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随着经济的发展,我国水源水受到严重污染。嘉兴地区水源水质总体为Ⅳ-Ⅴ类,甚至是劣Ⅴ类,以氨氮和有机物污染严重。嘉兴某水厂现采用强化常规处理的基础上增加生物预处理工艺和臭氧-生物活性炭深度处理工艺来保证出水达标。在深度处理后增设二次微絮凝工艺来确保出水达到浙江省现代化水厂出厂水优质标准要求。这一整套现代化饮用水处理工艺在运行过程中也出现了一些亟待解决的问题:增加了混凝剂的投加量,缩短了后续砂滤池的运行周期,增大了反冲洗用水量,增加了运行成本。
本文针对该水厂二次微絮凝单元投药量过高的问题,以水厂沉淀池出水、水厂炭滤池出水和中试前砂滤池出水为小试进水水源,对二次微絮凝强化过滤单元和前端上向流生物活性炭滤池单元进行优化,找到最优的复合强化过滤技术来达到降低投药量的目的。
首先通过正交试验对二次微絮凝强化过滤单元进行优化试验研究。试验进水取自水厂(水厂工艺流程为:生物预处理+高密度沉淀池+臭氧氧化-上向流生物活性炭滤池+微絮凝池+砂滤池)上向流活性炭滤池出水,对强化过滤单元进行优化研究,结果表明:在试验进水水质以及水厂现有均质滤料和滤层厚度下,通过改善反冲洗方式、徼絮凝停留时间、进水负荷、G值等运行条件下可以使二次微絮凝投药量由0.8mg/L降低至0.6mg/L左右;在此基础上,若采用0.5~0.8mm细粒径级配滤料代替水厂均质滤料后二次徼絮凝投药量可进一步降低。同时考察投加氧化剂高锰酸钾、次氯酸钠和双氧水对二次微絮凝单元助凝剂投量的影响。试验水质下试验表明,三种氧化剂中高锰酸钾的效果最优,最高可提高CODMn去除率7%左右,粒径>2μm出水颗粒数降至10个/mL左右。试验还发现CODMn去除效果随颗粒数降低而增加,对于不同的水体氧化剂的投加量不同,要考察氧化剂的最适宜投加量。
其次对上向流活性炭滤柱进行优化研究,结果表明:试验水质条件下,对上向流活性炭滤柱填料粒径、进水负荷、滤层厚度和反冲洗方式优化后可显著改善出水水质,出水浊度在1NTU以下,后续微絮凝强化过滤单元投药量由0.8 mg/L降低至在0.3mg/L,与水厂投药量相比节约药耗约60%。
再次以中试(工艺流程:生物预处理+沉淀池+前砂滤池+臭氧氧化-上向流生物活性炭滤池+后砂滤池)前砂滤池出水作为小试试验进水水源,在进水高锰酸盐指数为1.97mg/L~3.10mg/L条件下,通过运行条件的优化控制,无需进行二次微絮凝,砂滤池出水浊度仍能降低至0.1NTU以下,有机物CODMn值降低至2mg/L以下。前砂滤池的存在为后续工艺的正常运行和出水水质的保证奠定了一定的基础。
最后对下向流生物活性炭滤池进行优化试验,结果表明:在高锰酸盐指数平均4.9mg/L试验水质条件下,炭砂滤柱进水负荷<9m/h时,可以保证炭滤柱出水水质达到GB5749-2006要求;进水负荷为9~10m/h同时进水CODMn<4.5mg/L时,仍能保证出水CODMn达标;与单层活性炭柱相比,炭砂滤柱砂垫层对控制出水浊度和保障微生物安全能够起到积极作用;本试验炭砂双层滤柱与水厂前端生物预处理和高密度沉淀池组成短流程工艺在微污染水源水处理工艺中具有一定的适用性,对自来水厂工艺改造具有一定指导意义。
综上,本试验研究可得到,通过对微絮凝强化过滤单元及上向流活性炭滤池单元滤料及运行参数优化均可达到降低微絮凝投药量的目的,通过在沉淀池后增设前砂滤池单元或者采用下向流炭砂滤池可减小甚至取消二次微絮凝混凝剂投加量,而出水水质仍能达到国标GB5749-2006要求。