基于傳統凈水工藝的節地改造升級方法
【專利摘要】本發明提供了一種基于傳統凈水工藝的節地改造升級方法；所述方法包括如下步驟：(1)湖泊或水庫原水經次氯酸鈉投加裝置進入水泵房；(2)經預臭氧和混凝劑投加裝置進入水廠混凝池；(3)經平流沉淀池進入浸沒式PVDF超濾膜抽吸組件；(4)進入顆粒破碎活性炭-石英砂雙層濾池，經紫外-氯胺順序消毒后，進入清水池，然后加壓輸送至配水管網，即可。本發明是對傳統凈水工藝的改進，實現了出水水質的根本改善，本發明方法簡單，工藝流程緊湊，成本低，效果顯著。
【專利說明】基于傳統凈水工藝的節地改造升級方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種凈水工藝，尤其是一種基于傳統凈水工藝的節地改造升級方法。
【背景技術】
[0002] 目前，我國大部分飲用水處理工藝仍是傳統的混凝、沉淀、過濾和消毒工藝。隨著 2006年新飲用水水質國家標準的推出，在地表水質沒有根本性好轉的情況下，特別是以湖 泊和水庫水為原水的水廠，傳統飲用水處理工藝很難實現出水水質完全達標。因此，大部分 水廠在未來的幾年都需要進行工藝改造升級。但由于城市化的快速發展，許多水廠都被周 圍城市建筑包圍，沒有可供擴建的土地或需通過高昂的拆遷征地才能完成擴建。如何實現 不征地或少征地，利用原有凈水構筑物和現代水質凈化新技術實現傳統凈水工藝節地升級 是眾多城市水廠面臨的重大課題，也是必須創新解決的急迫問題。
[0003] 傳統的混凝、沉淀、過濾和消毒凈水工藝是一個物理化學過程，對于有機污染日 益嚴重、水體在溫暖季節存在富營養化現象的各種湖泊和水庫水源來講，雖然通過傳統凈 水工藝可使出廠水質變清，但大量的藻細胞會嚴重影響混凝沉淀工藝和過濾工藝的正常運 行，其中仍然存在的各種溶解性有機物、特別是致嗅物質還是會導致人們對飲用水水質的 不信任，而在氯化消毒工藝環節也會產生各種有健康風險的消毒副產物并導致出廠水質生 物不穩定，在管網輸配環節產生微生物再生、微生物誘導腐蝕、基因水平轉移引發的微生物 耐藥性增強等問題。
[0004] 超濾膜技術與傳統水處理工藝相比，能有效截留雜質、細菌和病原菌，從而降低后 續消毒加氯量，減少消毒副產物的生成量。其中浸沒式超濾膜因具有產水量高、能耗低、便 于與其他工藝相結合等優勢而受到廣泛重視，成為替代水廠傳統處理工藝的最佳技術選擇 之一。
[0005] 瞿芳術，梁恒，王輝等在PAC-UF工藝處理沉淀池出水試驗一文中（哈爾濱工業大 學學報，2010,42(11) :1779-1782)，利用粉末活性炭（PAC)和浸沒式超濾膜組件聯合處理 凈水廠沉淀池出水，并對處理前后水樣的濁度、COD^、UV254、T0C和三氯甲烷生成勢進行檢 測。結果表明：PAC能夠加強超濾膜對水中顆粒及膠體物質的控制，使出水的濁度保持在 0. 10NTU以下，去除率在95%以上；PAC能有效提高超濾工藝對有機物的去除能力，PAC的最 佳投量在20?30mg/L ;PAC和超濾膜聯合使用還能去除三氯甲烷的前驅物，在投量為20? 30mg/L時能降低23. 9%?31. 4%的三氯甲烷生成勢。通過分析PAC投量對膜通量下降的 影響可知，PAC投加可以降低膜污染，同時，PAC - UF工藝中形成的膜污染以粉末活性炭顆 粒泥餅層為主，可以通過簡單的水力反沖洗實現通量恢復。該方法雖然通過PAC引入吸附 環節，但對有機物如〇?^，254和T0C的去除率有限，分別為16. 7%，11.0%和18. 5%，且 PAC與混凝劑在一起很難回收利用，對于像上海一天凈化約700萬噸水的城市一年僅PAC就 需3. 78億元，對水廠也是很大的經濟負擔。用超濾工藝替代傳統工藝中的過濾工藝，從而 實現水質的提升，是超濾膜在飲用水處理中的一種重要應用形式。該文超濾工藝用于處理 沉淀出水，與沉淀池是各自獨立設置，沒有考慮節地需求，也沒有充分利用平流沉淀池沉淀 區空間余量。該文建議采用的改姓PVC膜材料普遍存在易斷絲，影響凈水過程穩定性，且這 種工藝一般針對原水水質穩定、水中有機物和氨氮較低的情況。而以湖泊或水庫為原水的 傳統凈水工藝很難以此作為終極升級工藝，且水質不能得到保證。
[0006] 馮碩，張曉健，陳超等在炭砂濾池在飲用水處理中的研究現狀及前景一文中（中 國給水排水，2012, 28 (4) :16-19)指出，面對普遍存在的微污染水源水質和生活飲用水衛 生標準的日益提高，自來水廠有必要采用深度處理工藝。炭砂濾池在保證有效去除濁度的 基礎上，可以增強對有機物和氨氮等污染物的去除效果，且炭砂濾池只需對水廠砂濾池進 行改造，無需增加新的處理構筑物，基建及日常運行管理費用較低，因此適用于我國自來水 廠的提標改造。在組合工藝方面，作者僅提出了針對易氧化難吸附有機物的污染，可采用預 氧化和炭砂濾池組合工藝；針對高濃度易吸附有機物的污染，宜采用粉末活性炭和炭砂濾 池組合工藝；針對高濃度氨氮污染，可采用曝氣和炭砂濾池組合工藝，其炭砂濾池中的活性 炭主要功能是吸附作用，未考慮活性炭吸附飽和后如何發揮功能，對活性炭的選擇性也未 考慮，因為當活性炭作為微生物載體時，其要求是完全不同于吸附載體的。同時該文缺乏針 對傳統凈水工藝的整體節地改造升級工藝方案，特別是針對高藻型湖泊或水庫型原水的傳 統凈水工藝改造升級方案。
【發明內容】
[0007] 針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種基于傳統凈水工藝的節地改造 系統升級技術。本申請以傳統混凝、沉淀、過濾和消毒為凈水工藝的城市水廠為目標，通過 集成創新，針對高藻型富營養湖泊或水庫原水，以原水預處理、平流沉淀和砂濾工藝單元為 核心，通過原水取水泵房增設次氯酸鈉投加工藝以去除夏季藍綠藻爆發時產生的嗅味和破 壞藻細胞；在平流沉淀池內出水區增設不易斷絲的浸沒式PVDF超濾膜組件，充分利用平流 沉淀池內的空間余量同時，穩定有效去除所有顆粒物和大分子有機物；通過對普通快濾池 改造為上層為易于微生物附著的顆粒破碎活性炭和下層為石英砂的雙層濾料濾池，實現生 物活性炭對小分子有機物、特別是嗅味物質的高效微生物代謝和砂濾對生物活性炭脫落微 生物殘體和濁度的截留去除。
[0008] 本發明是通過以下技術方案實現的：
[0009] 本發明提供一種基于傳統凈水工藝的節地改造升級方法，所述方法包括如下步 驟：
[0010] (1)湖泊或水庫原水經次氯酸鈉投加裝置進入水泵房；
[0011] (2)經預臭氧和混凝劑投加裝置進入水廠混凝池；
[0012] (3)經平流沉淀池進入浸沒式PVDF超濾膜抽吸組件；
[0013] (4)進入顆粒破碎活性炭-石英砂雙層濾池，經紫外-氯胺順序消毒后，進入清水 池，然后加壓輸送至配水管網，即可。
[0014] 優選地，步驟（1)中，所述次氯酸鈉投加裝置中的次氯酸鈉去除夏季藍綠藻爆發 時在湖泊或水庫中產生的嗅味和破壞藻細胞。
[0015] 優選地，步驟（2)具體步驟為：在水廠混凝池前設置預臭氧和混凝劑投加裝置，投 加混凝劑的原水經快速混合、慢速反應后進入平流沉淀池。
[0016] 優選地，步驟（3)具體步驟為：經過平流沉淀池前2/3段平流沉淀后，在平流沉淀 池后1/3段增設浸沒式PVDF超濾膜抽吸組件和反沖洗系統。
[0017] 優選地，所述浸沒式PVDF超濾膜抽吸組件、反洗系統利用平流沉淀池沉淀區余 量，實現中空纖維膜組件的穩定運行和大分子物質的高效去除。
[0018] 優選地，步驟（4)中，所述濾池為顆粒破碎活性炭石英砂雙層濾料濾池。
[0019] 優選地，所述顆粒破碎活性炭石英砂雙層濾料濾池去除膜濾后小分子物質。
[0020] 優選地，步驟（4)中，所述經過紫外-氯胺順序消毒，實現對炭砂濾池后微生物的 較徹底去除。
[0021] 本發明針對當前部分地區以湖泊或水庫為飲用原水，水源水質在夏季常常較差， 傳統的混凝、沉淀、過濾和消毒凈水工藝凈化能力有限，單獨的沉淀池工藝升級和砂濾池升 級對工藝運行和水質穩定性不能得到保障，提供了一種利用原水泵站預加氯，實現夏季破 壞藻細胞，部分氧化致嗅物質，降低混凝沉淀壓力；平流沉淀池出水區結合PVDF膜組件、代 替砂濾池實現高效固液分離，并為下一步凈水工藝提供去除顆粒、病原菌和大分子有機物 的優質中間水；利用普通砂濾池改造成顆粒破碎活性炭和石英砂雙層濾料濾池實現生物活 性炭生物代謝溶解有機物、提高出廠水質生物穩定性，同時利用石英砂濾池實現生物碳濾 池出水懸浮物、泄漏微生物截留功能的傳統飲用水凈水工藝原位節地升級改造系統工藝技 術。
[0022] 與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果：
[0023] (1)本發明實現了以湖泊水源為原水，以傳統凈水工藝混凝、平流沉淀、過濾和消 毒組成的城市水廠在不征用土地條件下，通過增設輸水過程針對夏季嗅味消除的次氯酸鈉 投加工藝；在水廠混凝池前設置預臭氧和混凝劑投加裝置，投加混凝劑的原水經快速混合、 慢速反應后進入平流沉淀池，通過平流沉淀出水區增設浸沒式PVDF高效超濾膜組件去除 顆粒物和大分子有機物；通過石英砂單層濾料的普通快濾池改造成上層為顆粒破碎活性炭 下層為石英砂的生物活性炭砂濾池去除小分子有機物、特別是嗅味物質；通過紫外-氯胺 順序消毒實現出水微生物安全并最終實現水廠原位改造，水質原位升級的技術目標。
[0024] (2)因大量的藻細胞會嚴重影響混凝沉淀工藝和過濾工藝的正常運行，本發明在 原水輸送前增設了次氯酸鈉預氧化投加裝置，從而有效緩解了藻細胞對凈水工藝的影響和 因致嗅物質導致人們對飲用水水質的不信任；
[0025] (3)本發明在平流沉淀池后1/3段設有浸沒式PVDF超濾膜抽吸組件及反洗系統， 從而能有效截留雜質、細菌和其它病原體，從而降低后續消毒加氯量，減少消毒副產物的生 成量；
[0026] (4)本發明針對膜分離后水中小分子有機物，采用生物活性炭和石英砂濾池組合 工藝，從而有效地改善了出水水質。
[0027] (5)本發明對傳統凈水工藝進行原位升級改造，實現了出水水質的根本改善，本發 明工藝流程簡單、改造成本低、效果顯著。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028] 通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、 目的和優點將會變得更明顯：
[0029] 圖1為上海青草沙水庫原水預加次氯酸鈉對水廠進水中藻細胞的去除效果圖；
[0030] 圖2為平流沉淀池增設超濾膜工藝后PVC膜和PVDF膜對濁度去除效果圖；
[0031] 圖3為炭砂濾池運行中生物活性炭濾池微生物泄露與石英砂濾池截留效果圖。
【具體實施方式】
[0032] 下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術 人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術 人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發明 的保護范圍。
[0033] 實施例
[0034] 本實施例涉及一種基于傳統凈水工藝的節地改造升級方法，所述方法包括如下步 驟：
[0035] (1)上海市長江青草沙水庫原水由于從流動的江水變為緩流水庫水體，每年夏季 都會大量生長藻類并產生嚴重的嗅味問題。為減輕藻細胞大量生長對凈水工藝和飲用水嗅 味的影響，在取水頭部增設次氯酸鈉投加裝置，次氯酸鈉投加量根據當季原水所含藻細胞 數量和嗅味物質被次氯酸鈉去除效率小試結果和供水系統嗅味物質綜合去除效率通過技 術經濟比較確定；圖1為水庫原水預加次氯酸鈉對水廠進水中藻細胞的去除效果圖；
[0036] (2)經過原水次氯酸鈉預處理的水庫水進入水廠后，經過預臭氧和混凝劑投加裝 置后進入混凝池反應和平流沉淀池，在平流沉淀池后1/3段設有浸沒式PVDF超濾膜抽吸組 件及反洗系統的平流沉淀池；圖2為平流沉淀池增設超濾膜工藝后PVC膜和PVDF膜對濁度 去除生產試驗效果圖；
[0037] (3)經過前述膜組件及反洗系統處理出水進入活性炭石英砂雙層濾料濾池，圖3 為炭砂濾池運行中生物活性炭濾池微生物泄露與石英砂濾池截留試驗效果圖；
[0038] (4)經過紫外-氯胺順序消毒后，進入清水池，然后加壓輸送至配水管網，即可。
[0039] 綜上所述：本發明實現了以湖泊水源為原水，以傳統凈水工藝混凝、平流沉淀、過 濾和消毒組成的城市水廠在不征用土地條件下，通過增設輸水過程針對夏季嗅味消除的次 氯酸鈉投加工藝；在水廠混凝池前設置預臭氧和混凝劑投加裝置，投加混凝劑的原水經快 速混合、慢速反應后進入平流沉淀池，通過平流沉淀出水區增設浸沒式PVDF高效超濾膜組 件去除顆粒物和大分子有機物；通過石英砂單層濾料的普通快濾池改造成上層為顆粒活性 炭下層為石英砂的生物活性炭砂濾池去除小分子有機物、特別是嗅味物質；通過紫外-氯 胺順序消毒實現出水微生物安全并最終實現水廠原位改造，水質原位升級的技術目標。
[0040] 以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明并不局限于上述 特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內做出各種變形或修改，這并不影 響本發明的實質內容。
【權利要求】
1. 一種基于傳統凈水工藝的節地改造升級方法，其特征在于，所述方法包括如下步 驟： (1) 湖泊或水庫原水經次氯酸鈉投加裝置進入水泵房； (2) 經預臭氧和混凝劑投加裝置進入水廠混凝池； (3) 經平流沉淀池進入浸沒式PVDF超濾膜抽吸組件； (4) 進入顆粒破碎活性炭-石英砂雙層濾池，經紫外-氯胺順序消毒后，進入清水池，然 后加壓輸送至配水管網，即可。
2. 根據權利要求1所述的基于傳統凈水工藝的節地改造升級方法，其特征在于，步驟 (1) 中，所述次氯酸鈉投加裝置中的次氯酸鈉去除夏季藍綠藻爆發時在湖泊或水庫中產生 的嗅味和破壞藻細胞。
3. 根據權利要求1所述的基于傳統凈水工藝的節地改造升級方法，其特征在于，步驟 (2) 具體步驟為：在水廠混凝池前設置預臭氧和混凝劑投加裝置，投加混凝劑的原水經快 速混合、慢速反應后進入平流沉淀池。
4. 根據權利要求1所述的基于傳統凈水工藝的節地改造升級方法，其特征在于，步驟 (3) 具體步驟為：經過平流沉淀池前2/3段平流沉淀后，在平流沉淀池后1/3段增設浸沒式 PVDF超濾膜抽吸組件和反沖洗系統。
5. 根據權利要求1所述的基于傳統凈水工藝的節地改造升級方法，其特征在于，步驟 (3) 中，所述浸沒式PVDF超濾膜抽吸組件利用平流沉淀池沉淀區余量，實現中空纖維膜組 件的穩定運行和大分子物質的高效去除。
6. 根據權利要求1所述的基于傳統凈水工藝的節地改造升級方法，其特征在于，步驟 (4) 中，所述濾池為顆粒破碎活性炭石英砂雙層濾料濾池。
7. 根據權利要求6所述的基于傳統凈水工藝的節地改造升級方法，其特征在于，所述 顆粒破碎活性炭石英砂雙層濾料濾池去除膜濾后小分子物質。
8. 根據權利要求1所述的基于傳統凈水工藝的節地改造升級方法，其特征在于，步驟 (4)中，所述經過紫外-氯胺順序消毒，實現對炭砂濾池后微生物的去除。
【文檔編號】C02F9/08GK104118957SQ201410326105
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月9日 優先權日:2014年7月9日
【發明者】白曉慧, 張明德, 孟明群, 朱慧峰, 張東, 錢慶玲, 金哲, 陳嬌 申請人:上海交通大學