1嘉興市石臼漾水廠(chǎng)水質(zhì)狀況

　　1.1水源水質(zhì)狀況

　　嘉興市石臼漾水廠(chǎng)水源為新塍塘，屬運河水系。水廠(chǎng)分二期建成，設計規模分別為5×104m³/d和10×104m³/d，均采用傳統常規處理工藝。二期于96年增加了生物接觸氧化預處理池。近幾年隨著(zhù)運河上游沿岸工農業(yè)的快速發(fā)展和人口的聚集，水源遭受較為嚴重的污染，水源水質(zhì)下降至Ⅳ-Ⅴ類(lèi)，具體表現為原水中色度、臭和味、耗氧量、氨氮、總氮、總磷、揮發(fā)酚等指標高，溶解氧含量低。2002-2003年石臼漾水廠(chǎng)原水主要水質(zhì)指標見(jiàn)表1。

　　1.2傳統常規處理工藝的局限性

　　顯然，對目前的石臼漾水廠(chǎng)取水水質(zhì)而言，傳統的混凝、沉淀、過(guò)濾、消毒處理工藝出水水質(zhì)難以滿(mǎn)足衛生部2001版《生活飲用水衛生規范》的要求，感官指標難盡人意。傳統處理工藝的局限性具體表現在以下幾個(gè)方面：

　�。�1）對CODMn、TOC等有機物指標的總去除率較低；

　�。�2）在原水氨氮>1mg/L時(shí)，對氨氮的去除率只有30-40%，出水氨氮難以達到<0.5mg/L的要求，影響出水感官指標。氨氮含量偏高，還影響到整個(gè)工藝的除錳效果；致使消毒用氯量增加，消毒副產(chǎn)物偏高；

　�。�3）出水色度偏高，飲用時(shí)有異味，口感差；

　�。�4）Ames試驗表明，常規工藝處理出水的致突變活性比原水有增加的趨勢。

　　2前期所作的工作

　　2.1水源有機物分子量分布特點(diǎn)

　　委托浙江省疾病預防控制中心對石臼漾水廠(chǎng)原水進(jìn)行了有機物分子量測定，統計結果如表2。

　　2.2組合工藝研究

　　鑒于以上諸原因，為全面提高供水水質(zhì)，使出水水質(zhì)達到衛生部2001版《生活飲用水衛生規范》的要求，自96年起，先后開(kāi)展了生物接觸氧化預處理工程在石臼漾水廠(chǎng)的工程實(shí)踐、南門(mén)水廠(chǎng)生物活性炭濾池試驗及工程運用、實(shí)驗室強化常規處理小試、與清華大學(xué)環(huán)境工程學(xué)院合作的組合工藝中試等研究，結果表明，采用生物預處理-強化常規處理-臭氧活性炭深度處理的組合工藝，出水水質(zhì)能達到規范的要求。

　　3實(shí)施改造時(shí)生產(chǎn)運行工藝的優(yōu)化選擇

　　3.1改造后工藝路線(xiàn)

　　2003年石臼漾水廠(chǎng)進(jìn)行了臭氧-活性炭深度處理工藝技改，遵循“工藝安全可靠、性能穩定，能耐受較大的水質(zhì)沖擊，節省投資，盡可能降低成本，日常運行管理方便”的優(yōu)化設計原則，改造后的工藝路線(xiàn)如圖1。

　　預臭氧投加的目的主要是為了提高臭氧設備的利用率，其次可協(xié)助除鐵、錳，并顯著(zhù)提高砂濾池的DO含量，增強砂濾池的生物活性。

　　3.2應急措施

　　為抗原水水質(zhì)、水力較大沖擊帶來(lái)的負荷，設計時(shí)增設了加酸加堿系統和粉末活性炭投加系統。必要時(shí)用98%濃硫酸在靜態(tài)混合器前投加，以調節混凝時(shí)的pH值，強化混凝效果；同時(shí)將40%的NaOH溶液投加到沉淀池出水管中，保證后續工藝進(jìn)水和管網(wǎng)水有合適的pH值。

　　當進(jìn)水CODMn值高于8mg/L時(shí)，粉末活性炭的應急投加能有效控制出水有機物，并顯著(zhù)改善色度及臭和味等感官指標。

　　3.3主要工藝參數

　　考慮到石臼漾水廠(chǎng)原水近兩年的氨氮平均含量在1.0mg/L左右，暫未對原設計能力為10萬(wàn)m3/日的生物接觸氧化預處理池進(jìn)行擴建，按運行期實(shí)際供水量計算，水力停留時(shí)間約為45min。氣水比為0.6：1，有效水深3m，填料高度2.5m。

　　臭氧的原料為純氧。臭氧發(fā)生器共三臺，產(chǎn)量10kg/h，濃度10%。預臭氧在靜態(tài)混合器前投加，接觸時(shí)間很短，投加量為1.0mg/L；KMnO₄與凈水劑聚合氯化鋁幾乎同時(shí)投加，視進(jìn)水水質(zhì)投加量為1.0-1.5mg/L。

　　后臭氧設計接觸時(shí)間為10min，投加量視進(jìn)水水質(zhì)在2-3mg/L范圍內調節。

　　活性炭濾池濾速11.6m/h，炭層厚度2.2m，停留時(shí)間為11.3min。選用了兩種顆�；钚蕴�，分別為8×30目煤質(zhì)破碎炭和8×12目柱狀破碎炭。炭濾池采用氣水（用砂濾水）反沖洗，分三個(gè)階段：氣沖時(shí)間10min，氣水混沖3min，水沖6min。目前反沖洗周期為10d左右。

　　4運行效果及評述

　　整個(gè)組合工藝改造工程于2004年1月16日正式并網(wǎng)供水，至今已運行6個(gè)多月。3月17日開(kāi)始在反應池中投加預臭氧，后又投加了KMnO4.改造后設計供水規模達17×104m³/d，運行至今日最高供水量為12.1×104m³，最低為6.5×104m³，平均為9.7×104m³。

　　由于投產(chǎn)時(shí)正值寒冬低水溫（6℃以下），生物活性炭濾池在運行22后開(kāi)始掛膜，45天后對氨氮的去除率躍至80%以上，可認為是掛膜成功；對CODMn的去除率在運行18天內>65%，之后穩定在50%左右，40天后去除率穩定在23-38%，可判定為物理吸附趨于飽和。

　　運行期間水源水及各工藝單元出水水質(zhì)見(jiàn)表3。

　　4.1對氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮和總氮的去除與轉化

　　經(jīng)微孔曝氣，可使生物接觸氧化預處理池的DO達5-6mg/L；預臭氧的投加使砂濾池內的DO在8-11mg/L；臭氧接觸池出水的DO則基本保持在飽和或超飽和狀態(tài)，非常有利于生物膜的生長(cháng)。

　　監測結果表明，在水溫>8℃時(shí)，預處理池可去除40-80%的氨氮；臭氧的投加反而使水中氨氮值升高，究其原因是臭氧氧化了水中的有機氮，使之轉化為氨氮所致，但DO的升高使砂濾池對氨氮的去除率提高至62-100%，進(jìn)水氨氮在2mg/L左右時(shí)，能去除1.8mg/L的氨氮，顯示其超強的生物作用；生物活性炭濾池在掛膜穩定后對氨氮的去除率保持在71-100%之間，出水氨氮大多低于檢測限，結果見(jiàn)圖2.有研究表明，在進(jìn)水DO在12mg/L時(shí)，最大去除氨氮負荷可達2.0mg/L。

　　生物預處理-強化常規處理工藝對亞硝酸鹽氮一直保持較高的去除率。當原水亞硝酸鹽氮在0.016-0.684mg/L時(shí)，砂濾池出水亞硝酸鹽氮在<0.002-0.016mg/L，再經(jīng)后臭氧接觸氧化，均能被充分氧化成硝酸鹽。

　　生物炭濾池隨著(zhù)對氨氮去除效果的顯現而出現亞硝酸鹽氮的累積現象，至運行2個(gè)月時(shí)達到最高峰，但2天后其出水亞硝酸鹽氮就與進(jìn)水一致，而出水中的硝酸鹽卻增加了0.1-0.4mg/L。分析原因是在進(jìn)水DO充足的情況下，低溫時(shí)亞硝化菌較硝化菌具有更強的活性，亞硝化反應速率快于硝化反應所致，另水中一定的亞硝酸鹽積累也會(huì )促進(jìn)硝化菌的生長(cháng)。

　　各質(zhì)控點(diǎn)三氮濃度變化見(jiàn)圖3。

　　運行期間原水的“三氮”（氨氮、亞氮和硝酸鹽）平均總含量為3.41mg/L，穩定運行后，生物預處理池出水“三氮”總量為3.21mg/L，砂濾池為3.63mg/L，炭濾池為3.90mg/L。分析其原因是由于預臭氧、后臭氧將一部分有機氮氧化，所以砂濾水、炭濾水中的“三氮”總量有所上升，初步分析其上升幅度與水中可降解的有機氮含量相關(guān)。

　　4.2對鐵、錳的去除

　　運行實(shí)踐表明，生物活性炭進(jìn)水中鐵、錳的存在會(huì )繼續消耗余臭氧，故對余臭氧測定的準確性有影響；另外，三價(jià)鐵、四價(jià)錳沉淀的細小顆粒有穿透活性炭濾池的可能，故對鐵、錳的去除最好在后臭氧接觸前完成。

　　生物預處理池對鐵、錳有一定的去除能力，但由于排泥困難，彈性填料表面積泥嚴重而影響其去除效果。

　　在中性或弱堿性條件下，投加在反應池中的高錳酸鉀對低價(jià)鐵、錳有較強的氧化作用，能顯著(zhù)提高砂濾池去除鐵、錳的效率，由于生成的四價(jià)錳顆粒的助凝作用，相應地提高了對濁度的去除率。當原水pH值在7.5左右，總鐵含量為4.12mg/L、錳含量為0.42mg/L時(shí)，投加1mg/L的高錳酸鉀，砂濾池出水的鐵、錳含量已低于檢測限。運行至今砂濾工序以后的水樣中均已測不到鐵、錳的存在。

　　4.3對CODMn的去除

　　由于石臼漾水廠(chǎng)生物接觸氧化池本身的缺陷，預處理池對CODMn基本沒(méi)有去除。

　　強化常規處理工藝對CODMn有較高的去除率，且去除率隨著(zhù)水溫的升高而升高，進(jìn)水CODMn值的變化對去除率無(wú)明顯影響，運行期間強化常規處理工藝對CODMn的去除率保持在27-57%，平均為42%。

　　在臭氧投加量為2-3mg/L時(shí)，臭氧接觸能氧化3-20%的CODMn；同時(shí)降解大分子有機物，使大分子有機物的生物可同化性增加，從而能被活性炭生物濾池有效去除。

　　活性炭濾池運行初期10天內，對CODMn的去除率達60%以上，最高達75.2%，隨后穩定在50%左右；40天后去除率下降，在23-42%之間，因此可認為物理吸附飽和期為40天。在掛膜成熟、且DO充足穩定的前提下，水溫上升有利于異氧菌活性的增加，提高去除效果，但受進(jìn)水CODMn值的影響，具體是：水溫>10℃、進(jìn)水CODMn在2.6-3.1mg/L時(shí)，去除率在33-47%；但當進(jìn)水CODMn>3.1mg/L時(shí)，去除率在25-31%。各工藝單元對CODMn的去除率見(jiàn)圖4.整套組合工藝對CODMn的去除效果：當原水CODMn<7mg/L時(shí)，出廠(chǎng)水CODMn<2mg/L；當原水CODMn在7-9mg/L時(shí)，出廠(chǎng)水CODMn在2.5mg/L左右。

　　4.4對TOC的去除效果

　　監測結果表明，強化常規處理能去除19-50%的TOC，平均去除率為39%；炭濾池在運行初期對TOC的去除率高達75%以上，以后降至20-50%，平均去除率為41%，在原水有機物組成、炭濾池生物作用相對穩定的情況下，炭濾池對TOC的去除率受進(jìn)水TOC值、水溫的影響較大。臭氧接觸氧化可去除4%左右的TOC.以上結果與原水分子量分布的試驗結果有相關(guān)性。原水、砂濾水和出廠(chǎng)水的TOC值走勢見(jiàn)圖5.在原水TOC<9mg/L時(shí)，出廠(chǎng)水TOC<4mg/L，平均為2.3mg/L；在原水TOC>10mg/L時(shí)，出廠(chǎng)水TOC在4.4mg/L左右。

　　4.5對UV254的去除強化常規、臭氧氧化和生物炭濾去除UV254的效果比較見(jiàn)圖6.由圖看出，強化常規處理工藝對UV254的去除率最高，平均達57%，遠高于對TOC的去除率，說(shuō)明原水中在254nm有吸收的不飽和雙鍵物質(zhì)多為大分子結構，易被常規處理去除；臭氧對剩余的UV254平均有33%的去除率。炭濾池在運行初期，因物理吸附作用而對UV254有較高的去除率（>40%），后逐漸穩定在13%-42%，平均去除率為28%，炭濾池對UV254的去除能力在0.1-0.3cm-1之間。

　　4.6對色度、臭和味的去除

　　運行期間原水的色度在15-32度，強化常規工藝處理后出水色度能降至7-11度，鐵、錳完全去除后，后臭氧出水色度能再降低2-4度，經(jīng)炭濾，出水色度全部在5度以下，甚至接近0度。處理前原水呈2-3級泥土味，強化常規工藝處理出水能將其降低至1級，嗅覺(jué)敏感者仍感覺(jué)到有泥土霉味，但經(jīng)炭濾后能完全消除至0級。

　　4.7其它指標的改善

　　強化常規處理對濁度的去除效果優(yōu)異，當原水濁度在27-164NTU，沉淀水濁度控制在2.5NTU左右時(shí)，砂濾池出水濁度均能<0.5NTU，經(jīng)炭濾，出廠(chǎng)水濁度<0.3NTU。

　　由于臭氧的消毒效果優(yōu)于液氯，臭氧-活性炭濾池出水的細菌總數<10個(gè)/ml，大腸菌群未檢出，故清水池加氯及出廠(chǎng)補氯總量由改造前的4.5公斤/千噸水降至目前的1.3公斤/千噸水；另活性炭濾池去除了大部分鹵代烴的前體物，二者的共同作用使出廠(chǎng)水中的消毒副產(chǎn)物鹵代烴的含量大幅減少，接近檢測限。

　　送上海復旦大學(xué)公共環(huán)境衛生學(xué)院進(jìn)行了多次的Ames試驗，結果表明，被測水樣量同取2.0L時(shí)，原水的回變菌落數達陰性對照的三倍以上，為較強致突變陽(yáng)性；強化常規處理水的回變菌落數達陰性對照的二倍以上，為致突變陽(yáng)性；深度處理出廠(chǎng)水的回變菌落數小于陰性對照的二倍，為致突變陰性。

　　改造后的出廠(chǎng)水pH值在7.2-7.4范圍內，游離余氯控制在0.4mg/L左右，氨氮、鐵、錳接近或低于檢測限，有機物含量低，故出廠(chǎng)水在管網(wǎng)中的化學(xué)、生物穩定性進(jìn)一步提高。對管網(wǎng)水的日常監測表明，管網(wǎng)水色度<5度，NH3-N<0.5mg/L，CODMn<3mg/L，以《生活飲用水衛生規范》為評價(jià)依據，運行半年來(lái)管網(wǎng)水的34項綜合合格率為100%。

　　5技改成本構成

　　5.1工程造價(jià)

　　在原有生物接觸氧化預處理-常規處理工藝上，增加了臭氧-活性炭處理工藝，包括土建、材料及安裝、設備購置、工器具購置和其他費用在內總投資7000萬(wàn)元，按平均14年折舊期限、年供水量5000×104m3計算，出廠(chǎng)水增加成本0.10元/m³。

　　5.2直接運行成本

　　臭氧-活性炭工藝直接運行成本包括運行電耗、氧耗、人工及設備維修等費用，共約增加0.17元/m³水。

　　6結論

　　運行半年以來(lái)，石臼漾水廠(chǎng)在水源水質(zhì)為Ⅳ-Ⅴ類(lèi)的情況下，通過(guò)生物接觸氧化預處理-強化常規處理-臭氧生物活性炭組合凈水工藝，出廠(chǎng)水水質(zhì)達到衛生部2001版《生活飲用水衛生規范》的要求，感官指標和有機物指標得到根本性的改善，整個(gè)工藝技術(shù)改造取得了預期的效果。運行中得出如下結論：

　�。�1）生物接觸氧化預處理工藝能有效去除原水中的氨氮和亞硝酸鹽氮，去除率分別為40-80%和50-90%，對鐵、錳、CODMn也有一定的去除效果；在原水水質(zhì)較差時(shí)，可減輕后續工序去除氨氮、亞硝酸鹽氮和CODMn的壓力；但其工藝有待進(jìn)一步優(yōu)化，以增強抗擊原水突發(fā)性污染的能力；

　�。�2）強化常規處理是去除濁度、鐵、錳的最主要環(huán)節，且大部分的CODMn、TOC、UV254值在強化常規處理階段得以有效去除，因此優(yōu)化強化常規處理工藝是提高出水水質(zhì)的前提和重要手段；

　�。�3）臭氧-生物活性炭深度處理工藝針對嘉興水源水質(zhì)的特點(diǎn)，在去除色度、臭和味等感官指標和有機物指標、改善Ames試驗結果、進(jìn)一步提升出水水質(zhì)方面有較強的針對性，因此深度處理工藝是保證出水水質(zhì)達到衛生部規范的有效途徑。