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699net必赢:深圳市某水厂嗅味物质全流程控制技术应用

2020-12-10 08:38作者:黄孟斌,邵志昌,杨颂,张伟德,杨峰,武洋 

导读

2019年7月,699net必赢和《净水技术》杂志联合设立了“供排水企业运行及管理成果专栏”。众多行业专家依据多年的从业经验,结合水厂的实际情况,分享了他们所在单位在日常运行管理中实际生产运行遇到的问题以及所采用的应对策略。

本次带来了深圳市深水宝安水务集团有限公司分享的——深圳市某水厂嗅味物质全流程控制技术应用,看看他们在水厂嗅味物质控制处理这方面给我们带来了哪些实践经验。

深圳市某水厂嗅味物质全流程控制技术应用

黄孟斌,邵志昌,杨颂,张伟德,杨峰,武洋

(深圳市深水宝安水务集团有限公司,广东深圳,518001)

嗅味作为水质的物理感官性状,会严重损害饮用水的质量,直接影响水的可饮性[1],用户饮用后可能会出现恶心、腹泻等不良症状。人们要求解决饮用水中嗅味问题的呼声越来越强烈[2]。

水源水的嗅味问题主要由水中的藻类代谢物包括2-甲基异莰醇(2-MIB)引起[3]。当前,我国自来水厂多采用常规处理工艺(混凝→沉淀→过滤→消毒),对嗅味物质的去除效果有限[4]。因此,探索通过常规工艺优化以实现嗅味物质有效控制的技术措施,是极其重要和紧迫的。

本文以2-MIB为主要控制目标,研究水厂粉末活性炭吸附去除工艺、沿程非破壁除藻方法的关键技术,通过工艺优化和技术改造集成,将研究成果在深圳市长流陂水厂进行示范应用,基本建立了以预处理(高锰酸钾、粉炭)强化混凝、石英砂过滤、加氯消毒的多级屏障嗅味物质的全流程控制技术,出厂水2-MIB浓度的控制得到了全面保障。

1、水厂概况

长流陂水厂位于沙井街道新玉路,占地面积为10.3万m2,设计规模为35万m3/d;分四期建设,一期为5万m3/d,二、三、四期分别为10万m3/d。水厂常规净水工艺如图1所示。

图1 长流陂水厂示范前工艺流程图

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

2、水质及水厂现状分析

(1)原水水质

原水水质执行《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅲ类水质标准。pH值波动大,在6.89~9.76;总磷、总氮、五日生化需氧量长期不合格;铁、锰季节性超标;耐氯片状菌群不间断出现,原水微生物指标严峻。

(2)水源高藻所致的嗅味问题

4月-8月,水厂季节性高藻暴发,最高达1.7×108个/L,产嗅藻类带来的嗅味问题突出。其中,优势藻种是假鱼腥藻和颤藻为代表的蓝藻类[5],约占藻类总生物量的50%~60%;属于产嗅藻的假鱼腥藻数量高达107个/L,导致近些年原水经常出现2-MIB异常增高的情况。原水中2-MIB浓度为40~60 ng/L,夏季最高可达98.82 ng/L。

(3)水厂投药系统设施落后

完善的药剂投加系统是保障水厂稳定运行的基。ち髭樗肿加药设施简陋、布置分散,应对水质突变能力差;水厂无粉末活性炭投加系统和高锰酸钾投加设备设施,无法有效应对季节性高藻暴发时带来的水质问题。因此,增加优质的投药系统,以及与现有工艺系统耦合,强化对藻类的去除,是有效应对嗅味问题的关键。

(4)水处理构筑物效能差

斜管沉淀池效率低,管径为25 mm的传统型蜂窝斜管存在过水断面偏小、易跑矾花、斜管挂泥快、滑泥不顺畅和积泥多等问题滤池反冲洗系统老旧,冲洗强度偏低,冲洗不彻底,导致藻类易穿过滤料层进入清水池,加氯氧化藻类后,释放嗅味物质;清水池混合效果差,现有三、四期清水池由于导流墙间距过宽(平均宽度为12.14 m)、长宽比较。14.6),水流速度缓慢,存在死水区和滞留区,混合效果差,需投加更多的氯化消毒剂来保障消毒效果,从而加速了清水池中残留藻细胞破裂和嗅味物质释放。

3、前期试验探索

针对原水水质特点及水厂存在的嗅味问题,从活性炭吸附优选、氧化除藻以及生物降解方面进行了试验研究,初步确定了适合水厂嗅味问题的联合处理技术。

3.1粉末活性炭吸附技术

(1)选择粉末活性炭吸附去除2-MIB类嗅味物质时应考虑:①活性炭的微孔特征,以微孔孔容为主要参考的筛选指标,建议采用微孔孔容为0.2 cm3/g以上的活性炭,如表1所示;②粒径对粉末活性炭的吸附作用也有较大的影响,粒径越。叫嵛段镏市Ч胶,适当选择目数较大的活性炭,建议采用250~350目的活性炭。

表1活性炭吸附量与2-MIB相关性分析

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

(2)由表1可知,r代表曲线斜率,p代表曲线x=0时y值。活性炭吸附2-MIB的性能与其微孔特性(比表面积和微孔孔容)显著正相关,与其比表面积及总孔容的相关特性不显著,这说明有较多微孔结构的活性炭对嗅味物质具有较好的吸附性能。综合考虑利用活性炭去除水中典型物质的效能及投加量,建议活性炭的孔容控制在0.2 cm3/g。粉末活性炭投加后的吸附时间宜控制在1~1.5 h。对2-MIB来说,可以利用其90%的吸附性能,在原水2-MIB浓度不超过100 ng/L的条件下,投加20~30 mg/L的粉末活性炭,保证出厂水2-MIB控制在阈值(10 ng/L)以下。

图2可知,Ct/C0表示吸附量,2-MIB在90~120 min可达到吸附平衡,GSM在30~60 min内即达到吸附平衡,能够最大程度地发挥其吸附能力。示范工程因投加条件限制,投加活性炭的吸附时间能达到1~1.5 h,2-MIB基本能够利用其约90%的吸附性能。

图2 活性炭的吸附平衡曲线

Fig 2 Adsorption Equilibrium Curve of Activated Carbon

3.2氧化除藻技术优化

(1)以产嗅藻——假鱼腥藻为试验对象,研究KMnO4、Cl2、O3这3种氧化剂的作用效果,发现其破坏藻细胞后产生的2-MIB浓度各不相同。对Cl2来说,其破壁能力高于O3、KMnO4,3种投加量的Cl2在反应进行10 min时均已破坏,其胞外2-MIB浓度随着反应时间的上升而上升,几乎没有氧化去除。对O3来说,在0.2 mg/L的低投加量时,胞内外2-MIB浓度变化不大,对藻细胞无明显破坏;当投加量增至0.5 mg/L时,藻细胞被破坏,胞外2-MIB浓度逐渐上升,随着反应的进行,部分2-MIB得到降解,浓度有一定的下降。但是,O3通常作为深度处理技术应用,常规工艺条件下作为预处理,从成本上来说并不合适。对于1.0 mg/L的KMnO4,藻细胞基本没有破坏,胞外2-MIB浓度无明显变化,只有在高投加量条件下,胞外2-MIB浓度才会出现显著升高。因而,对产嗅藻类来说,KMnO4的氧化特性满足适度预氧化的需要。

(2)对水厂原水进行预氧化试验,发现与投加量为1.2 mg/L的NaClO和0.6 mg/L的ClO2相比,投加量为0.2 mg/L的KMnO4对藻细胞的去除率不高,但结合后续的混凝沉淀试验,KMnO4对藻细胞的去除显著提升,且无明显藻细胞破裂现象。说明,经过适度KMnO4氧化后,可以满足强化混凝去除产嗅藻细胞、避免嗅味物质释放的需求。因而,KMnO4投加量基本控制在0.1~0.3 mg/L。

4、示范工程改造内容

结合水厂的水质提升需求和嗅味控制工程应用示范的要求,对水厂进行升级改造。主要核心内容为吸附去除技术和沿程非破壁除藻技术,其工艺流程为:原水-预处理(高锰酸钾、粉炭)-机械混合池-隔板/网格反应池-斜管沉淀池-砂滤池-加氯消毒-清水池。

改造内容是预处理工艺的优化,利用KMnO4适度的预氧化作用,达到强化混凝的效果,避免藻类胞内嗅味物质的释放;通过粉炭吸附,去除大部分胞外的嗅味物质,利用后续的沉淀混凝和过滤工艺,实现对藻细胞的截流去除;通过沉淀池及滤池系统的改造,实现反冲和排泥的优化,降低藻类及嗅味物质二次进入工艺池的风险;优化消毒投加工艺,防止后续加氯消毒过程中嗅味物质的释放,从而实现嗅味物质的多屏障控制技术示范功能[5]。升级改造后的工艺流程如图3所示。

图3 改造后示范工程工艺流程

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

5、示范工程技术设计

5.1吸附去除技术

新增1套一体化粉末活性炭投加系统,设计投加量为50 mg/L,储存量为35 t,配药浓度为10%,投加点设置在原水总管。试验确定粉末活性炭投加量为20~30 mg/L,接触时间保持在60 min以上,从而吸附去除原水中已有的嗅味物质。

5.2沿程非破壁除藻技术

(1)替代Cl2预氧化技术:采用KMnO4替代Cl2预氧化,投加量控制在0.1~0.3 mg/L,配药浓度为3%,减少预氧化引起的藻细胞破壁情况,从而降低细胞破碎产生的致嗅物质释放。

2)强化混凝沉淀技术:采用新型U型斜管代替传统蜂窝型斜管,优化自控排泥方式,进一步强化混凝效果,提高对藻细胞的沉淀去除,同时减少沉淀池积泥引起的嗅味物质释放。

(3)滤池反冲洗系统改造:新增反冲洗水泵2台,流量为1400 m3/h,H=11 m,变频控制;罗茨鼓风机2台,Q=100 m3/min,变频控制,代替原有流量偏小的反冲洗水泵和鼓风机,改善滤池反冲洗效果,保持滤池良好的过滤效果,提高滤池对藻类的截流作用。

(4)清水池消毒工艺优化:改造清水池的导流墙,导流墙间距平均宽度为7.7 m。水流廊道长宽比为59.7,L/D>50,提高了消毒效果,控制氯化消毒剂的使用量,可避免藻类细胞破裂;优化NaClO投加系统,采用:刂扑惴ǜ慕9娴腜ID控制器,使NaClO投加自控系统稳定性更好,可精确控制NaClO的投加量,减少过度投加而加剧藻细胞破碎。

6、技术应用运行效果

(1)通过全流程非破壁除藻、粉末活性炭吸附技术的应用,嗅味物质的去除效果改善明显,其去除率平均值为90.27%,较改造前提高了48.9%,出厂水的2-MIB浓度基本上低于5 ng/L。

表2 示范工程前后的2-MIB去除效果对比

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

表2可知:改造前出厂水的2-MIB浓度长期超出标准(10 ng/L);改造后稳定运行的出厂水2-MIB浓度低于5 ng/L,符合要求,表示示范工程对2-MIB起到了很好的去除效果。

(2)通过优化预氧化工艺,采用KMnO4代替Cl2预氧化工艺,藻细胞基本无破碎现象。因此,经过预处理后,2-MIB含量基本不变,KMnO4预氧化基本不会导致藻细胞2-MIB的释放。

(3)改造斜管沉淀池和优化沉淀池排泥控制技术大大提高了除藻效果。改造前后,沉淀池除藻率提升了10.06%,出厂水总藻数下降了80.0%。

(4)本次示范工程单位制水成本为0.0693元/m3,相比同类型水厂、同等规模的工艺,改造成本较低,表3所示。

表3 单方制水成本费用明细

Tab.3 Costs List of Unilateral Water Production

7、结语

为控制嗅味物质2-MIB的产生,长流陂水厂通过工艺优化升级改造,以沿程降藻为核心,以活性炭吸附技术为主要手段,以不破碎藻体的除藻工艺流程为导向,从粉末活性炭选择优化、产嗅藻强化去除、消毒工艺优化等方面着手,形成了1套多级屏障嗅味物质的全流程控制技术。采用全流程工艺强化相结合的技术方法实现了嗅味物质的控制,充分保障了水厂的供水水质安全。


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参考文献

[1] 杨飞飞,张亚娟,方月英,等.藻类及嗅味物质生产性试验分析[J].净水技术,2019,38(2):18-21.

[2] 李勇,陈超,张晓健,等.饮用水中典型致嗅物质去除技术研究[J].环境科学,2008,29(11):3049-3050.

[3] 胡涛.饮用水嗅味问题及其分析方法研究进展[J].净水技术,2019,38(s1):11-14.

[4] 李璐玮.饮用水中醛类特征嗅味物质的氧化去除技术研究[D].北京:北京建筑大学,2018.

[5] 马晓雁,张泽华,王红宇,等.高铁酸钾对水中藻类及其次生嗅味污染物二甲基三硫醚同步去除研究[J].环境科学,2013,34(5):1767-1768.


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