專欄分享 | 珠海市G水廠深度處理工藝的比選探討

本次帶來了珠海水務環(huán)境控股集團有限公司分享的——珠海市G水廠深度處理工藝的比選探討，看看他們在水廠改造深度處理的工藝上給我們帶來哪些實踐經驗。

珠海市G水廠位于香洲區(qū)主城區(qū)內，現(xiàn)狀總設計供水規(guī)模為20萬m³/d，分3套水處理工藝流程，分別建成于1982年（2萬m³/d）、1987年（6萬m³/d）和1993年（12萬m³/d）。其中，2萬m³/d和6萬m³/d流程采用“機械攪拌澄清池+普通快濾池+液氯消毒”工藝，12萬m³/d流程采用“折板反應池+斜管沉淀池+普通快濾池+液氯消毒”工藝（廠區(qū)現(xiàn)狀如圖1所示）。隨著粵港澳大灣區(qū)建設和珠海優(yōu)質供水計劃的逐步推進，對標高品質飲用水準標，適時上馬G水廠提標改造，進一步提升珠海市民飲用水品質已提上日程。

本文通過對珠海市G水廠歷年進出廠水質、運行狀況、深度處理工藝特點及其適用性等情況的分析，提出適合現(xiàn)階段珠海市G水廠提標改造的深度處理工藝路線選擇。

表1   G水廠原水水質

Tab.1   Raw Water Quality of G Waterworks  

        圖2   G水廠2012年-2019年出廠水渾濁度

Fig.2 Turbidity of Effluent Water from G Wateworks in 2012-2019

近8年，G水廠出廠水COD_Mn濃度均滿足穩(wěn)定低于3mg/L的國標要求，平均值為1.02mg/L，如圖3和圖4所示。其中，20%出水COD_Mn＜1.0mg/L，92%出水COD_Mn＜1.5mg/L。

近8年，G水廠出廠水氨氮均穩(wěn)定低于0.12mg/L，平均氨氮穩(wěn)定在0.02mg/L以下，遠低于國標限值，如圖5所示。

土臭素（GSM）和2-甲基異莰醇（2-MIB）是高藻水中引發(fā)嗅味問題的主要物質，由水中藻類及其分泌物造成的飲用水嗅味問題受到用戶和業(yè)內人士的普遍關注^[1]。

圖6   G水廠2018年-2019年出廠水GSM濃度占比

Fig.6   GSM Ratio of Effluent Wate from G Wateworks in 2012-2019

圖7   G水廠2018年-2019年出廠水2-MIB濃度占比

Fig.7 2-MIB Ratio of Effluent Water from G Wateworks in 2012-2019

圖8   G水廠2018年-2019年出廠水GSM濃度

Fig.8   GSM of Effluent Water from G Wateworks in 2018-2019

圖9   G水廠2018年-2019年出廠水2-MIB濃度

Fig.9   2-MIB of Effluent Water from G Wateworks in 2018-2019

根據(jù)市水質中心對過去10年（2007年-2017年）珠海市4座水廠出廠水中13種消毒副產物（2,4,6-三氯酚、二氯甲烷、二氯乙酸、二溴一氯甲烷、一溴二氯甲烷、氯化氰、三鹵甲烷（總量）、三氯甲烷、三氯乙醛、三氯乙酸、三溴甲烷）的檢測數(shù)據(jù)，對于珠海原水水質情況，除三氯乙醛極個別時間里出現(xiàn)超標情況外（液氯消毒時），液氯和次氯酸鈉消毒均能在保證有效消毒的基礎上，滿足《生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB 5749-2006）。  

深度處理是通過物理、化學、生物等作用去除常規(guī)處理工藝不能有效去除的污染物（包括消毒副產物前體物、內分泌干擾物、農藥及殺蟲劑等有毒有害物質和氨氮等無機物），保障飲用水水質，提高管網(wǎng)水的生物穩(wěn)定性。經過多年的發(fā)展，我國應對常規(guī)工藝無法滿足水質標準的情況，通常會采用生物預處理、臭氧生物活性炭或膜技術進行深度處理^[2]。

生物預處理工藝一般設置在常規(guī)凈化水工藝流程之前，主要利用微生物的氧化分解及轉化功能，以水中有機物（少數(shù)無機物）作為微生物的營養(yǎng)，通過微生物的新陳代謝，對水中的有機污染物、氨氮、亞硝酸鹽及鐵、錳等無機污染物進行初步去除降解。給水行業(yè)的生物預處理技術一般采用生物膜法，主要工藝有彈性填料生物接觸池、生物濾池、懸浮填料生物接觸氧化池和輕質濾料生物濾池。

研究表明，生物預處理技術是去除微污染水源水中氨氮和有機污染物的一種行之有效的方法。在環(huán)境溫度適宜的條件下，氨氮去除率可達80%。以上，對耗氧量、鐵、錳和酚等污染指標均有較好的去除效果^[3]。

臭氧-生物活性炭技術是集合臭氧氧化、活性炭吸附、生物處理效果于一體的飲用水深度處理技術。1961年，德國Dusseldorf的Amstaad水廠的使用，開啟了該技術在飲用水領域大規(guī)模的研究和應用推廣。

我國在該領域的研究和應用較晚，1985年建成了我國第一座采用該技術的城市自來水廠——北京田村水廠。2000年后，由于國內大部分水源水污染加劇及衛(wèi)生部《生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范》（GB 5749-2006）的實施，該技術在國內的研究得到廣泛開展，在試驗基礎上相繼新建或改建了上海周家渡水廠、常州第二水廠、桐鄉(xiāng)果園橋水廠、廣州南州水廠、嘉興石臼漾水廠等，均采用了臭氧-生物活性炭工藝。

膜分離被稱為“21世紀的水處理技術”，在飲用水處理領域的應用日益廣泛。作為一種新興的高效分離、濃縮、提純、凈化技術，膜過濾技術原理是采用高分子膜作為介質，以附加能量作為推動力，對雙組分或多組分溶液進行表面過濾分離，具有物質不發(fā)生相變、分離系數(shù)大、在常溫下運行、適用范圍廣、裝置簡單、操作方便等特點，能夠提供穩(wěn)定可靠的出水水質。

其中，微濾和超濾膜分離技術在市政給水領域的應用已有30余年。自2009年東營南郊水廠10萬m³/d規(guī)模浸沒式超濾膜車間投運以來^[4]，以超濾為深度處理工藝的膜法水處理技術在我國市政給水領域陸續(xù)得到推廣和應用。

各流程水質如圖10~圖13所示。

圖11 各流程進出水渾濁度平均值對比

Fig.11 Comparison of Average Turbidity of Influent and Effluent in Each Process

4.1.3 中試結果的分析

表3 臭氧-生物活性炭與超濾工藝優(yōu)缺點對比

Tab.3   Comparison with O3-BAC and UF Proces

在G水廠用地條件有限和投資合理性考慮的情況下，深度處理工藝只能從臭氧-生物活性炭工藝和超濾工藝之間二選一。通過上述分析可知，G水廠現(xiàn)有工藝歷年出水有機物、氨氮等指標均表現(xiàn)良好，原水季節(jié)性嗅味物質超標可采用已建成的應急預氧化和粉末活性炭投加系統(tǒng)處理，故選用臭氧-生物活性炭工藝必要性不大，且引入臭氧和生物活性炭在沿海地區(qū)和南方濕熱地區(qū)將增加出水溴酸鹽濃度超標^[5-6]和微生物泄露^[7-8]的風險，需高度慎重。

出水渾濁度低不但說明感官好，也說明非溶解性物質和微生物等去除的程度好，是最為重要的水質綜合性指標之一。上馬超濾工藝可使出水渾濁度100%低于0.1NTU，甚至可穩(wěn)定低于0.05NTU。國內外研究表明，當渾濁度為1.5NTU時，水中有機物、各種細菌的去除率可達到60%；當渾濁度為0.5NTU時，去除率達到99%；當渾濁度＜0.3NTU時，去除率達到99.9%；當渾濁度＜0.1NTU時，去除率可達到99.99%，且粒徑＞2μm的顆粒數(shù)在20以下，即可認為水中有機物和各種細菌絕大多數(shù)已被去除^[9]。

基于對G水廠進出廠水質和中試結果的分析，為進一步降低出廠水渾濁度、提高出廠水生物穩(wěn)定性、降低消毒副產物生成量，認為采用超濾技術進行深度處理更加符合現(xiàn)階段G水廠出廠水質提升之需。

（1）原水受到的有機微污染、氨氮污染不明顯，在現(xiàn)狀進水水質條件下，常規(guī)的混凝沉淀過濾工藝出水的有機物、氨氮等指標即能遠低于標準限值。間歇性產生藻類暴發(fā)（主要為每年夏季）帶來臭和味的問題（主要為2-MIB濃度超標），可采用已上線運行的應急預氧化和粉末活性炭投加系統(tǒng)進行處理^[10-11]。

（2）為進一步降低出廠水渾濁度、提高出廠水生物穩(wěn)定性、降低消毒副產物生成量，推薦采用超濾作為G水廠深度處理工藝。