CN104118957A - 基于传统净水工艺的节地改造升级方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于传统净水工艺的节地改造升级方法；所述方法包括如下步骤：(1)湖泊或水库原水经次氯酸钠投加装置进入水泵房；(2)经预臭氧和混凝剂投加装置进入水厂混凝池；(3)经平流沉淀池进入浸没式PVDF超滤膜抽吸组件；(4)进入颗粒破碎活性炭-石英砂双层滤池，经紫外-氯胺顺序消毒后，进入清水池，然后加压输送至配水管网，即可。本发明是对传统净水工艺的改进，实现了出水水质的根本改善，本发明方法简单，工艺流程紧凑，成本低，效果显著。

Description

基于传统净水工艺的节地改造升级方法

技术领域

本发明涉及一种净水工艺，尤其是一种基于传统净水工艺的节地改造升级方法。

背景技术

目前，我国大部分饮用水处理工艺仍是传统的混凝、沉淀、过滤和消毒工艺。随着2006年新饮用水水质国家标准的推出，在地表水质没有根本性好转的情况下，特别是以湖泊和水库水为原水的水厂，传统饮用水处理工艺很难实现出水水质完全达标。因此，大部分水厂在未来的几年都需要进行工艺改造升级。但由于城市化的快速发展，许多水厂都被周围城市建筑包围，没有可供扩建的土地或需通过高昂的拆迁征地才能完成扩建。如何实现不征地或少征地，利用原有净水构筑物和现代水质净化新技术实现传统净水工艺节地升级是众多城市水厂面临的重大课题，也是必须创新解决的急迫问题。

传统的混凝、沉淀、过滤和消毒净水工艺是一个物理化学过程，对于有机污染日益严重、水体在温暖季节存在富营养化现象的各种湖泊和水库水源来讲，虽然通过传统净水工艺可使出厂水质变清，但大量的藻细胞会严重影响混凝沉淀工艺和过滤工艺的正常运行，其中仍然存在的各种溶解性有机物、特别是致嗅物质还是会导致人们对饮用水水质的不信任，而在氯化消毒工艺环节也会产生各种有健康风险的消毒副产物并导致出厂水质生物不稳定，在管网输配环节产生微生物再生、微生物诱导腐蚀、基因水平转移引发的微生物耐药性增强等问题。

超滤膜技术与传统水处理工艺相比，能有效截留杂质、细菌和病原菌，从而降低后续消毒加氯量，减少消毒副产物的生成量。其中浸没式超滤膜因具有产水量高、能耗低、便于与其他工艺相结合等优势而受到广泛重视，成为替代水厂传统处理工艺的最佳技术选择之一。

瞿芳术，梁恒，王辉等在PAC-UF工艺处理沉淀池出水试验一文中(哈尔滨工业大学学报，2010，42(11)：1779-1782)，利用粉末活性炭(PAC)和浸没式超滤膜组件联合处理净水厂沉淀池出水，并对处理前后水样的浊度、COD_Mn、UV254、TOC和三氯甲烷生成势进行检测。结果表明:PAC能够加强超滤膜对水中颗粒及胶体物质的控制，使出水的浊度保持在0.10NTU以下，去除率在95％以上；PAC能有效提高超滤工艺对有机物的去除能力，PAC的最佳投量在20～30mg/L；PAC和超滤膜联合使用还能去除三氯甲烷的前驱物，在投量为20～30mg/L时能降低23.9％～31.4％的三氯甲烷生成势。通过分析PAC投量对膜通量下降的影响可知，PAC投加可以降低膜污染，同时，PAC－UF工艺中形成的膜污染以粉末活性炭颗粒泥饼层为主，可以通过简单的水力反冲洗实现通量恢复。该方法虽然通过PAC引入吸附环节，但对有机物如COD_Mn、UV254和TOC的去除率有限，分别为16.7％，11.0％和18.5％，且PAC与混凝剂在一起很难回收利用，对于像上海一天净化约700万吨水的城市一年仅PAC就需3.78亿元，对水厂也是很大的经济负担。用超滤工艺替代传统工艺中的过滤工艺，从而实现水质的提升，是超滤膜在饮用水处理中的一种重要应用形式。该文超滤工艺用于处理沉淀出水，与沉淀池是各自独立设置，没有考虑节地需求，也没有充分利用平流沉淀池沉淀区空间余量。该文建议采用的改姓PVC膜材料普遍存在易断丝，影响净水过程稳定性，且这种工艺一般针对原水水质稳定、水中有机物和氨氮较低的情况。而以湖泊或水库为原水的传统净水工艺很难以此作为终极升级工艺，且水质不能得到保证。

冯硕，张晓健，陈超等在炭砂滤池在饮用水处理中的研究现状及前景一文中(中国给水排水，2012，28(4)：16-19)指出，面对普遍存在的微污染水源水质和生活饮用水卫生标准的日益提高，自来水厂有必要采用深度处理工艺。炭砂滤池在保证有效去除浊度的基础上，可以增强对有机物和氨氮等污染物的去除效果，且炭砂滤池只需对水厂砂滤池进行改造，无需增加新的处理构筑物，基建及日常运行管理费用较低，因此适用于我国自来水厂的提标改造。在组合工艺方面，作者仅提出了针对易氧化难吸附有机物的污染，可采用预氧化和炭砂滤池组合工艺；针对高浓度易吸附有机物的污染，宜采用粉末活性炭和炭砂滤池组合工艺；针对高浓度氨氮污染，可采用曝气和炭砂滤池组合工艺，其炭砂滤池中的活性炭主要功能是吸附作用，未考虑活性炭吸附饱和后如何发挥功能，对活性炭的选择性也未考虑，因为当活性炭作为微生物载体时，其要求是完全不同于吸附载体的。同时该文缺乏针对传统净水工艺的整体节地改造升级工艺方案，特别是针对高藻型湖泊或水库型原水的传统净水工艺改造升级方案。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于传统净水工艺的节地改造系统升级技术。本申请以传统混凝、沉淀、过滤和消毒为净水工艺的城市水厂为目标，通过集成创新，针对高藻型富营养湖泊或水库原水，以原水预处理、平流沉淀和砂滤工艺单元为核心，通过原水取水泵房增设次氯酸钠投加工艺以去除夏季蓝绿藻爆发时产生的嗅味和破坏藻细胞；在平流沉淀池内出水区增设不易断丝的浸没式PVDF超滤膜组件，充分利用平流沉淀池内的空间余量同时，稳定有效去除所有颗粒物和大分子有机物；通过对普通快滤池改造为上层为易于微生物附着的颗粒破碎活性炭和下层为石英砂的双层滤料滤池，实现生物活性炭对小分子有机物、特别是嗅味物质的高效微生物代谢和砂滤对生物活性炭脱落微生物残体和浊度的截留去除。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种基于传统净水工艺的节地改造升级方法，所述方法包括如下步骤：

(1)湖泊或水库原水经次氯酸钠投加装置进入水泵房；

(2)经预臭氧和混凝剂投加装置进入水厂混凝池；

(3)经平流沉淀池进入浸没式PVDF超滤膜抽吸组件；

(4)进入颗粒破碎活性炭-石英砂双层滤池，经紫外-氯胺顺序消毒后，进入清水池，然后加压输送至配水管网，即可。

优选地，步骤(1)中，所述次氯酸钠投加装置中的次氯酸钠去除夏季蓝绿藻爆发时在湖泊或水库中产生的嗅味和破坏藻细胞。

优选地，步骤(2)具体步骤为：在水厂混凝池前设置预臭氧和混凝剂投加装置，投加混凝剂的原水经快速混合、慢速反应后进入平流沉淀池。

优选地，步骤(3)具体步骤为：经过平流沉淀池前2/3段平流沉淀后，在平流沉淀池后1/3段增设浸没式PVDF超滤膜抽吸组件和反冲洗系统。

优选地，所述浸没式PVDF超滤膜抽吸组件、反洗系统利用平流沉淀池沉淀区余量，实现中空纤维膜组件的稳定运行和大分子物质的高效去除。

优选地，步骤(4)中，所述滤池为颗粒破碎活性炭石英砂双层滤料滤池。

优选地，所述颗粒破碎活性炭石英砂双层滤料滤池去除膜滤后小分子物质。

优选地，步骤(4)中，所述经过紫外-氯胺顺序消毒，实现对炭砂滤池后微生物的较彻底去除。

本发明针对当前部分地区以湖泊或水库为饮用原水，水源水质在夏季常常较差，传统的混凝、沉淀、过滤和消毒净水工艺净化能力有限，单独的沉淀池工艺升级和砂滤池升级对工艺运行和水质稳定性不能得到保障，提供了一种利用原水泵站预加氯，实现夏季破坏藻细胞，部分氧化致嗅物质，降低混凝沉淀压力；平流沉淀池出水区结合PVDF膜组件、代替砂滤池实现高效固液分离，并为下一步净水工艺提供去除颗粒、病原菌和大分子有机物的优质中间水；利用普通砂滤池改造成颗粒破碎活性炭和石英砂双层滤料滤池实现生物活性炭生物代谢溶解有机物、提高出厂水质生物稳定性，同时利用石英砂滤池实现生物碳滤池出水悬浮物、泄漏微生物截留功能的传统饮用水净水工艺原位节地升级改造系统工艺技术。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

(1)本发明实现了以湖泊水源为原水，以传统净水工艺混凝、平流沉淀、过滤和消毒组成的城市水厂在不征用土地条件下，通过增设输水过程针对夏季嗅味消除的次氯酸钠投加工艺；在水厂混凝池前设置预臭氧和混凝剂投加装置，投加混凝剂的原水经快速混合、慢速反应后进入平流沉淀池，通过平流沉淀出水区增设浸没式PVDF高效超滤膜组件去除颗粒物和大分子有机物；通过石英砂单层滤料的普通快滤池改造成上层为颗粒破碎活性炭下层为石英砂的生物活性炭砂滤池去除小分子有机物、特别是嗅味物质；通过紫外-氯胺顺序消毒实现出水微生物安全并最终实现水厂原位改造，水质原位升级的技术目标。

(2)因大量的藻细胞会严重影响混凝沉淀工艺和过滤工艺的正常运行，本发明在原水输送前增设了次氯酸钠预氧化投加装置，从而有效缓解了藻细胞对净水工艺的影响和因致嗅物质导致人们对饮用水水质的不信任；

(3)本发明在平流沉淀池后1/3段设有浸没式PVDF超滤膜抽吸组件及反洗系统，从而能有效截留杂质、细菌和其它病原体，从而降低后续消毒加氯量，减少消毒副产物的生成量；

(4)本发明针对膜分离后水中小分子有机物，采用生物活性炭和石英砂滤池组合工艺，从而有效地改善了出水水质。

(5)本发明对传统净水工艺进行原位升级改造，实现了出水水质的根本改善，本发明工艺流程简单、改造成本低、效果显著。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为上海青草沙水库原水预加次氯酸钠对水厂进水中藻细胞的去除效果图；

图2为平流沉淀池增设超滤膜工艺后PVC膜和PVDF膜对浊度去除效果图；

图3为炭砂滤池运行中生物活性炭滤池微生物泄露与石英砂滤池截留效果图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例

本实施例涉及一种基于传统净水工艺的节地改造升级方法，所述方法包括如下步骤：

(1)上海市长江青草沙水库原水由于从流动的江水变为缓流水库水体，每年夏季都会大量生长藻类并产生严重的嗅味问题。为减轻藻细胞大量生长对净水工艺和饮用水嗅味的影响，在取水头部增设次氯酸钠投加装置，次氯酸钠投加量根据当季原水所含藻细胞数量和嗅味物质被次氯酸钠去除效率小试结果和供水系统嗅味物质综合去除效率通过技术经济比较确定；图1为水库原水预加次氯酸钠对水厂进水中藻细胞的去除效果图；

(2)经过原水次氯酸钠预处理的水库水进入水厂后，经过预臭氧和混凝剂投加装置后进入混凝池反应和平流沉淀池，在平流沉淀池后1/3段设有浸没式PVDF超滤膜抽吸组件及反洗系统的平流沉淀池；图2为平流沉淀池增设超滤膜工艺后PVC膜和PVDF膜对浊度去除生产试验效果图；

(3)经过前述膜组件及反洗系统处理出水进入活性炭石英砂双层滤料滤池，图3为炭砂滤池运行中生物活性炭滤池微生物泄露与石英砂滤池截留试验效果图；

(4)经过紫外-氯胺顺序消毒后，进入清水池，然后加压输送至配水管网，即可。

综上所述：本发明实现了以湖泊水源为原水，以传统净水工艺混凝、平流沉淀、过滤和消毒组成的城市水厂在不征用土地条件下，通过增设输水过程针对夏季嗅味消除的次氯酸钠投加工艺；在水厂混凝池前设置预臭氧和混凝剂投加装置，投加混凝剂的原水经快速混合、慢速反应后进入平流沉淀池，通过平流沉淀出水区增设浸没式PVDF高效超滤膜组件去除颗粒物和大分子有机物；通过石英砂单层滤料的普通快滤池改造成上层为颗粒活性炭下层为石英砂的生物活性炭砂滤池去除小分子有机物、特别是嗅味物质；通过紫外-氯胺顺序消毒实现出水微生物安全并最终实现水厂原位改造，水质原位升级的技术目标。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种基于传统净水工艺的节地改造升级方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)湖泊或水库原水经次氯酸钠投加装置进入水泵房；

(2)经预臭氧和混凝剂投加装置进入水厂混凝池；

(3)经平流沉淀池进入浸没式PVDF超滤膜抽吸组件；

(4)进入颗粒破碎活性炭-石英砂双层滤池，经紫外-氯胺顺序消毒后，进入清水池，然后加压输送至配水管网，即可。

2.根据权利要求1所述的基于传统净水工艺的节地改造升级方法，其特征在于，步骤(1)中，所述次氯酸钠投加装置中的次氯酸钠去除夏季蓝绿藻爆发时在湖泊或水库中产生的嗅味和破坏藻细胞。

3.根据权利要求1所述的基于传统净水工艺的节地改造升级方法，其特征在于，步骤(2)具体步骤为：在水厂混凝池前设置预臭氧和混凝剂投加装置，投加混凝剂的原水经快速混合、慢速反应后进入平流沉淀池。

4.根据权利要求1所述的基于传统净水工艺的节地改造升级方法，其特征在于，步骤(3)具体步骤为：经过平流沉淀池前2/3段平流沉淀后，在平流沉淀池后1/3段增设浸没式PVDF超滤膜抽吸组件和反冲洗系统。

5.根据权利要求1所述的基于传统净水工艺的节地改造升级方法，其特征在于，步骤(3)中，所述浸没式PVDF超滤膜抽吸组件利用平流沉淀池沉淀区余量，实现中空纤维膜组件的稳定运行和大分子物质的高效去除。

6.根据权利要求1所述的基于传统净水工艺的节地改造升级方法，其特征在于，步骤(4)中，所述滤池为颗粒破碎活性炭石英砂双层滤料滤池。

7.根据权利要求6所述的基于传统净水工艺的节地改造升级方法，其特征在于，所述颗粒破碎活性炭石英砂双层滤料滤池去除膜滤后小分子物质。

8.根据权利要求1所述的基于传统净水工艺的节地改造升级方法，其特征在于，步骤(4)中，所述经过紫外-氯胺顺序消毒，实现对炭砂滤池后微生物的去除。