專欄分享 | 珠海市G水廠深度處理工藝的比選探討

本次帶來了珠海水務(wù)環(huán)境控股集團(tuán)有限公司分享的——珠海市G水廠深度處理工藝的比選探討，看看他們在水廠改造深度處理的工藝上給我們帶來哪些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

珠海市G水廠位于香洲區(qū)主城區(qū)內(nèi)，現(xiàn)狀總設(shè)計(jì)供水規(guī)模為20萬m³/d，分3套水處理工藝流程，分別建成于1982年（2萬m³/d）、1987年（6萬m³/d）和1993年（12萬m³/d）。其中，2萬m³/d和6萬m³/d流程采用“機(jī)械攪拌澄清池+普通快濾池+液氯消毒”工藝，12萬m³/d流程采用“折板反應(yīng)池+斜管沉淀池+普通快濾池+液氯消毒”工藝（廠區(qū)現(xiàn)狀如圖1所示）。隨著粵港澳大灣區(qū)建設(shè)和珠海優(yōu)質(zhì)供水計(jì)劃的逐步推進(jìn)，對標(biāo)高品質(zhì)飲用水準(zhǔn)標(biāo)，適時(shí)上馬G水廠提標(biāo)改造，進(jìn)一步提升珠海市民飲用水品質(zhì)已提上日程。

本文通過對珠海市G水廠歷年進(jìn)出廠水質(zhì)、運(yùn)行狀況、深度處理工藝特點(diǎn)及其適用性等情況的分析，提出適合現(xiàn)階段珠海市G水廠提標(biāo)改造的深度處理工藝路線選擇。

表1   G水廠原水水質(zhì)

Tab.1   Raw Water Quality of G Waterworks  

        圖2   G水廠2012年-2019年出廠水渾濁度

Fig.2 Turbidity of Effluent Water from G Wateworks in 2012-2019

近8年，G水廠出廠水COD_Mn濃度均滿足穩(wěn)定低于3mg/L的國標(biāo)要求，平均值為1.02mg/L，如圖3和圖4所示。其中，20%出水COD_Mn＜1.0mg/L，92%出水COD_Mn＜1.5mg/L。

近8年，G水廠出廠水氨氮均穩(wěn)定低于0.12mg/L，平均氨氮穩(wěn)定在0.02mg/L以下，遠(yuǎn)低于國標(biāo)限值，如圖5所示。

土臭素（GSM）和2-甲基異莰醇（2-MIB）是高藻水中引發(fā)嗅味問題的主要物質(zhì)，由水中藻類及其分泌物造成的飲用水嗅味問題受到用戶和業(yè)內(nèi)人士的普遍關(guān)注^[1]。

圖6   G水廠2018年-2019年出廠水GSM濃度占比

Fig.6   GSM Ratio of Effluent Wate from G Wateworks in 2012-2019

圖7   G水廠2018年-2019年出廠水2-MIB濃度占比

Fig.7 2-MIB Ratio of Effluent Water from G Wateworks in 2012-2019

圖8   G水廠2018年-2019年出廠水GSM濃度

Fig.8   GSM of Effluent Water from G Wateworks in 2018-2019

圖9   G水廠2018年-2019年出廠水2-MIB濃度

Fig.9   2-MIB of Effluent Water from G Wateworks in 2018-2019

根據(jù)市水質(zhì)中心對過去10年（2007年-2017年）珠海市4座水廠出廠水中13種消毒副產(chǎn)物（2,4,6-三氯酚、二氯甲烷、二氯乙酸、二溴一氯甲烷、一溴二氯甲烷、氯化氰、三鹵甲烷（總量）、三氯甲烷、三氯乙醛、三氯乙酸、三溴甲烷）的檢測數(shù)據(jù)，對于珠海原水水質(zhì)情況，除三氯乙醛極個別時(shí)間里出現(xiàn)超標(biāo)情況外（液氯消毒時(shí)），液氯和次氯酸鈉消毒均能在保證有效消毒的基礎(chǔ)上，滿足《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749-2006）。  

深度處理是通過物理、化學(xué)、生物等作用去除常規(guī)處理工藝不能有效去除的污染物（包括消毒副產(chǎn)物前體物、內(nèi)分泌干擾物、農(nóng)藥及殺蟲劑等有毒有害物質(zhì)和氨氮等無機(jī)物），保障飲用水水質(zhì)，提高管網(wǎng)水的生物穩(wěn)定性。經(jīng)過多年的發(fā)展，我國應(yīng)對常規(guī)工藝無法滿足水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的情況，通常會采用生物預(yù)處理、臭氧生物活性炭或膜技術(shù)進(jìn)行深度處理^[2]。

生物預(yù)處理工藝一般設(shè)置在常規(guī)凈化水工藝流程之前，主要利用微生物的氧化分解及轉(zhuǎn)化功能，以水中有機(jī)物（少數(shù)無機(jī)物）作為微生物的營養(yǎng)，通過微生物的新陳代謝，對水中的有機(jī)污染物、氨氮、亞硝酸鹽及鐵、錳等無機(jī)污染物進(jìn)行初步去除降解。給水行業(yè)的生物預(yù)處理技術(shù)一般采用生物膜法，主要工藝有彈性填料生物接觸池、生物濾池、懸浮填料生物接觸氧化池和輕質(zhì)濾料生物濾池。

研究表明，生物預(yù)處理技術(shù)是去除微污染水源水中氨氮和有機(jī)污染物的一種行之有效的方法。在環(huán)境溫度適宜的條件下，氨氮去除率可達(dá)80%。以上，對耗氧量、鐵、錳和酚等污染指標(biāo)均有較好的去除效果^[3]。

臭氧-生物活性炭技術(shù)是集合臭氧氧化、活性炭吸附、生物處理效果于一體的飲用水深度處理技術(shù)。1961年，德國Dusseldorf的Amstaad水廠的使用，開啟了該技術(shù)在飲用水領(lǐng)域大規(guī)模的研究和應(yīng)用推廣。

我國在該領(lǐng)域的研究和應(yīng)用較晚，1985年建成了我國第一座采用該技術(shù)的城市自來水廠——北京田村水廠。2000年后，由于國內(nèi)大部分水源水污染加劇及衛(wèi)生部《生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范》（GB 5749-2006）的實(shí)施，該技術(shù)在國內(nèi)的研究得到廣泛開展，在試驗(yàn)基礎(chǔ)上相繼新建或改建了上海周家渡水廠、常州第二水廠、桐鄉(xiāng)果園橋水廠、廣州南州水廠、嘉興石臼漾水廠等，均采用了臭氧-生物活性炭工藝。

膜分離被稱為“21世紀(jì)的水處理技術(shù)”，在飲用水處理領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。作為一種新興的高效分離、濃縮、提純、凈化技術(shù)，膜過濾技術(shù)原理是采用高分子膜作為介質(zhì)，以附加能量作為推動力，對雙組分或多組分溶液進(jìn)行表面過濾分離，具有物質(zhì)不發(fā)生相變、分離系數(shù)大、在常溫下運(yùn)行、適用范圍廣、裝置簡單、操作方便等特點(diǎn)，能夠提供穩(wěn)定可靠的出水水質(zhì)。

其中，微濾和超濾膜分離技術(shù)在市政給水領(lǐng)域的應(yīng)用已有30余年。自2009年東營南郊水廠10萬m³/d規(guī)模浸沒式超濾膜車間投運(yùn)以來^[4]，以超濾為深度處理工藝的膜法水處理技術(shù)在我國市政給水領(lǐng)域陸續(xù)得到推廣和應(yīng)用。

各流程水質(zhì)如圖10~圖13所示。

圖11 各流程進(jìn)出水渾濁度平均值對比

Fig.11 Comparison of Average Turbidity of Influent and Effluent in Each Process

4.1.3 中試結(jié)果的分析

表3 臭氧-生物活性炭與超濾工藝優(yōu)缺點(diǎn)對比

Tab.3   Comparison with O3-BAC and UF Proces

在G水廠用地條件有限和投資合理性考慮的情況下，深度處理工藝只能從臭氧-生物活性炭工藝和超濾工藝之間二選一。通過上述分析可知，G水廠現(xiàn)有工藝歷年出水有機(jī)物、氨氮等指標(biāo)均表現(xiàn)良好，原水季節(jié)性嗅味物質(zhì)超標(biāo)可采用已建成的應(yīng)急預(yù)氧化和粉末活性炭投加系統(tǒng)處理，故選用臭氧-生物活性炭工藝必要性不大，且引入臭氧和生物活性炭在沿海地區(qū)和南方濕熱地區(qū)將增加出水溴酸鹽濃度超標(biāo)^[5-6]和微生物泄露^[7-8]的風(fēng)險(xiǎn)，需高度慎重。

出水渾濁度低不但說明感官好，也說明非溶解性物質(zhì)和微生物等去除的程度好，是最為重要的水質(zhì)綜合性指標(biāo)之一。上馬超濾工藝可使出水渾濁度100%低于0.1NTU，甚至可穩(wěn)定低于0.05NTU。國內(nèi)外研究表明，當(dāng)渾濁度為1.5NTU時(shí)，水中有機(jī)物、各種細(xì)菌的去除率可達(dá)到60%；當(dāng)渾濁度為0.5NTU時(shí)，去除率達(dá)到99%；當(dāng)渾濁度＜0.3NTU時(shí)，去除率達(dá)到99.9%；當(dāng)渾濁度＜0.1NTU時(shí)，去除率可達(dá)到99.99%，且粒徑＞2μm的顆粒數(shù)在20以下，即可認(rèn)為水中有機(jī)物和各種細(xì)菌絕大多數(shù)已被去除^[9]。

基于對G水廠進(jìn)出廠水質(zhì)和中試結(jié)果的分析，為進(jìn)一步降低出廠水渾濁度、提高出廠水生物穩(wěn)定性、降低消毒副產(chǎn)物生成量，認(rèn)為采用超濾技術(shù)進(jìn)行深度處理更加符合現(xiàn)階段G水廠出廠水質(zhì)提升之需。

（1）原水受到的有機(jī)微污染、氨氮污染不明顯，在現(xiàn)狀進(jìn)水水質(zhì)條件下，常規(guī)的混凝沉淀過濾工藝出水的有機(jī)物、氨氮等指標(biāo)即能遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)限值。間歇性產(chǎn)生藻類暴發(fā)（主要為每年夏季）帶來臭和味的問題（主要為2-MIB濃度超標(biāo)），可采用已上線運(yùn)行的應(yīng)急預(yù)氧化和粉末活性炭投加系統(tǒng)進(jìn)行處理^[10-11]。

（2）為進(jìn)一步降低出廠水渾濁度、提高出廠水生物穩(wěn)定性、降低消毒副產(chǎn)物生成量，推薦采用超濾作為G水廠深度處理工藝。