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1、 微污染高藻湖泊水的深度处理工程设计 摘要: 由于太湖水质呈现高藻、高有机物、高氨氮的“三高”特征,常规处理对原水中藻类、氨氮、有机物等的去除效果较差,因此充山水厂实施了深度处理工程。经试验比较,在水厂原有气浮、过滤的常规处理工艺基础上,增设了BIOSMEDIm生物滤池及臭氧生物活性炭滤池等深度处理单元。介绍了充山水厂生物预处理气浮臭氧/生物活性炭砂滤消毒组合工艺的流程、设计参数及设计特点。太湖是附近城市的主要水源地,自20世纪80年代中期以来,太湖的水环境呈现恶化的趋势,富营养化日益严重, 1990年开始的水华暴发极大影响了城市供水及湖泊生态环境。根据2005年中国环境状况公报可知, 200
2、5年太湖水的高锰酸盐指数和总磷年均值分别达到类、类水质标准,且由于总氮污染严重,湖体水质为劣类。水体富营养化造成湖水色度、嗅味等感官指标下降,分泌出的藻毒素与居高不下的氨氮、有机物等指标交叉影响,致使水质恶化,严重威胁到了饮用水的安全性。为探索行之有效的高藻微污染湖泊水处理方式,无锡市自来水总公司承担了江苏省科技招标项目城镇居民安全饮用水保障技术工程示范研究项目,并以充山水厂为依托进行了示范工程建设。1水厂概况无锡市充山水厂于1982年建成投产,供水能力为1. 6 104 m3 /d,水源取自太湖梅梁湾。该厂采用除藻效果较好的混凝气浮过滤消毒的常规工艺。工艺流程见图1。2原水水质梅梁湾位于太湖
3、北部,由于周边城镇工业与生活污水的大量排入,使该湖区成为太湖水域富营养化最严重的区域之一。2003年2004年充山水厂的原水及出厂水水质情况如表1所示。由表1可知,太湖梅梁湾原水富营养化严重,全年以藻类、氮、有机物含量高为特征,藻类过度繁殖的情况尤为突出。太湖水华高发期在每年的5月10月, 7、8月份的发生频率最高,藻类数量最多时可达到2 106个/mL ( 1993年) 。在5月10月以外的时间,藻类数量相对较低,但绝对数量一般仍在5103个/mL以上。水中藻类优势种类为漂浮性蓝藻(微囊藻) ,鱼腥藻和湖泊色球藻是亚优势种类。3原有工艺存在的问题充山水厂现有气浮加过滤工艺对浊度和色度的去除效
4、果较好,但由于原水水质差,常规处理后的出厂水中有机物、氨氮等指标不理想,与最新颁布实施的生活饮用水卫生标准(GB 57492006)相应指标存在显著差距。虽然气浮池对藻类的去除率95% ,但原水中藻类数量过高,气浮池出水仍含有大量藻类,致使过滤周期缩短,并对出厂水嗅味有较大影响。此外,水厂采用前加氯作为气浮前原水的预氧化措施,以防止藻类繁殖、促进气浮池的除藻效果等。但氯与原水中高浓度有机物作用易生成三卤甲烷(THMs) 、卤乙酸(HAAs)等致癌副产物,同时也导致藻细胞内的毒素释放于水中,大大增加了水中溶解性藻毒素的含量,由于常规工艺对胞外微囊藻毒素的去除效果较差,因而预氯化处理逐渐受到各国的
5、限制,在藻类暴发期间原水预加氯措施是不恰当的。由于常规处理工艺对藻类、氨等污染物的去除效果不太理想,因此要提高水质必须在水厂内增加深度处理措施。4深度处理工艺的选择对于微污染原水的深度处理工艺,生物预处理和臭氧活性炭深度处理工艺(O3 BAC)具有广泛的应用,其中生物预处理能够有效去除水中的氨氮,大幅削减藻类的数量,同时能去除一部分有机物; O3 BAC工艺对藻毒素的降解很好,并能保证饮水水质的安全。为探寻适宜的深度处理工艺,充山水厂进行了试验研究。结果表明,对于高藻微污染湖泊水,生物预处理、强化常规处理和臭氧活性炭工艺联用能够取得较为理想的除污效果。其中生物预处理对原水中氨氮和藻类的去除率分
6、别达到65%和60%以上,对有机物的去除率为17% (相对于原水,以下同) ;气浮对浊度和藻类有较好的去除效果,对大分子有机物也有一定的去除作用,对CODMn的去除率约34%;活性炭单元对氨氮的去除率约为25% ,去除的CODMn 主要为小分子有机物, 去除率约为27% ,出水CODMn 3 mg/L。因此,水厂决定在现有工艺基础上增加生物预处理和臭氧活性炭深度处理设施。方案:生物预处理气浮砂滤臭氧活性炭该组合工艺目前应用较多,在常规处理之前增加生物预处理可去除氨氮和部分藻类,提高混凝效果;气浮可有效去除水中的浊度和藻类,砂滤在进一步除浊的同时还可去除部分大分子有机物;深度处理可去除水中的小分
7、子有机物。但活性炭滤池出水直接进入清水池,部分长有细菌的细小活性炭颗粒在水力冲刷下进入消毒处理单元。由于附着于活性炭颗粒上的细菌聚体比细菌单体对消毒剂有更大的抗性,而一般氯化消毒难以杀灭这些细菌 1 ,故出水水质较差,出水浊度和细菌指标较高。方案:生物预处理气浮砂滤臭氧活性炭砂滤鉴于方案存在的缺点,在臭氧活性炭单元后增设一组砂滤池,拦截脱落的细菌聚体,保证出水水质。此流程处理出水的水质好,安全性高,但存在工程费用高、占地大、水头损失大、运行耗能高等缺点。方案:生物预处理+气浮+臭氧生物活性炭+砂滤+消毒的深度处理工艺在方案的基础上,超越第一道砂滤,气浮出水进入活性炭滤层后再经砂滤处理,以防脱落
8、的细菌聚体进入清水池,保证出水水质。但气浮池出水浊度一般为13 NTU,直接进入生物活性炭滤层后其负荷较大。为解决上述问题,并综合考虑工程规模小、改造工程的流程及用地紧张等因素,采用了上向流移动床滤罐(见图2) ,过滤的同时连续冲洗,保证性炭滤层的清洁,提高生物降解及活性炭吸附的效果,并控制滤床水头损失 10 kPa,在水处理的过程中不需要中途提升,降低运行费用。5工程设计示范工程规模为1 104 m3 /d,除保留水厂原有一级泵房、气浮池、清水池、二级泵房外,增加了生物滤池和臭氧活性炭处理设施,而原有虹吸滤池设备老化且滤层水头损失较高,也改用移动滤罐。为减少氯消毒副产物,选择相对安全的二氧化
9、氯进行消毒。主要新增设施如下:生物滤池生物预处理采用轻质填料生物滤池(BIOSM2EDIm ) 。BIOSMEDIm生物滤池共4格,单格面积为25 m2 ,每格可独立运行。设计滤速为6 m /h,滤料层厚为3 m,轻质滤料密度 1 000 m2 /g。气水比为0. 41. 3,可根据原水水质变化进行调整。生物滤池结构见图4。原水自池顶配水井均匀进入各池底部,以上升流方式通过滤料层。滤池上方设遮阳篷,以降低阳光直射对藻类生长的影响。曝气设备采用罗茨鼓风机,并设变频调速。滤料清洗采用脉冲反冲方式,反冲时充气气囊迅速排气制造脉冲,使填料层迅速膨胀,以进行有效反冲洗。臭氧接触池气浮池出水进入臭氧接触池
10、,设计水力停留时间为15 min,分为独立的2格。每格分3段,采用密闭对流接触方式,每段接触时间为5 min,在接触池下部采用微孔曝气,布气盘上方有效水深约6 m。臭氧最大投加量按4 mg/L计,最大臭氧需要量为1. 75 kg/h,具体投加量可根据原水水质、水量进行调整。在接触池出水渠前设尾气管与臭氧尾气处理装置连接,以防臭氧尾气散逸。活性炭移动滤罐及石英砂移动滤罐石英砂移动滤罐与生物活性炭移动滤罐集中布置,同时将臭氧接触池、臭氧发生器间、消毒剂投加间、配电间以及控制室等处理单元和配套设施与滤池间合建,高度集成,以节约用地、减少投资。水处理间的平面结构如图5所示。生物活性炭移动滤罐设计滤速为
11、11 m /h,共8座,罐高约6. 6 m,炭层厚为2. 5 m。石英砂移动滤罐设计滤速为9 m /h,共10座,罐高约6. 1 m,砂滤层厚为2 m。生物活性炭移动滤罐组和石英砂移动滤罐组共设1套鼓风设备用于反冲洗。自控系统根据工艺流程设置水质在线监测仪表和常规仪表,主要包括生物滤池进出水水质监测仪表(浊度仪、pH计、溶氧仪和氨氮测定仪) 、配水井液位仪、气囊内液位开关、曝气管压力和气体流量仪表等,配合设备的运行控制,以实现生物滤池的有效监测和高效运行。同时在臭氧发生器间安装漏臭氧报警仪,砂滤罐出水设置出水流量仪和余氯测定仪。6结语针对太湖源水的水质特征,在前期试验的基础上,充山水厂采用了生
12、物预处理+气浮+臭氧生物活性炭+砂滤+消毒的深度处理工艺。生物预处理工艺简介 摘要：生物预处理工艺被广泛用于去除微污染水中的氨氮及可生物降解有机物，本文比较了几种应用较多的生物预处理技术，具体分析了各种工艺的特点及存在的问题，并具体介绍了一种新引进的生物预处理技术连续过滤生物滤池。该技术具有工艺成熟、效果稳定、系统简朴、滤料便宜、氧利用率高、运行维护工作量小等许多长处。要害词：生物预处理生物流化池间歇反冲生物滤池连续过滤生物滤池近年，随着水源水中氨氮问题的日益突出，生物预处理技术开始被海内水处理普遍关注。但多数技术是从污水处理中移植，应用于给水处理后存在较多问题，探索适用于给水处理的预处理工艺
13、成为一个热点。一、生物预处理工艺概述生物预处理是去除微污染水源水中氨氮有效且最济的方法，工艺具有生物量大、生化效率高的特点。经浙地区由于氨氮浓度高、水温较高，该技术被广泛采用，例如嘉兴石臼漾、乍浦水厂，桐乡果园桥水厂，平湖古横桥水厂等。生物预处理工艺有流化形式和滤池形式两大类。其中，流化池以悬浮球生物流化池为代表，而生物滤池又分为连续过滤与间歇反冲过滤两种。悬浮球生物流化池具有池型简朴、工程造价低、运行治理简便，工艺在设计负荷范围内对氨氮具有较高的去除率。但该工艺为了获得较好的悬浮填料的流化状态，填充率不宜超过50%，因此，需要较长的水力接触时间导致构筑物占地大，且抗冲击负荷负荷能力较差；为了
14、保持悬浮填料具有较好的流化状态，在较低氨氮浓度时也需要较大气水比，能耗高；填料上生长附着贝类问题也不能有效解决。间歇反冲过滤生物滤池由于堵塞问题使得其应用受限，目前应用较好的典型工艺（主要用于污水处理）为轻质滤料生物滤池（威立雅公司）及重滤料生物滤料（得利满），主要原因是设置了预沉淀，使进入滤池的SS为小于60mg/l。该工艺用于给水预处理时，由于地表水浊度变化大严峻影响其生物处理效果是其主要问题，且反冲洗后生物膜需要一定周期恢复。连续过滤生物滤池自1978年被开发以来应用广泛，如污水深度处理、生物水厂预处理、水厂絮凝过滤一体化等。该工艺具有：连续接触过滤系统，系统简朴，处理效果稳定；锰砂滤料
15、对氨氮去除效率更高；截留浊度及时排出，水头损失低；微生物活性高；运行治理简朴，无需人工控制；结构简朴，一次性投资低；运行、维护费用低；氧利用率高等特点。二、连续过滤生物滤池介绍连续过滤生物曝气滤池不需要将滤池停止运行就可以清洗滤床。气水同向向上流经滤床，而滤料慢慢向下移动。在过滤过程中脏滤料在一个清洗容器中清洗，脏物随清洗水一起排出。工艺采用锰砂作为生物载体，锰砂表面附着生物膜及催化物质在曝气充氧条件下去除水中氨氮。世界上第一次活性砂过滤中试试验在1978年8月开始，1979年正式引入活性砂过滤工艺。同年该工艺被应用在市政污水处理厂中，至今已经有30年的历史。随着工艺的发展，该工艺被逐步引入到给水处理中，并有超过10年的运行经验。在国外，活性砂连续过滤工艺被广泛应用，世界各地已有超过18000台活性砂连续过滤滤池。由于该工艺结构简朴、运行治理方便、技术成熟可靠、处理效果稳定被多家大公司（例如PAQUES、WATERLINK、WESTTECH等国外多家水处理公司）把握作为核心技术。其应用于不同领域时已有成熟的运行、设计参数可供选择。太湖水质指标高锰酸盐指数平均浓度为4.99mg/L，氨氮为0.81mg/L；太湖富营养化指标总磷为0.
