運河水廠深度處理工藝運行分析

王立彪

(杭州余杭水務控股集團有限公司，浙江 杭州311100)

1 項目概況

運河水廠位于杭州市余杭區運河街道，原設計規模為12 ×104m3/d，原有凈水設施分二期建成:一期建于1990 年，設計規模為6 ×104m3/d，采用水力循環澄清池—虹吸濾池;二期建于1995 年，設計規模為6 ×104m3/d，采用折板反應—平流沉淀池—虹吸濾池。為了有效提升余杭區臨平副城東北片供水水質，余杭區政府在“十二五”期間積極推進運河水廠深度處理提標改造項目。

2013 年，杭州余杭水務控股集團有限公司(以下簡稱集團公司)對運河水廠開展了10 ×104m3/d深度處理工藝提標改造，改造后的生產工藝如圖1所示。改造對建于1990 年的一期構筑物進行拆除，二期只保留了進出水泵房、平流沉淀池、加藥間，其余構筑物隨著新工藝的啟用陸續拆除。改造工程在廠區內實施，由于運河水廠出水量對于臨平副城供水管網的壓力平衡具有十分重要的作用，只允許在供水低峰期有限的幾個月停產，很大程度上只能邊改造邊運行，施工難度大且歷時長。

截至2015 年7 月，運河水廠新的絮凝沉淀池、砂濾池、炭濾池先期建成，生物預處理、臭氧等工藝仍在建設中，為了滿足城市夏季高峰供水期間用水量，只能在原有構筑物和已建構筑物基礎上采取過渡的吸附凈水工藝(以下簡稱吸附工藝)，其流程如圖2 所示。預計此工藝將運行數月，制水量為(7 ～9)×104m3/d。

2 吸附工藝構筑物的設計參數

2.1 絮凝沉淀池

吸附工藝包含2 套絮凝沉淀池，其中一套利用1995 年建成的6 ×104m3/d 折板絮凝和平流沉淀池，每組規模為3 ×104m3/d;2015 年8 月只運行1組，出水進入原虹吸濾池，9 月沉淀池出水完全接入新砂濾池。另一套為新建的4 ×104m3/d 折板絮凝和平流沉淀池，設計絮凝反應時間為18 min，平流沉淀池設計停留時間為1.7 h，水平流速為13 mm/s，折板絮凝區至平流沉淀池間采用穿孔墻配水，出水槽采用不銹鋼指形槽。

圖1 運河水廠改造后的工藝流程Fig.1 Process of Yunhe Waterworks after renovation

圖2 運河水廠臨時吸附工藝流程Fig.2 Temporary adsorption process of Yunhe Waterworks

2.2 砂濾池

砂濾池與活性炭濾池合建，濾池采用V 型濾池的形式，設計規模為10 ×104m3/d，雙排布置，共分為8 格，單格面積為75 m2。設計濾速為7.5 m/h，濾料采用均質濾料，粒徑為0.9 mm，K80＜1.4。采用長柄濾頭配氣配水系統，設計氣沖強度和水沖強度分別為15 和6 L/(m2·s)，反沖洗周期為48 h。

2.3 炭濾池

活性炭濾池與砂濾池合建，也采用V 型濾池的形式，設計規模為10 ×104m3/d，雙排布置，共分為8 格，單格面積為72 m2。濾池上方設置頂蓋遮擋陽光，防止藻類滋生。濾池的設計濾速為8.0 m/h，炭層厚度為1.80 m，石英砂層厚度為0.3 m，空床接觸時間為15 min。活性炭采用粒徑8 ×30 目顆粒活性炭，有效粒徑為0.9 mm。

3 吸附工藝的運行效果

3.1 原水水質

運河水廠的原水取自東苕溪奉口，東苕溪上游為青山水庫，下游是太湖，流經多個縣市，水質受周邊環境的影響較大。《2014 年浙江省環境狀況公報》顯示，苕溪流域水質為Ⅱ～Ⅲ類，無明顯污染河段，符合飲用水水質功能要求［1］。但在冬季枯水期，個別時段污染物濃度顯著上升，主要為氨氮、耗氧量、錳等。2015 年1 月，CODMn、氨氮、鐵最高值分別為6.26，0.59 和0.54 mg/L，平均值分別為3.31，0.29 和0.28 mg/L。

根據國家城市供水水質監測網杭州監測站對東苕溪原水的檢測結果，東苕溪水源水中主要為溶解性的小分子有機污染物，其中＜1000 Da 的有機物占原水TOC 總量的82.1% ～89.1%［2］。不同季節小分子有機物占比差別不大，但TOC 總量略有差別，主要是因為苕溪水源約1/3 時間受太湖水倒灌影響，而太湖水夏季藻類爆發比較嚴重，夏季苕溪有機物指標較高。運河水廠的常規處理工藝應對微污染有機物和水質突變的效果不穩定，顆粒活性炭對小分子有機物吸附效果較好，與常規工藝結合比較適合東苕溪水源水的處理。

3.2 出廠水質標準

浙江省城市水業協會根據浙江省水廠運行實際情況以及世界衛生組織(WHO)、歐美的水質標準，制定了《浙江省現代化水廠評價標準》。集團公司基于該標準，針對深度處理改造完成后的水廠修正了內控標準，主要指標如表1 所示。

表1 部分水質指標標準限值Tab.1 Standard limits of some water quality index

4 運行效果

4.1 出廠水總體水質

運河水廠于2015 年7 月13 日正式啟用新工藝，加氯、加礬點不變，原有的虹吸濾池改造后為石英砂過濾、活性炭過濾，經不同濾料和工藝處理后的出水水質如表2 所示，對各項指標的去除率見表3。

表2 改造前后水質對比Tab.2 Comparison of water quality before and after the renovation

表3 改造前后工藝對各項指標的去除效果Tab.3 Removal effect of each index before and after renovation %

由表2 可知，運河水廠改造前一年及新工藝臨 時投入使用后的出廠水水質均滿足《生活飲用水水質標準》(GB 5749—2006)，基本滿足《浙江省現代化水廠出廠水優質標準》(2013 版)。從數據上看，改造后的部分指標較改造前有明顯提升，主要為濁度、耗氧量，pH 呈現新的變化趨勢。

4.2 吸附工藝對濁度的去除效果

2015 年9 月，東苕溪流域降雨量為109.2 mm，較去年同期增多28.2%。9 月下旬受臺風“杜鵑”影響，有1 次明顯降水。東苕溪平均水位為1. 61 m，水量充足，流速中等，奉口取水口水質符合II 類水質標準(除TN 外)。運河水廠新工藝試運行期間，該月各工藝段濁度的變化如圖3 所示。

圖3 各工藝段濁度的變化Fig.3 Change of turbidity in each process section

受降水影響，東苕溪原水通過DN1400 管輸送至運河水廠后，進廠濁度在6 ～22 NTU 之間小幅度波動，總體平穩。原水經管道混合器與聚合氯化鋁混合，通過折板絮凝、平流池沉淀，沉后水濁度基本在0.5 ～1.0 NTU。

砂濾池所用的石英砂和炭濾池所用的活性炭均為新投入使用的濾料，監測數據表明:運河水廠砂濾出水和炭濾出水平均濁度在0.04 ～0.12 NTU，與濾池運行工況有關。砂濾出水濁度即可達到《生活飲用水衛生標準》要求，而顆粒活性炭主要用于去除小分子溶解性有機物，對于中等顆粒反映出來的濁度具有一定的不確定性。

4.3 pH 的變化

運河水廠原水為河道水，pH 本底值較高，在7.2 ～7.6之間，總堿度在55 mg/L 左右。投加聚合氯化鋁后，由于水解作用，H+增加，經原水堿度中和作用，沉后水pH 值下降0.2 ～0.3，砂濾對pH 值的影響不大。從圖4 可見，根據監測數據，炭濾出水略有下降，但尚不明顯，最低值為7.0，主要是由于活性炭投入使用不久，炭表面的生物膜尚未完全形成。

圖4 各工藝段pH 的變化Fig.4 Change of pH in each process section

水廠在2014 年底改用次氯酸鈉消毒，出廠水pH 值在炭濾出水的基礎上有所提升，9 月在7.1 以上，滿足省現代化水廠標準和水廠內控標準。根據公司另一座水廠深度處理工藝的運行經驗，炭濾池在掛膜完成后，生物作用明顯，pH 值會有所降低。但運河水廠使用次氯酸鈉消毒后，出廠水pH 值有所提升，兩者對pH 值升降的貢獻情況有待進一步跟蹤監測。當出廠水pH 值降至7.0 以下時，無法滿足水廠內控標準，也會對管網水的化學穩定性帶來一定的影響，需密切關注炭濾出水pH 值的變化趨勢，若有必要及時增設pH 值調節設施。

4.4 吸附工藝對CODMn的去除效果

運河水廠原水為河道水，受上下游環境影響較大，臺風帶來的明顯降水也會導致原水波動。除個別點外，原水水質符合《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)Ⅱ類標準。

從圖5 可以看出，2014 年水廠提標改造之前，原有的常規處理工藝受原水水質及制水工藝本身影響較大，CODMn去除率在60% ～80%，個別點甚至小于50%。采用新工藝后，出廠水水質更加穩定，CODMn去除率在70% ～80%，CODMn基本控制在1 mg/L 左右。這說明常規工藝對水中微量有機污染物的去除效果有限，而活性炭可以充分利用炭表面及內部孔徑吸附去除小分子有機物，去除效果良好，顯著提高了水的化學安全性。但活性炭使用一段時間后吸附能力會飽和，因此需加快臭氧投加設備的安裝，保障后期活性炭表面掛膜后對有機物去除效果的持久性。

圖5 各工藝段CODMn的變化Fig.5 Change of CODMn in each process section

5 結論

① 對于苕溪水源，運河水廠改造后的混凝—沉淀—砂濾—炭濾—消毒工藝出水主要指標能夠滿足《生活飲用水衛生標準》要求，相關指標去除效果較常規工藝有明顯提升，基本滿足浙江省現代化水廠水質內控標準。

② 要進一步關注炭濾池后期炭表面生物掛膜情況，以及炭濾出水pH 的變化趨勢。

③ 要逐步積累新工藝生產運行經驗，形成適合該水廠的深度處理技術規程。