浅论微污染水源净水新技术研究与应用的重要性和必要性
(2018年2月)
浏览次数:1032 编辑: 王军 王跃国 www.91219.com: 合肥工业大学 省皇家88手机登陆办理总站 皇家88手机登陆:2018-02-27 [字体: ]

 

一、概述

1、首要研究和推广的内涵

针对安徽省微污染水源的现状,在高效水力澄清池(HAC-SF)工艺研究基础上,推广相干研究成果并进一步深入研究该工艺的有关问题,包括:针对原水中包含污染物的不同,合理选择HAC工艺第一、第二絮凝室的体积比、网格层间距和网孔孔径等。李圭白院士定义的第三代净水工艺-以超滤技术为核心的净水工艺技术已日渐成为城镇水处理工艺的主流局部,微污染水源污染物和有机物种类繁多,经过将澄清(包括微污染前处理或深度处理)、超滤工艺集成化(HAC-UF),实现化学平安和生物平安的供水技术,该工艺此刻已成功经过试验(2000-3000m³/d),拟推广应用到5000-10000m³/d的规模水厂中去。

2、预期成果

针对安徽省微污染水源的现状,引入并进一步研究HAC-SF,HAC-UF新技术和新工艺,使其走向标准化、集成化、系统化。经过对该先进工艺的深入研究和推广应用,不仅微污染水源背景下能够为城镇提供合格的饮用水,总体目标上更要达到:净水效果好,吨水造价合理,运转成本低,施工办理方便。

二、研究背景及目的、意义

1、安徽省水质现状

随着安徽省经济的发展和现代化进程的加速,水资源短缺已成为突出的资源与环境问题。特别是随着工农业发展和城镇人口的剧增,工业废水和生活污水量剧增,更有不经处理或处理不达标而直接排放的现象,使我省许多城镇的地表水源受到了不同程度的污染,地表水中有机物的种类和数量大大增加。

安徽省境内的河流分属淮河、长江、钱塘江(新安江)流域,境内的巢湖为五大淡水湖之一,还有其他湖泊水库。各流域水环境质量及首要污染情况有所不同,所含污染物种类也较多(包括有机物、氨氮等),性质较复杂。水环境质量不容乐观。

按照近几年安徽省政府发布的《安徽省环境情况公报》中有关水环境质量局部可以看出,除新安江流域外,其他湖泊和流域都有不同情况的污染。淮河流域和巢湖流域较严重。安徽淮河总体水质情况为轻度污染(Ⅳ类),干流情况为优,支流总体情况为中度污染(Ⅴ类)。首要污染因子为氨氮(NH3-N)、石油类、生化需氧量(BOD5)。巢湖全湖平均水质为Ⅳ类、轻度污染、呈轻度富营养化。其中,东半湖水质为Ⅳ类、轻度污染、呈轻度富营养化;西半湖水质为Ⅴ类、中度污染、呈轻度富营养化。首要污染为总磷和总氮,这导致在春夏之交,蓝藻时刻有大面积爆发的或许。长江流域虽然总体水质优良,但不达标的支流也有百分之二十多。图1(2018年淮河流域安徽段水质情况示意图)和图2(2018年安徽巢湖水质情况示意图)给出了2018年淮河流域安徽段和巢湖流域的水质情况示意图。

 

图1  2018年淮河流域安徽段水质情况示意图

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图2  2018年安徽巢湖水质情况示意图

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表1(2018年8月巢湖湖体营养状态指数与水质类别)和表2(2018年8月淮河流域安徽省断面水质)为2018年8月巢湖流域水质及淮河流域安徽省断面水质情况,数据来源为中国环境监测总站发布的地表水水质月报。可以看出直至今年8月,水源水的污染指标仍以高锰酸盐指数(CODMn)和NH3-N为主,具有有机物综合指标值(以CODMn暗示)较高、NH3-N浓度较高,嗅和味明显等特点。两流域水质仍属于微污染水源。

 

表1  2018年8月巢湖湖体营养状态指数与水质类别

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表2  2018年8月淮河流域安徽省断面水质

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除了这些首要流域,对于农村饮用水水源地地表水源,还有河流水、湖泊水、溪沟水、和水库水等。河流水与溪沟水水量易随季节性水质与降水量的变化而变化,水质也受水量稳定性的影响,某些时期浑浊度高且细菌含量也高,特别容易受到工业废水、农药化肥等面源性污染的影响。湖泊水与水库水流动性差,藻类在湖泊水与水库水中容易繁殖,使得水的色度增加,造成污染。

综上,可以看出近些年来,我省地表水水源总体情况为轻度污染,按《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中对水体的分类,属于Ⅳ类标准,为微污染水源,甚至更差。(微污染水源是指有机物、氨氮等指标超过《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中 Ⅲ类水体标准,且存在微量有毒有害化学污染及病原微生物污染的水源水)。水源污染加大了水源选择和处理的难度。研究及推广行之有用的水处理新工艺势在必行。

2、常规工艺的不足

此刻我省农村以地表水为原水的自来水厂采用的处理工艺大多数为常规处理工艺,即混凝、沉淀、过滤、消毒的处理方式。该常规工艺首要去除对象是水源水中的悬浮物、胶体杂质和细菌,对微污染水源的处理存在许多不足。首要不足之处有:

(1)不能有用去除微污染水源中的有机物、氨氮等污染物,常规饮用水处理工艺只能去除水中有机物 20%-30%,且由于溶解性有机物存在,不利于破坏胶体的稳定性而使常规工艺对原水浊度去除效果也明显下降,仅为 50%-60%。

(2)常规工艺对氨氮、高锰酸盐指数的去除能力有限。当原水氨氮、高锰酸盐指数较高时,出厂水中的指标无法满足标准。

(3)当原水中藻类的大量繁殖时,不仅会给出水造成一定的色度和嗅味影响,并且采纳常规的加氯消毒后,会产生致癌、致畸作用的有机毒害物质。由于水中腐殖质的存在,会产生消毒副产物和三卤甲烷,对饮水平安造成威胁。

由此可看出常规水处理净水工艺随水源水质的恶化其局限性越来越凸显,耐冲击负荷相对较差。针对我省微污染水源的现状,为确保饮用水水质平安,包管供水稳定,必须研究行之有用的水处理新工艺。

3、研究推广的目的、意义

微污染水中的微污染物质给公众健康带来较大危害,而传统净水工艺又不能有用去除这些物质。随着经济发展和人民生活水平的提高,人们对健康的重视加强,对饮用水要求也越来越高。这一切都对净化工艺的发展提议了新的要求。

我国为保障供水水质卫生平安,颁布实施的《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006),大幅提高了生活饮用水水质标准,给水厂净水工艺技术面临新的挑战。然而迄今为止,我国大局部供水厂仍然采用的是常规净水处理工艺,已经无法满足新实施的水质标准,因此我国整个供水行业迫切需要对净水处理工艺实行技术升级和改造。

同时,联合国经过的《2030年可持续发展议程》也对饮用水提议目标。议程涵盖了17个可持续发展目标,其中目标6就是为所有人提供水和环境卫生并对其实行可持续办理。按照联合国相干水资源的筹划,到2030年,全球将全面实现充足、公平的环境卫生条件,改善水资源,减少污染,提高利用率,包管淡水的可持续供应和获取,从而处置水资源短缺及人类缺水的问题。而中国水资源有积累的问题也有新的问题,需要国家、企业和公民协同参与。

因此,剖析水源现状,改善常规工艺,研究及推广新工艺不仅对安徽省的饮用水平安可靠性有重大意义,同时能切实提高我国饮用水的平安可靠性,适应国民经济发展水平,甚至对全球水资源改善做出贡献。

三、微污染水源净水技术的研究现状

1、微污染水工艺处理技术

针对微污染水源水的处理问题, 在饮用水常规处理工艺的基础上,国内外实行了大量的研究和实践。

针对微污染水处理技术工艺,可分为预处理技术强化常规处理技术深度处理技术。分别是:在常规处理工艺前实行初级去除;对常规工艺的强化;以及在常规处理工艺后实行进一步的去除。按照去除方法的不同可分为物理法、化学法以及生物法。物理法首要是活性炭吸附,膜分离技术等;化学法有臭氧氧化法及其他强氧化剂氧化;生物法是利用生物的氧化作用达到去除污染物的目的。

活性炭吸附是利用活性炭吸附作用去除微污染水源中的污染物。可用于预处理和深度处理中。臭氧作为一种强氧化剂,不仅可用于预处理中,而且在深度处理中有较强的应用历史。这些根本工艺可按照原水水质、出厂水的要求以及技术经济等条件实行组合,如生物活性炭技术,臭氧活性炭工艺等。

生物活性炭技术,最早应用该技术的是德国慕尼黑水厂,该技术已在欧洲得到普遍应用。利用生长在活性炭上的微生物的生物氧化作用, 达到去除污染物的目的。现除德国外,法国、荷兰等国家的许多水厂已采用其作为饮用水处理工艺。它的首要优点是,生物与活性炭的连用使得活性炭的再生周期延长,减少运转费用;同时水中的氨氮被转化成硝酸盐,减少消毒环节氯气投加量。但由于延续构筑物的要求,其造价较常规处理工艺要高。且因活性炭颗粒中的细菌对环境有较强的适应能力,对消毒不利。

1961年,臭氧-活性炭技术最早在德国的Dusseldorf(杜塞尔多夫)市的Amstard水厂开始采用。随后,欧洲和美国一些国家也将臭氧和活性炭联用技术处理受污染的原水,取得了较好地处理效果。我国先后在北京田村山水厂(17万m3/d),深圳梅林水厂(60万m3/d)、广州南洲水厂(100万m3/d)等相继建成了该处理设施,处理效果不错。该工艺对营养性指标(NH3-N、TP、Fe、Mn、AOC(生物可同化有机碳))和微生物的消毒杀菌作用较好。缺点是在臭氧破坏某些有机物结构的同时,或许产生一些带毒副作用的中间产物。

强化常规水处理工艺一般经过强化混凝技术实现。经过改善混凝剂性能、优化混凝工艺条件,提高混凝沉淀工艺对有机污染物的去除效果。该工艺可使除浊和去除溶解性有机物(DOC)效果增强,提高常规处理中有机物的去除效率,处理成本低,并且见效快,效果好。缺点是过量的混凝剂会引起处理费用和污泥量的增加,且对局部无机污染物去除效果仍较差。

膜分离技术,是在某种推动力作用下,利用膜的选择透过性,达到分离水中离子、分子、微粒的目的。有反渗透,纳滤,超滤,微滤四种类型。可有用去除水中臭味、色度、消毒副产物前体物和细菌等。1987年美国科罗拉多州的keystone建成了世界上第一座膜分离水厂。近年来,美国环保署(EPA)推荐膜法为水处理最佳工艺之一。膜技术在我国起步较晚,但发展十分迅速。被认为是 21 世纪最有发展潜力的饮用水深度处理技术之一,具有其他处理技术无法比拟的优点。国内运用该工艺的水厂有山东东营南郊水厂(10万m3/d)、江苏南通芦泾水厂(2.5万m3/d)、北京第十水厂(50万m3/d)等,现建成的水厂还存在基建和运转费用高,膜的堵塞和反冲洗不便的问题,对运转造成不便。超滤是膜分离技术中应用相对广泛且重要的一种,是介于微滤和纳滤之间的膜过程。超滤的机理是指由膜表面机械筛分、膜孔阻滞和膜表面及膜孔吸附的综合效应,以筛滤为主。

以上首要工艺在运转和处理时效果都很好,但对农村饮用水处理工艺来说,还要考虑成本,运转办理、当地水质情况及工艺占地面积等因素。HAC工艺对此具有明显优势,在处理效果、对于地形的适应、占地面积等方面都更适合农饮工程的研究推广。

2、HAC新工艺概况

水力自控HAC(hydraulic auto control process for water treatment plant)新工艺由江苏睿济鼎洲科技工程有限企业按照扬州大学的吴根林教授、复旦大学何坚教授、合肥工业大学王军教授等的创造性设计思路协同研究而成。它源于二十世纪八九十年代水厂的改造,已在全国30多家中小型水厂的建造及改扩建中投入运转,成为一套完整的制水技术思路。

该工艺的核心构筑物为高效澄清池,按照其过滤方式的不同可分为HAC-SF和HAC-UF两种工艺。

(1)HAC-SF工艺流程与机理

HAC-SF是高效节能澄清池与高效重力均质滤池的组合工艺。其工艺流程见下图:

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图1  HAC-SF工艺流程图

高效澄清池综合微涡旋混凝技术、接触絮凝技术、结团絮凝技术与斜管沉淀泥水分离技术于一体。其结构示意图见图2。

具体流程为:1)原水由渐变管进入澄清池下部的预沉室,然后进入网格絮凝池,在上升过程中经过每层网格板会因为水流扰动形成较密实的絮凝颗粒。2)水流经过第二絮凝室后形成规模尺度的矾花,再由絮凝室下部进入泥渣悬浮区,这一过程中一局部颗粒沉降至泥渣浓缩区,另一局部随水流继续上升。3)上升的水流经斜管泥水分离后下沉的泥渣形成密实的絮凝体。4)经斜管沉淀后的半成品清水进入积水总渠,进入下一工艺。总体水流方向为:从下到上→从上到下→从下到上。

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                                         图2 高效节能澄清池结构图                      图3 高效重力均质滤池结构图

高效重力均粒滤池是改进了虹吸滤池、无阀滤池、V型滤池的优点,综合开发而成的新型滤池,该池型运转办理简便,无需反冲洗水泵。结构图见上图3。

来水经过虹吸管进入滤池配水渠,再进入隔板下部过滤区域,自上而下经过均粒滤料后经过联通渠进入清水箱。反冲洗时,因过滤阻力增大使竖井配水渠内水位升高,虹吸管产生虹吸,对滤层产生抽吸作用;并将反冲洗信号输送至PLC控制装置,打开鼓风机,对滤料实行气冲;清水箱内的滤出水经过联通渠进去滤层实行反冲洗。

HAC-SF工艺技术相对成熟,能在原水水温、浊度变化大的环境中平安运转,耐冲击负荷大。并且该工艺设置了先进的PLC控制系统,可实行远程办理和监控。

(2)HAC-UF工艺流程与机理

HAC-UF是集澄清、超滤为一体的水处理装置。工艺流程图见图4:

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图4  HAC-UF工艺流程图

由上图可以看出,HAC-UF是一组集预处理、反应、絮凝、沉淀、膜超滤为一体的新型水处理工艺。

超滤的原理是利用一种压力活性膜在外界推动力(压力)作用下截留水中胶体、颗粒和分子量较高的物质(分子量为10000-30000),而水和小的溶质颗粒(分子量为300-500)透过膜。也就是说,水经过超滤膜后可将其中含有的大局部胶体、细菌、病毒等去除,从而使水得到净化。下图为其核心技术局部。

 

图5 HAC-UF工艺核心技术局部

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按照已成功运转的2000-3000m3/d规模的处理厂可看出,HAC-UF一体化工艺净水效果更好,对原水浊度变化适应性好,出水浊度能稳定在0.03NTU以下、微污染物去除效果明显,且占地面积仅为传统工艺的40%左右。该系统集成高度智能化的自动控制技术,运转操纵简单,可经过网络讯息化技术对净水设施实行监视调控,有利于包管供水平安。

(3)HAC工艺可以处置的问题和成功案例

HAC-UF工艺作为对传统工艺的革新,其处理效果也较传统工艺有较大的提高。针对微污染水源,其优势也显而易见,具体表现在:

1)高效澄清池中水流上升减压而形成的溶气小气浮,可先期除去水中的局部浮渣(藻类、油污等轻的悬浮物)。

2)经过投加絮凝剂,胶体及悬浮物矾花可对水中的有机物等具有凝聚和吸附作用,同时池壁及池内构筑物上积有污泥,可降解水中的CODMn。可去除30~60%CODMn

3)进水经过跌水曝气充氧可达到9mg/L,为去除进水中的氨氮创造了条件。池内的混合反应装置、均匀配水导流隔板装置为生物膜的附着生长创造了条件,生物膜中首要存在(亚)硝酸盐菌,可将氨氮降解,池水停留时间约为1小时左右,为氨氮的去除提供了生化反应所需要的接触时间,因此能有用地去除氨氮。对氨氮的去除率可达到60%~90%

4)水中杂质颗粒形成的泥渣层具有极大的吸附性和粘附活性,可以有用的去除局部有机物和微量有毒重金属。

除了以上去除效果的提高外,HAC工艺还具有占地面积小,成本低,自动化程度高等优点。并且该工艺还可以和其他工艺组合联用,如增加前置和后置活性炭,因此适应性强,对农村和山村集镇的供水更有优势。

HAC新工艺自投入生产以来已在江苏、浙江、安徽、山东等省市30多家中小型水厂的改扩建和新建项目中得以运用。

改扩建项目:上海嘉定外岗镇自来水企业--生活用水;江苏泰兴黄桥自来水企业--生活用水;山西长治市铁路长北水厂--生活用水;江苏省江阴市长泾热电厂--工业用水;安徽蚌阜市铁路蚌东水厂--生活用水;江西省永修县自来水企业--生活用水等。

新建项目:江苏省江阴市利港镇自来水厂--生活用水7万吨/日;江苏省泰州市口岸水厂--生活用水3万吨/日;江苏省常州高新区纺织工业园水厂-- 生活用水3.0万吨/日;山东省无棣县芦家河子农村供水厂--1.0万吨生活用水;山东省济南市天桥区自来水厂--7.0万吨生活用水;安徽省庐江张院水厂--生活用水2.0万吨/日;安徽省南陵县何湾镇水厂--生活用水0.4万吨/日;安徽省六安市砖洪水厂--生活用水0.2万吨/日等。

四、 有关HAC工艺的研究与推广

1、HAC(SF,UF)工艺研究内涵

HAC工艺虽然已成功应用于国内多个地方的水厂,并取得很好的效果。但作为一个新的水处理工艺,有一些设计参数并没有一个定量的标准。其核心构筑物高效澄清池更是应用了很多新的技术,现阶段国内外对其研究较少,因此结合理论剖析、模型试验和数值模拟等研究手段对本工艺实行研究改进很有必要。

例如,对高效澄清池内的小网孔微涡旋絮凝研究还不够充分,絮凝室的体积比、网孔大小及形状,网格板布置间距以及泥渣悬浮室挡板的设计参数等还没有统一的标准,设计时更多地是依赖工程经验。这些都是需要进一步研究的内涵。不仅要对工艺的设计参数实行研究,还可以研究流量变化以及温度变化对其处理效果的影响。从而对工艺实际投入运转的条件作出引导意义。

HAC-UF工艺现首要应用于2000-3000m3/d规模的水厂,应进一步研究,推广应用到更大规模的水厂。

这些研究会进一步健全HAC工艺,对提高安徽省微污染水源的处理效果,包管饮用水平安,满足居民优质供水的需求具有重要意义。

2、推广思路

创议可由省皇家88手机登陆办理总站和合肥工业大学及有关单位协同努力,积极配合,把研究的相干成果应用到实际的给水厂设计中。对于研究得出的相干标准和设计参数,以局部水厂为试点,新建并运转HAC-SF、HAC-UF工艺。高等院校可以和相干单位组建技术团队,按期或不按期实行研讨,以便及时实行健全。使其走向标准化、集成化、系统化,最终得出安徽省微污染水源和农村饮用水处理方案,实行大范围的方案推广。

这一研究项目的结果将对安徽农饮水净水技术有很大提高,维护水质及水量的稳定,保障饮用水平安,从而会对安徽经济发展做出贡献,对我国饮用水处理工艺及人民生活健康有重要意义。

 

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