济南鹊华水厂深度处理改造工程设计及运行分析-

1、 22给水排水V o l .38N o .42012济南鹊华水厂深度处理改造工程设计及运行分析李浩1,2贾瑞宝3刘衍波2(1山东建筑大学,济南250101;2济南泉城水务有限公司,济南250118;3济南市供排水监测中心,济南250001摘要济南鹊华水厂以引黄调蓄水库为水源,原水存在低浊高藻高臭味等问题,水厂原有工艺难以有效处理。为适应国家生活饮用水卫生标准(G B 57492006要求,水厂将“混凝沉淀过滤液氯消毒”工艺改造为“中置式高密度沉淀臭氧催化氧化上向流生物活性炭吸附V 型砂滤液氯消毒”工艺,改造后的净水工艺对有机物、臭味等特征污染物去除效果明显,出厂水水质稳定达标。关键词净水厂深度

2、处理臭氧催化氧化上向流生物活性炭吸附工艺设计运行效果C a s e a n a l y s i s o f a d v a n c e d t r e a t m e n t p r o j e c t d e s i gn a n d o pe r a t i o n of J i n a n Q u e h u a W a t e r T r e a t m e n t P l a n t L i H a o 1,2,J i a R u i b a o 3,L i u Y a n b o 2(1.S h a n d o n g J i a n z h u U n i v e r s i t

3、 y ,J i n a n 250101,C h i n a ;2.J i n a n Q u a n c h e n g W a t e r A f fa i r s C o .,L t d .,J i n a n 250118,C h i n a ;3.J i n a n W a t e r a n d W a s t e w a t e r M o n i t o r i n g C e n t e r ,J i n a n 250001,C h i n a A b s t r a c t :T h e Y e l l o w R i v e r r e s e r v o i r i

4、s u s e d a s w a t e r s o u r c e o f J i n a n Q u e h u a W a t e r T r e a t -m e n t P l a n t .T h e r a w w a t e r i s c h a r a c t e r i z e d b y l o w t u r b i d i t y ,h i g h a l g a e c o n c e n t r a t i o n ,a n d h i g h o d o r ,w h i c h i s d i f f i c u l t t o r e m o v e b

5、 y e x i s t i n g p r o c e s s .I n o r d e r t o m e e t t h e S t a n d a r d s o f d r i n k i n g w a t e r q u a l i t y (G B 57492006,t h e p r o c e s s o f “c o a g u l a t i o n -s e d i m e n t a t i o n -f i l t r a t i o n -l i qu i d c h l o -r i n e d i s i n f e c t i o n ”w a s r e

6、 c o n s t r u c t e d i n t o “m i d d l e h i g h c o n c e n t r a t i o n s e d i m e n t a t i o n -o z o n e c a t a l y t i c o x i d i z a t i o n -u p w a r d f l o w b i o l o g i c a l a c t i v a t e d c a r b o n a d s o r p t i o n -V t y p e s a n d f i l t e r -l i qu i d c h l o r i

7、 n e d i s -i n f e c t i o n ”p r o c e s s .T h e n e w p r o c e s s c o u l d r e m o v e t h e c h a r a c t e r i z e d p o l l u t a n t s e f f e c t i v e l y ,s u c h a s o r g a n i c m a t t e r a n d o d o r ,a n d t h e e f f l u e n t w a t e r q u a l i t y c o u ld me e t t h e s t

8、a n d a r d s s t a b l y .K e y w o r d s :W a t e r t r e a t m e n t p l a n t ;A d v a n c e d t r e a t m e n t ;O z o n e c a t a l y t i c o x i d i z a t i o n ;U p w a r df l o w b i o l og i c a l a c t i v a t e d c a r b o n a d s o r p t i o n ;P r o c e s s d e s i g n ;O p e r a t i o

9、 n p e r f o r m a n c e 1鹊华水厂原工艺及存在的问题济南鹊华水厂始建于1984年,总设计规模40万m 3/d,原设计针对黄河水含砂量较大、浊度较高的特点,采用常规处理组合工艺,原水经预处理水厂简单预沉后送鹊华水厂处理。鹊华水厂原净水工艺见图1。鹊华水厂建成后供水量受制于黄河断流,为“节水保泉”,济南市政府在黄河北岸滞洪区兴建了库容4600万m 3的鹊山水库,大大提升了鹊华水厂供水图1鹊华水厂原净水工艺流程保障能力。但与此同时,黄河水经鹊山水库沉砂池沉淀及水库调蓄后,原水特性有所改变,高浊度特性已变为低浊特性,再加上黄河水污染日趋严重,原水中氮磷物质、有机物含量高,水库

10、中藻类季节性暴发,使鹊华水厂处理难度加大,沉淀池去浊效果差, 给水排水V o l .38N o .4201223图2鹊华水厂改造工艺流程滤池负担加重,过滤周期缩短,滤料含泥率较高,原有水处理工艺已很难适应出厂水水质要求。2改造工艺设计2.1改造工艺流程根据鹊华水厂存在的处理工艺问题及原水水质特点,经中试研究,确定采用“臭氧生物活性炭深度处理技术”作为鹊华水厂深度处理工艺改造的核心技术,即将“混凝沉淀过滤液氯消毒”工艺改造为“中置式高密度沉淀池臭氧催化氧化接触池上向流生物活性炭池V 型砂滤池液氯消毒”工艺。工程项目选择对水厂1986年建成的一期工艺流程进行改造,暂保留相对较新的1994年建成的二

11、期工程。改造规模为20万m 3/d,工程投资为1.34亿元。改造工艺流程见图2。2.2中置式高密度沉淀池新建中置式高密度沉淀池1座,规模20万m 3/d,分独立4格,双排布置,2格之间为污泥回流泵房。整个池体按功能可分为混合区、机械絮凝区、自然絮凝区、污泥浓缩区、斜管分离区5部分。回流污泥、矾液及预氧化药剂等加注后与原水一起进入混合室进行机械混合。机械混合室设在池体中央,有效混合时间30s 。向絮凝区中加入P AM 助凝剂,帮助沉淀或进一步去除水体中有机物。絮凝区采用机械回流式提升搅拌絮凝方式,使原水与数倍回流水混合,絮凝提升,由导流墙导入两侧沉淀区。沉淀区下部为机械浓缩絮凝,利用周边传动式旋

12、转刮泥机均匀浓缩,一部分污泥经污泥循环泵反复投加到絮凝区,其余部分则通过排污泵直接排入污泥平衡池中进行污泥脱水处理。沉淀区上层为斜管区,高浓度泥水经斜管快速沉淀后,清水经上部的指形槽出水,通过连接管道接入臭氧接触池。清水区上升流速4.3m m /s 。2.3臭氧接触池臭氧接触池1座,规模20万m 3/d ,分独立2格。臭氧设计最大投加量为3m g/L ,平均1.5m g/L 。接触池分三段,采用密闭对流接触方式,在接触池下部采用微孔曝气,臭氧向上流,水向下流,以使其反应充分。臭氧接触池设计停留时间约15m i n,容积约2200m 3,有效水深约6.6m 。在接触池上设臭氧尾气处理装置,以防止

13、臭氧尾气散逸到大气中产生二次污染。臭氧接触池后设跌水约0.50m ,减少水中余臭氧量,出水采用渠道方式。引黄水库水溴离子含量为0.080.15m g /L ,采用臭氧氧化时有形成溴酸盐类致癌物质的风险。因此工程改造时在臭氧接触池进水口处设置过氧化氢加注点,构成臭氧催化氧化工艺以控制溴酸盐的产生,过氧化氢投加量按过氧化氢/臭氧摩尔比0.5设计。2.4上向流活性炭池上向流活性炭池2座,设计规模为20万m 3/d,每座分为12格,双排布置,设中间管廊。活性炭池单格有效面积60.48m 2,设计空床滤速12m /h ,活性炭层厚3.0m ,接触时间15m i n ;活性炭池采用气冲方式,强度为15L

14、/(m2·s 。活性炭池出水通过500m m×500m m 集水槽汇集后流入出水渠,通过出水堰后进入出水总渠,渠道宽度为1.6m 。滤池两侧出水通过DN 900管道汇入DN 1200出水总管。选用的颗粒活性炭粒径为20×50目,不均匀系数1.4,水浸湿颗粒密度1.4g /c m 3。支承层:D =2.016.0m m ,厚度0.45m 。2.5臭氧发生器间及附属设备臭氧发生器间与低配中心合建,对应规模为20万m 3/d ,臭氧发生器采用2台,单台最大能力达13k g/h ,配套臭氧曝气盘、管路系统、空压机、干燥器、臭氧尾气破坏器、冷却水系统等。液氧站设置1只液氧罐

15、,容积20m3。 24给水排水V o l .38N o .420122.6V 型滤池为保障和提高鹊华水厂出水水质,减少反冲洗用水,节能降耗,将双阀滤池拆除,新建V 型滤池。V 型滤池进水由2条进水总渠引入,每条渠道两端各设混合池1座,平面尺寸2.7m×2.7m ,有效混合时间约20s ,在此投加混凝剂以助滤。滤池采用12格,分双排布置,单格滤池面积为91.26m 2,滤速为8.0m /h ,滤料采用石英砂,滤层厚1.2m ,有效粒径0.85m m ,不均匀系数1.4,下设0.10m 承托层。滤池反冲洗采用气水反冲洗加表面扫洗,长柄滤头布水布气方式。设计参数:气冲强度为15.3L /(

16、m 2·s,水冲强度分别为2.5L /(m 2·s 和4.7L /(m2·s ,表面扫洗强度为2.22L /(m2·s 。2.7预氧化剂投加间预氧化剂拟采用高锰酸盐,同时考虑预留投加粉末活性炭,两种药剂投加间合建,土建按40万m 3/d 规模一次完成。近期按20万m 3/d 规模配置高锰酸盐投加设备,并预留机位。高锰酸盐作为预氧化剂,投加量为1.0m g /L ,应急最大投加量为5.0m g /L ,湿投质量分数取4%,设2个投加点,分别设在两根DN 1200原水进水管上。3运行效果评估鹊华水厂通水运行半年多来,新旧工艺对U V 254和C2011年10

17、月期间,鹊华水厂对活性炭池进出水水质进行了一个月的跟踪检测,其中3#活性炭池在10月14日和10月31日进行反冲洗,考察活性炭池在运行周期内对有机物去除率的变化,结果见图3和图4。表1新旧工艺对U V 254去除情况对比日期原水U V 254/c m -1新工艺U V 254/c m -1旧工艺U V 254/c m -1高密度沉淀池出水炭池出水V 型滤池出水斜管沉淀池出水滤池出水201109060.0630.0580.0080.0060.0620.0312*0.0630.0670.0130.0040.0450.0412*0.0750.0550.0040.0010.0610.032201110

18、250.0680.0540.0110.0020.0560.018201111010.0450.0280.0070.0020.0340.006201111150.0550.0420.0070.0080.0540.016201112060.0580.0630.0200.0120.0350.0352*0.0420.0520.0210.0090.0460.0312*0.0520.0590.0280.0190.0570.0432*0.0410.0490.0200.0100.0450.034表2新旧工艺对C O D M n 去除情况对比日期原水C OD M n /m g/L 新工艺C O D M n /m

19、 g/L 旧工艺C O D M n /m g /L 高密度沉淀池出水炭池出水V 型滤池出水斜管沉淀池出水滤池出水201109063.563.221.071.153.091.90201109272.101.621.210.811.861.21201110182.322.160.800.682.041.28201110252.101.921.120.842.321.56201111012.001.740.480.791.901.74201111152.022.061.200.822.141.48201112061.771.770.990.671.771.54201112272.101.861.21

20、1.131.701.53201201101.331.170.780.541.410.86201201311.772.061.181.221.981.56图33#活性炭池进出水U V 254从图3和图4可见,活性炭池在反冲洗之后最初3天对有机物的去除明显提升,随着运行周期的 给水排水V o l .38N o .4201225图43#活性炭池进出水C O D M n延长,去除率逐渐下降。尤以U V 254的去除率变化明显,最高可达到89.47%,最低仅为7.14%,平均值为55.48%。从C O D M n 的检测结果看,在运行周期内,活性炭池对C O D M n 的去除效果较U V 254去除情

21、况平稳,去除率最高为52.51%,最低为20.51%,平均为34.54%。3.2浊度的去除新工艺试运行一个月后水质逐渐平稳,新旧工艺对浊度的去除情况见表3。新工艺较旧工艺滤池出水浊度平均去除率由86.38%提升至94.81%。高密度沉淀池经调试运行后出水优于旧工艺斜管沉淀池,在启用活性炭池,并增加混凝剂助滤工艺之后,微絮凝效果较为明显,新工艺滤池出水逐步接近0.10N T U 。表3新旧工艺对浊度的去除情况对比日期原水浊度/N T U新工艺浊度/N T U 旧工艺浊度/N T U 高密度沉淀池出水V 型滤池出水斜管沉淀池出水滤池出水201109054.492.870.253.390.65201109274.703.060.194.790.63201110178.7