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1、城市给水处理工艺设计城市给水处理工艺设计张炯张炯北京市市政工程设计研究总院北京市市政工程设计研究总院20122012年年3 3月月1.城市给水处理面临主要问题城市给水处理面临主要问题城市给水处理主要技术城市给水处理主要技术 1 2案例分析案例分析 3目 录2.1 1 城市给水处理面临主要问题城市给水处理面临主要问题 各主要河流和湖泊流域水质不断恶化各主要河流和湖泊流域水质不断恶化 有机物、重金属、有毒化学物质污染；富营养化严重。有机物、重金属、有毒化学物质污染；富营养化严重。 水源地水质超标水源地水质超标 环保部环保部2007年根据地表水环境质量标准年根据地表水环境质量标准(GB 3838-2
2、002)对对全国全国32个省、直辖市和自治区的个省、直辖市和自治区的4002个水源地水质进行分类统计。个水源地水质进行分类统计。受污染地表水源地个数比例约为受污染地表水源地个数比例约为5%。受污染地下水源地个数比例。受污染地下水源地个数比例约为约为15.6%。 突发水污染事件频发突发水污染事件频发 松花江硝基苯污染；广东北江镉污染；无锡饮用水危机松花江硝基苯污染；广东北江镉污染；无锡饮用水危机1.1 水源污染严重，水污染事件频发水源污染严重，水污染事件频发3.1 1 城市给水处理面临主要问题城市给水处理面临主要问题1.2 水质标准提高及公众关注和需求水质标准提高及公众关注和需求项项 目目195
3、01955195919761985200120052006发布部门发布部门上海市上海市卫生部卫生部建工部建工部卫生部卫生部国家建委国家建委卫生部卫生部卫生部卫生部卫生部卫生部建设部建设部卫生部卫生部标准名称标准名称上海上海市自来市自来水水质水水质标准标准自来自来水水质水水质暂行标暂行标准准生活生活饮用水饮用水卫生规卫生规程程生活饮用生活饮用水卫生标准水卫生标准(TJ20-76)试行试行生活饮生活饮用水卫生用水卫生标准标准(GB5749-85)生活生活饮用水饮用水卫生规卫生规范范城市供城市供水水质标水水质标准准(GJ/T206-2005)生活饮生活饮用水卫生用水卫生标准标准(GB5749-200
4、6)总项目总项目161617233596103106感观及化学指标感观及化学指标119101215192120毒理学指标毒理学指标244815717274细菌学指标细菌学指标33333486放射性指标放射性指标-2222饮用水消毒剂饮用水消毒剂-4饮用水水质标准现状及发展趋势饮用水水质标准现状及发展趋势增加了增加了71 71 项；修订了项；修订了8 8 项；农药、消毒副产物、微生物学指标增加较多。项；农药、消毒副产物、微生物学指标增加较多。4.1 1 城市给水处理面临主要问题城市给水处理面临主要问题1.2 水质标准提高及公众关注和需求水质标准提高及公众关注和需求深圳市优质饮用水工程技术规程（深
5、圳市优质饮用水工程技术规程（SJG16-2007SJG16-2007）优质饮用水优质饮用水的定义：原水经水厂净化、消毒处理后，通过输配水管网的定义：原水经水厂净化、消毒处理后，通过输配水管网供给用户，符合供给用户，符合深圳市生活饮用水水质目标深圳市生活饮用水水质目标要求，要求，达到欧、美等达到欧、美等发达国家的水质标准，可以直接饮用的自来水发达国家的水质标准，可以直接饮用的自来水。项目国标深圳项目国标深圳项目国标深圳细菌总数10050二氯甲烷0.020.005乐果0.080.02色度15101,2-二氯乙烷0.030.005甲胺磷无0.001浊度1出厂0.3；管网0.51,1,1-三氯乙烷20
6、.2甲基对硫磷0.020.01pH6.5-8.57.0-8.51,1,2-三氯乙烷无0.005溴酸盐0.010.025TDS10006001,1-二氯乙烷0.030.007亚氯酸盐0.70.8耗氧量32三氯乙烯0.070.0052,4,6-三氯酚0.20.01TOC5*3四氯乙烯0.040.005氯酚（总量）无0.01阴离子合成洗涤剂0.30.2多环芳烃（总量）0.0020.0001卤乙酸（总量）无0.06亚硝酸盐1*0.51,4-二氯苯0.30.075总放射性0.50.1深圳市生活饮用水水质标准与国标对比深圳市生活饮用水水质标准与国标对比5.1 1 城市给水处理面临主要问题城市给水处理面临主
7、要问题1.2 水质标准提高及公众关注和需求水质标准提高及公众关注和需求 随着社会、经济的发展，人们对于饮用水水质的关注和需求日益随着社会、经济的发展，人们对于饮用水水质的关注和需求日益增多。根据北京市自来水公司的统计，用户投诉中大于增多。根据北京市自来水公司的统计，用户投诉中大于90%90%的投诉针对的投诉针对嗅味，包括：土腥味、氯味、装修材料的异味等。嗅味，包括：土腥味、氯味、装修材料的异味等。 综合市民对于自来水水质投诉的各种问题表明，普通市民对于饮综合市民对于自来水水质投诉的各种问题表明，普通市民对于饮用水水质的关注主要反映在感官指标，包括：用水水质的关注主要反映在感官指标，包括： 龙头
8、出水浊度龙头出水浊度 颜色颜色 异嗅异嗅 口感口感 结垢结垢 生物安全性生物安全性6.1 1 城市给水处理面临主要问题城市给水处理面临主要问题 常规处理工艺仍为主流工艺，约占常规处理工艺仍为主流工艺，约占92% 无法有效去除水源污染带来的有机物、氨氮、藻类等指标无法有效去除水源污染带来的有机物、氨氮、藻类等指标超标的问题。超标的问题。 无法有效应对突发水源污染带来的各类特性污染问题。无法有效应对突发水源污染带来的各类特性污染问题。 在当前水源条件下无法满足新的水质标准要求。在当前水源条件下无法满足新的水质标准要求。 无法保障管网输配的水质稳定性问题。无法保障管网输配的水质稳定性问题。 新技术、
9、新工艺的问题新技术、新工艺的问题 O3-BAC：溴酸盐问题、微生物泄露问题等。：溴酸盐问题、微生物泄露问题等。 水厂升级改造，引进的一些国外专利技术，目前主要存在水厂升级改造，引进的一些国外专利技术，目前主要存在管理、运行等问题，并且如何与原有系统更好的协调运行也管理、运行等问题，并且如何与原有系统更好的协调运行也是目前关注的焦点之一。是目前关注的焦点之一。1.3 水厂处理工艺主要问题水厂处理工艺主要问题7.城市给水处理面临主要问题城市给水处理面临主要问题城市给水处理主要技术城市给水处理主要技术 1 2案例分析案例分析 3目 录8.2 2 城市给水处理主要技术城市给水处理主要技术 预处理技术预
10、处理技术 强化常规处理技术强化常规处理技术 深度处理技术深度处理技术 安全消毒技术安全消毒技术 管网稳定性控制技术管网稳定性控制技术 应急处理技术应急处理技术9.2 2 城市给水处理主要技术城市给水处理主要技术 预处理技术预处理技术 预氧化预氧化 预臭氧和高锰酸钾替预臭氧和高锰酸钾替代原有的预氯化，减少氯代原有的预氯化，减少氯化消毒副产物。化消毒副产物。 生物预处理生物预处理 针对微污染水源处理，针对微污染水源处理，集中在长江三角洲和珠江集中在长江三角洲和珠江三角洲地区。三角洲地区。 粉末活性炭吸附粉末活性炭吸附 有效去除有机物，解有效去除有机物，解决嗅味问题。北京九厂用决嗅味问题。北京九厂用
11、其去除其去除2-MIB2-MIB、GeosminGeosmin。10.2 2 城市给水处理主要技术城市给水处理主要技术 强化常规处理技术强化常规处理技术 合理选择混凝剂种类合理选择混凝剂种类和投加量和投加量 重视加药点位置和混重视加药点位置和混合环节合环节 调整调整pHpH 投加絮凝剂、助凝剂投加絮凝剂、助凝剂 加药自控和监测加药自控和监测强化混凝强化混凝强化过滤强化过滤 选择合适的滤料（级选择合适的滤料（级配、种类）配、种类） 配水系统改造配水系统改造 反冲洗系统校核优化反冲洗系统校核优化 完善自控和监测完善自控和监测11.2 2 城市给水处理主要技术城市给水处理主要技术 深度处理技术深度处
12、理技术臭氧臭氧-活性炭、超滤活性炭、超滤 近近1010年，深度处理工艺建设规模总计达年，深度处理工艺建设规模总计达640640万吨万吨/ /日以上，占新增供日以上，占新增供水量水量1313。12.2 2 城市给水处理主要技术城市给水处理主要技术 安全消毒技术安全消毒技术 氯和氯胺协同作用，氯和氯胺协同作用，提高微生物灭活率提高微生物灭活率 THMsTHMs和和HAAsHAAs减少减少50%50%左左右右短时游离氯转氯胺短时游离氯转氯胺UV+UV+氯胺氯胺 有效去除隐孢子虫、有效去除隐孢子虫、贾第鞭毛虫、耐氯菌等贾第鞭毛虫、耐氯菌等 减少消毒副产物减少消毒副产物 降低遗传毒性降低遗传毒性13.2
13、 2 城市给水处理主要技术城市给水处理主要技术 管网稳定性控制技术管网稳定性控制技术 管网微生物生长控制管网微生物生长控制条件：条件：AOC150g/LAOC150g/L，余，余氯量氯量0.30.30.5mg/L0.5mg/L 常规处理对于常规处理对于AOCAOC去除去除较差，臭氧较差，臭氧- -活性炭去除活性炭去除AOCAOC效果较好。效果较好。生物稳定性生物稳定性化学稳定性化学稳定性 化学稳定性判别体系化学稳定性判别体系 管网铁稳定性机理模管网铁稳定性机理模型型 管网铁稳定性影响因管网铁稳定性影响因素和控制技术：增加碱素和控制技术：增加碱度、维持余氯浓度度、维持余氯浓度14.图图2-1 实
14、际管网管垢分层示意图实际管网管垢分层示意图给水管网管垢分为3层，即表面沉积层、致密壳层和内部疏松层。当管垢表面致密壳层被破坏，管垢内层松散结构的二价铁和三价铁就会大量进入水流主体。其中二价铁在主体水流中被余氯和溶解氧氧化成三价铁，形成不溶于水的氢氧化铁胶体颗粒，再凝聚长大成为铁锈悬浮颗粒，增加了水的浊度和色度，即产生“黄水”问题。 管垢特性初步分析管垢特性初步分析2 2 城市给水处理主要技术城市给水处理主要技术15.硫酸盐对于铁释放的影响主要表现在：硫酸根离子能够与管垢表面的FeOOH发生反应，生成(FeO)2SO4增加溶解性，同时较高的电导率加快反应速率，从而增加铁释放速率。有研究表明，硫酸
15、盐促进管垢钝化层破坏溶解，破坏管网铁稳定性。2FeOOH+SO42-(FeO)2SO4+2OH-(FeO)2SO4+2H2O2Fe3+ SO42-+4OH-对于以硫酸根、氯离子等中性离子的侵蚀为基础的铁稳定性判别指数主要是拉森指数（Larson Ratio）。Larson指数的计算公式如下式：当拉森指数大于1时，水具有严重腐蚀性。硫酸根对管垢铁释放的影响硫酸根对管垢铁释放的影响2 2 城市给水处理主要技术城市给水处理主要技术16.城市给水处理面临主要问题城市给水处理面临主要问题城市给水处理主要技术城市给水处理主要技术 1 2案例分析案例分析 3目 录17.3 3 案例分析：北京市第九水厂案例分
16、析：北京市第九水厂 总设计规模总设计规模150150万万m m3 3/d/d，分，分三期建设，分别于三期建设，分别于19881988、19951995、20002000年运行，每期年运行，每期5050万万m m3 3/d/d。 为了适应水源水质变化，为了适应水源水质变化，解决处理工艺和设施等问题，解决处理工艺和设施等问题，在在20042004年至年至20102010年，进行了一年，进行了一系列的改造工程。系列的改造工程。18.3 3 案例分析：北京市第九水厂案例分析：北京市第九水厂19.3 3 案例分析：北京市第九水厂案例分析：北京市第九水厂一期一期二期二期三期三期污泥污泥处理处理20.北京市
17、主要水源系统示意北京市主要水源系统示意北京九厂北京九厂团城湖团城湖南水北调南水北调近期河北四库来水近期河北四库来水远期丹江口水库来水远期丹江口水库来水南水北调来水作为第二水源南水北调来水作为第二水源密云水库密云水库 怀柔水库怀柔水库第一水源第一水源库容严重不足库容严重不足平谷地下水平谷地下水应急水源供水能力有限应急水源供水能力有限张坊地下水张坊地下水怀柔地下水怀柔地下水21.3 3 案例分析：北京市第九水厂案例分析：北京市第九水厂改造一：二期改为改造一：二期改为ACTIFLO 主要问题主要问题 密云水库水中藻类、有机物增加，矾密云水库水中藻类、有机物增加，矾花沉降性变差，斜板沉淀池斜板压塌。同
18、花沉降性变差，斜板沉淀池斜板压塌。同时需要增加处理能力。时需要增加处理能力。斜管沉淀 洗砂 改造效果改造效果 沉淀出水浊度低于沉淀出水浊度低于1NTU1NTU 藻类去除藻类去除60%60% 砂损失率砂损失率1.602.68g/m322.3 3 案例分析：北京市第九水厂案例分析：北京市第九水厂l采用微砂回流，絮凝时间可以缩短至采用微砂回流，絮凝时间可以缩短至8min，l上升流速可以提高到上升流速可以提高到4060m/h（1117mm/s），缩小了沉淀池的面积，），缩小了沉淀池的面积，l有微砂作为缓冲，对水量和水质的适应性较好。有微砂作为缓冲，对水量和水质的适应性较好。l微砂的粒径通常采用微砂的粒
19、径通常采用0.080.5mm，每，每m3水消耗微砂最大约为水消耗微砂最大约为3g。 ACTIFLO23.3 3 案例分析：北京市第九水厂案例分析：北京市第九水厂改造二：密云水库取水增加改造二：密云水库取水增加PAC 主要问题主要问题 由于藻类增加，引起嗅味问由于藻类增加，引起嗅味问题，用户大量投诉。题，用户大量投诉。工艺(2005-9-10) 2-MIB(ng/L)Geosmin(ng/L)去除率(%)原水156.11.31-一期进水280.61.41-滤池出水128.21.5354炭吸附池出水27.3N.A.90回流水373.2N.A.管网水28.4N.A.密云水库藻类变化密云水库藻类变化P
20、AC dosing 措施及效果措施及效果平均投加平均投加5-7mg/L5-7mg/L，高峰期投加，高峰期投加15mg/L15mg/L，管网水，管网水2-MIB2-MIB低于低于10ng/L10ng/L。24.3 3 案例分析：北京市第九水厂案例分析：北京市第九水厂改造三：关西庄泵站改造三：关西庄泵站由于原水水质不确定由于原水水质不确定增加预氧化增加预氧化ozone generator KMnO4 dosing 原水原水团城湖团城湖格栅间格栅间提升泵房提升泵房预臭氧接触池预臭氧接触池九厂配水井九厂配水井KMnO4O3规模规模: 1,500,000m3/d ; 预臭氧预臭氧: 1mg/L; KMn
21、O4: 0.52.5mg/L25.3 3 案例分析：北京市第九水厂案例分析：北京市第九水厂改造四：回流水处理改造四：回流水处理 主要问题主要问题 一、二、三期煤滤池、碳池反冲洗水以及排泥池上清液均进入一一、二、三期煤滤池、碳池反冲洗水以及排泥池上清液均进入一期回流水池，回流水量约期回流水池，回流水量约7 7万万m m3 3/d/d，后经提升泵送至一期加速澄清池前，后经提升泵送至一期加速澄清池前进行处理。由于反洗水中污染物浓度较高，降低了一期处理构筑物的进行处理。由于反洗水中污染物浓度较高，降低了一期处理构筑物的供水安全性。供水安全性。技术先进、短流程、技术先进、短流程、占地小、处理效果好占地小
22、、处理效果好26.3 3 案例分析：北京市第九水厂案例分析：北京市第九水厂27.原水原水混合井混合井高效澄清池高效澄清池砂滤池砂滤池主臭氧接触池主臭氧接触池炭滤炭滤 清水池清水池配水泵房配水泵房管网管网加药加药臭氧臭氧主加氯主加氯补氯补氯北京第三水厂改扩建北京第三水厂改扩建 主要问题主要问题地下水水位降低，产水能力衰减，供水管网压力不足。地下水水位降低，产水能力衰减，供水管网压力不足。 解决措施解决措施增加地表水处理系统，扩建规模增加地表水处理系统，扩建规模1515万万m m3 3/d/d。3 3 案例分析：北京市第三水厂案例分析：北京市第三水厂28.3 3 案例分析：北京市第三水厂案例分析：
23、北京市第三水厂u特殊的絮凝反应器设计 ，兼具物理和化学反应。 在中心区域的轴流叶轮，使絮凝区产生的流量约10倍于处理流量， 絮凝时间约810min，u沉淀区至絮凝区采用可控的外部泥渣回流u应用有机高分子絮凝剂：通过投加聚合物来提高矾花密度。高密度沉淀池高密度沉淀池29.3 3 案例分析：北京市第三水厂案例分析：北京市第三水厂30.3 3 案例分析：北京市第三水厂案例分析：北京市第三水厂预臭氧水射器进水增加网罩预臭氧水射器进水增加网罩 高密池排泥系统增加切换阀高密池排泥系统增加切换阀 炭池炭池 V V型槽增加档板型槽增加档板污泥卸泥车间增加外廊（冬季防冻）污泥卸泥车间增加外廊（冬季防冻） 31.
24、田村山水厂改扩建田村山水厂改扩建 19851985年建设，原规模年建设，原规模1717万万m m3 3/d/d，北京市提供生活饮用水的第一座深度，北京市提供生活饮用水的第一座深度处理地表水厂，建成之初为亚洲最先进的水厂之一。处理地表水厂，建成之初为亚洲最先进的水厂之一。原水原水混合井混合井机械搅拌澄清池机械搅拌澄清池虹吸滤池虹吸滤池臭氧接触池臭氧接触池活性炭池活性炭池清水池清水池配水泵房配水泵房管网管网加药加药臭氧臭氧主加氯主加氯补氯补氯 燕化田村水厂（工业用水水厂）燕化田村水厂（工业用水水厂）19761976年建设，总规模年建设，总规模3434万万m m3 3/d/d。原水原水配水井配水井隔
25、板反应池隔板反应池板沉淀池板沉淀池虹吸滤池虹吸滤池清水池清水池配水泵房配水泵房加药加药加氯加氯补氯补氯 改扩建目的：改扩建目的：保证奥运供水需求保证奥运供水需求3 3 案例分析：北京市田村山水厂案例分析：北京市田村山水厂32.改造前水源：密怀水库、张坊应急水源改造前水源：密怀水库、张坊应急水源改造后水源：密怀水库、张坊应急水源、河北四库、丹江口水库改造后水源：密怀水库、张坊应急水源、河北四库、丹江口水库 改扩建工程总规模改扩建工程总规模3434万万m m3 3/d /d ，其中新建综合池规模，其中新建综合池规模1717万万m m3 3/d/d。 改扩建工程利用燕化水厂改扩建工程利用燕化水厂50
26、%50%产水能力（产水能力（1717万万m m3 3/d/d），取用燕化水厂出），取用燕化水厂出水做为田村山水厂改扩建工程的水源。水做为田村山水厂改扩建工程的水源。燕化出水燕化出水输水管道输水管道混合井混合井砂滤池砂滤池臭氧接触池臭氧接触池炭滤池炭滤池清水池清水池配水泵房配水泵房加药加药臭氧臭氧主加氯主加氯补氯补氯田村山水厂改扩建田村山水厂改扩建3 3 案例分析：北京市田村山水厂案例分析：北京市田村山水厂33.3 3 案例分析：北京市田村山水厂案例分析：北京市田村山水厂34.深圳笔架山水厂改扩建深圳笔架山水厂改扩建原水原水混合井混合井水力絮凝池水力絮凝池V V型滤池型滤池臭氧接触池臭氧接触池活
27、性炭池活性炭池清水池清水池配水泵房配水泵房管网管网加药加药臭氧臭氧主加氯主加氯补氯补氯3 3 案例分析：深圳笔架山水厂案例分析：深圳笔架山水厂 19881988年建设，原规模年建设，原规模1212万万m m3 3/d/d，采用微絮凝直接过滤处理工艺。，采用微絮凝直接过滤处理工艺。19921992年扩建，增加了混合、絮凝、沉淀工艺，提高了原滤池滤速。年扩建，增加了混合、絮凝、沉淀工艺，提高了原滤池滤速。19931993年为缓年为缓解深圳市中部供水紧张的矛盾，实施应急扩建工程，新建解深圳市中部供水紧张的矛盾，实施应急扩建工程，新建V V型滤池。型滤池。 19971997年年将原有混合絮凝沉淀池改造
28、成为机械混合、侧向流波形斜板沉淀池，微絮将原有混合絮凝沉淀池改造成为机械混合、侧向流波形斜板沉淀池，微絮凝池停用，使供水能力挖潜到凝池停用，使供水能力挖潜到3232万万m m3 3/d/d。 。35.3 3 案例分析：深圳笔架山水厂案例分析：深圳笔架山水厂36.小格网反应池小格网反应池3 3 案例分析：深圳笔架山水厂案例分析：深圳笔架山水厂37.平流沉淀池平流沉淀池3 3 案例分析：深圳笔架山水厂案例分析：深圳笔架山水厂38.炭滤池炭滤池3 3 案例分析：深圳笔架山水厂案例分析：深圳笔架山水厂39.滤池设备间滤池设备间3 3 案例分析：深圳笔架山水厂案例分析：深圳笔架山水厂40.污泥处理系统工
29、艺路线工艺路线 排泥池脱水机房浓缩池污泥提升泵房外运填埋排泥水3 3 案例分析：深圳笔架山水厂案例分析：深圳笔架山水厂41.均衡池（浮动槽）2座单池平面尺寸WB = 18m18m，有效水深4m中心幅流式进泥固体负荷为1kg/m2h污泥处理系统浮动槽浮动槽3 3 案例分析：深圳笔架山水厂案例分析：深圳笔架山水厂42.浓缩池浓缩池中心幅流式重力浓缩池2座单池平面尺寸WB = 18m18m，池边有效水深4m固体负荷为1kg/m2h污泥停留时间40小时污泥处理系统3 3 案例分析：深圳笔架山水厂案例分析：深圳笔架山水厂43.脱水机脱水机污泥泵污泥泵进脱水机污泥含水率小于98处理干泥量15.6t/d主要设备：隔膜挤压全自动板框压滤机2台污泥处理系统3 3 案例分析：深圳笔架山水厂案例分析：深圳笔架山水厂44.活性炭池进水槽内设置的挡板活性炭池进水槽内设置的挡板活性炭出水后厂内接出的直饮水活性炭出水后厂内接出的直饮水PAMPAM药剂投加分流装置药剂投加分流装置加氯点井内设备外移加氯点井内设备外移3 3 案例分析：深圳笔架山水厂案例分析：深圳笔架山水厂45.谢谢！谢谢！46.
