摘要:本文主要介绍净水厂工艺改造的几种方法,以及工艺改造对原水污染的治理作用。
关键词:工艺改造;原水污染;治理方法
饮用水常规工艺的主要目标是去除水源水中的悬浮物、胶体杂质和细菌,以地下水为原水水源净水厂的工艺是不经过混凝、沉淀和澄清。而采用直接过滤方法。过滤则是利用颗粒状滤料(石英砂等)截留经沉淀后水中残留的颗粒物,进一步去除水中杂质,降低水中的混浊度。过滤之后采用消毒方法来灭活水中致病微生物,从而保证饮用水的卫生安全性。这里探讨的是以地下水为原水水源净水厂的工艺改造对原水污染的治理方法。
目前我国水源大都遭受生活污水与工业废水的污染,原水中有机物氨氮浓度增加,使水带色、味;有的水厂采用地下水取水水源,由于原水藻类(包括藻类分泌物)增加,使出水色、腥味增加。这些原水经水厂常规工艺净化,浊度不易得到很好控制,滤池易堵塞(藻类影响),出水有机物浓度高(生物不稳定,易使输配水管道中细菌滋长,恶化水质),氨氮浓度高,使加氯量增,加进而使消毒副产物(如三卤甲烷、卤乙酸等)量增加,提高了饮用水的致癌风险,使出厂水有异味,水质下降,往往会遭受居民的抱怨和投诉。因此,对净水厂的现有工艺进行改造势在必行。
净水厂的工艺改造有以下几种方法:①增加深度处理构筑物,如活性炭吸附(或者臭氧-活性炭联用)技术;②增加预处理构筑物,如生物预处理(接触氧化池或生物滤池);③不增加常规工艺前、后的净化构筑物,在现有工艺上改造,如、强化过滤、优化消毒;④综合采用前面几种技术。
具体来说,给水厂净水系统技术改造的内容主要包括如下几个部分:(1)针对水源水的污染特性,增设必要的预处理设施。预处理技术包括投加化学氧化剂,如臭氧、高锰酸钾;投加吸附剂,包括粉末活性炭和活化粘土;以及生物氧化技术等。特别是生物氧化预处理技术(如曝气生物滤池),由于本身存在的一些优点,自二十世纪八十年代以来,在许多国家得到重视。部分城市水厂也已经开始了这方面的工作。(2)过滤技术改造,改造为煤和砂的双层滤料滤池;可考虑采用轻质(煤或陶粒滤料)、粒径较粗、滤层较厚的均匀滤料。滤池采用气水联合反冲洗,改善冲洗效果,节约冲洗水量。(3)助滤剂的应用。在进滤池的水中再加注少量(一般为1-3mg/L)的混凝剂或微量(一般几十μg/L)高分子絮凝剂,能明显改善水的过滤性能,显著提高去除率。这是改善过滤出水水质的一个非常重要的措施。投加助滤剂后,出水浊度明显降低,但运行周期会相应缩短。经试验,采用助滤剂方案时,如运行周期尚长,可不改变滤层,否则要同时把滤层改为双层滤料或均粒滤层并加装表面冲洗以改善冲洗效果。(4)增设活性炭吸附或生物活性炭(臭氧-活性炭联用)深度处理设施,进一步控制出厂水中的有机污染物的浓度,减少卤代物质的生成量。(5)在无条件建立活性炭滤池时,可在过滤前投加粉末活性炭(PAC),或将滤池改造为活性滤池。(6)优化消毒工艺,使用氯胺、二氧化氯、臭氧等消毒剂,降低消毒副产物的产生量,提高饮用水的卫生安全性。(7)采用膜技术,可以替代常规工艺和深度处理工艺,并可以去除部分溶解性无机盐。(8)强化过滤滤池主要功能是发挥滤料与脱稳颗粒的接触凝聚作用而去除浊度、细菌。如果滤料洗涤不干净,滤料表面就会积泥,当预加氯时抑制了滤料中生物的生长,因此滤料层没有或较少生物降解作用。如果不预加氯,滤料层中就会有生物作用,滤池出水中氨氮有所降低,亚硝酸盐氮增加,就是具有亚硝酸盐菌的结果。强化过滤就是让滤料既能去浊,又能降解有机物,降解氨氮、亚硝酸盐氮。这样,就需要在滤料中培养生物膜,要既有亚硝酸盐菌,又要有硝酸盐菌使氨氮、亚硝酸盐氮都得到有效去除。是一种最经济的改造方法。强化过滤技术的难点是:①选择滤料(有利于细菌生长);②控制反冲洗强度既能冲去积泥,又能保持一定的生物膜;③要保证出水浊度小于1.0NTU;④要使滤池的微环境有利于生物膜成长;⑤其他技术问题,如冲洗水的强度、膨胀率等。
综合净水厂的净水工艺状况,把不同工艺的机理、功能、净水效果和费用进行比较,比较的依据是1993年12月中国建筑工业出版社出版的《给水排水工程概预算与经济评价手册》中给水工程构筑物技术经济指标,这里选取气水反冲V型滤池作为生物陶粒池、双阀滤池作为活性炭滤池投资(直接费)计算,间接费以直接费的50%计,再乘以价差调整系数2进行投资估算。估算中生物陶粒池滤速采用6m/h,活性炭滤池采用10m/h,臭氧发生装置以产1kgO3/h投资37.5万元计算,生产1kgO3耗电35kwh,每千瓦时以0.8元计,折旧以15年回收计算。运转管理人工费以每月1000元计。
这里需要特别指出的是,活性炭吸附技术最能有效地去除水中的有机物,将是今后给水净水厂首先应考虑增加的深度处理构筑物。但从经济角度来看,根据我们的估算,采用活性炭吸附技术每处理1m3/d水的投资将在80-100元,运转费将增加0.15元/立方米左右。从目前来看出,恐怕在短时间内还难以实现。生物预处理技术对氨氮、亚硝酸盐氮有很好的去除(80%-95%),对铁、锰的去除有相当效果,对有机物也有较好的去除效果(10%-25%);对色、味的去除也有一定效果,还能减少药剂投加量。生物预处理技术运转费便宜,仅需增加费用0.09元/立方米,但基建面积较大,投资高,每1m3/d约在100-120元左右[1]。
当然,在现有经济和技术条件下,最经济可行办法的是在有净水工艺基础上进行改造。采取强化过滤的办法,可以不增加构筑物,因此单位水量1m3改造费用只需20-25元,运转费用只需增加0.03-0.05元/立方米。氨氮及亚硝酸盐氮去除率80%-90%,有机物CODMn去除率15%-20%[1]。
综合净水厂不同净水工艺的去除指标和经济上增加的费用,我们得出的基本结论是,在常规处理工艺基础上,增加预处理和深度处理是解决当前水源遭到污染的主要方法,另外,在预处理中,生物预处理技术也已经开始得到应用。这里新提出的膜过滤将是未来很有发展前途的净水处理技术。在深度处理中,活性炭或者生物活性炭(即臭氧-活性炭联用)将是主要的发展趋势。
参考文献:
[1]王占生.中国饮用水的水质问题[M]//钱易,郝吉明,陈吉宁,等.环境科学与工程研究[M].北京:清华大学出版社,2001:32
