深圳市微污染水库水常规处理工艺的改造和深化

吕品祥

　　深圳市被人们誉为一夜崛起的城市，经济发展突飞猛进，人口增长速度很快，据一九九九年年报统计，全市实现国内生产总值1436.51亿元，人均国内生产总值35908元，全社会劳动生产率为49410元。GDP年累计增速保持13—17％。全市完成工业总产值2079.21亿元(按1990年不变价格计算)。全市年末常住人口405.13万人，户籍人口119.85万人。
　　随着城市的不断发展和国民经济的飞速增长，对供水的需求量也愈来愈大，1994年全市自来水生产能力为243.7万吨/日，年用水量5.23亿吨，到1999年生产能力达363.7万吨／日，年用水量8.66亿吨。
　　深圳虽属南方多雨地区，但因地理和地形条件、气候和气象特征等因素，仍届严重缺水城市，人均水资源占有量640吨。约为全国人均占有量的1／4，特区建立以来曾多次出现严重缺水的情况。
　　深圳市城市供水水源主要来自三个方面：一是本地水资源，依赖年际降雨经水库调蓄作为供水水源，部分地区利用本地河流在汛期丰水时抽升河水进入水库补充水源。此类水资源年供给量约3.21亿m³。 二是境外引水，即由对港供水系统取水，对港供水是由东江取水，经八级提升途径83km明渠输水至深圳境内的深圳水库调蓄，然后供给香港，深圳市则由深圳水库取水，年可供水量为5.23亿m³。第三个水源是正在建设中的深圳市东部引水工程，该水源是由位于惠阳境内的东江河道取水，经二级抽升由近50km管道和隧洞输水至深圳市，再经48km的管道和隧洞分别转输给全市各镇域和各水厂供水。一期建设年供水量3.5亿m³。
　 地下水资源贫乏，部分村镇和地方小企业用作补充水源，年可供量约0.65亿m³。
　 目前当东部引水工程尚未投入使用时，全市主要水源仍以对港供水的东江水源和本地的水库水源为主。 由于社会经济的飞速发展，人口的增长，城市建设的不断拓展，加之环保工作和污染治理方面的滞后，上述水源都不同程度地受到污 染，原水水质日趋恶化，尤以对港供水的输水明渠，受污染更为明显，据检测进入九十年代中期，全市主要供水的调蓄水库包括对深港供水的深圳水库，水中总氮、总磷、氨氮、亚硝酸盐氮、高锰酸指数、生化需氧量、石油类、挥发酚等的浓度都有不同程度的超标，水库水有生物臭，锰含量常常超标，藻的含量由80年代的每升几十万个增高到的每升几千万个，水库已经富营养化。在出厂已检测的35项水质指标中，水中的臭、味、有机物偏高。氨、氮、亚硝酸盐时有超标，Ames致突变呈阳性，具有生物不稳定性。
　　目前深圳市自来水厂均采用常规处理工艺，即原水经予加cL₂和PAC后，经混合，絮凝(大部分为网格、折板、孔口等反应)沉淀(以斜管和平流沉淀为主)，石英砂过滤(普通滤地、气水反冲滤地为主)加CL₂消毒后出厂，该处理工艺主要是去除水中的悬浮物，细菌等有机和无机物，对水中溶解状态的有机物以及致突变前体物并不具有较高的去除率，尤其是有机污染物，氨氯、臭味等去除率较低，这样使 得处理工艺中耗药量增加，Ames试验结果不佳，特别是藻类含量高时，一方面易造成滤池堵塞，过滤周期缩短，冲洗水量增加，另一方面藻体及其代谢物。腐植酸、富里酸，是水处理氧化过程产生致突变物的前体物，将造成水的Ames试验阳性强度增强，影响人体健康。
　　鉴于水库水源水质的不断恶化，饮用水水质标准的不断提高，人们对水质的要求也逐年增强，显然，一般常规处理工艺在处理受污染水库水的局限性所带来的影响，迫使人们不得不寻求如何提高或改善或强化常规处理工艺，以适应人们日益提高对供水水质的要求。
　　1998年我院受深圳市水务局的委托，会同深圳市自来水公司、清华大学和同济大学等单位，对“深圳市微污染水库水处理工艺集成技术研究”进行为期一年半的中型规模试验工作，并取得一定成果，列为国家“九五”重点科技攻关计划。
　　试验研究的主要内容是研究水源水净化单元技术——生物予处理、常规处理、活性炭过滤、消毒及其组合工艺，不同的生物予处理单元技术对水源水中有机物、氨氮、藻类等去除效果，按88项水质指标，考察组合工艺，实现工艺的优化组合。
　　试验工艺流程分为八个：
　　常规处理工艺(流程1)

　　　
　　
　　生物预处理+常规+O₃——BAC深度处理工艺（流程Ⅶ）
　　
　　强化常规工艺（流程Ⅷ）
　

　　流程Ⅰ—Ⅲ的生物预处理由三种池形的生物预处理后续有关的水处理工艺单元，流程Ⅷ强化常规处理工艺主要采取在混合池前选择性投加KMnO₄、PAC(粉末活性炭)以及降低水力负荷等强化措施。
　　中试水处理工艺流程按功能划分为三部分：
　　第一部分：预处理部分，分生物预处理、臭氧预处理。生物预处 理有四种池形，预臭氧由臭氧接触池、臭氧发生器等组成。
　　第二部分：常规处理工艺，由混合、孔室反应、斜管沉淀池和石 英砂滤池组成。
　　第三部分：深度处理工艺，该部分由二座并联运行的填装不同型 号粒状活性炭的GAC滤池(O₃—BAC滤池)组成。
　　生物预处理工艺设计：生物预处理池分四种：生物接触氧化池Ⅰ型、生物接触氧化池Ⅱ型、生物陶粒滤池（简称Ⅲ），生物接触氧化池Ⅳ型，各池的主要设计参数详见附表。

生物预处理池主要设计参数 序号

池型

项目 Ⅰ型 Ⅱ型 Ⅲ型 Ⅳ型 1 设计处理水量（m³/h) 5.0 3.0 3.0 0.98 2 水力负荷（m³/m³/h） 1.0 1.0 - 1.0 3 空床滤速（m/h) - - 3.96 - 4 气水比 1:1 1:1 1:1 1:1 5 平面尺寸（m） 2-0.80×0.8 3-0.48×0.48 0.87×0.87 2-0.4×0.4 6 总高度（m) 4.8 5.75 4.40 4.19 7 水深（m） 4.55 5.40 4.10 3.70 8 填料 YDT弹性波纹立体填料 YDT弹性波纹立体填料 陶粒 网状立体填料 9 填料高度及根数 4.0m56根 5.0m,30根 2.0m 2.95m 10 中心导流筒（mm） - Φ100 - - 11 曝气方式 KBB-215微孔曝气器共2个，后改为4个KBB-150 DN15穿孔管曝气孔径Φ4，后改为Φ2 DN15穿孔管曝气，气孔Φ1 DN15穿孔管曝气，孔径Φ2 12 曝气器位置 距水面4.35m 距水面4.4m，置于中心导游筒内 距水面3.65m,位于承托层中间 距水面3.5m 13 反冲洗方式 距填料底部10cm设DN15穿孔管，气冲 DN25反冲洗穿孔管于填料下部 气水反冲洗，长柄滤头布水布气 - 14 排泥方式 DN80穿孔管排泥，孔径Φ25 DN50穿孔管排泥，孔径Φ10 - 斗底排泥

　　本试验主要是针对深圳市现行使用的几个大中型水库存水为原水，这些水库存均不同程度地呈微污染状态，主要是氨氮、亚硝酸盐较高，溶解氧低，并均存在锰、藻、生物臭等污染，按GB3838-88《地面水环境质量标准》评价，水源水为Ⅲ——Ⅳ类水体，个别项目超过Ⅳ类标准。水库存呈富营养状态。
　　通过多种工艺流程的研究，我们得到的结论意见是：
　　四种生物预处理池在设计负荷条件下，对各主要污染物和去除效果均较好，其综合效果是：
　　氨氮74.3—91.1％(原水浓度大于0.5mg/l)
　　 　　　 44.9—59.3％(原水浓度小于0.5mg/l)
　　藻类72.3—90.1％
　　TON42.7—53.8％
　　浊度41.8—57.8％
　　四种生物预处理效果均较好，能够满足工艺要求的去除率，技术上是可行的，一定条件下均是适用的。
　　选择受污染水源水处理工艺时应首先明确水源污染的性质，解决 的主要水质问题，经技术和经济两个方面比较后确定。
　　对主要是水中有异味，并且一年中发生时间较短(季节性)的水源宜投加粉末活性炭的方法，提高对臭阈值，色度以及有机物的去除效果，改善出厂水水质。
　　一般含藻量高、氨氮、亚硝酸盐、锰、臭阈值以及有机物浓度较高的水源，宜采用生物预处理十常规处理工艺流程，为进一步提高出 厂水水质，可后接GAC深度处理，全面提高饮用水水质，降低Ames 致突变活性。
　　当原水水质中藻类含量不太高，经济条件许可时，可采用常规处理+O₃+BAC深度处理工艺，但臭氧投加宜采用两点投加，以保证常规处理工艺的正常运行。
　　试验结果表明各试验工艺流程的出水水质达标率均满足《供水规划》中一类水司的水质达标率，考虑Ames致突变试验结果，生物预处理+常规+O₃+BAC深度处理工艺出水水质最好，生物预处理+常规+GAC深度处理工艺与常规+0₃+BAC深度处理工艺的出水水质差别不大。
　　从投资和经营成本估算结果看，生物预处理十常规处理最具竞争力，条件适宜时首先采用。与常规处理工艺比较，其工程投资和经营成本分别增加10.2％和5％，生物预处理+常规+GAC深度处理工艺的工程投资和经营成本分别增加25.7％和8.2％；常规+O₃—BAC深度处理工艺则分别增加25.2％和16.7％。
　　根据取得的试验成果和对目前深圳市现有水厂处理工艺存在的问题，结合源水水质的现状和今后变化的推测，深圳市水务局和自来水集团公司会同我院对现有几座主要净水厂的常规处理工艺进行改造和完善，以适应日益提高的对供水水质合格率指标的要求，同时也 适应日趋恶化的原水水质。
　　介绍二个实例：
　　东湖水厂：该厂始建于1981年，经三次扩建和改造，现有生产规模30.0万m³／d，水源取自对港供水系统的深圳水库，厂内设有新老二个系统，老系统规模6.0万m³／d，净水工艺采用隔板回流反应，斜管沉淀池和移动罩滤池进入清水池，再经加氯消毒后出厂，新系统规模24.0万m³／d，采用微絮凝直接过滤，投药均采用碱式氯化铝，并辅助投加少量石灰。
　　近几年由于深圳水库原水水质不断恶化，有机污染和藻类不断增加，(氨氮0.19—2.32mg／l以上，藻类高达7.6×10⁶)，微絮凝直接过滤无法适应，滤池堵塞，过滤周期缩短，高藻期间每24小时要冲洗4—6次。出厂水水质无法保证，超标现象时有发生。
　　针对原水水质的变化和水厂现有工艺条件及厂内用地状况，我们进行了多方案组合工艺流程的比选。此时，对港供水系统为提高对香 港供水水质的要求，已拟定在深圳水库源水入口处增建生物接触硝化 工程，即生物预处理池，规模为400万m³／d，为国内第一，该工程的修建，在一定程度上改善了原水水质，为此东湖水厂改造方案中取消了生物预处理工艺，而选择了预O3方案。

　　采用预O₃方案目的在于以O₃的强氧化作用、降解原水中的藻和 氨氮量，它可以使水体中的大分子有机物氧化成小分子有机物，通过氧化作用，使水体中的部分溶解性有机碳(DOC)转化成可生化性的 溶解性有机碳，增强了有机物的可生物降解性，从而有利于提高常规处理工艺的净化效率。同时克服了以往预加氯产生的致突变物造成的 优患。
　　其次我们对常规处理进行完善和强化，在净水工艺中增加予O₃ 的同时，增建网格反应，絮凝斜管沉淀池，增建部分气水反冲滤池，改造原有的微絮凝直接过滤为气水反冲滤池，增建石灰投加和粉末活 性碳投加系统，我们根据现有水厂的用地条件，拆除原有的6.0万m³／d，处理构筑物，用来新建反应沉淀池，并将沉淀池与清水池叠合，这样既增加了14000m³清水池容积，还使原有30万m³／d的气水反冲滤池，扩大为35.0万m³／d，增建了13万m³／d的气水反冲滤池，使全厂过滤面积的单位滤速降到8.0m／m².h。使全厂形成一个35.0万m³／d处理规模的具有预O₃投加，反应、沉淀、过滤和15％调蓄容积的清水池以及具有投加石灰、粉末活性碳和其它助凝剂的完整常规工艺的净水厂，经一年来的运行实践证明，我们所选择的工艺方案是正确的。目前东湖水厂的出厂水不仅扩大了规模，而且水质指标也大大 提高，完全达到国际通用的水质标准。生产运行和管理也日趋完善和正常，净化工艺对原水水质变化的适应性也大大增强了。取得了良好的经济效益、社会效益和环境效益。
　　例二：
　　梅林水厂：产生规模60.0万m³／d，是目前深圳市规模最大、净化工艺最完善、设备较先进、自动化管理程度较高的现代化水厂。
　　现有净水工艺为细格栅——预氯——机械混合——折板反应——平流沉淀池——气水反冲滤池——清水池——二级送水泵房，另建有回收水系统及相应污泥脱水干化系统。水源原水主要取自深圳水库，部分时间可由 西沥水库和铁岗水库供给。其出厂水水质符合国家G85749—85“生活饮用水卫生标准”的35项水质指标。
　　进入九十年代以来,深圳水库的源水水质日趋恶化，库水呈富营养化，源水浑浊度、臭味、化学需氧量、氨氮、总磷、类型大肠菌群、藻类、五日生化需氧量、铁和锰等时有超标，致使出厂水的水质中臭、味、有机物偏高，氨、氮、亚硝酸盐时有超标Ames致突变呈阳性。
　　深圳梅林水厂供水范围主要为福田中心区，是今后深圳市的政治、经济和文化中心，也是对外活动的中心，优先提高该区饮用水水质与国际上先进国家饮用水质标准接轨，符合城市发展的需要，梅林水厂具有这种现实的可能。
　　我们综合了当前原水水质的变化趋势，结合深圳市城市发展规划的目标和深圳市提高水质发展规划纲要的构思，从提高城市基础设施层次，提高城市环境素质和生活质量，全面实施加快城市现代化进程，经多方案、多层次的技术经济比较，决定将梅林水厂现有常规处理工艺预以深化，以进一步全面提高出厂水水质，实现我国城市供水行业2000年技术进步发展规划的目标。
　　工艺流程：
　　原常规处理工艺流程：

　　

　　增加深度处理后工艺流程：

　　

　　该项目已经市规划国土局、市水务局正式批准立项，完成了初步设计，年内9月完成施工图设计，争取2002年底建立投产。