低温低浊水源水处理方案及工艺设计

2013-05-04杨永义

水利规划与设计 2013年3期

杨永义张颂

（北京市水利规划设计研究院北京 100048）

1 影响低温低浊水处理标的因素

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。

图1 净水厂水水质变化图

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。