微污染水库水常规处理工艺的改造和深化

深圳市微污染水库水常规处理工艺的改造和深化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14，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+O3BAC深度处理工艺（流程）强化常规工艺（流程）流程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(O3BAC滤池)组成。生物预处理工艺设计：生物预处理池分四种：生物接触氧化池型、生物接触氧化池型、生物陶粒滤池（简称），生物接触氧化池型，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型型型型1设计处理水量（m3/h)5.03.03.00.982水力负荷（m3/m3/h）1.01.0-1.03空床滤速（m/h)-3.96-4气水比1:11:11:11:15平面尺寸（m）2-0.800.83-0.480.480.870.872-0.40.46总高度（m)4.85.754.404.197水深（m）4.555.404.103.708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2.0m2.95m10中心导流筒（mm）-100-11曝气方式KBB-215微孔曝气器共2个，后改为4个KBB-150DN15穿孔管曝气孔径4，后改为2DN15穿孔管曝气，气孔1DN15穿孔管曝气，孔径212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3.5m13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25DN50穿孔管排泥，孔径10-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，水源水为类水体，个别项目超过类标准。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74.391.1(原水浓度大于0.5mg/l) 44.959.3(原水浓度小于0.5mg/l)藻类72.390.1TON42.753.8浊度41.857.8四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+O3BAC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m3d，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m3d，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m3d，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0.192.32mgl以上，藻类高达7.6106)，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46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m3d，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m3d，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m3d的气水反冲滤池，扩大为35.0万m3d，增建了13万m3d的气水反冲滤池，使全厂过滤面积的单位滤速降到8.0mm2.h。使全厂形成一个35.0万m3d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m3d，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G8574985“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。 渗沥液产量、规模及调节的工程计算0 前言 随着城市的发展和人民生活水平的提高，城市生活垃圾量日益增长，垃圾的处置是一项紧迫的任务。目前比较经济、易管理的处置方式是卫生填埋。城市垃圾卫生填埋场的建设和运行中，渗沥液的控制和处理是一项主要内容。渗沥液是城市生活垃圾卫生填埋场的主要污染物，渗沥液中因其有机物和氨氮浓度高，处理难度大、投资和处理费用高。因此，渗沥液调节容量和处理规模是卫生填埋场设计的重要设计内容，而在实际中对渗沥液处理规模和调节容量的确定往往是经过比较粗略的估算，相关资料也比较少，难以对设计起到实际的指导作用。本文结合工程设计计算实例，按照方便实用的原则，提出了渗沥液调节容量和处理规模确定的估算方法，希望可以对目前的填埋场的渗沥液处理设计起到一定的借鉴作用。1 渗沥液产生量的影响因素渗滤液主要由垃圾填埋场范围的降水渗透、地下水侵入以及垃圾本身所含的水分形成。影响渗滤液产量的因素十分复杂，主要有降水、地下水侵入、垃圾成分、填埋场顶部的地表径流和水分蒸发等。其中，垃圾渗沥液的主要来源是降水。2 控制渗沥液产量的主要措施2.1 合理填埋场合理地选择集雨面积较小、库容大、地下水位较低的区域作为填埋场场址（同时综合考虑垃圾运距、周围环境、地形地质、交通、覆土来源等因素）。2.2 设置截水排洪沟四川省的垃圾卫生填埋场基本上都属于山沟式填埋，通过设置截洪沟并对截洪沟作防渗处理，以截留填埋区外汇水面的地表径流和部分潜水。但是截洪沟的深度有限，部分来自填埋场上游的地下潜水将进入填埋场，会形成一定量的渗滤液，这方面的潜水引流措施有待进一步探讨。2.3 场区防渗根据场址的工程地质和水文地质情况，选择适当的方式对填埋场底部进行防渗处理，一方面防止渗滤液渗入地下，污染地下水；另一方面避免地下水侵入填埋场，造成渗沥液水量增大。2.4 规范填埋作业严格规范的填埋作业可以有效地控制降水的渗入量。对山沟式填埋场宜采用斜坡作业法，按单元填埋并分层压实覆土，在一定高度设置平台及排水沟以减少渗沥液产量。3 渗沥液产生量的计算渗沥液的产生量估算方法主要有水平衡计算法、年平均降水量法、几年概率降水量法等。对于新建城市生活垃圾卫生填埋场，我们对渗沥液的产生量估算采用经验公式法，在设计中采用的计算公式如下：Q=I（C1A1+C2A2）10-3式中：Q 渗沥液的日平均产生量（m3/d）；I 采用年平均降雨量转换为日平均降雨量（mm/d）；A1 填埋分区作业区面积（m2）；C1 填埋分区作业区渗出系数；A2 填埋分区填埋休止或填埋终了区的面积（m2）；C2 填埋休止或填埋终了区的渗出系数。注：1.计算日最大渗沥液产生量，则需将上式中的I采用最大月平均降雨量转换为日平均降雨量（mm/d）。2.渗出系数C1的取值：按照经验公式,其取值范围在0.2-0.8之间,一般当降雨量=蒸发量时取C1=0.5；当降雨量蒸发量时取C1蒸发量时取C10.5。C2一般按照C2=0.6C1的原则取值。在工程设计计算中，给出的年平均降雨量为1058.0mm，最大月降雨量229.7mm，年蒸发量2003.1mm，而填埋场汇水面积41000m2，分为两区，A1区面积21000m2；A2区面积20000m2。由此可以计算出在填埋期间的日平均渗沥液产生量和日最大渗沥液产生量：Q平均= 2.90（0.421000+0.2420000）10-3=38.28m3/dQ最大= 7.66（0.421000+0.2420000）10-3=101.11m3/d由于处理规模不但要考虑填埋期的处理量，也须考虑填埋终期以后的渗沥液处理，填埋完后的日平均渗沥液产生量（Q平均1）和日最大渗沥液产生量（Q最大1）作为校核的依据，计算结果如下：Q平均1= 2.900.244100010-3=28.54m3/dQ最大1= 7.660.244100010-3=75.37m3/d由此，可以假定处理规模在40-75m3/d之间。4 调节容量及处理规模的确定按照假定的处理规模在40-75m3/d之间，初选确定40m3/d、50m3/d、60m3/d、75m3/d为垃圾渗沥液的处理规模，根据多年逐月平均降雨量和多年平均逐月蒸发量，确定逐月渗出系数，计算月平均渗沥液的产生量和最小调节余量。月份月平均降雨量蒸发量A1C1A2C218.2086.17210000.2200000.1227.50171.40210000.2200000.12311.50235.70210000.2200000.12417.70274.80210000.2200000.12577.50261.30210000.3200000.186229.70165.10210000.6200000.367221.80151.20210000.6200000.368174.90153.60210000.5200000.309173.20119.30210000.6200000.3610104.90109.40210000.5200000.301123.4097.00210000.2200000.12127.7096.80210000.2200000.12通过上表计算出不同处理能力情况下的调节余量：40m3/d 调节余量：9940m3/d；50m3/d 调节余量：9486m3/d；60m3/d 调节余量：8055m3/d；70m3/d 调节余量：6855m3/d；75m3/d 调节余量：6255m3/d；经过比较，应在60m3/d和70m3/d之间选取，由于垃圾渗沥液处理的难度较大，投资高，一般选取处理规模小的方案，为此，设计中采用的处理规模为：60m3/d。为减少调节池的容量，降低工程投资和占地面积，本工程的调节方式采用坝内调节与调节池调节相结合的方式，经过计算，填埋场内部的到堤坝顶高程下1m的垃圾容量约32500m3，垃圾的间隙率约50%，但是可以用于存渗沥液的空隙率约20%，则垃圾内部的渗沥液的调节量为6500m3（此种二坝合一的坝型在坝体设计时尤其重要的是对坝进行稳定性、安全性的校核分析）。调节池最小调节量为1555m3，考虑必要的富裕量，设计调节池的容量为2000m3。5 结论在工程实践中，由于渗沥液产生的不确定因素较多，如何采用比较简便的方法对渗沥液产生量、调节容量和处理规模进行合理的确定，以指导工程的设计工作。同时，也应更完善地收集工程当地的有关气象水文资料，对本估算方法进行完善和补充，使我们对城市生活垃圾卫生填埋场的设计更科学、完善。19 / 19