B水廠深度處理工藝改造及水質提升措施研究

楊 鑫，陳乃青，吳 婧，楊 平

（1.青島水務集團有限公司，山東 青島 266000；2.青島市海潤自來水集團有限公司，山東 青島 266000）

日益加劇的水源污染問題使得自來水廠常規處理工藝局限性越來越明顯，青島市城市供水水廠也遇到了同樣的問題[1]。原水結構發生變化，原水情況越來越復雜，這些都給水廠常規處理工藝帶來了新的挑戰，水廠常規處理工藝已經不能滿足市民對飲用水的更高要求。因此，青島B水廠常規處理工藝進行升級改造勢在必行。

1 項目情況

青島B水廠于1989年建成通水，設計規模為36萬cm3/d，占地面積約8.13萬m2，改造前水處理構筑物包括平流沉淀池、氣水反沖快濾池。工藝流程如圖1所示。

圖1 改造前B水廠工藝流程

2 B水廠水質分析

2.1 原水水質

青島B水廠原水以客水（引黃水和南水北調水）為主、以本地水源為輔，水源結構常有變化。青島地區自1989年開始使用引黃水后，原水水質較為平穩；自2016年南水北調水源進入青島后，原水水質呈現有機物含量上升、氯化物和硫酸鹽較常態高、季節性pH不穩定、總硬度呈上升趨勢的特點。

根據2008～2018年B水廠原水水質數據統計及分析，B水廠原水總體上達到《地表水環境環境質量標準》（GB 3808—2002）III類水體標準。但是常年存在明顯有機污染，始終存在一定數量的藻類。具體指標如下：

（1）有機物含量較高，CODCr明顯偏高，時有超出標準限值的情況；CODMn略高，一般在3.0mg/L左右。

（2）氨氮含量隨原水結構出現波動，總氮偏高，有超出地表水III類水體標準的現象。

（3）水中的氯化物含量常年較平穩，基本在100mg/L以下，波動平緩，但2015年后略有上升，基本在150mg/L以下。

（4）水中的硫酸鹽含量常年較為平穩，2016年前基本在150mg/L以下，2016年后，由于水源配置，使硫酸鹽含量明顯增高，近年來硫酸鹽含量基本在180mg/L左右。

2.2 改造前出廠水水質

B水廠出廠水全部指標均符合《生活飲用水衛生標準》（GB 5749—2006）要求，但部分指標仍有風險。

（1）CODMn相對較高，平均值達到2mg/L左右，尤其在夏季偏高，接近指標限制。

（2）三鹵甲烷含量較高，約為0.2～0.6mg/L。

（3）UV254檢測值3～5m-1，出廠水中天然存在的腐殖質類有機物處于較高值。

（4）出廠水中硫酸鹽、溶解性總固體和硬度等指標有待改善。

3 深度處理工藝選擇

3.1 深度處理工藝簡介

深度處理工藝，即在常規處理工藝基礎上，通過增加凈水工藝或改變凈水的方法，去除常規處理工藝不能有效去除的污染物質，提高和保證飲用水水質安全。深度處理技術種類很多，例如高級氧化技術、活性炭吸附技術、生物活性炭和臭氧生物活性炭單元、膜技術等[2]。其中，在市政給水廠中應用較多的是臭氧-生物活性炭技術和超濾膜處理技術。青島市區的另一座大型水廠，采用的深度處理是臭氧-生物活性炭技術。

臭氧-生物活性炭技術能夠在常規處理之后進一步去除水中的有機污染物、氯消毒副產物的前體物以及氨氮，保證凈水工藝出水的化學穩定性和生物穩定性，不足之處在于可能存在細菌超標和活性炭顆粒隨水流泄漏等生物安全問題[3]。

在水處理中應用超濾技術，能有效去除水中的膠體、顆粒、病原微生物和病毒，特別是對于如賈第蟲和隱孢子蟲這類傳統水處理不能完全去除的原生動物，同時可減少消毒劑的使用，降低了消毒副產物的產生[4]。超濾膜對大于膜孔徑的顆粒物、藻類等污染物質去除效果好，但對溶解性污染物和小分子有機物的去除效果不理想，將超濾膜技術與其他技術聯用的研究和應用較多[5]。

鑒于臭氧-生物活性技術和超濾膜技術各自的特點，越來越多的水廠采用組合工藝處理，上海青浦第三水廠、某高寒地區水廠等水廠深度處理工藝采用臭氧活性炭-超濾膜工藝組合，運行效果良好[1,6]。這與李圭白等[7]提出的水處理的發展趨勢一致，即只有生物安全性和化學安全性兩方面均安全的水處理工藝才是真正安全的工藝。

3.2 工藝比選

在分析比較了多個深度處理工藝后，在B水廠深度處理工藝選擇過程中，最終在臭氧-生物活性炭工藝（方案一）和臭氧-生物活性炭+超濾膜工藝（方案二）兩個方案中比選。

（1）出水水質分析。對照《生活飲用水衛生標準》（GB 5749—2006）、《飲用凈水水質標準》（CJ 94—2005）等現行國家標準，兩個工藝方案出水水質均符合相關標準。

（2）系統管理的復雜性。臭氧-生物活性炭工藝在國內自來水行業已非常普遍，管理經驗成熟，管理復雜性較低。

臭氧-生物活性炭+超濾膜工藝方案，超濾膜的膜組件較多，但國內也有很多大規模運用的案例，運行經驗豐富，復雜性一般。

（3）水資源利用?；钚蕴繛V池、超濾膜反沖洗水基本可回收利用，尾水處置較為簡單，水資源利用率均較高。

（4）方案特點綜合比較。從方案技術和經濟綜合比較來看，方案一利用臭氧生物活性炭在解決水體有機微污染、嗅味和口感等問題方面優勢明顯。該工藝技術成熟，管理經驗豐富，投資和運行成本低。方案二在臭氧活性炭基礎上增設了超濾膜系統，進一步去除細菌、病毒，一方面有利于提高管網水的生物穩定性，降低活性炭生物泄漏隱患可能產生的風險；另一方面，可減少消毒劑的投加，降低消毒副產物的產生。

因此，綜合考慮B水廠的原水水質、規模、現有工藝和水處級技術發展趨勢，B水廠選擇臭氧-生物活性炭+超濾膜組合工藝，工藝流程圖如圖2所示。

圖2 改造后B水廠工藝流程圖

4 水廠深度處理運行效果分析

B水廠于2018年底完成改造，改造后水廠出水水質符合《生活飲用水衛生標準》（GB 5749—2006），有機物去除、消毒副產物控制、季節性嗅味問題均得到了有效解決。

B水廠深度處理工藝改造后，已穩定運行超過一年，通過分析2019年全年數據，B水廠出廠水中CODMn去除率約為53%，UV254去除率約為66%，三鹵甲烷含量在0.1～0.4mg/L，B水廠改造前后主要水質指標變化如圖3所示。相比常規處理工藝，CODMn去除率提高了21%，UV254去除率提高了24%，三鹵甲烷平均降低約50%。

B水廠深度處理工藝是臭氧-生物活性炭和超濾膜的組合工藝，超濾膜出水水質較進水水質進一步提升，2019年11月至2020年1月數據顯示，經過超濾膜的水UV254平均去除率2.7%，濁度降低18.4%。

超濾膜進水經常規工藝和臭氧-活性炭工藝的處理，減少了水力沖洗水量，增加了超濾膜使用壽命，超濾膜運行一年的產水率目前為99.5%。

5 結束語

B水廠在常規處理工藝基礎上，增加了臭氧-生物活性炭+超濾膜聯合工藝，有效提高水廠出水水質，對飲用水的水質安全起到了關鍵性的作用[8]。

（1）強化標準引領，青島市于2019年發布了《青島市城市供水水質準則》，成為繼上海后國內第二個發布同類水質地方標準的城市。青島市水質地方標準的發布，對今后青島城市供水水質提出了更高的要求，指明了努力的方向。

（2）加強原水水質監控力度，提高原水水質保障水平。對城市供水水質影響最直接的因素是原水水質情況，結合青島水源特點，一是水質監測向水源上游延伸，及時了解上游水質狀況，快速響應，確保水廠進水水質安全。二是建立原水預處理設施，應急情況下對原水進行中途預處理，降低水廠制水工藝負荷。

（3）確保水廠至水龍頭水輸送環節水質安全，一是加大老舊供水管網、二次供水泵房等設施改造力度，避免水質輸送過程中水質污染。二是加強水質監測力度，采用在線監測與實驗室檢測相結合的方式，及時了解管網水質狀況。

（4）青島的原水存在的硬度高、無機鹽含量高的問題，直接影響著飲用水口感，現有的深度處理工藝無法改善。青島市在近幾年通過多水源摻混，尤其是淡化海水摻混的方式降低硬度和無機鹽含量取得了較好的效果，但淡化海水水量有限，飲用水中硬度、無機鹽下降幅度有限。下一步可繼續加大淡化海水產能，通過淡化海水摻混的方式進一步提升飲用水口感。

圖3 B水廠改造前后主要水質指標變化