(tǒng)，老系統(tǒng)規(guī)模6.0萬m3／d，凈水工藝采用隔板回流反應，斜管沉淀池和移動罩濾池進入清水池，再經(jīng)加氯消毒后出廠，新系統(tǒng)規(guī)模24.0萬m3／d，采用微絮凝直接過濾，投藥均采用堿式氯化鋁，并輔助投加少量石灰。
　　
近幾年由于深圳水庫原水水質(zhì)不斷惡化，有機污染和藻類不斷增加，(氨氮0.19—2.32mg／l以上，藻類高達7.6×106)，微絮凝直接過濾無法適應，濾池堵塞，過濾周期縮短，高藻期間每24小時要沖洗4—6次。出廠水水質(zhì)無法保證，超標現(xiàn)象時有發(fā)生。
　　
針對原水水質(zhì)的變化和水廠現(xiàn)有工藝條件及廠內(nèi)用地狀況，我們進行了多方案組合工藝流程的比選。此時，對港供水系統(tǒng)為提高對香港供水水質(zhì)的要求，已擬定在深圳水庫源水入口處增建生物接觸硝化工程，即生物預處理池，規(guī)模為400萬m3／d，為國內(nèi)第一，該工程的修建，在一定程度上改善了原水水質(zhì)，為此東湖水廠改造方案中取消了生物預處理工藝，而選擇了預O3方案。

采用預O3方案目的在于以O3的強氧化作用、降解原水中的藻和氨氮量，它可以使水體中的大分子有機物氧化成小分子有機物，通過氧化作用，使水體中的部分溶解性有機碳(DOC)轉(zhuǎn)化成可生化性的溶解性有機碳，增強了有機物的可生物降解性，從而有利于提高常規(guī)處理工藝的凈化效率。同時克服了以往預加氯產(chǎn)生的致突變物造成的優(yōu)患。
　　
其次我們對常規(guī)處理進行完善和強化，在凈水工藝中增加予O3 的同時，增建網(wǎng)格反應，絮凝斜管沉淀池，增建部分氣水反沖濾池，改造原有的微絮凝直接過濾為氣水反沖濾池，增建石灰投加和粉末活性碳投加系統(tǒng)，我們根據(jù)現(xiàn)有水廠的用地條件，拆除原有的6.0萬m3／d，處理構(gòu)筑物，用來新建反應沉淀池，并將沉淀池與清水池疊合，這樣既增加了14000m3清水池容積，還使原有30萬m3／d的氣水反沖濾池，擴大為35.0萬m3／d，增建了13萬m3／d的氣水反沖濾池，使全廠過濾面積的單位濾速降到8.0m／m2.h。使全廠形成一個35.0萬m3／d處理規(guī)模的具有預O3投加，反應、沉淀、過濾和15%調(diào)蓄容積的清水池以及具有投加石灰、粉末活性碳和其它助凝劑的完整常規(guī)工藝的凈水廠，經(jīng)一年來的運行實踐證明，我們所選擇的工藝方案是正確的。目前東湖水廠的出廠水不僅擴大了規(guī)模，而且水質(zhì)指標也大大提高，完全達到國際通用的水質(zhì)標準。生產(chǎn)運行和管理也日趨完善和正常，凈化工藝對原水水質(zhì)變化的適應性也大大增強了。取得了良好的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益。
　　
例二：
　　梅林水廠：產(chǎn)生規(guī)模60.0萬m3／d，是目前深圳市規(guī)模最大、凈化工藝最完善、設備較先進、自動化管理程度較高的現(xiàn)代化水廠。
　　
現(xiàn)有凈水工藝為細格柵——預氯——機械混合——折板反應——平流沉淀池——氣水反沖濾池——清水池——二級送水泵房，另建有回收水系統(tǒng)及相應污泥脫水干化系統(tǒng)。水源原水主要取自深圳水庫，部分時間可由西瀝水庫和鐵崗水庫供給。其出廠水水質(zhì)符合國家G85749—85“生活飲用水衛(wèi)生標準”的35項水質(zhì)指標。
　　
進入九十年代以來,深圳水庫的源水水質(zhì)日趨惡化，庫水呈富營養(yǎng)化，源水渾濁度、臭味、化學需氧量、氨氮、總磷、類型大腸菌群、藻類、五日生化需氧量、鐵和錳等時有超標，致使出廠水的水質(zhì)中臭、味、有機物偏高，氨、氮、亞硝酸鹽時有超標Ames致突變呈陽性。
　　
深圳梅林水廠供水范圍主要為福田中心區(qū)，是今后深圳市的政治、經(jīng)濟和文化中心，也是對外活動的中心，優(yōu)先提高該區(qū)飲用水水質(zhì)與國際上先進國家飲用水質(zhì)標準接軌，符合城市發(fā)展的需要，梅林水廠具有這種現(xiàn)實的可能。
　　
我們綜合了當前原水水質(zhì)的變化趨勢，結(jié)合深圳市城市發(fā)展規(guī)劃的目標和深圳市提高水質(zhì)發(fā)展規(guī)劃綱要的構(gòu)思，從提高城市基礎設施層次，提高城市環(huán)境素質(zhì)和生活質(zhì)量，全面實施加快城市現(xiàn)代化進程，經(jīng)多方案、多層次的技術經(jīng)濟比較，決定將梅林水廠現(xiàn)有常規(guī)處理工藝預以深化，以進一步全面提高出廠水水質(zhì)，實現(xiàn)我國城市供水行業(yè)2000年技術進步發(fā)展規(guī)劃的目標。
　　
工藝流程：