第二批济南“泉城学者”建设工程课题

第二批济南“泉城学者”建设工程课题《南部山区水源水质生物预警技术研究》招标书济南“泉城学者”建设工程领导小组办公室二○○八年十月一、课题名称：南部山区水源水质生物预警技术研究二、招标单位：济南“泉城学者”建设工程领导小组办公室三、课题提出单位：济南市供排水监测中心四、招标方式：公开招标五、课题的目标、主要研究内容和可行性分析1、课题背景济南市是一个水资源严重匮乏的城市，水资源不足和水环境污染是当前城镇供水的主要矛盾，并已逐渐成为制约我市城市经济社会发展的“瓶颈”。尤其在保泉的压力下，不得不采取节水措施，大量采用山区水库水和黄河水，其中地表水供水能力高达50万m3/d。但由于地表水具有高藻高有机物水质特征，加之没有及时有效的水质预警监控、深度净化及应急处理技术作保障，尤其是近年来鹊山水库硅藻污染、南郊水厂隐孢子虫污染和卧虎山水库死鱼等污染事件爆发时，城市供水系统无法应对，饮用水安全保障形势十分严峻。济南南郊水厂为南部40万居民提供生活饮用水，该水厂为微絮凝直接过滤的常规处理工艺，已无法应对原水水质变化的影响，出水水质波动较大。因此，构建集水源水质预警监控、工艺强化、突发性污染物应急处理于一体的水质安全处理集成技术，是提高城市饮用水安全保障能力的迫切需求，是“十一五”期间济南市急需解决的重大问题，也是解决民生问题、构建和谐社会的重要内容。（1）水厂工艺概况济南泓泉制水有限公司南郊水厂，1988年建成供水，进厂原水来自南部山区的卧虎山水库，水厂的设计处理能力为50000m3/d。卧虎山水库原水浊度较低，因此水厂采用了直接过滤的处理工艺，工艺路线如图1所示。水厂占地面积31457平方米，有配水楼一座，内设高位冲洗水箱、加药间、控制室，滤池两座，交配点及控制室一座，3000立方米清水池两座，供水机组4座。所用混凝剂为聚硅酸铝絮凝剂（MEP），是自来水公司自己加工生产的。图1南郊水厂工艺流程图水厂处理单元的设计参数见表1。表1水厂各处理单元的设计参数设备名称参数管式混合器管径0.9m，混合时间60秒快滤池滤速：8～10m/h，反冲水量：13～14L/s·m2反冲时间5～8min为了提供更加优质的供水服务，1999年投资1400万建成了南康预处理厂，并与当年6月1日投入使用。采用气浮工艺将水中的藻类、胶体及微生物去除，极大地保证了水质。2004年10月，对“滤池自控系统”进行自动化技术改造，基本实现了滤池的自动控制。综上所述，该水厂处理流程简单紧凑，主要的处理构筑物就是滤池。受场地的局限，如需要进一步提高水质，不容易增加其它处理设施，这是本水厂的一个特点。（2）水源水质概况南郊水厂原水主要来自南部的卧虎山水库，只有偶尔因缺水会调用锦秀川水库水。卧虎山水库位于济南市历城区南部山区，兴建于1958年9月，总库容为1.164亿m3，兴利库容为0.586亿m3。1988年被批准为济南市的饮用水源地。目前的水库功能是饮用、防洪、灌溉和渔业。主要水源是降雨。南郊水厂进厂原水水质特点主要表现在：1）浊度平均不高，但波动幅度较大卧虎山水库水浊度平均值约为7～8NTU，7、8月份因为降雨升高，最高可超过100NTU。2）嗅味较大，呈明显土臭味全年大部分时候都有明显土臭味，臭味3级，滤后水为1～2级，用户出水加热后臭味仍很明显。管道混合器滤池清水池泵房原水混凝剂MEP氯3）色度较高，成色物质为腐殖酸平均值为20度，最高达40度。有研究表明，卧虎山水库水经过滤后分子量大于3000的超滤膜上有一层淡黄色的胶粘物，这说明形成色度的有机物主要是胶体有机物和尺寸更大的有机物，而一般大于1000的有机物主要是腐殖质类（腐殖酸和富里酸）有机物，富里酸分子量一般小于2000，在水中呈真溶液，因此腐殖酸是主要的成色物质。4）氨氮平均浓度较低平均值为0.2mg/L左右，且大多时候在0.2mg/L以下，其中8月份浓度最高，但也不超过1.0mg/L。5）有机物偏高耗氧量（CODMn）平均值2.6mg/L左右，最高值为5.6mg/L，UV254平均约为0.18cm-1，GC-MS检出物主要为乙苯，邻/间二甲苯，萘，酞酸二丁酯等有机物。6）水体富营养化，存在藻类污染卧虎山水库水中TN6mg/L，TP0.02mg/L。一般认为TP浓度0.02mg/L，TN浓度0.2mg/L，是水体富营养化的发生浓度，而卧虎山水库的TN、TP达到相当高的水平，为水生植物的生长提供了丰富的营养物质。叶绿素a达到了17.4µg/L，存在严重的藻类污染。综上所述，水厂原水存在的主要问题为浊度有时候偏高、色度较高，嗅味明显，其污染物以藻类和有机物为主。（3）出厂水水质特点出厂水浊度可降至1NTU以下；滤后水为1～2级，用户出水加热后臭味仍很明显；出厂水平均10～15度；出厂水高锰酸盐指数在3mg/L以下；浊度、色度基本满足《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）的要求，但因藻污染引起的臭味、有机物及突发性微生物污染是该厂面临的最大问题。综上所述，南郊水厂由于采用气浮+微絮凝过滤工艺，加之缺乏针对受污染水库水的水源水质预警监控、水质深度处理和突发性污染物应急处理等技术手段，其出水水质虽能基本满足《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006），但有待于进一步在现有工艺基础上升级改造，建立集水源水质预警监控、工艺强化与优化运行、应急识别与处理等一体化的水质安全处理技术体系。《南部山区水源水质生物预警技术研究》是课题研究计划的重要组成部分，该部分技术难度大，创新性强，需要较为深厚的研究基础和专业化研究队伍作为科技支撑。本次课题公开招标中标单位，将与课题提出单位、工程依托单位组成专业和人员搭配合理的研究团队，共同负责该课题计划的研究和工程示范。2、课题目标本课题以“卧虎山水库-南郊水厂”供水系统为研究对象，通过原水水质特性分析、关键污染物预警监控、水质深度处理、藻类等突发性污染物在线识别与应急处理等系列关键技术的研发，从而构建集水源水质预警监控、工艺强化及优化运行、突发性污染物应急处理于一体的水质安全处理集成技术体系，为类似常规工艺水厂工艺升级改造提供技术支撑。3、课题内容本课题拟在开展水厂原水水质特性分析的基础上，研发原水水质预警监控、工艺强化及运行优化、应急处理、强化消毒及消毒副产物控制等关键技术，建立水质安全一体化水厂。具体研究内容包括如下几个方面：（1）原水水质特性分析针对济南南部山区水库水质污染特性研究不够深入的现状，本课题拟对氮磷、藻类及其代谢产物、有机物的迁移转化规律等水质特性进行分析，并进行原水水质毒性综合分析，为水厂工艺强化及运行优化提供技术支持。1）氮磷污染物特性分析分析水库水中氮、磷元素存在状态（构型，价态等）及其各自的来源，研究其浓度随季节、温度变化的变化规律，为水库富营养化与藻类污染控制提供技术保障。2）藻类及其代谢产物特性分析研究水库藻类群落的空间特征，并在研究藻类群落的季相特征的基础上，掌握其动态变化规律，研究藻类代谢产物的空间与时间分布特征，为水厂除藻及抑制藻毒素的产生提供技术支持。3）有机污染特性分析分析水源水中有机物的可混凝去除性、可生物降解性、可吸附性等特性，并根据水源水中特征有机物指标的分类特点可以对水厂工艺强化进行合理筛选，并预测处理工艺对有机物的去除效果。4）原水毒理学特征分析分析水库水毒理学特征，研究其毒理学特征的变化规律，并研发基于原水毒理学特征的应对技术。（2）水质预警监控技术针对水库水质污染特性，拟选取藻类（叶绿素a）、有机物（TOC或UV254）、总氮、总磷等关键指标进行在线监测，利用鱼类或发光菌进行生物毒性在线监测，建立原水水质预警监控系统。1）特征污染物在线预警监控建立藻类、有机物、氮磷、浊度等特征污染的在线监控系统，研究各特征污染指标的预警阈值，提出水厂工艺技术应对措施。2）生物毒性预警监控研究鱼类、发光细菌等生物毒性在线监测技术，建立生物毒性预警监控系统，研究有机物、藻类、石油类等突发性污染物的预警阈值，提出水厂工艺技术应对措施。（3）工艺强化及运行优化在研究原水水质特性及建立水质预警监控系统的基础上，以活性过滤或超滤膜技术为核心对水厂现有工艺进行强化，并优化其工艺运行参数，提高出水水质。1）活性过滤技术研究针对南部山区水源水质特征，研究开发用于水厂工艺强化的活性滤料优选、活性滤池影响因素、抗冲击负荷能力等关键技术，建立以活性过滤为核心的深度处理技术体系。2）超滤膜技术研究针对南部山区水源水质特征，研究开发用于水厂工艺强化的膜组件优选、膜过滤方式比较、膜过滤特性表征等关键技术，建立以超滤膜为核心的深度处理技术体系。3）工艺强化技术方案比选在对浊度、有机物、藻类等关键污染物在线监测的基础上，优化各处理单元混凝剂投加量、滤速、反冲洗等运行条件，对活性过滤和膜过滤两种深度处理方式进行技术、经济综合对比，提出最佳工艺强化技术方案，并建立示范工程水厂（5万m3/d）。（4）应急处理技术研究针对有机物、藻类、浊度等突发性水质污染问题，研究强化混凝、活性炭吸附、化学氧化、气浮除藻等应急处理关键技术，建立应急处理技术体系，保障城市供水安全。1）强化混凝技术针对原水突发性污染特性，在水质预警监控的基础上，重点研究强化混凝技术，优化pH、混凝剂种类、投加量等混凝条件，提出适用的混凝条件。2）活性炭吸附技术优化比较粉末活性炭吸附与颗粒活性炭柱吸附试验条件，探索与工艺运行相适应的活性炭吸附方法，优化工艺运行参数，建立活性炭吸附应急处理技术体系。3）化学氧化技术针对原水水质特性，优选高锰酸钾、次氯酸钠、双氧水、二氧化氯等氧化剂，优化化学氧化条件，研发与工艺运行相适应的化学氧化方法，建立突发性污染应急化学氧化处理技术体系。4）气浮除藻技术针对藻类突发性污染问题，在对叶绿素a在线预警监控基础上，优化混凝剂种类、投加量、回流比、反冲洗等气浮条件，提出适用的高效应急除藻技术。（5）强化消毒及消毒副产物控制技术研究分析工艺出水水质特性及其消毒副产物生成势，进行消毒剂的优选，针对优选消毒剂研发其消毒副产物的控制技术，对消毒后水进行毒理学分析。1）消毒剂优选在对工艺出水水质特性及其消毒副产物生成势分析的基础上，研究各消毒剂的最佳投加量，兼顾消毒副产物的产生，进行消毒剂的优选。2）消毒副产物控制技术研究针对工艺出水水质特性，对优选的消毒剂进行其消毒副产物控制关键技术的研究，提出切实有效的控制技术。3）出厂水毒理学分析分析出厂水毒理学特征，研究其毒理学特征的变化规律，并研发基于出厂水毒理学特征的应对技术。4、可行性分析1）研究目标可行性分析本课题以济南南部山区卧虎山水库水、南郊水厂为研究对象，通过系列关键技术的研发，从而构建集水源水质预警监控、工艺强化及优化运行、突发性污染物应急处理于一体的水质安全净化集成技术体系，通过示范工程建设，使出厂水水质满足《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006），能够从根本上解决济南南部40万居民饮水问题，课题研究目标切实可行。2）技术路线可行性分析本课题拟采用技术路线如图2所示。图2课题研究技术路线图本课题拟从原水水质特性分析、水质预警监控、工艺强化及运行优化、强化消毒及消毒副产物控制、突发性污染物应急识别及处理等方面展开研究。原水水质特性分析主要在氮磷、藻类及其代谢产物、有机污染物、毒理学特征等方面展开；水质预警监控主要围绕特征污染物在线监测及生物毒性预警监控等方面展开；工艺强化及运行优化主要在活性过滤和膜过滤等深度处理工艺技术的研究、比对和集成；强化消毒及消毒副产物控制将在消毒剂优选及其消毒副产物控制、出厂水毒理学特征分析等方面展开；在分析原水水质特性及建立水质预警监控系卧虎山水库原水水质特性分析原水水质预警监控活性过滤工艺强化及运行优化强化消毒及消毒副产物控制技术研究突发性污染物应急识别与处理技术研究卧虎山水库-南郊水厂水质安全净化集成技术研究统的基础上，进行突发性污染物应急识别与强化混凝、化学氧化、活性炭吸附、气浮除藻等应急处理技术研究；从而构建卧虎山水库-南郊水厂水质安全净化集成技术体系，课题研究技术路线切实可行。3）研究基础可行性