专栏分享 | 珠海市G水厂深度处理工艺的比选探讨

本次带来了珠海水务环境控股集团有限公司分享的——珠海市G水厂深度处理工艺的比选探讨，看看他们在水厂改造深度处理的工艺上给我们带来哪些实践经验。

珠海市G水厂位于香洲区主城区内，现状总设计供水规模为20万m³/d，分3套水处理工艺流程，分别建成于1982年（2万m³/d）、1987年（6万m³/d）和1993年（12万m³/d）。其中，2万m³/d和6万m³/d流程采用“机械搅拌澄清池+普通快滤池+液氯消毒”工艺，12万m³/d流程采用“折板反应池+斜管沉淀池+普通快滤池+液氯消毒”工艺（厂区现状如图1所示）。随着粤港澳大湾区建设和珠海优质供水计划的逐步推进，对标高品质饮用水准标，适时上马G水厂提标改造，进一步提升珠海市民饮用水品质已提上日程。

本文通过对珠海市G水厂历年进出厂水质、运行状况、深度处理工艺特点及其适用性等情况的分析，提出适合现阶段珠海市G水厂提标改造的深度处理工艺路线选择。

表1  G水厂原水水质

Tab.1  Raw Water Quality of G Waterworks  

       图2  G水厂2012年-2019年出厂水浑浊度

Fig.2 Turbidity of Effluent Water from G Wateworks in 2012-2019

近8年，G水厂出厂水COD_Mn浓度均满足稳定低于3mg/L的国标要求，平均值为1.02mg/L，如图3和图4所示。其中，20%出水COD_Mn＜1.0mg/L，92%出水COD_Mn＜1.5mg/L。

近8年，G水厂出厂水氨氮均稳定低于0.12mg/L，平均氨氮稳定在0.02mg/L以下，远低于国标限值，如图5所示。

土臭素（GSM）和2-甲基异莰醇（2-MIB）是高藻水中引发嗅味问题的主要物质，由水中藻类及其分泌物造成的饮用水嗅味问题受到用户和业内人士的普遍关注^[1]。

图6  G水厂2018年-2019年出厂水GSM浓度占比

Fig.6  GSM Ratio of Effluent Wate from G Wateworks in 2012-2019

图7  G水厂2018年-2019年出厂水2-MIB浓度占比

Fig.7 2-MIB Ratio of Effluent Water from G Wateworks in 2012-2019

 图8  G水厂2018年-2019年出厂水GSM浓度

 Fig.8  GSM of Effluent Water from G Wateworks in 2018-2019

图9  G水厂2018年-2019年出厂水2-MIB浓度

Fig.9  2-MIB of Effluent Water from G Wateworks in 2018-2019

根据市水质中心对过去10年（2007年-2017年）珠海市4座水厂出厂水中13种消毒副产物（2,4,6-三氯酚、二氯甲烷、二氯乙酸、二溴一氯甲烷、一溴二氯甲烷、氯化氰、三卤甲烷（总量）、三氯甲烷、三氯乙醛、三氯乙酸、三溴甲烷）的检测数据，对于珠海原水水质情况，除三氯乙醛极个别时间里出现超标情况外（液氯消毒时），液氯和次氯酸钠消毒均能在保证有效消毒的基础上，满足《生活饮用水卫生标准》（GB 5749-2006）。  

深度处理是通过物理、化学、生物等作用去除常规处理工艺不能有效去除的污染物（包括消毒副产物前体物、内分泌干扰物、农药及杀虫剂等有毒有害物质和氨氮等无机物），保障饮用水水质，提高管网水的生物稳定性。经过多年的发展，我国应对常规工艺无法满足水质标准的情况，通常会采用生物预处理、臭氧生物活性炭或膜技术进行深度处理^[2]。

生物预处理工艺一般设置在常规净化水工艺流程之前，主要利用微生物的氧化分解及转化功能，以水中有机物（少数无机物）作为微生物的营养，通过微生物的新陈代谢，对水中的有机污染物、氨氮、亚硝酸盐及铁、锰等无机污染物进行初步去除降解。给水行业的生物预处理技术一般采用生物膜法，主要工艺有弹性填料生物接触池、生物滤池、悬浮填料生物接触氧化池和轻质滤料生物滤池。

研究表明，生物预处理技术是去除微污染水源水中氨氮和有机污染物的一种行之有效的方法。在环境温度适宜的条件下，氨氮去除率可达80%。以上，对耗氧量、铁、锰和酚等污染指标均有较好的去除效果^[3]。

臭氧-生物活性炭技术是集合臭氧氧化、活性炭吸附、生物处理效果于一体的饮用水深度处理技术。1961年，德国Dusseldorf的Amstaad水厂的使用，开启了该技术在饮用水领域大规模的研究和应用推广。

我国在该领域的研究和应用较晚，1985年建成了我国第一座采用该技术的城市自来水厂——北京田村水厂。2000年后，由于国内大部分水源水污染加剧及卫生部《生活饮用水卫生规范》（GB 5749-2006）的实施，该技术在国内的研究得到广泛开展，在试验基础上相继新建或改建了上海周家渡水厂、常州第二水厂、桐乡果园桥水厂、广州南州水厂、嘉兴石臼漾水厂等，均采用了臭氧-生物活性炭工艺。

膜分离被称为“21世纪的水处理技术”，在饮用水处理领域的应用日益广泛。作为一种新兴的高效分离、浓缩、提纯、净化技术，膜过滤技术原理是采用高分子膜作为介质，以附加能量作为推动力，对双组分或多组分溶液进行表面过滤分离，具有物质不发生相变、分离系数大、在常温下运行、适用范围广、装置简单、操作方便等特点，能够提供稳定可靠的出水水质。

其中，微滤和超滤膜分离技术在市政给水领域的应用已有30余年。自2009年东营南郊水厂10万m³/d规模浸没式超滤膜车间投运以来^[4]，以超滤为深度处理工艺的膜法水处理技术在我国市政给水领域陆续得到推广和应用。

各流程水质如图10~图13所示。

图11 各流程进出水浑浊度平均值对比

Fig.11 Comparison of Average Turbidity of Influent and Effluent in Each Process

4.1.3 中试结果的分析

表3 臭氧-生物活性炭与超滤工艺优缺点对比

Tab.3  Comparison with O3-BAC and UF Proces

在G水厂用地条件有限和投资合理性考虑的情况下，深度处理工艺只能从臭氧-生物活性炭工艺和超滤工艺之间二选一。通过上述分析可知，G水厂现有工艺历年出水有机物、氨氮等指标均表现良好，原水季节性嗅味物质超标可采用已建成的应急预氧化和粉末活性炭投加系统处理，故选用臭氧-生物活性炭工艺必要性不大，且引入臭氧和生物活性炭在沿海地区和南方湿热地区将增加出水溴酸盐浓度超标^[5-6]和微生物泄露^[7-8]的风险，需高度慎重。

出水浑浊度低不但说明感官好，也说明非溶解性物质和微生物等去除的程度好，是最为重要的水质综合性指标之一。上马超滤工艺可使出水浑浊度100%低于0.1NTU，甚至可稳定低于0.05NTU。国内外研究表明，当浑浊度为1.5NTU时，水中有机物、各种细菌的去除率可达到60%；当浑浊度为0.5NTU时，去除率达到99%；当浑浊度＜0.3NTU时，去除率达到99.9%；当浑浊度＜0.1NTU时，去除率可达到99.99%，且粒径＞2μm的颗粒数在20以下，即可认为水中有机物和各种细菌绝大多数已被去除^[9]。

基于对G水厂进出厂水质和中试结果的分析，为进一步降低出厂水浑浊度、提高出厂水生物稳定性、降低消毒副产物生成量，认为采用超滤技术进行深度处理更加符合现阶段G水厂出厂水质提升之需。

（1）原水受到的有机微污染、氨氮污染不明显，在现状进水水质条件下，常规的混凝沉淀过滤工艺出水的有机物、氨氮等指标即能远低于标准限值。间歇性产生藻类暴发（主要为每年夏季）带来臭和味的问题（主要为2-MIB浓度超标），可采用已上线运行的应急预氧化和粉末活性炭投加系统进行处理^[10-11]。

（2）为进一步降低出厂水浑浊度、提高出厂水生物稳定性、降低消毒副产物生成量，推荐采用超滤作为G水厂深度处理工艺。