運(yùn)河水廠深度處理工藝運(yùn)行分析

王立彪

(杭州余杭水務(wù)控股集團(tuán)有限公司，浙江 杭州311100)

1 項(xiàng)目概況

運(yùn)河水廠位于杭州市余杭區(qū)運(yùn)河街道，原設(shè)計(jì)規(guī)模為12 ×104m3/d，原有凈水設(shè)施分二期建成:一期建于1990 年，設(shè)計(jì)規(guī)模為6 ×104m3/d，采用水力循環(huán)澄清池—虹吸濾池;二期建于1995 年，設(shè)計(jì)規(guī)模為6 ×104m3/d，采用折板反應(yīng)—平流沉淀池—虹吸濾池。為了有效提升余杭區(qū)臨平副城東北片供水水質(zhì)，余杭區(qū)政府在“十二五”期間積極推進(jìn)運(yùn)河水廠深度處理提標(biāo)改造項(xiàng)目。

2013 年，杭州余杭水務(wù)控股集團(tuán)有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)集團(tuán)公司)對(duì)運(yùn)河水廠開(kāi)展了10 ×104m3/d深度處理工藝提標(biāo)改造，改造后的生產(chǎn)工藝如圖1所示。改造對(duì)建于1990 年的一期構(gòu)筑物進(jìn)行拆除，二期只保留了進(jìn)出水泵房、平流沉淀池、加藥間，其余構(gòu)筑物隨著新工藝的啟用陸續(xù)拆除。改造工程在廠區(qū)內(nèi)實(shí)施，由于運(yùn)河水廠出水量對(duì)于臨平副城供水管網(wǎng)的壓力平衡具有十分重要的作用，只允許在供水低峰期有限的幾個(gè)月停產(chǎn)，很大程度上只能邊改造邊運(yùn)行，施工難度大且歷時(shí)長(zhǎng)。

截至2015 年7 月，運(yùn)河水廠新的絮凝沉淀池、砂濾池、炭濾池先期建成，生物預(yù)處理、臭氧等工藝仍在建設(shè)中，為了滿(mǎn)足城市夏季高峰供水期間用水量，只能在原有構(gòu)筑物和已建構(gòu)筑物基礎(chǔ)上采取過(guò)渡的吸附凈水工藝(以下簡(jiǎn)稱(chēng)吸附工藝)，其流程如圖2 所示。預(yù)計(jì)此工藝將運(yùn)行數(shù)月，制水量為(7 ～9)×104m3/d。

2 吸附工藝構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1 絮凝沉淀池

吸附工藝包含2 套絮凝沉淀池，其中一套利用1995 年建成的6 ×104m3/d 折板絮凝和平流沉淀池，每組規(guī)模為3 ×104m3/d;2015 年8 月只運(yùn)行1組，出水進(jìn)入原虹吸濾池，9 月沉淀池出水完全接入新砂濾池。另一套為新建的4 ×104m3/d 折板絮凝和平流沉淀池，設(shè)計(jì)絮凝反應(yīng)時(shí)間為18 min，平流沉淀池設(shè)計(jì)停留時(shí)間為1.7 h，水平流速為13 mm/s，折板絮凝區(qū)至平流沉淀池間采用穿孔墻配水，出水槽采用不銹鋼指形槽。

圖1 運(yùn)河水廠改造后的工藝流程Fig.1 Process of Yunhe Waterworks after renovation

圖2 運(yùn)河水廠臨時(shí)吸附工藝流程Fig.2 Temporary adsorption process of Yunhe Waterworks

2.2 砂濾池

砂濾池與活性炭濾池合建，濾池采用V 型濾池的形式，設(shè)計(jì)規(guī)模為10 ×104m3/d，雙排布置，共分為8 格，單格面積為75 m2。設(shè)計(jì)濾速為7.5 m/h，濾料采用均質(zhì)濾料，粒徑為0.9 mm，K80＜1.4。采用長(zhǎng)柄濾頭配氣配水系統(tǒng)，設(shè)計(jì)氣沖強(qiáng)度和水沖強(qiáng)度分別為15 和6 L/(m2·s)，反沖洗周期為48 h。

2.3 炭濾池

活性炭濾池與砂濾池合建，也采用V 型濾池的形式，設(shè)計(jì)規(guī)模為10 ×104m3/d，雙排布置，共分為8 格，單格面積為72 m2。濾池上方設(shè)置頂蓋遮擋陽(yáng)光，防止藻類(lèi)滋生。濾池的設(shè)計(jì)濾速為8.0 m/h，炭層厚度為1.80 m，石英砂層厚度為0.3 m，空床接觸時(shí)間為15 min。活性炭采用粒徑8 ×30 目顆?；钚蕴?，有效粒徑為0.9 mm。

3 吸附工藝的運(yùn)行效果

3.1 原水水質(zhì)

運(yùn)河水廠的原水取自東苕溪奉口，東苕溪上游為青山水庫(kù)，下游是太湖，流經(jīng)多個(gè)縣市，水質(zhì)受周邊環(huán)境的影響較大?！?014 年浙江省環(huán)境狀況公報(bào)》顯示，苕溪流域水質(zhì)為Ⅱ～Ⅲ類(lèi)，無(wú)明顯污染河段，符合飲用水水質(zhì)功能要求［1］。但在冬季枯水期，個(gè)別時(shí)段污染物濃度顯著上升，主要為氨氮、耗氧量、錳等。2015 年1 月，CODMn、氨氮、鐵最高值分別為6.26，0.59 和0.54 mg/L，平均值分別為3.31，0.29 和0.28 mg/L。

根據(jù)國(guó)家城市供水水質(zhì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)杭州監(jiān)測(cè)站對(duì)東苕溪原水的檢測(cè)結(jié)果，東苕溪水源水中主要為溶解性的小分子有機(jī)污染物，其中＜1000 Da 的有機(jī)物占原水TOC 總量的82.1% ～89.1%［2］。不同季節(jié)小分子有機(jī)物占比差別不大，但TOC 總量略有差別，主要是因?yàn)檐嫦醇s1/3 時(shí)間受太湖水倒灌影響，而太湖水夏季藻類(lèi)爆發(fā)比較嚴(yán)重，夏季苕溪有機(jī)物指標(biāo)較高。運(yùn)河水廠的常規(guī)處理工藝應(yīng)對(duì)微污染有機(jī)物和水質(zhì)突變的效果不穩(wěn)定，顆粒活性炭對(duì)小分子有機(jī)物吸附效果較好，與常規(guī)工藝結(jié)合比較適合東苕溪水源水的處理。

3.2 出廠水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

浙江省城市水業(yè)協(xié)會(huì)根據(jù)浙江省水廠運(yùn)行實(shí)際情況以及世界衛(wèi)生組織(WHO)、歐美的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，制定了《浙江省現(xiàn)代化水廠評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》。集團(tuán)公司基于該標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)深度處理改造完成后的水廠修正了內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，主要指標(biāo)如表1 所示。

表1 部分水質(zhì)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)限值Tab.1 Standard limits of some water quality index

4 運(yùn)行效果

4.1 出廠水總體水質(zhì)

運(yùn)河水廠于2015 年7 月13 日正式啟用新工藝，加氯、加礬點(diǎn)不變，原有的虹吸濾池改造后為石英砂過(guò)濾、活性炭過(guò)濾，經(jīng)不同濾料和工藝處理后的出水水質(zhì)如表2 所示，對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的去除率見(jiàn)表3。

表2 改造前后水質(zhì)對(duì)比Tab.2 Comparison of water quality before and after the renovation

表3 改造前后工藝對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的去除效果Tab.3 Removal effect of each index before and after renovation %

由表2 可知，運(yùn)河水廠改造前一年及新工藝臨 時(shí)投入使用后的出廠水水質(zhì)均滿(mǎn)足《生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)，基本滿(mǎn)足《浙江省現(xiàn)代化水廠出廠水優(yōu)質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(2013 版)。從數(shù)據(jù)上看，改造后的部分指標(biāo)較改造前有明顯提升，主要為濁度、耗氧量，pH 呈現(xiàn)新的變化趨勢(shì)。

4.2 吸附工藝對(duì)濁度的去除效果

2015 年9 月，東苕溪流域降雨量為109.2 mm，較去年同期增多28.2%。9 月下旬受臺(tái)風(fēng)“杜鵑”影響，有1 次明顯降水。東苕溪平均水位為1. 61 m，水量充足，流速中等，奉口取水口水質(zhì)符合II 類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(除TN 外)。運(yùn)河水廠新工藝試運(yùn)行期間，該月各工藝段濁度的變化如圖3 所示。

圖3 各工藝段濁度的變化Fig.3 Change of turbidity in each process section

受降水影響，東苕溪原水通過(guò)DN1400 管輸送至運(yùn)河水廠后，進(jìn)廠濁度在6 ～22 NTU 之間小幅度波動(dòng)，總體平穩(wěn)。原水經(jīng)管道混合器與聚合氯化鋁混合，通過(guò)折板絮凝、平流池沉淀，沉后水濁度基本在0.5 ～1.0 NTU。

砂濾池所用的石英砂和炭濾池所用的活性炭均為新投入使用的濾料，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明:運(yùn)河水廠砂濾出水和炭濾出水平均濁度在0.04 ～0.12 NTU，與濾池運(yùn)行工況有關(guān)。砂濾出水濁度即可達(dá)到《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》要求，而顆粒活性炭主要用于去除小分子溶解性有機(jī)物，對(duì)于中等顆粒反映出來(lái)的濁度具有一定的不確定性。

4.3 pH 的變化

運(yùn)河水廠原水為河道水，pH 本底值較高，在7.2 ～7.6之間，總堿度在55 mg/L 左右。投加聚合氯化鋁后，由于水解作用，H+增加，經(jīng)原水堿度中和作用，沉后水pH 值下降0.2 ～0.3，砂濾對(duì)pH 值的影響不大。從圖4 可見(jiàn)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，炭濾出水略有下降，但尚不明顯，最低值為7.0，主要是由于活性炭投入使用不久，炭表面的生物膜尚未完全形成。

圖4 各工藝段pH 的變化Fig.4 Change of pH in each process section

水廠在2014 年底改用次氯酸鈉消毒，出廠水pH 值在炭濾出水的基礎(chǔ)上有所提升，9 月在7.1 以上，滿(mǎn)足省現(xiàn)代化水廠標(biāo)準(zhǔn)和水廠內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)公司另一座水廠深度處理工藝的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，炭濾池在掛膜完成后，生物作用明顯，pH 值會(huì)有所降低。但運(yùn)河水廠使用次氯酸鈉消毒后，出廠水pH 值有所提升，兩者對(duì)pH 值升降的貢獻(xiàn)情況有待進(jìn)一步跟蹤監(jiān)測(cè)。當(dāng)出廠水pH 值降至7.0 以下時(shí)，無(wú)法滿(mǎn)足水廠內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，也會(huì)對(duì)管網(wǎng)水的化學(xué)穩(wěn)定性帶來(lái)一定的影響，需密切關(guān)注炭濾出水pH 值的變化趨勢(shì)，若有必要及時(shí)增設(shè)pH 值調(diào)節(jié)設(shè)施。

4.4 吸附工藝對(duì)CODMn的去除效果

運(yùn)河水廠原水為河道水，受上下游環(huán)境影響較大，臺(tái)風(fēng)帶來(lái)的明顯降水也會(huì)導(dǎo)致原水波動(dòng)。除個(gè)別點(diǎn)外，原水水質(zhì)符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)Ⅱ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。

從圖5 可以看出，2014 年水廠提標(biāo)改造之前，原有的常規(guī)處理工藝受原水水質(zhì)及制水工藝本身影響較大，CODMn去除率在60% ～80%，個(gè)別點(diǎn)甚至小于50%。采用新工藝后，出廠水水質(zhì)更加穩(wěn)定，CODMn去除率在70% ～80%，CODMn基本控制在1 mg/L 左右。這說(shuō)明常規(guī)工藝對(duì)水中微量有機(jī)污染物的去除效果有限，而活性炭可以充分利用炭表面及內(nèi)部孔徑吸附去除小分子有機(jī)物，去除效果良好，顯著提高了水的化學(xué)安全性。但活性炭使用一段時(shí)間后吸附能力會(huì)飽和，因此需加快臭氧投加設(shè)備的安裝，保障后期活性炭表面掛膜后對(duì)有機(jī)物去除效果的持久性。

圖5 各工藝段CODMn的變化Fig.5 Change of CODMn in each process section

5 結(jié)論

① 對(duì)于苕溪水源，運(yùn)河水廠改造后的混凝—沉淀—砂濾—炭濾—消毒工藝出水主要指標(biāo)能夠滿(mǎn)足《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》要求，相關(guān)指標(biāo)去除效果較常規(guī)工藝有明顯提升，基本滿(mǎn)足浙江省現(xiàn)代化水廠水質(zhì)內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)。

② 要進(jìn)一步關(guān)注炭濾池后期炭表面生物掛膜情況，以及炭濾出水pH 的變化趨勢(shì)。

③ 要逐步積累新工藝生產(chǎn)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，形成適合該水廠的深度處理技術(shù)規(guī)程。