河北应急水源的预氯化工艺研究

河北应急水源的预氯化工艺研究李玉仙樊康平顾军农李礼（北京市自来水集团水质监测中心，北京，100192）摘要：为了考察北京市现行预处理工艺对河北应急水源的处理效果，同时确定相应的控藻/蚤除嗅处理参数，本试验组在河北黄壁庄水库进行了系列中试试验研究。试验结果表明：为了达到较好的杀蚤效果需要保持水中余氯大于0.9mg/L；对中试工艺的监测结果表明，煤滤池后即无剑水蚤和藻类检出；预氯化后煤滤池出水也存在着三卤甲烷实测值与限值之比超过1的风险，但炭出水水质可以满足对消毒副产物的要求；较优的除嗅方案为“氯2.0mg/L（接触12min），粉末炭20mg/l（接触60-90min），混凝剂投量15mg/L”；考虑到藻类和剑水蚤在煤滤池反冲洗水中的富集，故建议在高藻/蚤期，不建议煤滤池反冲洗水回收再利用。关键词：预氯化；河北应急水源；剑水蚤；除嗅Studyonpre-chlorinationeffectofHebeitemporaryrawwaterLI-YuxianFAN-KangpingGU-JunnongLI-Li(TheWaterQualityMonitoringCenter(WQMC)AttachedtoBeijingWaterWaterWorksGroupCo.Ltd,Beijing)Abstract:ToevaluatetheeffectofBeijingwatertreatmenttrain,sometrailswerecarriedoutinHubingzhuangReservoirofHebeiprovince.Theresultsshowthat:residualchlorineconcentrationshouldbe0.9mg/Lforkillingcyclops;basedonpilottrial,cyclopscountsandalgacountsinfiltereffluentwerenotdetectable.Afterpre-chlorination,TTHMsoffiltereffluentmaybelargerthan1.However,GACeffluentcouldmeetdrinkingwaterstandard.Toremoveodorofeffluent,thebetterrunningparametersareasfollows:“pre-chlorinationdoseis2.0mg/L(contacttimeis12min),PoweredActiveCarbondoseis20mg/L(contacttimeis60-90min),coagulantdoseis15mg/L”.BecauseoftheenrichmentofalgaandCyclops,filterbackwashingwaterarenotrecommendedforrecoveryandapplication.Keywords：pre-chlorination;Hebeitemporaryrawwater;Cyclops;removingordorandwaste联系作者：李玉仙，女，（1979-），博士，北京市自来水集团水质监测中心，研究方向为饮用水的安全保障技术通讯方式：北京市德外第九水厂内水质监测中心，1001921电话：[phone]邮箱：[e-mail]为了解决北京市的水资源短缺，2008－2010年北京市从河北黄壁庄水库应急调水。该水库的水质条件与北京市现有地表水源（密云水库）的水质条件相差较大。因此有必要针对河北水库水质进行系统实验，研究现行预处理（预氯化）工艺的杀藻、除嗅操作参数及运行效果，指导水厂工艺运行。1.原水水质及试验系统（1）实验期间原水水质通过对石家庄出厂水水质指标的分析，河北应急水源不利于集团安全供水的主要水质问题是有机物较高，TOC为3.0mg/L，嗅味大，试验期间嗅味昀大值为4级强，水库水中锰含量为0.6mg/L，剑水蚤为14个/L，由此带来的出厂水水质问题为嗅味、消毒副产物、锰和剑水蚤。根据对黄壁庄水库原水藻类的检测，目前藻类总数达到300万个/L，主要种属为绿藻、蓝藻、硅藻，其中绿藻占40%，硅藻和蓝藻各占30%。剑水蚤等浮游动物为7-55个/L，且剑水蚤数量减少，象鼻蚤、裸腹蚤增多。（2）试验工艺流程与运行参数系统实验采用实验室试验和中试试验相结合，且中试试验规模为1m3/h；中试试验工艺：预处理-混凝-沉淀-煤砂过滤-主臭氧-活性炭过滤-消毒。混合槽斜板沉淀池预臭氧炭滤柱反应槽砂滤柱2图1中试试验系统流程图Fig.1Treatmenttrainofpilottest3．试验结果（1）对浊度的去除试验期间原水浊度为1.68~13.9NTU，这里预氯化氯投量分别考虑为3.0mg/L、2.0mg/L、0mg/L（空白对照）。从浊度指标来看，预氯化后煤出水和炭出水浊度均小于0.3NTU（如图2所示）。012345678412202836445260687684滤程(h)浊度(NTU)原水煤出炭出图2中试氯化的出水浊度对比情况Fig.2Turbidityofpilottreatmenttraineffluent（3.0mg/L）从煤出水浊度保障率来看，可以以95%的概率保障煤出水浊度低于0.19NTU，以95%的概率保障炭出水浊度低于0.20NTU（图3、4）；对于无加氯工艺来说，煤出水浊度小于0.3NTU的保障率只有85%，但炭出水浊度同样能以95%的概率保障小于0.2NTU。因此，对于该原水浊度来说，北京自来水现行水处理工艺（预加氯）能够满足出水浊度小于0.3NTU。y=0.0823e0.0088xR2=0.821400.050.10.150.20.250.30.350.4020406080100保障率(%)煤出水浊度(NTU)y=0.0718e0.0109xR2=0.777700.050.10.150.20.250.30.3502040608010保障率(%)炭出水浊度(NTU)03图3预氯化的煤滤池出水浊度保障率图4预氯化的炭滤池出水浊度保障率Fig.3TurbidityguaranteeratiooffilterFig.4TurbidityguaranteeratioofGACeffluentquality(withpre-chlorination)effluentquality(withpre-chlorination)02040608010012014016004812162024283236404448525660646872768084滤程(h)水头损失(cm)△(h1-h2)△(h2-h3)△(h3-h4)总水头0102030405060708090100412202836445260687684滤程(h)UV254去除率煤出水炭出水图5预加氯条件下不同滤层的图6预加氯条件下煤出水和炭出水的水头损失增长情况UV254变化情况Fig.5Headlossincreaseofdifferent-deepfilterFig.6UV254changeoffilterandGACeffluent从煤滤池水头损失的变化趋势来看（图5），滤池主要以上层滤层截污为主，深层滤层（和()21hh−Δ()32hh−Δ()43hh−Δ）截污能力相对较弱；且滤池在36h之内运行稳定，36h之后由于截留颗粒或胶体堵塞滤池上层，滤池水头损失几乎呈线性增加，在过滤时间为84h时，总水头损失达到1.4m，滤池不得不反冲。在空白试验中，试验只进行了48h，滤池水头损失增长速率与预加氯3.0mg/L相似，但由于煤滤池浊度大于0.3NTU，因此即刻进行煤滤池反冲洗。因此，从该试验来看，预加氯条件下，滤池滤程较长（可达84h），不加氯条件下，压力周期虽然变化不大，但是水质周期相对缩短。（2）对有机物的去除1）对UV254的去除UV254主要反映了具有芳香环或双键结构的这类有机污染物，一般包括腐殖酸和富里酸类物质，可作为三卤甲烷前体物和生成潜能(THMPFs)的良好替代参数。图6为预加氯3.0mg/L时煤出水和炭出水后UV254的总去除率。从去除机理上来看，沉淀和煤滤池对UV254的去除主要是对胶体态或者吸附在胶体表面的芳香环或双键结构有机物的去除，去除效果较为稳定；而活性炭对UV254的去除则4与其表面结构有关，由于其表面含有羧基官能团，有利于处理芳香族的化合物如UV254，因此，构成UV254的那部分有机物受活性炭的选择性吸附作用要相对稍强，但是当活性炭表面（包括中孔、微孔表面）羧基官能团的吸附位被占用之后，活性炭对UV254的去除效果逐渐下降。因此，从对活性炭的去除效果可以判断活性炭池的反冲洗周期。2）对耗氧量及TOC的去除预加氯3.0mg/L条件下，分别测试过滤12h和过滤48h后的有机物变化情况，结果如表1所示。从表中可知，原水TOC为2.3mg/L左右，煤出水和炭出水TOC分别为2.0mg/L和1.3mg/L。出水CODMn小于3.0mg/L。对比过滤中（12h）和过滤后期（84h）处理工艺对有机物的去除情况，可知，系统去除有机物效果稳定，随过滤时间的变化较小。表1预加氯条件下中试系统对耗氧量及TOC的去除情况Tab.1CODMnandTOCremovingefficiencyofpilottreatmenttrainTOC2.3TOC2.1原水CODMn1.88原水CODMn1.8TOC2.1TOC1.4沉出CODMn1.66沉出CODMn1.4TOC2TOC-煤出CODMn1.47煤出CODMn1.45TOC1.3TOC-过滤12h后炭出CODMn1.22过滤84h后炭出CODMn-（3）对藻类及甲壳类的去除为了考察甲壳类（剑水蚤等，下面统称为剑水蚤）数量增加时的操作参数，实验室用网的黄壁庄水库中网捞而成的高蚤水，然后考察氯对高蚤水的杀灭效果，结果见表2所示。从表中可知，当投加氯2.5mg/L时，由于剑水蚤和有机物的消耗，3h后余氯浓度仅为0.1mg/L，同时对剑水蚤的生物形态进行观察，发现蚤未全死。对该高蚤水进行稀释一倍后，投加2.8mg/L氯，则3h后余氯为0.9mg/L，且生物仅存在个别活体。因此，可以认为，由于剑水蚤和有机物的消耗，需要保持余氯大于0.9mg/L，且接触氧化时间为3h，才能达到较好的杀蚤效果。表2高蚤水杀灭试验结果5Tab.2EffectofkillingCyclopsbypre-chlorination氯投加量mg/l高蚤水3小时后水中余氯3小时后生物形态2.5高蚤水0.1生物未全死2.8高蚤水稀释一倍0.9生物仅个别活体预加氯3.0mg/L条件下，分别测试过滤12h和过滤48h后的藻类和甲壳类（剑水蚤等，下面统称剑水蚤）变化情况。从检测结果可知，原水藻类较低，为40-67万个/L左右，煤出水和炭出水藻类基本小于0.8万个/L。原水剑水蚤变化较大。如图7、图8所示，当原水中44个/L时，经过预氯化合沉淀去除，去除率达到77%，煤滤池过滤出水中未检出剑水蚤；当原水剑水蚤较少（8个/L）时，则沉后水即无检出。过滤84h厚炭滤池出水中检出剑水蚤，说明了剑水蚤炭滤池泄露的风险，因此，当原水中剑水蚤较多时，应调整煤滤池和炭滤池的过滤周期，以免在滤池中富集，继而泄露，从而增加安全饮用水的风险；同时，应该定期对煤滤池和炭滤池进行消毒，从而保障滤池中无剑水蚤的复活、繁殖、富集。01020304050607080原水沉出煤出炭出藻类计数(万个/L)运行12h后过滤84h后01020304050原水沉出煤出炭出剑水蚤计数(个/L)运行12h后过滤84h后图7藻类去除效果（预氯3.0mg/L）图8剑水蚤去除效果（预氯3.0mg/L）Fig.7Removingefficiencyofalgabypre-chlorinationFig.8RemovingefficiencyofCyclopsbypre-chlorination为了对比不同