运河水厂深度处理工艺运行分析

2019-06-17王立彪

供水技术 2019年6期

王立彪

(杭州余杭水务控股集团有限公司，浙江杭州311100)

1 项目概况

运河水厂位于杭州市余杭区运河街道，原设计规模为12 ×104m3/d，原有净水设施分二期建成:一期建于1990 年，设计规模为6 ×104m3/d，采用水力循环澄清池—虹吸滤池;二期建于1995 年，设计规模为6 ×104m3/d，采用折板反应—平流沉淀池—虹吸滤池。为了有效提升余杭区临平副城东北片供水水质，余杭区政府在“十二五”期间积极推进运河水厂深度处理提标改造项目。

2013 年，杭州余杭水务控股集团有限公司(以下简称集团公司)对运河水厂开展了10 ×104m3/d深度处理工艺提标改造，改造后的生产工艺如图1所示。改造对建于1990 年的一期构筑物进行拆除，二期只保留了进出水泵房、平流沉淀池、加药间，其余构筑物随着新工艺的启用陆续拆除。改造工程在厂区内实施，由于运河水厂出水量对于临平副城供水管网的压力平衡具有十分重要的作用，只允许在供水低峰期有限的几个月停产，很大程度上只能边改造边运行，施工难度大且历时长。

截至2015 年7 月，运河水厂新的絮凝沉淀池、砂滤池、炭滤池先期建成，生物预处理、臭氧等工艺仍在建设中，为了满足城市夏季高峰供水期间用水量，只能在原有构筑物和已建构筑物基础上采取过渡的吸附净水工艺(以下简称吸附工艺)，其流程如图2 所示。预计此工艺将运行数月，制水量为(7 ～9)×104m3/d。

2 吸附工艺构筑物的设计参数

2.1 絮凝沉淀池

吸附工艺包含2 套絮凝沉淀池，其中一套利用1995 年建成的6 ×104m3/d 折板絮凝和平流沉淀池，每组规模为3 ×104m3/d;2015 年8 月只运行1组，出水进入原虹吸滤池，9 月沉淀池出水完全接入新砂滤池。另一套为新建的4 ×104m3/d 折板絮凝和平流沉淀池，设计絮凝反应时间为18 min，平流沉淀池设计停留时间为1.7 h，水平流速为13 mm/s，折板絮凝区至平流沉淀池间采用穿孔墙配水，出水槽采用不锈钢指形槽。

图1 运河水厂改造后的工艺流程Fig.1 Process of Yunhe Waterworks after renovation

图2 运河水厂临时吸附工艺流程Fig.2 Temporary adsorption process of Yunhe Waterworks

2.2 砂滤池

砂滤池与活性炭滤池合建，滤池采用V 型滤池的形式，设计规模为10 ×104m3/d，双排布置，共分为8 格，单格面积为75 m2。设计滤速为7.5 m/h，滤料采用均质滤料，粒径为0.9 mm，K80＜1.4。采用长柄滤头配气配水系统，设计气冲强度和水冲强度分别为15 和6 L/(m2·s)，反冲洗周期为48 h。

2.3 炭滤池

活性炭滤池与砂滤池合建，也采用V 型滤池的形式，设计规模为10 ×104m3/d，双排布置，共分为8 格，单格面积为72 m2。滤池上方设置顶盖遮挡阳光，防止藻类滋生。滤池的设计滤速为8.0 m/h，炭层厚度为1.80 m，石英砂层厚度为0.3 m，空床接触时间为15 min。活性炭采用粒径8 ×30 目颗粒活性炭，有效粒径为0.9 mm。

3 吸附工艺的运行效果

3.1 原水水质

运河水厂的原水取自东苕溪奉口，东苕溪上游为青山水库，下游是太湖，流经多个县市，水质受周边环境的影响较大。《2014 年浙江省环境状况公报》显示，苕溪流域水质为Ⅱ～Ⅲ类，无明显污染河段，符合饮用水水质功能要求［1］。但在冬季枯水期，个别时段污染物浓度显著上升，主要为氨氮、耗氧量、锰等。2015 年1 月，CODMn、氨氮、铁最高值分别为6.26，0.59 和0.54 mg/L，平均值分别为3.31，0.29 和0.28 mg/L。

根据国家城市供水水质监测网杭州监测站对东苕溪原水的检测结果，东苕溪水源水中主要为溶解性的小分子有机污染物，其中＜1000 Da 的有机物占原水TOC 总量的82.1% ～89.1%［2］。不同季节小分子有机物占比差别不大，但TOC 总量略有差别，主要是因为苕溪水源约1/3 时间受太湖水倒灌影响，而太湖水夏季藻类爆发比较严重，夏季苕溪有机物指标较高。运河水厂的常规处理工艺应对微污染有机物和水质突变的效果不稳定，颗粒活性炭对小分子有机物吸附效果较好，与常规工艺结合比较适合东苕溪水源水的处理。

3.2 出厂水质标准

浙江省城市水业协会根据浙江省水厂运行实际情况以及世界卫生组织(WHO)、欧美的水质标准，制定了《浙江省现代化水厂评价标准》。集团公司基于该标准，针对深度处理改造完成后的水厂修正了内控标准，主要指标如表1 所示。

表1 部分水质指标标准限值Tab.1 Standard limits of some water quality index

4 运行效果

4.1 出厂水总体水质

运河水厂于2015 年7 月13 日正式启用新工艺，加氯、加矾点不变，原有的虹吸滤池改造后为石英砂过滤、活性炭过滤，经不同滤料和工艺处理后的出水水质如表2 所示，对各项指标的去除率见表3。

表2 改造前后水质对比Tab.2 Comparison of water quality before and after the renovation

表3 改造前后工艺对各项指标的去除效果Tab.3 Removal effect of each index before and after renovation %

由表2 可知，运河水厂改造前一年及新工艺临时投入使用后的出厂水水质均满足《生活饮用水水质标准》(GB 5749—2006)，基本满足《浙江省现代化水厂出厂水优质标准》(2013 版)。从数据上看，改造后的部分指标较改造前有明显提升，主要为浊度、耗氧量，pH 呈现新的变化趋势。

4.2 吸附工艺对浊度的去除效果

2015 年9 月，东苕溪流域降雨量为109.2 mm，较去年同期增多28.2%。9 月下旬受台风“杜鹃”影响，有1 次明显降水。东苕溪平均水位为1. 61 m，水量充足，流速中等，奉口取水口水质符合II 类水质标准(除TN 外)。运河水厂新工艺试运行期间，该月各工艺段浊度的变化如图3 所示。

图3 各工艺段浊度的变化Fig.3 Change of turbidity in each process section

受降水影响，东苕溪原水通过DN1400 管输送至运河水厂后，进厂浊度在6 ～22 NTU 之间小幅度波动，总体平稳。原水经管道混合器与聚合氯化铝混合，通过折板絮凝、平流池沉淀，沉后水浊度基本在0.5 ～1.0 NTU。

砂滤池所用的石英砂和炭滤池所用的活性炭均为新投入使用的滤料，监测数据表明:运河水厂砂滤出水和炭滤出水平均浊度在0.04 ～0.12 NTU，与滤池运行工况有关。砂滤出水浊度即可达到《生活饮用水卫生标准》要求，而颗粒活性炭主要用于去除小分子溶解性有机物，对于中等颗粒反映出来的浊度具有一定的不确定性。

4.3 pH 的变化

运河水厂原水为河道水，pH 本底值较高，在7.2 ～7.6之间，总碱度在55 mg/L 左右。投加聚合氯化铝后，由于水解作用，H+增加，经原水碱度中和作用，沉后水pH 值下降0.2 ～0.3，砂滤对pH 值的影响不大。从图4 可见，根据监测数据，炭滤出水略有下降，但尚不明显，最低值为7.0，主要是由于活性炭投入使用不久，炭表面的生物膜尚未完全形成。

图4 各工艺段pH 的变化Fig.4 Change of pH in each process section

水厂在2014 年底改用次氯酸钠消毒，出厂水pH 值在炭滤出水的基础上有所提升，9 月在7.1 以上，满足省现代化水厂标准和水厂内控标准。根据公司另一座水厂深度处理工艺的运行经验，炭滤池在挂膜完成后，生物作用明显，pH 值会有所降低。但运河水厂使用次氯酸钠消毒后，出厂水pH 值有所提升，两者对pH 值升降的贡献情况有待进一步跟踪监测。当出厂水pH 值降至7.0 以下时，无法满足水厂内控标准，也会对管网水的化学稳定性带来一定的影响，需密切关注炭滤出水pH 值的变化趋势，若有必要及时增设pH 值调节设施。

4.4 吸附工艺对CODMn的去除效果

运河水厂原水为河道水，受上下游环境影响较大，台风带来的明显降水也会导致原水波动。除个别点外，原水水质符合《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)Ⅱ类标准。

从图5 可以看出，2014 年水厂提标改造之前，原有的常规处理工艺受原水水质及制水工艺本身影响较大，CODMn去除率在60% ～80%，个别点甚至小于50%。采用新工艺后，出厂水水质更加稳定，CODMn去除率在70% ～80%，CODMn基本控制在1 mg/L 左右。这说明常规工艺对水中微量有机污染物的去除效果有限，而活性炭可以充分利用炭表面及内部孔径吸附去除小分子有机物，去除效果良好，显著提高了水的化学安全性。但活性炭使用一段时间后吸附能力会饱和，因此需加快臭氧投加设备的安装，保障后期活性炭表面挂膜后对有机物去除效果的持久性。