浙江嘉興飲用水處理技術(shù)的發(fā)展與回顧

水處理網(wǎng)訊:浙江省嘉興市地處杭嘉湖平原，飲用水水源為地表河網(wǎng)水，歷史上受到嚴(yán)重的污染?；仡櫫思闻d近40年來(lái)，隨著水源水質(zhì)的變化和飲用水標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，嘉興飲用水處理技術(shù)的應(yīng)對(duì)措施和發(fā)展歷程，總結(jié)了從常規(guī)處理工藝到生物預(yù)處理工藝、深度處理工藝以及水源濕地技術(shù)的發(fā)展必要性和特點(diǎn)，尤其是根據(jù)科學(xué)原理，以工程技術(shù)措施系統(tǒng)解決冬季低溫期除氨氮的難題，為飲用水廠的建設(shè)和發(fā)展提供了一個(gè)技術(shù)思路。

嘉興地處浙江省東北部，地勢(shì)平坦、河網(wǎng)縱橫屬于杭嘉湖平原腹心地帶。20世紀(jì)80年代初，嘉興局部地表水尚可作為飲用水水源，但隨著工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展和人口的聚集，使得水源遭受較為嚴(yán)重的污染，水源水質(zhì)下降至Ⅳ、Ⅴ類，甚至出現(xiàn)劣Ⅴ類的情況。水環(huán)境狀況的惡化，使得飲用水源矛盾日益突出，嚴(yán)重制約了嘉興的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。近年來(lái)，水源濕地的應(yīng)用以及“五水共治”的深入推進(jìn)，嘉興的水環(huán)境得到了根本改善，但如何將受污染原水處理成為符合標(biāo)準(zhǔn)的飲用水，一直是嘉興供水人研究和奮斗的目標(biāo)的。

01 嘉興飲用水處理技術(shù)的發(fā)展歷程

嘉興供水人一直面對(duì)水源污染的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題和供水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越嚴(yán)格的雙重要求，飲用水處理技術(shù)經(jīng)歷了不斷的發(fā)展和優(yōu)化。根據(jù)其處理工藝的發(fā)展，可分為常規(guī)處理階段、生物預(yù)處理+強(qiáng)化常規(guī)處理階段、生物預(yù)處理+強(qiáng)化常規(guī)處理+深度處理階段和技術(shù)提升優(yōu)化階段。

①第一階段：常規(guī)處理階段為了保障嘉興市居民飲用水安全，20世紀(jì)80年代末90年代初建立了石臼漾水廠。水源水取自嘉興市當(dāng)時(shí)水質(zhì)最好的新塍塘，設(shè)計(jì)供水能力為l5×104m3/d，分兩期建設(shè)，一期工程設(shè)計(jì)能力為5×104m3/d，建成于1992年，凈水處理工藝流程如圖1所示。

圖1 常規(guī)處理工藝流程

該凈水工藝即傳統(tǒng)意義的常規(guī)處理工藝，主要是去除原水中懸浮物、膠體物和部分大分子有機(jī)物，并殺滅水中絕大部分細(xì)菌和病毒，以保證飲用水的安全性。出廠水水質(zhì)達(dá)到《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—85)要求。

②第二階段：生物預(yù)處理+強(qiáng)化常規(guī)處理階段

隨著嘉興經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，地表水污染問(wèn)題日益突出。水源水水質(zhì)指標(biāo)如NH3-N、溶解性有機(jī)物等已劣于Ⅲ類水體，常規(guī)凈水處理工藝又難以有效去除NH3-N以及溶解性有機(jī)污染物，影響出廠水水質(zhì)。為了適應(yīng)水環(huán)境形勢(shì)發(fā)展和城市發(fā)展需求，石臼漾水廠于1995年開(kāi)始二期擴(kuò)建工程，采用了彈性立體填料生物預(yù)處理技術(shù)，建成國(guó)內(nèi)首個(gè)飲用水廠生物接觸氧化預(yù)處理池；同時(shí)將四閥濾池改造為氣水反沖均粒濾料濾池，采取投加高錳酸鹽復(fù)合藥劑等強(qiáng)化常規(guī)處理措施，并于1996年6月投入生產(chǎn)。生物預(yù)處理+強(qiáng)化常規(guī)處理工藝流程如圖2所示。

圖2 生物預(yù)處理+強(qiáng)化常規(guī)處理工藝

該工藝在傳統(tǒng)工藝功能的基礎(chǔ)上，增加了處理NH3-N以及部分溶解性有機(jī)物的功能。其中生物接觸氧化池主要利用彈性立體填料上生長(zhǎng)的微生物的氧化分解及轉(zhuǎn)化功能，以水中有機(jī)物(少數(shù)以無(wú)機(jī)物)作為微生物的營(yíng)養(yǎng)，通過(guò)其新陳代謝作用，對(duì)有機(jī)物、NH3-N等污染物進(jìn)行初步去除降解，減輕后續(xù)處理單元負(fù)荷。同時(shí)處理工藝中采用了投加高錳酸鹽復(fù)合藥劑強(qiáng)化常規(guī)處理的措施，不僅強(qiáng)化了混凝效果，也有利于有機(jī)污染物的去除。濾池中濾料也改為均質(zhì)濾料，截污性能明顯提升，同時(shí)延長(zhǎng)了過(guò)濾周期，提高了產(chǎn)水量，經(jīng)濟(jì)效益明顯。水廠出廠水水質(zhì)達(dá)到了《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—85)。

③生物預(yù)處理+強(qiáng)化常規(guī)處理+深度處理工藝由于嘉興水環(huán)境的持續(xù)惡化，使得地表水污染嚴(yán)重。水體水質(zhì)急劇下降，常年為Ⅳ～V類，枯水期甚至劣于V類。嘉興市供水水源多為平原河網(wǎng)過(guò)境水，原水中氨氮和有機(jī)物含量較高，是典型的污染水源水，若繼續(xù)沿用原有凈水工藝，將導(dǎo)致水廠出水CODMn和氨氮等超標(biāo)。因此，必須提升全面提升處理工藝技術(shù)。

2003年9月，石臼漾水廠通過(guò)技術(shù)提升，實(shí)現(xiàn)了臭氧和活性炭（O3-BAC）深度處理工藝作為最終保障手段的多級(jí)屏障的飲用水處理技術(shù)。至此，嘉興飲用水處理技術(shù)已經(jīng)形成生物預(yù)處理+強(qiáng)化常規(guī)處理+深度處理的多級(jí)屏障處理技術(shù)。這一技術(shù)體系在2004年石臼漾水廠現(xiàn)場(chǎng)研討會(huì)上被與會(huì)專家總結(jié)為“嘉興模式”。該技術(shù)具體工藝流程圖3所示。

圖3 生物預(yù)處理+強(qiáng)化常規(guī)處理+深度處理工藝流程

該工藝采用O3-BAC深度工藝，側(cè)重于去除常規(guī)工藝難以去除的溶解性小分子有機(jī)物，以降低出廠水的CODMn。改造后的水廠出水水質(zhì)符合衛(wèi)生部2001年頒布的《生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范》的要求。石臼漾水廠其后還進(jìn)行了擴(kuò)建，采用中置式高密度沉淀池替代傳統(tǒng)平流沉淀池。至2005年6月，石臼漾水廠總規(guī)模達(dá)到25×104m3/d，出廠水水質(zhì)達(dá)到《城市供水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJ/T 206—2005）。這一階段，活性炭池均采用下向流。

根據(jù)城市發(fā)展規(guī)劃，嘉興市貫涇港水廠開(kāi)始投資建設(shè)。其中一期供水能力為15×104m3/d，工藝技術(shù)體系沿用石臼漾水廠的工藝體系，以生物預(yù)處理+強(qiáng)化常規(guī)+深度處理工藝為主要技術(shù)路線。具體工藝流程見(jiàn)圖4。

圖4 貫涇港水廠一期工藝流程

從貫涇港水廠一期工程開(kāi)始，活性炭池轉(zhuǎn)為上向流方式運(yùn)行，更有利于有機(jī)物的去除，同時(shí)活性炭池的工作周期可延長(zhǎng)至一個(gè)月以上；工程中還設(shè)置了粉末活性炭的應(yīng)急投加系統(tǒng)（石臼漾水廠同期也增設(shè)了粉末活性炭應(yīng)急投加系統(tǒng)）；砂濾池前增加了二次微絮凝。但中置式高密度沉淀池在使用中存在循環(huán)污泥濃度低、工作負(fù)荷低等問(wèn)題，在后續(xù)優(yōu)化運(yùn)行管理中進(jìn)行了技術(shù)改造。

④技術(shù)提升優(yōu)化階段2000年以后，嘉興市對(duì)全市域水環(huán)境采取了一系列的改善和保護(hù)措施，但是水源水質(zhì)并未得到明顯改善。與此同時(shí)水廠還要應(yīng)對(duì)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的提升：《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749—2006）較之以前標(biāo)準(zhǔn)由35項(xiàng)增加至106項(xiàng)；2008年，浙江省城市水業(yè)協(xié)會(huì)頒布了《城市供水現(xiàn)代化水廠評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施細(xì)則》（2008年版）；2013年，該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步提升為《浙江省城市供水現(xiàn)代化水廠評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（2013版），其中濁度指標(biāo)由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的1NTU提升為0.1NTU，其他15項(xiàng)指標(biāo)也有不同程度的提高。這些標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施直接促使嘉興飲用水水處理技術(shù)不斷提升、更新和優(yōu)化。2009年6月，石臼漾濕地投入運(yùn)行，極大地提升了石臼漾水廠水源水水質(zhì)。

經(jīng)過(guò)多年的優(yōu)化運(yùn)行和技術(shù)積累，同時(shí)借助國(guó)家重大水專項(xiàng)課題的研究機(jī)遇，貫涇港二期工藝（15×104m3/d）進(jìn)行了全面提升和系統(tǒng)設(shè)計(jì)，具體工藝詳見(jiàn)圖5。

圖5 貫涇港水廠二期工藝流程

貫涇港水廠二期工藝也同時(shí)配建貫涇港濕地，該濕地的運(yùn)行以及嘉興市“五水共治”不斷推進(jìn)，使貫涇港水廠進(jìn)水水質(zhì)不斷提升，常年維持在IV標(biāo)準(zhǔn)，并有進(jìn)一步改善的趨勢(shì)。貫涇港水廠還將水源濕地納入水廠工藝運(yùn)行范圍，設(shè)置了濕地水源和長(zhǎng)水塘水源相互切換的雙水源系統(tǒng)，并利用這一功能，實(shí)現(xiàn)了與傳統(tǒng)意義上向水質(zhì)較好水源切換不同的“雙水源水溫水質(zhì)預(yù)警主動(dòng)切換技術(shù)”。研究表明，不同水溫條件下，去除NH3-N的亞硝化和硝化細(xì)菌種屬不同；根據(jù)這一原理，在每年秋冬交際水溫降至10℃左右時(shí)，貫涇港水廠主動(dòng)將水源切換至NH3-N濃度較高的水源，協(xié)助完成圖5中生物濾池與水溫相適應(yīng)的亞硝化和硝化細(xì)菌的培養(yǎng)，待菌種培養(yǎng)任務(wù)完成后，再將水源切換至NH3-N濃度更低的水源，從系統(tǒng)上解決了長(zhǎng)期困擾水廠的冬季低溫期NH3-N的去除問(wèn)題。

二期工藝的另一個(gè)顯著特點(diǎn)是取消了生物預(yù)處理技術(shù)（見(jiàn)圖5），采取“先除濁為主再除污染物”的技術(shù)路線，避免了工程中常見(jiàn)的生物預(yù)處理池“夏季微生物過(guò)度生長(zhǎng)、冬季微生物活性急劇下降”的問(wèn)題。后置的生物濾池除完成生物除氨氮作用外，出水濁度均在1NTU以下，有效控制了水中的顆粒物濃度，減輕了后續(xù)O3-BAC的負(fù)荷。工藝中，還采用了管理上更為成熟的平流沉淀池取代了中置式高密度沉淀池；砂濾池采用二次微絮凝技術(shù)和濾池低強(qiáng)度反洗技術(shù)結(jié)合，控制出水濁度和顆粒數(shù)，同時(shí)反沖洗節(jié)水可達(dá)20%。

通過(guò)優(yōu)化運(yùn)行，出廠水水質(zhì)不僅達(dá)到了《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749—2006)，還達(dá)到了更為嚴(yán)格的《浙江省城市供水現(xiàn)代化水廠評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（2013版）；其中出廠水濁度＜0.1 NTU、2μm以上的顆粒數(shù)＜30個(gè)/mL，有效控制了微生物風(fēng)險(xiǎn)，保障了城市供水水質(zhì)的安全。

02 “嘉興模式+”的討論

貫涇港水廠二期工藝是多年工程經(jīng)驗(yàn)和理論研究的成果，從流程圖上看，工藝偏長(zhǎng)，但從工藝內(nèi)在的邏輯性分析可以看出其主要的技術(shù)思路。

①“先除濁再除氨氮”的技術(shù)思路，結(jié)合雙水源的技術(shù)思路解決了冬季低溫期除NH3-N的技術(shù)難題。同時(shí)解決了生物預(yù)處理技術(shù)冬季微生物活性低及生物量少、而夏季微生物過(guò)度繁殖的問(wèn)題。

②采用二次微絮凝技術(shù)和濾池低強(qiáng)度反洗技術(shù)，濾池反沖洗節(jié)水達(dá)20%。

③采用傳統(tǒng)有效的技術(shù)措施，例如平流沉淀池，使水廠運(yùn)行更為穩(wěn)定，易于管理。

④采用O3-BAC深度處理工藝，尤其是上向流技術(shù)，提高了有機(jī)物的去除效果，同時(shí)將運(yùn)行周期提高到一個(gè)月以上，降低了反沖洗能耗。

⑤貫涇港水廠的運(yùn)行優(yōu)化管理中，堅(jiān)持“系統(tǒng)優(yōu)化優(yōu)先，單體構(gòu)筑物優(yōu)化服從系統(tǒng)” 指導(dǎo)思想，從而使多級(jí)屏障的技術(shù)特點(diǎn)得到充分體現(xiàn)。

近幾年的工作實(shí)踐表明，嘉興市在飲用水技術(shù)方面的不斷創(chuàng)新和進(jìn)取應(yīng)對(duì)了水源水質(zhì)變化和飲用水標(biāo)準(zhǔn)的提升，保證了城鎮(zhèn)用水需求?！凹闻d模式”也由特色鮮明的技術(shù)體系轉(zhuǎn)變成為 “工程應(yīng)用成熟技術(shù)成果+完善優(yōu)化現(xiàn)有工藝體系+預(yù)研新技術(shù)”三同時(shí)的“嘉興模式+”技術(shù)管理體系?！凹闻d模式+”的水處理技術(shù)和運(yùn)行管理體系不僅僅是挖掘現(xiàn)有工藝潛力、應(yīng)用研究成果提升完善工藝，更在其對(duì)未來(lái)技術(shù)的研究開(kāi)放性，未雨綢繆跟蹤和研發(fā)新型工程技術(shù)是“嘉興模式+”不斷前進(jìn)的內(nèi)涵。

03 關(guān)于水質(zhì)提升的進(jìn)一步思考

嘉興市目前供水水質(zhì)已經(jīng)達(dá)到《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749—2006）的要求，但面對(duì)人民群眾對(duì)水質(zhì)不斷提升的需求，嘉興市水務(wù)投資集團(tuán)有限公司計(jì)劃在水源、水處理工藝、管網(wǎng)等方面進(jìn)行全面提升。

①在水源方面，進(jìn)行嘉興市域外引水。2015年以來(lái)，嘉興市積極謀劃參與千島湖引水工程，力圖徹底解決水源問(wèn)題，但由于引水水量有限，不能完全滿足城鎮(zhèn)所需水量；嘉興市目前正在進(jìn)行“太湖飲水”的可行性論證。

②在提升工藝方面，研究有針對(duì)性的水處理技術(shù)。嘉興市供水水質(zhì)進(jìn)一步提升的限制性參數(shù)是高錳酸鹽指數(shù)，目前已有的生物處理技術(shù)以及臭氧活性炭技術(shù)難以有效去除濃度已經(jīng)較低的有機(jī)物；貫涇港水廠正在國(guó)家重大水專項(xiàng)支持下進(jìn)行低鹽截留率的納濾系統(tǒng)技術(shù)研究。

③在供水管網(wǎng)方面，研究實(shí)施“大分質(zhì)”供水、多水源供水策略。工業(yè)企業(yè)與居民生活、居民沖廁等與飲用水水質(zhì)要求均不同，考慮到居民家庭內(nèi)部分質(zhì)供水對(duì)管網(wǎng)改造所需的巨大費(fèi)用以及潛在風(fēng)險(xiǎn)，嘉興市水務(wù)投資集團(tuán)正在論證“工業(yè)企業(yè)單獨(dú)供水、居民優(yōu)質(zhì)供水”的“大分質(zhì)”策略。面對(duì)多水源供水的必然形勢(shì)，相關(guān)運(yùn)行技術(shù)也在國(guó)家重大水專項(xiàng)支持下有序進(jìn)行。

本文全文見(jiàn)《中國(guó)給水排水》2021年第2期“嘉興飲用水處理技術(shù)的發(fā)展與回顧”，其作者及單位如下：

徐飚1，朱海濤1，孫海平1，劉宏遠(yuǎn)2

(1. 嘉興市水務(wù)投資集團(tuán)有限公司，浙江 嘉興 314000; 2．浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院，浙江 杭州 310023)

本文標(biāo)準(zhǔn)著錄格式：

徐飚，朱海濤，孫海平，等.嘉興飲用水處理技術(shù)的發(fā)展與回顧[J].中國(guó)給水排水，2021，37（2）：7-11.

XU Biao, ZHU Haitao, SUN Haiping,et al. Development and review of drinking water treatment technology in Jiaxing [J]. China Water & Wastewater, 2021, 37(2): 7-11（in Chinese）.