水廠藥劑投加優(yōu)化與應(yīng)用

趙 云， 楊 震， 丁 強(qiáng)， 劉曉玲， 唐郡壕， 楊 梓

(徐州首創(chuàng)水務(wù)有限責(zé)任公司， 江蘇 徐州 221003)

水廠凈水工藝中投加的各種藥劑相互作用、共同影響，找到最適合的藥劑投加量，不僅有助于提高水廠的處理效率，還能節(jié)約成本。例如在水質(zhì)一定的情況下，預(yù)臭氧量與PAC投加量直接相關(guān)，而后者又決定了污泥的產(chǎn)量，炭濾后的水質(zhì)與液氯投加量之間也存在一定的關(guān)系[1]。在生產(chǎn)中，需要不斷研究、優(yōu)化各種藥劑的最佳投加量以及相互之間的對應(yīng)關(guān)系。

徐州首創(chuàng)水務(wù)有限責(zé)任公司劉灣水廠的處理能力為40×104m3/d，由常規(guī)工藝、臭氧-活性炭工藝以及泥水處理工藝組成。水廠所使用的藥劑有PAC、液氧、液氯和PAM，藥劑成本占水廠基本生產(chǎn)成本(包括藥劑費(fèi)用、電費(fèi)、人工費(fèi)、制造費(fèi)用)的16.8%。因此，找到合適的藥劑投加量對于控制藥劑成本至關(guān)重要，而且能直接降低水廠的生產(chǎn)成本，提高運(yùn)行效益。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置

板式臭氧發(fā)生器：17.5 kg/h，臭氧濃度>10wt%，功率≤186 kW；NLO-17.5K式發(fā)生器：17.5 kg/h，臭氧濃度>10wt%，額定功率≤131.25 kW。

HACH 2100N濁度儀、T6紫外可見分光光度計(jì)、HACH HQ40D pH計(jì)。

1.2 試驗(yàn)水質(zhì)

劉灣水廠以微山湖、駱馬湖為水源，原水水質(zhì)全年較穩(wěn)定(微山湖為Ⅲ類水，駱馬湖為Ⅱ類水)，部分常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)見表1。

表1 2018年原水與出廠水水質(zhì)Tab.1 Quality of raw water and treated water in 2018

微山湖原水濁度為0.85～10.1 NTU，COD為3.12～6.4 mg/L；駱馬湖原水濁度為1.03～10.2 NTU，COD為2.68～4.64 mg/L。原水氨氮、亞硝酸鹽、pH的變化較小，水廠出廠水遠(yuǎn)優(yōu)于《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)要求，而COD、濁度局部時(shí)間段會出現(xiàn)較大的波動(dòng)。

圖1 2018年COD和濁度的變化Fig.1 Variety of COD and turbidity in 2018

1.3 試驗(yàn)方案

COD去除率隨著預(yù)臭氧投加量的增大而升高。根據(jù)水廠實(shí)際，將預(yù)臭氧的投加量分別設(shè)定為(0.1～0.3)，(0.3～0.5)，(0.5～0.7)和(0.7～0.9)mg/L，考察絮凝效果。確定最佳預(yù)臭氧投加量后，降低PAC投加量，觀察礬花形態(tài)。為避免副產(chǎn)物甲醛、溴酸鹽超標(biāo)，臭氧總投加量控制在2.0 mg/L以內(nèi)。依據(jù)PAC投加量的降低，減少相應(yīng)的PAM用量，在污泥產(chǎn)量較少的情況下確定最適合的投加量。

2 藥劑投加量優(yōu)化控制

2.1 預(yù)臭氧量與PAC投加量優(yōu)化

臭氧的氧化能力很強(qiáng)，在沉淀池前投加，能氧化鐵、錳，去除水中的色度、臭味、微量有機(jī)污染物，改善絮凝和過濾效果，還可替代預(yù)加氯，減少鹵代烷烴類消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生[2]。根據(jù)生產(chǎn)運(yùn)行，當(dāng)預(yù)臭氧投加量在0.1～0.3 mg/L時(shí)，COD去除率約為3%。此時(shí)，PAC投加量在45 mg/L左右，但絮凝效果較差，礬花碎小而不易沉淀，沉淀池出水濁度在1.5 NTU左右，COD去除率為10%～15%。這一方面增加了砂濾池的運(yùn)行負(fù)荷，另一方面出廠水COD有超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。

隨著預(yù)臭氧量的增大，COD去除率不斷升高。投加量在0.5～0.7 mg/L時(shí)，COD去除率穩(wěn)定在8%～10%。此時(shí)，調(diào)整PAC投加量至30 mg/L甚至以下，仍會形成大而密實(shí)的礬花，沉淀性能好，COD去除率為20%～25%。提高臭氧投加量至0.7 mg/L以上，礬花形態(tài)與PAC投加量為30 mg/L時(shí)幾乎相同，但運(yùn)行電耗、氧耗成本卻增加較多，且存在溴酸鹽、甲醛超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。

因此，預(yù)臭氧階段主要依據(jù)絮凝效果調(diào)節(jié)臭氧量，最終確定預(yù)臭氧的最佳投加量為0.5～0.7 mg/L。經(jīng)過一年的運(yùn)行，2018年的PAC平均用量(33 mg/L)較2017年的41.9 mg/L降低了20.7%。

2.2 主臭氧(活性炭前)投加量優(yōu)化

在活性炭濾池前投加臭氧，能氧化水中的有機(jī)物，將生物難降解物質(zhì)氧化為小分子物質(zhì)，提高其可生物氧化性，同時(shí)增加活性炭濾池的生物作用，延長活性炭的再生周期[3]。但投加過程中，應(yīng)控制臭氧的總投加量。

微山湖和駱馬湖水源中的溴離子平均濃度分別為0.251 和0.146 mg/L，預(yù)臭氧投加量為0.5 mg/L時(shí)，隨著主臭氧投加量的增大，COD去除率不斷升高。但當(dāng)主臭氧投加量為1.5 mg/L即總臭氧投加量為2.0 mg/L時(shí)，臭氧處理后的水中溴酸鹽生成量有超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。另外，臭氧發(fā)生器運(yùn)行的進(jìn)氣量即液氧消耗量，以及運(yùn)行電量都會升高。因此，將總臭氧投加量控制在2.0 mg/L內(nèi)。

2.3 PAM投加量優(yōu)化

PAM用量與進(jìn)入離心脫水機(jī)的泥水總量以及離心出泥的泥餅含水率直接相關(guān)[4]。在既未優(yōu)化PAC投加量，也未控制離心脫水機(jī)進(jìn)料濃度時(shí)，2017年P(guān)AM的千噸水年平均用量為0.275 kg。降低PAC投加量并將進(jìn)料濃度嚴(yán)格控制在3%左右后，2018年P(guān)AM的千噸水年平均用量下降至0.113 kg，降低了58.9%。在進(jìn)水濁度相對穩(wěn)定的情況下，PAM用量隨PAC投加量的變化見圖2。

圖2 優(yōu)化前后PAM用量的變化Fig.2 Variety of PAM consumption before and after optimization

2.4 對污泥產(chǎn)生量的影響

確定凈水廠污泥干固體含量的方法主要有計(jì)算法、現(xiàn)場測定法[5]，其中計(jì)算法應(yīng)用較多[3]。《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50013—2006)[6]中干泥量計(jì)算公式如下：

S=(K1C0+K2D)×Q×10-6

其中，K1為原水濁度單位與懸浮物SS單位的換算系數(shù)，應(yīng)經(jīng)過試驗(yàn)確定；C0為原水濁度設(shè)計(jì)取值，NTU；K2為藥劑轉(zhuǎn)化成泥量的系數(shù)；D為藥劑投加量，mg/L；Q為原水流量，m3/d；S為干泥量，t/d。

干泥量與原水濁度和凈水劑PAC的投加量、原水總流量直接相關(guān)。水廠離心脫水后的泥餅含水率一般在70%～80%。影響水廠產(chǎn)泥總量的因素主要有原水濁度、流量、泥餅含水率，以及PAC與PAM投加量。

在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，在濁度和原水流量相對穩(wěn)定的情況下，PAC年平均投加量從41.9 mg/L降至33 mg/L，離心脫水機(jī)料進(jìn)料的污泥濃度在2.5%～3.5%之間，脫水后的泥餅含水率控制在75%左右時(shí)，水廠污泥產(chǎn)生量由13 356 t/a降至6 140 t/a，減少了54%。

3 結(jié)語

通過分析藥劑間的相互關(guān)聯(lián)性，優(yōu)化投加量，可將藥劑成本控制在最低水平。在原水流量為40×104m3/d且水質(zhì)相對較穩(wěn)定的前提下，劉灣水廠通過優(yōu)化各藥劑的投加量，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益：PAC使用量降低了20.7%，每年可節(jié)省1 314 t；PAM使用量降低58.9%，每年可節(jié)省24 t；減少污泥運(yùn)輸量7 216 t。