深圳市某水廠嗅味物質(zhì)全流程控制技術(shù)應(yīng)用

2020-12-10 08:38作者:黃孟斌,邵志昌,楊頌,張偉德,楊峰,武洋 

導(dǎo)讀

2019年7月,清時(shí)捷和《凈水技術(shù)》雜志聯(lián)合設(shè)立了“供排水企業(yè)運(yùn)行及管理成果專欄”。眾多行業(yè)專家依據(jù)多年的從業(yè)經(jīng)驗(yàn),結(jié)合水廠的實(shí)際情況,分享了他們所在單位在日常運(yùn)行管理中實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行遇到的問題以及所采用的應(yīng)對(duì)策略。

本次帶來了深圳市深水寶安水務(wù)集團(tuán)有限公司分享的——深圳市某水廠嗅味物質(zhì)全流程控制技術(shù)應(yīng)用,看看他們?cè)谒畯S嗅味物質(zhì)控制處理這方面給我們帶來了哪些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

深圳市某水廠嗅味物質(zhì)全流程控制技術(shù)應(yīng)用

黃孟斌,邵志昌,楊頌,張偉德,楊峰,武洋

(深圳市深水寶安水務(wù)集團(tuán)有限公司,廣東深圳,518001)

嗅味作為水質(zhì)的物理感官性狀,會(huì)嚴(yán)重?fù)p害飲用水的質(zhì)量,直接影響水的可飲性[1],用戶飲用后可能會(huì)出現(xiàn)惡心、腹瀉等不良癥狀。人們要求解決飲用水中嗅味問題的呼聲越來越強(qiáng)烈[2]。

水源水的嗅味問題主要由水中的藻類代謝物包括2-甲基異莰醇(2-MIB)引起[3]。當(dāng)前,我國自來水廠多采用常規(guī)處理工藝(混凝→沉淀→過濾→消毒),對(duì)嗅味物質(zhì)的去除效果有限[4]。因此,探索通過常規(guī)工藝優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)嗅味物質(zhì)有效控制的技術(shù)措施,是極其重要和緊迫的。

本文以2-MIB為主要控制目標(biāo),研究水廠粉末活性炭吸附去除工藝、沿程非破壁除藻方法的關(guān)鍵技術(shù),通過工藝優(yōu)化和技術(shù)改造集成,將研究成果在深圳市長流陂水廠進(jìn)行示范應(yīng)用,基本建立了以預(yù)處理(高錳酸鉀、粉炭)強(qiáng)化混凝、石英砂過濾、加氯消毒的多級(jí)屏障嗅味物質(zhì)的全流程控制技術(shù),出廠水2-MIB濃度的控制得到了全面保障。

1、水廠概況

長流陂水廠位于沙井街道新玉路,占地面積為10.3萬m2,設(shè)計(jì)規(guī)模為35萬m3/d;分四期建設(shè),一期為5萬m3/d,二、三、四期分別為10萬m3/d。水廠常規(guī)凈水工藝如圖1所示。

圖1 長流陂水廠示范前工藝流程圖

Fig.1 Process Flow before Demonstration of Changliupi Water Treatment Plant (WTP)

2、水質(zhì)及水廠現(xiàn)狀分析

(1)原水水質(zhì)

原水水質(zhì)執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。pH值波動(dòng)大,在6.89~9.76;總磷、總氮、五日生化需氧量長期不合格;鐵、錳季節(jié)性超標(biāo);耐氯片狀菌群不間斷出現(xiàn),原水微生物指標(biāo)嚴(yán)峻。

(2)水源高藻所致的嗅味問題

4月-8月,水廠季節(jié)性高藻暴發(fā),最高達(dá)1.7×108個(gè)/L,產(chǎn)嗅藻類帶來的嗅味問題突出。其中,優(yōu)勢藻種是假魚腥藻和顫藻為代表的藍(lán)藻類[5],約占藻類總生物量的50%~60%;屬于產(chǎn)嗅藻的假魚腥藻數(shù)量高達(dá)107個(gè)/L,導(dǎo)致近些年原水經(jīng)常出現(xiàn)2-MIB異常增高的情況。原水中2-MIB濃度為40~60 ng/L,夏季最高可達(dá)98.82 ng/L。

(3)水廠投藥系統(tǒng)設(shè)施落后

完善的藥劑投加系統(tǒng)是保障水廠穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ),而長流陂水廠現(xiàn)狀加藥設(shè)施簡陋、布置分散,應(yīng)對(duì)水質(zhì)突變能力差;水廠無粉末活性炭投加系統(tǒng)和高錳酸鉀投加設(shè)備設(shè)施,無法有效應(yīng)對(duì)季節(jié)性高藻暴發(fā)時(shí)帶來的水質(zhì)問題。因此,增加優(yōu)質(zhì)的投藥系統(tǒng),以及與現(xiàn)有工藝系統(tǒng)耦合,強(qiáng)化對(duì)藻類的去除,是有效應(yīng)對(duì)嗅味問題的關(guān)鍵。

(4)水處理構(gòu)筑物效能差

斜管沉淀池效率低,管徑為25 mm的傳統(tǒng)型蜂窩斜管存在過水?dāng)嗝嫫?、易跑礬花、斜管掛泥快、滑泥不順暢和積泥多等問題濾池反沖洗系統(tǒng)老舊,沖洗強(qiáng)度偏低,沖洗不徹底,導(dǎo)致藻類易穿過濾料層進(jìn)入清水池,加氯氧化藻類后,釋放嗅味物質(zhì);清水池混合效果差,現(xiàn)有三、四期清水池由于導(dǎo)流墻間距過寬(平均寬度為12.14 m)、長寬比較?。?4.6),水流速度緩慢,存在死水區(qū)和滯留區(qū),混合效果差,需投加更多的氯化消毒劑來保障消毒效果,從而加速了清水池中殘留藻細(xì)胞破裂和嗅味物質(zhì)釋放。

3、前期試驗(yàn)探索

針對(duì)原水水質(zhì)特點(diǎn)及水廠存在的嗅味問題,從活性炭吸附優(yōu)選、氧化除藻以及生物降解方面進(jìn)行了試驗(yàn)研究,初步確定了適合水廠嗅味問題的聯(lián)合處理技術(shù)。

3.1粉末活性炭吸附技術(shù)

(1)選擇粉末活性炭吸附去除2-MIB類嗅味物質(zhì)時(shí)應(yīng)考慮:①活性炭的微孔特征,以微孔孔容為主要參考的篩選指標(biāo),建議采用微孔孔容為0.2 cm3/g以上的活性炭,如表1所示;②粒徑對(duì)粉末活性炭的吸附作用也有較大的影響,粒徑越小,吸附嗅味物質(zhì)效果越好,適當(dāng)選擇目數(shù)較大的活性炭,建議采用250~350目的活性炭。

表1活性炭吸附量與2-MIB相關(guān)性分析

Tab.1 Correlation Analysis between Adsorption Capacity of Activated Carbon and 2-MIB

(2)由表1可知,r代表曲線斜率,p代表曲線x=0時(shí)y值?;钚蕴课?-MIB的性能與其微孔特性(比表面積和微孔孔容)顯著正相關(guān),與其比表面積及總孔容的相關(guān)特性不顯著,這說明有較多微孔結(jié)構(gòu)的活性炭對(duì)嗅味物質(zhì)具有較好的吸附性能。綜合考慮利用活性炭去除水中典型物質(zhì)的效能及投加量,建議活性炭的孔容控制在0.2 cm3/g。粉末活性炭投加后的吸附時(shí)間宜控制在1~1.5 h。對(duì)2-MIB來說,可以利用其90%的吸附性能,在原水2-MIB濃度不超過100 ng/L的條件下,投加20~30 mg/L的粉末活性炭,保證出廠水2-MIB控制在閾值(10 ng/L)以下。

圖2可知,Ct/C0表示吸附量,2-MIB在90~120 min可達(dá)到吸附平衡,GSM在30~60 min內(nèi)即達(dá)到吸附平衡,能夠最大程度地發(fā)揮其吸附能力。示范工程因投加條件限制,投加活性炭的吸附時(shí)間能達(dá)到1~1.5 h,2-MIB基本能夠利用其約90%的吸附性能。

圖2 活性炭的吸附平衡曲線

Fig 2 Adsorption Equilibrium Curve of Activated Carbon

3.2氧化除藻技術(shù)優(yōu)化

(1)以產(chǎn)嗅藻——假魚腥藻為試驗(yàn)對(duì)象,研究KMnO4、Cl2、O3這3種氧化劑的作用效果,發(fā)現(xiàn)其破壞藻細(xì)胞后產(chǎn)生的2-MIB濃度各不相同。對(duì)Cl2來說,其破壁能力高于O3、KMnO4,3種投加量的Cl2在反應(yīng)進(jìn)行10 min時(shí)均已破壞,其胞外2-MIB濃度隨著反應(yīng)時(shí)間的上升而上升,幾乎沒有氧化去除。對(duì)O3來說,在0.2 mg/L的低投加量時(shí),胞內(nèi)外2-MIB濃度變化不大,對(duì)藻細(xì)胞無明顯破壞;當(dāng)投加量增至0.5 mg/L時(shí),藻細(xì)胞被破壞,胞外2-MIB濃度逐漸上升,隨著反應(yīng)的進(jìn)行,部分2-MIB得到降解,濃度有一定的下降。但是,O3通常作為深度處理技術(shù)應(yīng)用,常規(guī)工藝條件下作為預(yù)處理,從成本上來說并不合適。對(duì)于1.0 mg/L的KMnO4,藻細(xì)胞基本沒有破壞,胞外2-MIB濃度無明顯變化,只有在高投加量條件下,胞外2-MIB濃度才會(huì)出現(xiàn)顯著升高。因而,對(duì)產(chǎn)嗅藻類來說,KMnO4的氧化特性滿足適度預(yù)氧化的需要。

(2)對(duì)水廠原水進(jìn)行預(yù)氧化試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)與投加量為1.2 mg/L的NaClO和0.6 mg/L的ClO2相比,投加量為0.2 mg/L的KMnO4對(duì)藻細(xì)胞的去除率不高,但結(jié)合后續(xù)的混凝沉淀試驗(yàn),KMnO4對(duì)藻細(xì)胞的去除顯著提升,且無明顯藻細(xì)胞破裂現(xiàn)象。說明,經(jīng)過適度KMnO4氧化后,可以滿足強(qiáng)化混凝去除產(chǎn)嗅藻細(xì)胞、避免嗅味物質(zhì)釋放的需求。因而,KMnO4投加量基本控制在0.1~0.3 mg/L。

4、示范工程改造內(nèi)容

結(jié)合水廠的水質(zhì)提升需求和嗅味控制工程應(yīng)用示范的要求,對(duì)水廠進(jìn)行升級(jí)改造。主要核心內(nèi)容為吸附去除技術(shù)和沿程非破壁除藻技術(shù),其工藝流程為:原水-預(yù)處理(高錳酸鉀、粉炭)-機(jī)械混合池-隔板/網(wǎng)格反應(yīng)池-斜管沉淀池-砂濾池-加氯消毒-清水池。

改造內(nèi)容是預(yù)處理工藝的優(yōu)化,利用KMnO4適度的預(yù)氧化作用,達(dá)到強(qiáng)化混凝的效果,避免藻類胞內(nèi)嗅味物質(zhì)的釋放;通過粉炭吸附,去除大部分胞外的嗅味物質(zhì),利用后續(xù)的沉淀混凝和過濾工藝,實(shí)現(xiàn)對(duì)藻細(xì)胞的截流去除;通過沉淀池及濾池系統(tǒng)的改造,實(shí)現(xiàn)反沖和排泥的優(yōu)化,降低藻類及嗅味物質(zhì)二次進(jìn)入工藝池的風(fēng)險(xiǎn);優(yōu)化消毒投加工藝,防止后續(xù)加氯消毒過程中嗅味物質(zhì)的釋放,從而實(shí)現(xiàn)嗅味物質(zhì)的多屏障控制技術(shù)示范功能[5]。升級(jí)改造后的工藝流程如圖3所示。

圖3 改造后示范工程工藝流程

Fig.3 Process Flow Chart of the Demonstration Project after Transformation

5、示范工程技術(shù)設(shè)計(jì)

5.1吸附去除技術(shù)

新增1套一體化粉末活性炭投加系統(tǒng),設(shè)計(jì)投加量為50 mg/L,儲(chǔ)存量為35 t,配藥濃度為10%,投加點(diǎn)設(shè)置在原水總管。試驗(yàn)確定粉末活性炭投加量為20~30 mg/L,接觸時(shí)間保持在60 min以上,從而吸附去除原水中已有的嗅味物質(zhì)。

5.2沿程非破壁除藻技術(shù)

(1)替代Cl2預(yù)氧化技術(shù):采用KMnO4替代Cl2預(yù)氧化,投加量控制在0.1~0.3 mg/L,配藥濃度為3%,減少預(yù)氧化引起的藻細(xì)胞破壁情況,從而降低細(xì)胞破碎產(chǎn)生的致嗅物質(zhì)釋放。

2)強(qiáng)化混凝沉淀技術(shù):采用新型U型斜管代替?zhèn)鹘y(tǒng)蜂窩型斜管,優(yōu)化自控排泥方式,進(jìn)一步強(qiáng)化混凝效果,提高對(duì)藻細(xì)胞的沉淀去除,同時(shí)減少沉淀池積泥引起的嗅味物質(zhì)釋放。

(3)濾池反沖洗系統(tǒng)改造:新增反沖洗水泵2臺(tái),流量為1400 m3/h,H=11 m,變頻控制;羅茨鼓風(fēng)機(jī)2臺(tái),Q=100 m3/min,變頻控制,代替原有流量偏小的反沖洗水泵和鼓風(fēng)機(jī),改善濾池反沖洗效果,保持濾池良好的過濾效果,提高濾池對(duì)藻類的截流作用。

(4)清水池消毒工藝優(yōu)化:改造清水池的導(dǎo)流墻,導(dǎo)流墻間距平均寬度為7.7 m。水流廊道長寬比為59.7,L/D>50,提高了消毒效果,控制氯化消毒劑的使用量,可避免藻類細(xì)胞破裂;優(yōu)化NaClO投加系統(tǒng),采用模糊控制算法改進(jìn)常規(guī)的PID控制器,使NaClO投加自控系統(tǒng)穩(wěn)定性更好,可精確控制NaClO的投加量,減少過度投加而加劇藻細(xì)胞破碎。

6、技術(shù)應(yīng)用運(yùn)行效果

(1)通過全流程非破壁除藻、粉末活性炭吸附技術(shù)的應(yīng)用,嗅味物質(zhì)的去除效果改善明顯,其去除率平均值為90.27%,較改造前提高了48.9%,出廠水的2-MIB濃度基本上低于5 ng/L。

表2 示范工程前后的2-MIB去除效果對(duì)比

Tab.2 Comparison of 2-MIB Removal Effect before and after the Demonstration Project

表2可知:改造前出廠水的2-MIB濃度長期超出標(biāo)準(zhǔn)(10 ng/L);改造后穩(wěn)定運(yùn)行的出廠水2-MIB濃度低于5 ng/L,符合要求,表示示范工程對(duì)2-MIB起到了很好的去除效果。

(2)通過優(yōu)化預(yù)氧化工藝,采用KMnO4代替Cl2預(yù)氧化工藝,藻細(xì)胞基本無破碎現(xiàn)象。因此,經(jīng)過預(yù)處理后,2-MIB含量基本不變,KMnO4預(yù)氧化基本不會(huì)導(dǎo)致藻細(xì)胞2-MIB的釋放。

(3)改造斜管沉淀池和優(yōu)化沉淀池排泥控制技術(shù)大大提高了除藻效果。改造前后,沉淀池除藻率提升了10.06%,出廠水總藻數(shù)下降了80.0%。

(4)本次示范工程單位制水成本為0.0693元/m3,相比同類型水廠、同等規(guī)模的工藝,改造成本較低,表3所示。

表3 單方制水成本費(fèi)用明細(xì)

Tab.3 Costs List of Unilateral Water Production

7、結(jié)語

為控制嗅味物質(zhì)2-MIB的產(chǎn)生,長流陂水廠通過工藝優(yōu)化升級(jí)改造,以沿程降藻為核心,以活性炭吸附技術(shù)為主要手段,以不破碎藻體的除藻工藝流程為導(dǎo)向,從粉末活性炭選擇優(yōu)化、產(chǎn)嗅藻強(qiáng)化去除、消毒工藝優(yōu)化等方面著手,形成了1套多級(jí)屏障嗅味物質(zhì)的全流程控制技術(shù)。采用全流程工藝強(qiáng)化相結(jié)合的技術(shù)方法實(shí)現(xiàn)了嗅味物質(zhì)的控制,充分保障了水廠的供水水質(zhì)安全。


-   END   -


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參考文獻(xiàn)

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