栏目导读
中国科技核心期刊《净水技术》关注我国供排水和工业水处理生产一线的实际问题，打造一线生产技术人员实战经验的分享平台。本栏目内容主要选自发表于中国科技核心期刊《净水技术》“‘清时捷’供排水企业运行及管理成果专栏”的原创论文，供同行交流参考，并抛砖引玉，培育一线生产技术人员线上交流的平台。
《杭州主城区饮用水深度处理的发展与实践》发表于《净水技术》2022年第2期。在自来水厂的深度改造方面，我国部分城市由于起步较早，已经逐渐从摸索和实践期，进入总结和回顾期。杭州作为水厂深度处理改造实施较早的城市之一，经过近二十年的积累，总结出了一系列具有实践指导性的设计建议和运行经验。本文将杭州所主要采用的两种组合工艺的运行情况进行回顾总结，分析了不同组合工艺出水水质的不同，并结合原水水质的不同，对今后组合工艺的选择提出了可借鉴的建议。
杭州主城区设计日供水能力为170万吨/日，共有5个水厂。原水85%取自钱塘江，其余取自东苕溪。根据长期水质资料分析，杭州取水口水质大部分时间都在Ⅱ-Ⅲ类，但是2003年来，钱塘江原水水质变差，以地表水Ⅲ类作为评价标准，则其中主要超标项目有总氮、氨氮、锰、耗氧量、总磷、溶解氧等。氨氮最高值达到4.05-4.10mg/L，是Ⅲ类水体标准1.0mg/L的4倍，Ⅱ类标准的8倍。2004年爆发了藻类。耗氧量逐年升高，平均值已升至3.0mg/L左右。锰自2003年以来，持续偏高，且呈周期性变化的趋势。溶解氧严重超标，最低到0.3mg/L。2005年6月，浙江省首次印发了《浙江省城市供水现代化水厂评价标准》和《浙江省城市供水现代化营业所评价标准》，为浙江省城市供水现代化提出了目标和方向。现代化评价标准中，对现代化水厂的出厂水提出了更高的要求。针对当时的原水水质状况，杭州提出了主城区深度处理改造的规划。规划提出，在前期南星水厂饮用净水改造一期工程（10万吨/日臭氧活性炭深度处理工艺）的基础上，积累臭氧-活性炭处理技术的经验，为清泰水厂、祥符水厂、九溪水厂等进行深度处理建设提供技术和设备选型依据。同时，规划也明确，除了臭氧活性炭深度处理工艺，同步要研究膜处理技术和其它新工艺技术应用可行性，为解决原水水质问题，确保供水水质创造条件。根据规划，杭州水务对主城区的自来水厂逐步进行了深度处理改造。南星、清泰、祥符、九溪四个水厂从开始进行改造到全部完成改造，前后共经历了16年的时间，到2018年底，杭州主城区由杭州水务运营的四大水厂全部完成深度处理改造。
受城市供水需求的限制，各水厂在改造的过程中，均不能停水，因此，给各改造工程增加了不少难度，也使整个改造的时间比较长。同时也提醒我们，在新建水厂的设计过程中需要充分考虑今后改造的需求。南星一期是集团第一个完成臭氧活性炭深度处理改造的水厂，其活性炭滤池在工艺的最后一段，由于活性炭滤池中活性炭滤料的大小为8×30目，在运行的过程中，发现经过活性炭滤池后，出水浊度反而比进水要高。因此，南星二期及后续的改造过程中，在活性炭层的下面，增加了粒径为1-2mm的石英砂，厚度为0.4米，同步适当降低了活性炭层的厚度，有效地确保了活性炭池的出水浊度，同时又达到了活性炭去除氨氮和有机物的效果。清泰水厂活性炭池（炭砂双层滤料）为前置活性炭，接在沉淀池后面，考虑其反冲洗时间较短，因此，在活性炭选择时，强度比南星水厂的高。炭的形式也有改变，南星水厂最早用的是原煤破碎炭，而清泰水厂用的是压块破碎炭。实际运行中，控制沉淀池出水浊度在2NTU以下时，其反冲洗周期在36-48小时，而在砂滤池后的活性炭滤池，其反冲洗周期在1-2周。南星水厂深度处理运行中，我们发现水厂从前加氯改为前加臭氧后，砂滤池很容易滋长青苔，严重影响水厂生产运行中的感官。因此，在清泰水厂的改造中，给炭砂滤池增加了一个大棚。后续运行中发现加盖大棚虽然能缓解青苔的生长，但是仍然不能彻底解决青苔问题，部分阳光能照到的地方仍然有生长，因此，祥符水厂改造时，将砂滤池建到了室内，有效降低了砂滤池长青苔的风险。杭州市主城区饮用水厂在深度处理改造中，从总体上来说，采用了两大深度处理工艺，一是臭氧活性炭深度处理工艺（后简称臭氧活性炭工艺），二是臭氧活性炭结合膜的深度处理工艺（后简称膜工艺）。从两个工艺的出水浑浊度看，膜工艺历年五月的出水平均浑浊度在0.03-0.05NTU。再对膜工艺出水的最大浑浊度进行统计，发现膜工艺出水浑浊度最大值在0.09NTU，且运行期间出水浑浊度很稳定，基本在0.03-0.05NTU之间。臭氧活性炭历年五月的出水平均浑浊度在0.03-0.07NTU。再对其出水最大值进行统计发现，历年五月的数据中，臭氧活性炭出水的浑浊度最大值有到过0.29NTU，最大值在0.1NTU以上，也常有发生。可见，膜工艺在出水浑浊度的控制上，比较有优势，不仅低，关键是非常稳定。臭氧活性炭处理工艺的出水耗氧量平均值在0.84-1.26mg/L，膜工艺的出水耗氧量平均值在0.93-1.13mg/L。两种工艺在耗氧量的去除效果上，差异不明显。若想通过超（微）滤来提高对有机物的效果，作用不明显。两种处理工艺虽然用的是同一水源，但是膜处理工艺水厂的原水输送到厂里前，经过渠道后，进入吸水井前是与一条市内河道相通的，因此，膜处理工艺水厂的原水耐热大肠菌和总大肠菌数量高于臭氧活性炭工艺的水厂。从表4和表5可以发现，采用膜处理工艺的水厂，虽然原水耐热大肠菌和总大肠菌数量均高于臭氧活性炭处理工艺的水厂，但是出水的微生物均小于1CFU/100mL。这也是当初采用膜工艺的水厂之所以采用膜工艺的原因之一。如前所述，由于膜处理工艺水厂取了部分河道水，因此，其进水的氨氮平均值明显高于臭氧活性炭工艺的水厂，但是两者出水的氨氮平均值均小于0.02mg/L。这是由于膜工艺的水厂，其前面采用的炭砂滤池，尽管反冲洗周期只有24小时，但是仍然具有很好的生物除氨氮的效果。如前所述，由于膜处理工艺水厂取了部分河道水，因此，其进水的铁平均值高于臭氧活性炭工艺的水厂，但是两者出水的铁平均值均小于0.05mg/L，体现了对铁的良好的去除效果。两种组合工艺对锰的去除效果没有明显差异，出水均小于0.05mg/L。（1）从投运的膜处理组合工艺和臭氧活性炭组合工艺来看，两种组合工艺在水质上的差异主要在浊度、微生物。膜处理组合工艺相较与臭氧活性炭组合工艺，其出水浊度的稳定性和对微生物的保障性更优。 （2）在采用超（微）滤工艺时，需要组合其他工艺，以达到有机物和氨氮的去除效果。（3）深度处理改造工艺的选择，需要根据确定的目标、自身的原水水质特点和现状处理工艺存在的问题综合考虑。以去除有机物和氨氮为目标的，可以采用臭氧活性炭工艺，在去除上述目标基础上，对出水浊度有较高稳定性要求的，可以结合膜处理工艺。对水源水可能受微生物污染风险较大的，可以结合膜处理工艺，提高对微生物的抗风险能力。
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来源：《杭州主城区饮用水深度处理的发展与实践》（《净水技术》2022年第2期），原作者朱建文（《净水技术》期刊青年编委）
版权：本文经原作者授权，网络传播权归上海《净水技术》杂志社所有
编辑：阮辰旼
排版：西贝
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