高速給水BAF突發(fā)處理備用原水試驗(yàn)研究

1、第 高速給水BAF突發(fā)處理備用原水試驗(yàn)研究引言 近年來(lái),我國(guó)城市水源地突發(fā)性污染事件日益增加。2022年11月13日中石油吉林石化公司雙苯廠發(fā)生爆炸事故,造成大量苯類污染物進(jìn)入松花江水體,引發(fā)我國(guó)和俄羅斯部分地區(qū)重大水環(huán)境的污染件。2022年12月中旬廣東省韶關(guān)冶煉廠將超過1000m3的含鎘廢水排入北江,嚴(yán)重污染了珠江水系,危及廣州供水。越來(lái)越多的水污染事件的發(fā)生,嚴(yán)重威脅到城市供水系統(tǒng)的安全。因此如何保護(hù)水源地生態(tài)環(huán)境安全和城市供水安全,以及如何快速、有效地處理突發(fā)性水污染事故已成為亟需解決的問題。 面對(duì)上訴情況，國(guó)外的大城市通常是采用大的水庫(kù)作為水源，例如紐約市的3個(gè)水源地都不是依賴江河直

2、接取水而是通過建設(shè)水庫(kù)群進(jìn)行蓄水和供水。其中,Croton供水系統(tǒng)從1842年開始服務(wù),由10個(gè)水庫(kù)和3個(gè)受控湖組成,面積覆蓋逾970km。又如東京最高日供水量達(dá)到500萬(wàn)m以上,其水庫(kù)群有效庫(kù)容達(dá)到70970萬(wàn)m,是日供水量的141倍。廣州市作為中國(guó)的南方重要的窗口城市對(duì)于城市供水安全的關(guān)注更加是走在了全國(guó)前列，根據(jù)廣州市城市供水水源規(guī)劃中指出，廣州市將采取西江引水工程，西江引水工程將對(duì)西村、石門、江村水廠進(jìn)行水源置換，在實(shí)行西江引水工程后，廣州市西北部水廠均將采用雙水源供水模式，常年采用水質(zhì)良好的西江水，僅在應(yīng)對(duì)突發(fā)事件時(shí)短短數(shù)小時(shí)啟用珠江備用水源，具體方式見圖1。水源調(diào)整后，珠江西航道和

3、后航道水源將作為備用水源，流溪河的水源地功能也將保留。屆時(shí)，西北部水廠的水源安全性將大幅度提高。然而，對(duì)于珠江西航道和后航道等高污染水源，雖然只將其作為應(yīng)急備用水源，但一旦遇突發(fā)緊急情況，啟動(dòng)應(yīng)急備用水源后的出廠水水質(zhì)能否達(dá)到新國(guó)標(biāo)是一個(gè)不容忽視的重要課題，因此本文開展了以高速給水BAF為預(yù)處理環(huán)節(jié)突發(fā)處理備用水源原水的試驗(yàn)研究。 供水 圖1雙水源供水模式流程圖 Figure1.Dualwatersupplymodelflowchart 1試驗(yàn)參數(shù)與方法 1.1試驗(yàn)條件與參數(shù) 本試驗(yàn)采用的是高速給水BAF作為突發(fā)處理備用水源原水的預(yù)處理環(huán)節(jié)，研究其在突出處理廣州市備用水源原水的應(yīng)急能力。 高速

4、給水BAF模擬長(zhǎng)期采用微污染原水條件下突發(fā)處理珠江原水工程試驗(yàn)直接在水廠水源泵站處進(jìn)行。工程試驗(yàn)采用兩組升流式BAF，兩組濾池均采用輕質(zhì)陶粒濾料。第一組為單層陶粒曝氣生物濾池，68mm輕陶粒厚3.7m。第二組采用升流式雙層濾料濾池，上層采用輕質(zhì)陶粒濾料，粒徑68mm，濾料厚2.5m，下層采用輕質(zhì)陶粒濾料，粒徑810mm濾料厚1.2m，兩池最下層均為0.3m厚卵石墊層。試驗(yàn)原水取自廣州市西村水廠水源泵出口，提升流量128m/h，濾速816m/h，水力停留時(shí)間1530min。氣水比01.5:1，曝氣風(fēng)機(jī)供氣流量03.2m/min。曝氣生物濾池氣反沖強(qiáng)度1020L/(m.s），水反沖強(qiáng)度510.0L

5、/(m.s）。 1.2試驗(yàn)方法介紹 水源泵站生物預(yù)處理裝置原來(lái)直接處理高污染珠江原水，為模擬長(zhǎng)期西江微污染原水工藝運(yùn)行環(huán)境，需將原水串聯(lián)通過兩個(gè)高速濾池工藝，將前一濾池出水模擬為類似于西江水的微污染原水，后一濾池在微污染原水環(huán)境下運(yùn)行。待后一濾池穩(wěn)定運(yùn)行后，恢復(fù)處理高氨氮的珠江備用原水。 研究應(yīng)對(duì)突發(fā)事件而應(yīng)急切換水源這一變化過程，其具體的實(shí)現(xiàn)方法為： 首先，模擬工藝處理西江微污染原水運(yùn)行環(huán)境。 由于珠江原水微污染嚴(yán)重，氨氮較大，豐水期運(yùn)行時(shí)也達(dá)34mg/L。因此將1號(hào)、2號(hào)高速濾池串聯(lián)，原水經(jīng)BAF2#濾池生物預(yù)處理后進(jìn)入中間水箱，隨后通過反沖水泵將中間水箱中已經(jīng)過BAF2#預(yù)處理過的出水抽

6、至BAF1#池，BAF1#濾池以BAF2#預(yù)處理過的出水作為其進(jìn)水，以此模擬西江原水低氨氮運(yùn)行環(huán)境。模擬運(yùn)行期間，BAF2#池采用0.6:1氣水比，且采用正沖洗、反沖洗交替進(jìn)行，反沖洗周期為1天，正沖洗周期為3天。氣水沖洗強(qiáng)度按前述參數(shù)運(yùn)行。BAF1#濾池進(jìn)水為模擬微污染水，采用0.2的低氣水比。由于進(jìn)水濁度較小，水頭損失小，BAF1#池基本以反沖洗為主。模擬西江微污染原水工藝運(yùn)行環(huán)境試驗(yàn)歷經(jīng)12周左右。 第二步，模擬突發(fā)處理珠江備用原水。 模擬西江微污染原水工藝運(yùn)行環(huán)境結(jié)束后，關(guān)閉反沖水泵，停止高速曝氣生物濾池BAF1#、BAF2#串聯(lián)運(yùn)行狀態(tài)，停止使用BAF2#池出水作為BAF1#池進(jìn)水。

7、打開原水進(jìn)入1#濾池的進(jìn)水閘閥，將BAF1#池進(jìn)水快速切換至珠江原水，用于模擬突發(fā)事件情況下高速濾池應(yīng)急處理珠江備用時(shí)的工況。BAF1#池進(jìn)水量為64m/h不變，適當(dāng)調(diào)節(jié)氣水比，2448小時(shí)內(nèi)每隔1小時(shí)連續(xù)檢測(cè)應(yīng)急工況下的出水水質(zhì)。取樣點(diǎn)為：高速濾池預(yù)處理原水及出水。 2試驗(yàn)結(jié)果分析 21模擬微污染原水運(yùn)行環(huán)境濾池凈水效果 具上訴試驗(yàn)方式的介紹，可以得知為了模擬長(zhǎng)期西江微污染原水的工藝運(yùn)作環(huán)境，BAF1#與BAF2#串聯(lián)運(yùn)行，經(jīng)過1周左右的串聯(lián)的模擬（2022年8月15日-8月23日），使得1#的出水水質(zhì)達(dá)到模擬西江微污染原水的情況。具體的模擬水質(zhì)如表1所示。 表1模擬微污染原水工況高速濾池凈

8、水效果(去除率:%) Table1.theeffectsofhigh-speedfilterwaterpurificationtoSimulationofMicro-pollutedstateoftheoriginalwater(Removalefficiency%) 指標(biāo) 取樣點(diǎn) 氨氮(mg/L) 亞硝酸鹽(mg/L) COD(mg/L) 濁度(NTU) 均值 去除率 均值 去除率 均值 去除率 均值 去除率 原水 3.44 0.453 7.39 47.0 BAF2#出水 0.37 89.2 0.057 87.4 5.96 19.3 28.4 39.5 BAF1#出水 0.03 92.4 0

9、.002 95.9 5.22 12.4 16.3 42.5 【注】：由于應(yīng)急試驗(yàn)工藝流程為：原水BAF2BAF1，故BAF2去除率指2#號(hào)池出水相對(duì)原水平均去除率，BAF1去除率指1#號(hào)池出水相對(duì)BAF2出水平均去除率。 從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，對(duì)于珠江西航道豐水期原水，單級(jí)高速BAF2#在0.6:1氣水比下完全有能力將其氨氮值去除至0.5mg/L以下，而對(duì)于所模擬的微污染西江原水，在很小氣水比甚至不曝氣情況下BAF1#出水均完全能夠達(dá)到生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GB5749-2022）規(guī)定氨氮0.5mg/L的標(biāo)準(zhǔn)；由于BAF的濾料采用的輕質(zhì)濾料，在一定程度上對(duì)于濁度的去除率不高，BAF2#的出水濁度的平均

10、去除率在39.5%，但水頭損失得以較好控制；同時(shí)COD經(jīng)過BAF2#之后平均去除率在19.3%，這樣的去處率是與采用輕質(zhì)濾料有關(guān)聯(lián)的。對(duì)于亞硝酸鹽結(jié)果可得知并未發(fā)生亞硝酸鹽有積累現(xiàn)象。綜合以上凈水效果可以初步判斷出，BAF2#出水已基本成功模擬了微污染原水的水質(zhì)，為后續(xù)的突發(fā)處理預(yù)備水源原水實(shí)驗(yàn)做好了準(zhǔn)備。 22模擬高速BAF突發(fā)處理珠江備用原水試驗(yàn)凈水效果 模擬西江微污染原水工藝運(yùn)行環(huán)境基本成熟后，切換珠江原水進(jìn)入BAF2#，以考察高速濾池模擬突發(fā)處理高氨氮備用珠江原水時(shí)的應(yīng)急能力與水質(zhì)凈化效果。本文采用的試驗(yàn)于8月24日8：008月26日8：00進(jìn)行，將原水切換至預(yù)備原水，并進(jìn)行連續(xù)水質(zhì)檢

11、測(cè)，突發(fā)處理試驗(yàn)48h中前28h每隔1小時(shí)檢測(cè)一次水質(zhì)，后20h每隔4小時(shí)檢測(cè)一次，試驗(yàn)中高速BAF1#池濾速16m/h，運(yùn)行氣水比1.5:1。具體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析如下： 2.2.1氨氮試驗(yàn)結(jié)果分析 圖2突發(fā)處理備用原水實(shí)驗(yàn)氨氮去除效果圖 Figure2.Theammonia-nitrogenremovalefficiencyofemergencyexperiment 突發(fā)處理備用原水實(shí)驗(yàn)氨氮去除效果見圖2。48h應(yīng)急試驗(yàn)期間，原水氨氮值變化范圍為1.984.38mg/L，BAF1#出水氨氮變化范圍為0.191.37mg/L。由應(yīng)急試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看到，啟動(dòng)備用水源后，隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，氨氮去除率

12、呈逐步升高趨勢(shì)，在啟動(dòng)備用水源后的前8小時(shí)氨氮去除率有一顯著升高。至啟動(dòng)備用水源12小時(shí)，進(jìn)水氨氮為2.92mg/L時(shí)，出水氨氮為0.39mg/L，此后預(yù)處理出水氨氮值已基本在0.5mg/L以下，只在原水氨氮超過3mg/L時(shí)其出水氨氮出現(xiàn)超過0.5mg/L的情況；至切換水源24小時(shí)后，氨氮在4mg/L的原水，其預(yù)處理出水氨氮值也已達(dá)到在0.5mg/L以下，只是在一次原水氨氮濃度為4.18mg/L時(shí)，BAF1#出水氨氮濃度0.52mg/L，稍高于0.5mg/L。對(duì)于氨氮在4mg/L的原水，啟動(dòng)備用水源12小時(shí)后其預(yù)處理出水氨氮值可達(dá)1mg/L以下。 由此模擬應(yīng)急處理高污染珠江原水試驗(yàn)結(jié)果可以初步

13、認(rèn)為，當(dāng)原水氨氮3mg/L時(shí)，切換水源12h后預(yù)處理出水基本達(dá)到0.5mg/L；原水氨氮4mg/L時(shí)，切換水源12h后預(yù)處理出水基本達(dá)到1mg/L，至切換水源24h后預(yù)處理出水基本達(dá)到0.5mg/L。 2.2.2亞硝酸鹽試驗(yàn)結(jié)果分析 圖3突發(fā)處理備用原水試驗(yàn)亞硝酸鹽去除效果圖 Figure3TheNitriteremovalefficiencyofemergencyexperiment 突出處理試驗(yàn)期間，原水亞硝酸鹽值變化范圍為0.4070.842mg/L，BAF1#出水亞硝酸鹽變化范圍為0.0650.484mg/L。由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看到，與氨氮去除率相似，突發(fā)試驗(yàn)中隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，亞硝酸鹽

14、去除率總體呈升高趨勢(shì)。在啟動(dòng)備用水源后2024小時(shí)后，出水亞硝酸鹽去除率基本恢復(fù)至一較高的平均水平。24小時(shí)后原水亞硝酸鹽濃度為0.793mg/L時(shí)，BAF1#出水亞硝酸鹽降至0.185mg/L。總體來(lái)看，高速濾池對(duì)原水的亞硝酸鹽去除率恢復(fù)至平均水平所需時(shí)間與氨氮基本一致。由此也說明，切換水源后數(shù)小時(shí)內(nèi)濾池中的亞硝酸鹽菌和硝酸鹽菌在生長(zhǎng)速率和轉(zhuǎn)化能力上已協(xié)調(diào)穩(wěn)定，反應(yīng)器內(nèi)硝化類細(xì)菌馴化效果良好。 2.2.3COD試驗(yàn)結(jié)果分析 圖4突發(fā)處理備用原水試驗(yàn)COD去除效果圖 Figure4TheCODremovalefficiencyofemergencyexperiment 模擬高速濾池突發(fā)處理珠江

15、原水試驗(yàn)的COD去除效果及去除率如圖4所示。48h應(yīng)急試驗(yàn)期間，原水COD值變化范圍為5.158.20mg/L，BAF1#出水COD變化范圍為3.946.74mg/L?？傮w而言，由于濾池以16m/h濾速高速運(yùn)行，停留時(shí)間非常有限，僅有短短15min，BAF對(duì)COD去除能力有限，切換原水12h后BAF對(duì)COD平均去除率在19.5%左右。 2.2.4濁度試驗(yàn)結(jié)果分析 圖5突發(fā)處理備用原水試驗(yàn)濁度去除效果圖 Figure5Theturbidityremovalefficiencyofemergencyexperiment 模擬工藝突發(fā)處理珠江備用原水試驗(yàn)期間出水濁度去除情況見圖5。48h應(yīng)急試驗(yàn)期間

16、，原水濁度值變化范圍為24.956.2NTU，BAF1#出水濁度值變化范圍為16.236.9NTU。高速給水BAF采用雙層輕質(zhì)陶粒濾料，降低了濁度去除率，同時(shí)應(yīng)急試驗(yàn)期間濾池采用較高的1.5:1的氣水比，故此時(shí)高速濾池對(duì)濁度去除率很小，濁度平均去除率19.8%左右。但由于濁度能夠被常規(guī)處理工藝很好地去除，因此作為預(yù)處理環(huán)節(jié)的高速給水BAF對(duì)于濁度的去除維持在這一水平對(duì)于后續(xù)的常規(guī)處理較為正常，也是可行的。 3總結(jié) 本模擬微污染原水試驗(yàn)開展時(shí)，珠江西航道原水處豐水期，且模擬微污染試驗(yàn)工藝運(yùn)行時(shí)間不長(zhǎng)，對(duì)于平水期及枯水期應(yīng)急采用珠江原水時(shí)的凈水效果還有待于下一步具體試驗(yàn)。在豐水期，一共進(jìn)行了四次該類型實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與上訴情況基本符合，因此在此未全部羅列分析數(shù)據(jù)，僅已上訴數(shù)據(jù)作為典型分析。 總體來(lái)看，模擬應(yīng)急處理珠江備用高污染原水試驗(yàn)表明高速濾池具