低温低浊水源水处理方案及工艺设计

水文水资源水利规划与设计2013年第3期·27·低温低浊水源水处理方案及工艺设计杨永义张颂（北京市水利规划设计研究院北京100048）【摘要】本文以北京某水厂为例，研究低温低浊水质处理特点，设计采用臭氧预氧化改善絮凝和过滤效果，同时应用给水改进型聚氯化铝和高效斜管沉淀技术进一步强化处理效果，解决水厂原水低温低浊问题，确保出厂水质达到《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）的水质标准。【关键词】低温低浊臭氧预氧化聚氯化铝V型滤池【DOI编码】10.3969/j.issn.1672-2469.2013.03.009【中图分类号】TU991.2【文献标识码】B【文章编号】1672-2469（2013）03-0027-031影响低温低浊水处理达标的因素低温低浊水在给水处理领域中还没有明确的定义。北方地区的冰冻期使水质长期处在低温（0~2℃）低浊（10~30NTU）状态；南方地区源水属于低浊度水，进入冬季以后，温度也会降到10℃以下，处于相对的低温低浊状态。由于低温低浊水经常规处理工艺处理后，出水一般不能达标，对此类水的处理一直是饮用水处理行业的难题。根据有关研究，影响低温低浊水处理的因素主要有以下几项：（1）水温温度低使水解反应速度减缓、减弱微粒的布朗运动、热运动能量减弱，不利于微粒间碰撞凝聚、不利于絮体的沉淀。（2）水中微粒浓度低温低浊水含有的颗粒数量少，并且水体的粘度大，颗粒发生碰撞的机会少，絮体脱稳、凝聚、沉淀困难。（3）水中有机污染物国内外的研究结果表明，有机物显著地增加了胶体的表面电荷，影响胶体颗粒间的结合，低温低浊水中的微粒尺寸都较小使这种作用更明显。2低温低浊水处理技术研究进展目前针对低温低浊水处理的解决思路主要有两个方面，一是开发和应用在低温低浊条件下产生较好处理效果的混凝剂。如高铁酸盐、聚硅酸、改进型聚氯化铝等应用于低温低浊水处理均收到了良好的效果，其他混凝剂应用试验也在开展中；二是在后继处理工艺上采取强化絮凝、沉淀和过滤的工程和技术措施。混凝剂的选择与应用是低温低浊水处理技术研究的重要环节。赵海华认为投加不同剂量的混凝剂处理低温低浊水，从混凝除浊效果看，三氯化铁去浊效果最好，硫酸亚铁最差；张海龙等通过试验比较了复合铝铁与硫酸铝对低温低浊水的除浊效果，结果表明：用复合铝铁代替硫酸铝处理不仅除浊效果好，可明显延长滤池的工作周期、节省自用水量，并且对净水pH值及剩余铝均有好处；李为兵等通过对低温低浊水混凝沉淀烧杯试验和水厂生产性试验，对硫酸铝（AS）和几种聚氯化铝（PAC）进行了优选，试验表明混凝沉淀效果相当时，新型聚氯化铝ZR-3型投加量为硫酸铝用量的50%左右，而且投药量与沉淀池出水浊度之间无显著的相关关系。3拟处理水厂原水水质特点分析9本文分析的水厂位于北京市郊区东北部，冬季较为寒冷，地表水源为典型的低温低浊水源。水厂设计产水水质执行卫生部最新颁布的水质控制标准《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）。水厂水源水库情况如图1所示，表现出典型的低温低浊水特点。作者简介：杨永义（1975年—），男，工程师。水文水资源水利规划与设计2013年第3期·28·图1净水厂进水水质变化图具体表现为：（1）部分水质指标已达到《生活饮用水卫生标准》，如硝酸盐氮最高值4.2mg/L小于标准值10.00mg/L。（2）部分指标（温度、浊度、pH、高锰酸盐、化学需氧量等）超标或接近极限值，如图1所示。水质特征为冬季低温低浊，夏季可能出现较高藻类、有机物、色嗅味；主要控制指标为浊度、pH、高锰酸盐、藻类等。具体如下：浊度：最大值17NTU，三年内水质超标率达到35%以上；其中不大于6NTU的数据占到检测出数据的66.7%；高锰酸盐：检测数据1.4~3.5mg/L，其中2.0~3.5mg/L数据接近68.6%，总体数值偏大；水温：2009年1~3月，水温0~1℃；2009年12月~2010年3月，水温1~2℃；2010年12月~2011年3月，水温0~4℃；2011年12月，水温2℃；由此可见冬季水库水温特别低；每年6~10月，水温15~25℃，每年温度分界比较明显。综上所述，该水厂水源原水浊度达不到饮用水标准，水温季节变化比较明显：每年12月~次年3月0~2℃；每年6~10月15~25℃，呈现典型低温低浊水质特点。处理工艺应能实现对低温低浊水的有效净化，去除各种有机物，确保细菌、病毒等指标达标；处理工艺要防止夏季藻类、嗅味的产生。4低温低浊水源水处理解决方案（1）总体方案设计目前对于低温低浊的水处理工艺很多，但是针对低温低浊的絮凝剂种类选择既要满足去除浊度需要，又要满足碱度、温度等水质条件；同时针对原水的铁、锰、色度、藻等的预处理和增强后继处理效果，采用臭氧预氧化技术是目前水处理的主要技术趋势；水处理的常规混凝沉淀和过滤技术发展比较快，主要是高效浅层斜管沉淀和V型滤池；对水质起保障作用的工艺，目前主要是成熟稳定的臭氧-生物活性炭工艺，既能氧化剩余的有机物，又能利用活性炭微孔吸附、增强生物菌活性、延长活性炭寿命等技术优势。（2）臭氧预氧化强化工艺净水厂的水源多来自水库，取水系统会产生藻类、增加浊度、铁等污染物，针对原水的预氧化工艺有多种，可以加氯、臭氧或者高锰酸钾等；水处理工艺前段设置预臭氧能够氧化铁、锰、去除色度和臭味，改善絮凝和过滤效果，取代前加氯、减少消毒剂的副产物，氧化无机物以及促进有机物降解。（3）高效混凝沉淀技术混凝沉淀效果对于后继处理工艺相当关键，混凝剂的使用条件、投加量、投加方式等是设计关键。目前广泛使用的改进型聚氯化铝的投加量对原水pH的影响小，且与出厂水pH之间无显著相关性，投药量与出厂水浊度之间无显著的相关关系。传统的沉淀处理很难达到理想的出水水质，因此各种强化沉淀相继出现：高效稳定的斜管沉淀池，合理配置斜管沉淀池的配水流速（0.035m/s）与上升流速（3.5mm/s），以及斜管沉淀池的长、宽比（0.65）的合理选择。（4）臭氧生物活性碳工艺臭氧化处理和活性炭相结合而构成的工艺，能够通过臭氧的强氧化作用改变大分子有机物的性质和结构，以利于活性炭吸附，并保证滤床中细菌所需的溶解氧，可实现细菌浓度增加10~100倍、活性炭使用寿命可以延长5倍以上，达到了吸附物理化学过程、同以微生物所进行的生物分解相结合的过程，确保原水中的有机物、胶体、细菌等彻底去除。5水厂工艺设计5.1工艺流程表1主要污染物设计进出水指标水文水资源水利规划与设计2013年第3期·29·（1）本工程按3.5万m3/d供水规模进行设计，其工艺流程如图2所示。（2）主要污染物（浊度、化学需氧量、生活需氧量、高锰酸盐指数）设计去除率见表1。图2净水厂工艺流程框图5.2处理单元5.2.1预臭氧处理单元预臭氧采用微孔扩散器方式，设计投加量0.5~2.5mg/L；设预臭氧接触池1座2格，单格尺寸L×W×H＝10.7×2.5×8.3m，有效水深7.4m；接触时间：约5.5min，水与臭氧逆流接触。5.2.2混凝沉淀池①机械混合池采用折桨式搅拌机，PAC设计投加量5~15mg/L，设混合池1座2格，230m3/座，有效水深4.1m，接触时间：约5.5min。②机械絮凝池采用单层全高桨板机，PAM（给水型）设计投加量1~3mg/L，设混合池2座4格，460m3/座，有效水深3.6m，接触时间：约25.0min。③斜管沉淀池采用1m长度，40孔径斜管，安装角度为60°，液面负荷5.8m3/（m2·h），设斜管沉淀池2座，钢筋混凝土池结构，980m3/座，有效水深6.4m，采用电动排泥阀自动排泥方式。5.2.3V型滤池有效水深4.0m；设计过滤速度7.5m/h；设计反冲周期：24h；气反冲强度：12L/（m2·S），冲洗时间3min；水反冲强度：8L/（m2·S）；冲洗时间6min。5.2.4臭氧-生物活性炭工艺臭氧接触时间：约20min，设计投加量1.0~3.0mg/L，水与臭氧逆流接触；扩散器（含不锈钢管）：DN150，共计66个；臭氧尾气破坏器：1套；双向透气安全阀：2套。活性炭吸附池设计过滤速度6.5m/h；设计反冲周期：4天；气反冲强度：12L/（m2·S），冲洗时间3min；水反冲强度：8L/（m2·S）；冲洗时间6min。6结论通过对北京某水厂低温低浊水源水处理方案和工艺的研究，可得出以下结论：（1）低温低浊水处理以物化（氧化、沉淀、过滤、吸附）为主和生物降解（滤床中生物菌）辅助的工艺趋势——预臭氧、高效混凝沉淀、V型过滤及臭氧-活性炭组合工艺，可确保水厂出水水质要求达到卫生部颁布的最新的水质控制标准（《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006）。（2）预臭氧工艺有利于絮凝和过滤效果的增强，同时预杀藻、氧化有机物等作用。（3）高效混凝沉淀技术采用适合低温的改进型聚氯化铝和高效浅层的斜管沉淀技术，解决了低温低浊的水处理问题。（4）臭氧生物碳的强氧化性、活性炭微孔吸附性、充足溶解氧保证细菌活性等，彻底解决水中细菌、胶体、有机污染物等。参考文献1.陈忠林,马军,王东田,等.松花江低温低浊时期的强化混凝生产性实验[J].哈尔滨建筑大学学报,1996,29(5):73-77.2.龚云峰,吴春华,丁桓如.低温低浊水处理技术[J].华东电力,2004,32(11):14-16.3.李海英.浅谈低温低浊水处理技术[J].环境科学导刊,2009,28(增刊):84-86.4.赵海华.低温低浊水处理的混凝剂优选[J].中国资源综合利用,2008,26(8):29-30.5.张海龙.复合铝铁代硫酸铝净化低温低浊水比较[J].低温建筑技术,2002(3):69-70.6.李为兵,金雪中,张红春,等.处理低温低浊水的混凝剂优选[J].中国给水排水,2006,22(13):49-52.