高色湖庫型水源天然有機物特征與處理技術(shù)研究.pdf

1、我國東北地區(qū)土壤中腐殖質(zhì)含量較高，由于其特殊的氣候變化，使其易于進入自然水體。當以此類水體為城市供水水源時，往往導(dǎo)致水源水高色度問題的產(chǎn)生，這對以混凝—沉淀—過濾—消毒為核心的常規(guī)凈水工藝提出了新的技術(shù)要求。本文在中俄科學(xué)家對遠東地區(qū)水體特征研究的基礎(chǔ)上，以哈爾濱磨盤山水庫這一典型的寒冷地區(qū)湖庫型水源水庫及其配套凈水工藝為研究對象，建立了基于色度去除的工藝體系，為高色地表水凈水工藝改造提供了科學(xué)依據(jù)。
　　通過對磨盤山水庫不同采樣

2、斷面歷時5年的水質(zhì)指標檢測發(fā)現(xiàn)，該水庫中主要的污染物為以腐殖酸和富里酸為代表的天然有機污染物。水庫內(nèi)水質(zhì)呈典型的季節(jié)性變化，平均 DOC濃度為5~6mg/L，污染物主要是通過以拉林河輸入為主的地表徑流進入庫內(nèi)。對其水文水力特征研究發(fā)現(xiàn)，磨盤山水庫為短滯留性水庫，具有穩(wěn)定分層特點，但在汛期有可能出現(xiàn)臨時混合，層間水質(zhì)特征具有明顯的差異性。通過庫內(nèi)污染物平衡核算，庫內(nèi)輸入的懸移質(zhì)中約有3.25×104t/a沉積于入庫河口處。
　　對磨

3、盤山水庫水質(zhì)特征研究發(fā)現(xiàn)，該水庫具有4個典型的水質(zhì)時期，其中春季汛期、夏季穩(wěn)定期內(nèi)水質(zhì)變化受降水影響較大，入冬期是典型的污染物積累過程，而冰封期處于水量和污染物持續(xù)輸出過程。研究發(fā)現(xiàn)庫內(nèi)天然有機污染物濃度與色度之間存在著較高的相關(guān)性，是產(chǎn)生色度的主要原因。
　　研究進一步對以磨盤山水庫為水源的凈水廠進行分析，該水廠采用基于濁度去除的常規(guī)凈水工藝，通過連續(xù)3年的監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，其原水具有典型的低濁高色特點，導(dǎo)致在混凝階段需大量投加鋁鹽混凝

4、劑來降低水中色度，藥劑使用效率低，產(chǎn)生色度的5kDa以上大分子腐殖酸類物質(zhì)易于被現(xiàn)有凈水工藝去除，而工藝對于小于3kDa的富里酸類物質(zhì)去除能力有限，由此造成出水氯化消毒副產(chǎn)物處于較高水平。試驗證明，磨盤山水庫水中腐殖酸成色能力較強，而出廠水中剩余天然有機污染物多為富里酸，其中腐殖酸對鹵乙酸生成貢獻度較大，而富里酸氯化消毒后產(chǎn)生三鹵甲烷及鹵乙酸的潛能均較高。
　　為保證供水安全，研究開發(fā)了水力循環(huán)流化澄清體系改善了前端絮凝，利用澄清

5、原理，前端通過接觸絮凝作用改善了絮體的初始粒徑，而后利用泥渣層中沉差沉淀作用提高對松散的腐殖酸-鋁絮體的截留能力，有效控制了絮體的破碎，系統(tǒng)優(yōu)化了水力梯度，促進絮體的成長和密實，并改善了后續(xù)沉淀工藝的沉淀效率。利用水力循環(huán)流化澄清體系替代機械攪拌絮凝池前段單元，最優(yōu)水力停留時間約20min，最佳氣水比為10％，懸浮泥渣層最佳厚度約2m，中試試驗證明該系統(tǒng)可實現(xiàn)節(jié)藥40%，并對色度有明顯的控制效果，出水天然有機污染物含量明顯降低，從而提高

6、了對消毒副產(chǎn)物前驅(qū)物質(zhì)的控制。
　　此外，研究發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有斜管沉淀池前端負荷大，雷諾數(shù)高，絮體易于破碎并影響出水水質(zhì)，導(dǎo)致前后兩端水質(zhì)差異較大，影響沉淀池出水水質(zhì)。研究利用Fluent模擬發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化大尺度的斜管斜板沉淀池可通過改善其集配水方式實現(xiàn)，在現(xiàn)有工藝中取消前端37.5%的集水堰為最佳集水堰設(shè)置，且利用末端高負荷集水方式改善流場，可使改造后沉淀池出水濁度降低0.55NTU，并間接節(jié)省了投藥量。研究同時確定，為控制絮體的破碎，原有

7、基于平均堰負荷的集水堰平均設(shè)置方法，在大尺度的斜管斜板沉淀池集水堰設(shè)置中并不合理，由此提出了新的集水堰設(shè)置公式：L=K1L1+ψL0+L2(v)。該公式消除了前端整流區(qū)及流速超過2倍平均流速區(qū)域?qū)?nèi)部流場的影響，減輕了抽吸作用，在相同的負荷下，提高了沉淀效率。
　　對凈水過程污染物質(zhì)的輸出研究發(fā)現(xiàn)，高色低濁水源水中所產(chǎn)生的污泥受外加藥劑和色度影響較大，原有公式的污泥計算量偏低，研究提出了新的計算方法。相對于原有計算方法：S=Q(b

8、T+0.33(C進-C出)+1.53×AL2O3+B+0.3TOD)×10-6，該公式考慮了色度、添加劑以及部分溶解性物質(zhì)對于產(chǎn)泥的影響。同時對原有公式中濁度、絮凝劑的產(chǎn)泥量進行了修正，使之更適合高色水源水沉淀產(chǎn)泥的計算。
　　通過本研究，明確了典型寒區(qū)高色低濁水庫水源水水質(zhì)變化規(guī)律及污染物特征；針對凈水效率不足的問題，提出了基于水力循環(huán)流化澄清和變水位末端集水斜管斜板沉淀的新凈水技術(shù)。為同類水源水廠提升水質(zhì)、降低藥劑成本提供了科