天津地區(qū)飲用水處理工藝系統(tǒng)集成研究.pdf

1、近年來(lái)隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水資源受到了越來(lái)越嚴(yán)重的污染和破壞，各地水污染事件時(shí)有發(fā)生。而國(guó)家和人民群眾對(duì)飲用水水質(zhì)的要求卻是越來(lái)越高，2006年我國(guó)推出了嚴(yán)格的飲用水水質(zhì)新標(biāo)準(zhǔn)。與此同時(shí)，我國(guó)大部分城市的自來(lái)水廠采用的常規(guī)工藝，難以應(yīng)對(duì)頻發(fā)的污染問(wèn)題和無(wú)法滿足人民群眾對(duì)水質(zhì)的要求。因此，針對(duì)現(xiàn)階段水源水質(zhì)的特點(diǎn)，研究安全、高效、低耗的飲用水處理工藝系統(tǒng)，具有重要的現(xiàn)實(shí)和戰(zhàn)略意義。
　　本研究以天津地區(qū)的水源水作為研究對(duì)象，以實(shí)際

2、工程應(yīng)用為目標(biāo)，開(kāi)展了較為系統(tǒng)的中試試驗(yàn)。試驗(yàn)以天津地區(qū)的水質(zhì)特點(diǎn)和水質(zhì)分期情況為依據(jù)，以適合于天津水源水質(zhì)的單元工藝為基礎(chǔ)，確定了適合于不同時(shí)期天津水源水的組合優(yōu)化處理工藝系統(tǒng)，并得出了如下重要成果。
　　首先采用聚類分析中的Wards法對(duì)天津地區(qū)的灤河水源水和黃河水源水進(jìn)行了聚類分析。分析發(fā)現(xiàn)：在一年的周期中，灤河源水可以分為3個(gè)水質(zhì)期，黃河源水可以分為2個(gè)水質(zhì)期。在確定了水質(zhì)期的基礎(chǔ)上，利用因子分析法對(duì)各個(gè)水質(zhì)期的重要信息進(jìn)

3、行了提取。通過(guò)以上分析發(fā)現(xiàn)，灤河的3個(gè)水質(zhì)期可以分類為高溫高藻期、低溫低濁期和常規(guī)水質(zhì)期；黃河的2個(gè)水質(zhì)期可以分類為高污染期和低污染期。接下來(lái)對(duì)灤河和黃河源水進(jìn)行了相關(guān)的時(shí)間序列分析，得出了各個(gè)主要污染物隨時(shí)間的變化函數(shù)，為水處理工藝系統(tǒng)的遠(yuǎn)期設(shè)計(jì)提供了重要依據(jù)。
　　根據(jù)天津地區(qū)的水源水質(zhì)特點(diǎn)，從預(yù)處理技術(shù)子系統(tǒng)各集成單元、強(qiáng)化混凝集成單元、強(qiáng)化氣浮/沉淀集成單元、強(qiáng)化過(guò)濾集成單元、深度處理子系統(tǒng)各集成單元、安全消毒集成單元等入

4、手，進(jìn)行了單元工藝系統(tǒng)的集成結(jié)構(gòu)構(gòu)建及其在水處理系統(tǒng)中的效能評(píng)價(jià)。研究發(fā)現(xiàn)預(yù)氧化具有明顯降低混凝劑投藥量，提高氣浮和過(guò)濾常規(guī)處理單元出水水質(zhì)作用；粉末活性炭預(yù)處理具有改善常規(guī)工藝出水水質(zhì)的作用；強(qiáng)化混凝、強(qiáng)化氣浮、強(qiáng)化過(guò)濾等強(qiáng)化常規(guī)工藝提高了常規(guī)工藝對(duì)有機(jī)物、濁度、藻類、消毒副產(chǎn)物前體物等的去除效率；臭氧生物活性炭深度處理技術(shù)能夠有效去除水中各類有機(jī)物；短時(shí)游離氯后轉(zhuǎn)氯胺的順序氯化消毒工藝安全經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)對(duì)病原微生物和消毒副產(chǎn)物的雙重控制

5、。
　　在單元處理工藝系統(tǒng)集成結(jié)構(gòu)構(gòu)建的基礎(chǔ)上，針對(duì)灤河水源高藻期、灤河水源正常期、黃河水源低污染期、黃河水源高污染期四個(gè)水質(zhì)期的原水水質(zhì)特點(diǎn)，以強(qiáng)化常規(guī)處理工藝系統(tǒng)和強(qiáng)化常規(guī)處理工藝系統(tǒng)+深度處理工藝系統(tǒng)為基本形式，進(jìn)行了組合處理工藝系統(tǒng)的系統(tǒng)研究和評(píng)價(jià)。在灤河水源高藻期，在32種常規(guī)和強(qiáng)化常規(guī)處理工藝系統(tǒng)中優(yōu)選出了適合的3種強(qiáng)化常規(guī)組合處理工藝系統(tǒng)。在13種深度處理組合工藝系統(tǒng)中，發(fā)現(xiàn)氣浮常規(guī)處理工藝系統(tǒng)與臭氧生物活性炭組合和

6、強(qiáng)化常規(guī)處理工藝系統(tǒng)與臭氧生物活性炭組合工藝系統(tǒng)能夠滿足供水水質(zhì)安全的各項(xiàng)要求。在灤河正常水質(zhì)期，根據(jù)7種強(qiáng)化常規(guī)處理工藝系統(tǒng)的比較發(fā)現(xiàn)，HPAC強(qiáng)化混凝氣浮－過(guò)濾處理工藝系統(tǒng)可以滿足供水安全要求。在針對(duì)5種深度處理組合處理工藝系統(tǒng)的研究中，得出了常規(guī)處理工藝系統(tǒng)與臭氧生物活性炭組合工藝系統(tǒng)是最優(yōu)系統(tǒng)。
　　針對(duì)黃河低污染期的水質(zhì)特點(diǎn)，在14種常規(guī)和強(qiáng)化常規(guī)處理工藝系統(tǒng)中優(yōu)選出了3種出水保障率較好的處理工藝系統(tǒng)。在12種深度處理組

7、合處理工藝系統(tǒng)的研究中，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)化常規(guī)處理工藝系統(tǒng)與臭氧生物活性炭組合工藝系統(tǒng)為最優(yōu)工藝系統(tǒng)。選擇13種常規(guī)和強(qiáng)化常規(guī)處理工藝系統(tǒng)以黃河高污染水為原水進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)常規(guī)和強(qiáng)化常規(guī)處理工藝系統(tǒng)的處理效果不是很理想。進(jìn)一步重點(diǎn)考察了12種常規(guī)/強(qiáng)化常規(guī)+深度處理組合工藝系統(tǒng)得處理效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)只有臭氧預(yù)氧化－氣?。^(guò)濾－臭氧生物活性炭處理工藝系統(tǒng)滿足出水約束。
　　最后，以層次分析法和灰色關(guān)聯(lián)度等數(shù)學(xué)方法為基礎(chǔ)，從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)相結(jié)合的角度

8、，對(duì)適合不同水質(zhì)期的各個(gè)處理工藝系統(tǒng)進(jìn)行了進(jìn)一步的工藝系統(tǒng)優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)適合灤河高藻期的處理工藝系統(tǒng)是“HPAC強(qiáng)化混凝氣浮－過(guò)濾－臭氧生物活性炭系統(tǒng)”，其制水成本為0.64元/m3；適合灤河正常水質(zhì)期是常規(guī)處理工藝系統(tǒng)HPAC強(qiáng)化混凝氣?。^(guò)濾工藝系統(tǒng)，制水成本僅為0.52元/m3；適合黃河低污染水質(zhì)期的處理工藝系統(tǒng)是HPAC強(qiáng)化混凝氣?。^(guò)濾－活性炭，制水成本為0.57元/m3；適合黃河高污染期的處理工藝系統(tǒng)是臭氧預(yù)氧化－HPAC強(qiáng)化混