徐州市地面水厂工艺技术改造工程方案初探

赵含忠
徐州市自来水公司

一.背景概述

　　徐州市地面水厂位于市区北郊，建成投产于1992年6月，占地103亩。设计日处理水量约20万m3，目前日处理水量约10万m3。工艺流程如下：

　　该水厂源水主要来自微山湖的湖西航道和江水北调时期的大运河。正常情况下水厂能够取到接近Ⅲ类水源水质的源水，出厂水符合国家规定的GB5749--85《生活饮用水卫生标准》要求。
　　由于地面水源直接受周围环境的影响，该水厂水源水质污染问题一直困扰着水厂的正常生产。从1994年到现在，几乎每年都要出现因水源污染而造成的短期停产事故，给徐州市的工业生产和居民生活用水的正常供应带来了较为严重的影响。
　　对污染源水中的一些污染物，常规工艺不仅无力去除，而且由于它们的存在，使常规工艺本身的除浊、消毒目标也显得力不从心。受目前经济和技术条件的限制，对这些污染源水加以处理时，水厂所能采用的相应的措施，在绝大多数情况下，只是折点加氯和增加混凝剂投加量。折点加氯不但增加了水厂药剂费用，增加了出厂水对管道腐蚀的问题，更重要的是造成了严重的氯化有机物问题，给饮用水安全带来了很大威胁。改变源水水质低劣之现状，最根本的措施是治理废水，控制污染。但限于目前的经济实力，无法在较短的时间内治理好污水，控制水源污染。而寻求好的水源，迁建取水口，整个徐州境内也难以找到一块理想的水源地。退而求其次，在净水厂中对所取用的污染源水采取新型的处理措施，以缓解水源污染对给水工程造成的危害，从而保证出厂水质符合国家卫生要求，就成为特定历史条件下一种不得不面临的选择。

　　二.水源水质

　　总结地面水厂水源水质污染特点：一是突发性水源污染频率高，造纸废水污染占主要地位；二是取水口距船闸较近，造成取水口附近经常有大量船只滞留，影响水质；三是夏季微山湖水草腐败，有机腐殖质等含量较高。根据地面水厂的运行记录及水质检测数据表明：地面水厂水源遭受的是综合性污染，既有生活污染，也有工业污染，并且从源水的PH、色度、嗅与味、CODMn等指标来看，认为工业污染中尤以造纸废水污染为重。下表为98――2000年自来水公司对湖西航道取水口的水质检测统计：

　　以上统计数据表明：地面水厂水源有机耗氧物质及色度偏高，CODMn大于5mg∕L以上的天数占总天数的60％以上，色度指标也相对较高，平均在30（Pt-Co）度左右。而水源中的氨氮、亚硝酸盐等平均值也呈逐年上升的趋势，源水氨氮在0.5mg∕L以上的占总天数的30％以上，特别是2000年以来，源水氨氮在1.0mg∕L以上的占总天数的27％，并且源水的亚硝酸盐平均值达0.6mg∕L，最高达7 mg∕L以上。
　　根据历次地面水厂的停产记录，主要是取水水源受到突发性污染的影响，造成有机耗氧物质、色度、氨氮、亚硝酸盐等指标严重超标。而这些突发性的污染因素对地面水厂造成的影响程度和深度是目前地面水厂的技术改造中首先要考虑解决的问题。

　　三.试验分析

　　为解决源水水质下降和水质标准不断提高的矛盾，寻找适合当地污染源水水质特点的一整套处理工艺和优化技术，99年自来水公司有关技术人员自行设计出一套400L∕h的净水工艺试验模型。该模型包括生物预处理、常规工艺处理和深度处理三部分，今年上半年该装置投入运行，并进行了大量的试验分析。
　　通过对各模型工艺流程的常规项目测定分析表明：浊度的去除主要是靠常规处理工艺，但当受有机污染的水源水经常规工艺处理后，水中的CODMn只能去除20％――30％，且由于溶解性有机物的存在，不利于破坏胶体的稳定性而使常规的工艺对原水浊度去除效果也明显下降；对氨氮和亚硝酸盐氮的去除主要是靠生物作用才能获得满意的效果，但当源水氨氮含量较低时，其去除效果也相应降低；采用臭氧、活性炭深度处理工艺对有机物的去除尤为明显。
　　本试验模型还将进行进一步的实验分析来比较生物预处理工艺在不同水温、滤速、滤料、汽水比等条件下的处理效果；并对生物预处理、常规工艺、粉末活性炭及臭氧、活性炭池的不同组合工艺进行经济技术比较，为地面水厂的工艺技术改造方案的优取、设计参数的选定提供科学的依据。

　　四.改造方案

　　(一). 方案比选
　　根据对地面水厂水源水质特点的分析及试验研究的成果，自来水公司今年上半年组织召集了同济大学、清华大学及上海市政工程设计院等有关单位专家进行了多次的专题讨论研究，推荐了二种技术改造方案：
　　方案一：生物预处理＋粉末活性炭＋常规工艺
　　根据水厂小试结果表明：生物陶粒滤池对源水的氨氮具有较好的去除率，今年五月份以来，源水氨氮大都在1.0 mg∕L以上，经生物预处理后，源水氨氮去除率能在78％以上，而在源水氨氮较低的情况下（＜0.2 mg∕L时）,经生物滤池后氨氮去除率相对较低，一般要小于50％。虽然生物预处理工艺在水质正常情况下，其氨氮、色度、CODMn等去除效果并不十分明显，但对水质的稳定性方面，节省混凝剂、加氯量及全面提高出厂水质方面都能起到一定的作用。
　　粉末活性炭具有吸附速度快，易于在短时间内充分发挥其吸附能力。98年初，地面水厂根据生产需要上了一套较为简易的粉末活性炭投加装置。实践证明：在源水轻度污染情况下采用投加粉炭10――15PPm；污染严重时投加25――30PPm时，其出水效果较为理想，CODMn及色度去除率可增加30％以上。在突发性污染情况下，利用粉末活性炭对突发性污染物如挥发酚、有机物及色度等去除效果好的优点，用此工艺较为方便灵活并可避免一次性投资较大的问题。
　　方案二：生物预处理＋粉末活性炭＋常规工艺＋生物活性炭滤池工艺
　　利用臭氧的强氧化性对源水中难降解有机物氧化分解成小分子有机物，用生物活性炭池中活性炭的极强的吸附能力，对源水中已被分解为小分子的有机物进行吸附。另外活性炭上附着的微生物在充足的供氧条件下，在耗氧状态对吸附的有机物等污染物进行生物降解，并最终达到降解去除污染的目的。
　　在第一方案的基础上增加了生物活性炭池，在大多数情况下，即冲击负荷不是特别大的情况下，出厂水质将有更大的保证，其处理水质都能满足《城市供水行业2000年技术进步发展规划》中规定的88项水质标准要求。
　　(二).方案的技术经济初步比较
　　按照地面水厂目前实际供水量，计划对其改造分两期完成，一期改造工程规模为10万m3/d 。
　　两方案的技术经济指标综合比较见下表：

　　通过上述比较，两方案的主要优缺点概括如下：
　　方案一 一次性投资较小，技术性要求相对较低，增加的运行成本较少，但受源水水质冲击负荷及温度影响较大。
　　方案二 一次性投资较大，技术要求较高，管理较复杂，增加的运行成本较高，水质处理受水温的影响比第一方案小，在不出现特大冲击负荷情况下，出厂水水质可以满足一类水司的水质指标要求。
　　(三). 初步推荐方案
　　通过上述分析，方案一和方案二对全面改善地面水厂出厂水质都具有一定的作用。由于徐州地处江苏北部，冬季气温比较低（小于10度的气温在100天左右），生物预处理工艺在冬季难以保证处理效果。因此，增加了深度处理工艺的第二方案具有更强的适应范围，出厂水质更有保证且符合《城市供水行业2000年技术进步发展规划》要求。在投资许可的情况下，应优先考虑第二方案。

五.初步结论

　　徐州市在饮水资源方面是一个水质水量保证系数较低的综合型缺水城市。要将目前污染较严重的水源改造成国家Ⅲ类以上水质的水源，涉及面广、耗费巨大、耗时长，而就目前的污染状况想通过常规工艺达到高要求的水质显然是不现实的。因此对现有的地面水厂净水工艺进行技术改造是保证地面水厂正常运行的必由之路。
　　采用生物预处理＋粉末活性炭＋常规工艺＋生物活性炭工艺，提高了水厂的技术含量，相应地将提高水厂操作及管理的水平，有利于促进水厂的技术进步，并可为同类型的水厂改造以及新建水厂提供技术参考和工程经验，有助于国内水厂技术水平的提高，而且对稳定徐州市社会、发展，改善徐州市的投资环境具有重要的意义。
　　鉴于一次性投资和运行成本较高，而当地水源污染来源比较复杂，氨氮含量变化较大，在原水水质正常情况下的氨氮浓度一般仅为0.2 mg∕L左右，尚难以维持微生物的正常生长，且生长培养期更长。因此工程方案可分两步实施，先进行生物粉末活性炭和生物活性炭滤池的建设，待源水中的氨氮含量平均值升高时再建设生物预处理工艺，以降低一次性投资费用。

2000年9月