呂品祥

　　深圳市被人們譽(yù)為一夜崛起的城市，經(jīng)濟(jì)發(fā)展突飛猛進(jìn)，人口增長(zhǎng)速度很快，據(jù)一九九九年年報(bào)統(tǒng)計(jì)，全市實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值1436.51億元，人均國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值35908元，全社會(huì)勞動(dòng)生產(chǎn)率為49410元。GDP年累計(jì)增速保持13—17％。全市完成工業(yè)總產(chǎn)值2079.21億元(按1990年不變價(jià)格計(jì)算)。全市年末常住人口405.13萬(wàn)人，戶(hù)籍人口119.85萬(wàn)人。
　　隨著城市的不斷發(fā)展和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速增長(zhǎng)，對(duì)供水的需求量也愈來(lái)愈大，1994年全市自來(lái)水生產(chǎn)能力為243.7萬(wàn)噸/日，年用水量5.23億噸，到1999年生產(chǎn)能力達(dá)363.7萬(wàn)噸／日，年用水量8.66億噸。
　　深圳雖屬南方多雨地區(qū)，但因地理和地形條件、氣候和氣象特征等因素，仍屆嚴(yán)重缺水城市，人均水資源占有量640噸。約為全國(guó)人均占有量的1／4，特區(qū)建立以來(lái)曾多次出現(xiàn)嚴(yán)重缺水的情況。
　　深圳市城市供水水源主要來(lái)自三個(gè)方面：一是本地水資源，依賴(lài)年際降雨經(jīng)水庫(kù)調(diào)蓄作為供水水源，部分地區(qū)利用本地河流在汛期豐水時(shí)抽升河水進(jìn)入水庫(kù)補(bǔ)充水源。此類(lèi)水資源年供給量約3.21億m³。 二是境外引水，即由對(duì)港供水系統(tǒng)取水，對(duì)港供水是由東江取水，經(jīng)八級(jí)提升途徑83km明渠輸水至深圳境內(nèi)的深圳水庫(kù)調(diào)蓄，然后供給香港，深圳市則由深圳水庫(kù)取水，年可供水量為5.23億m³。第三個(gè)水源是正在建設(shè)中的深圳市東部引水工程，該水源是由位于惠陽(yáng)境內(nèi)的東江河道取水，經(jīng)二級(jí)抽升由近50km管道和隧洞輸水至深圳市，再經(jīng)48km的管道和隧洞分別轉(zhuǎn)輸給全市各鎮(zhèn)域和各水廠供水。一期建設(shè)年供水量3.5億m³。
　 地下水資源貧乏，部分村鎮(zhèn)和地方小企業(yè)用作補(bǔ)充水源，年可供量約0.65億m³。
　 目前當(dāng)東部引水工程尚未投入使用時(shí)，全市主要水源仍以對(duì)港供水的東江水源和本地的水庫(kù)水源為主。 由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人口的增長(zhǎng)，城市建設(shè)的不斷拓展，加之環(huán)保工作和污染治理方面的滯后，上述水源都不同程度地受到污 染，原水水質(zhì)日趨惡化，尤以對(duì)港供水的輸水明渠，受污染更為明顯，據(jù)檢測(cè)進(jìn)入九十年代中期，全市主要供水的調(diào)蓄水庫(kù)包括對(duì)深港供水的深圳水庫(kù)，水中總氮、總磷、氨氮、亞硝酸鹽氮、高錳酸指數(shù)、生化需氧量、石油類(lèi)、揮發(fā)酚等的濃度都有不同程度的超標(biāo)，水庫(kù)水有生物臭，錳含量常常超標(biāo)，藻的含量由80年代的每升幾十萬(wàn)個(gè)增高到的每升幾千萬(wàn)個(gè)，水庫(kù)已經(jīng)富營(yíng)養(yǎng)化。在出廠已檢測(cè)的35項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)中，水中的臭、味、有機(jī)物偏高。氨、氮、亞硝酸鹽時(shí)有超標(biāo)，Ames致突變呈陽(yáng)性，具有生物不穩(wěn)定性。
　　目前深圳市自來(lái)水廠均采用常規(guī)處理工藝，即原水經(jīng)予加cL₂和PAC后，經(jīng)混合，絮凝(大部分為網(wǎng)格、折板、孔口等反應(yīng))沉淀(以斜管和平流沉淀為主)，石英砂過(guò)濾(普通濾地、氣水反沖濾地為主)加CL₂消毒后出廠，該處理工藝主要是去除水中的懸浮物，細(xì)菌等有機(jī)和無(wú)機(jī)物，對(duì)水中溶解狀態(tài)的有機(jī)物以及致突變前體物并不具有較高的去除率，尤其是有機(jī)污染物，氨氯、臭味等去除率較低，這樣使 得處理工藝中耗藥量增加，Ames試驗(yàn)結(jié)果不佳，特別是藻類(lèi)含量高時(shí)，一方面易造成濾池堵塞，過(guò)濾周期縮短，沖洗水量增加，另一方面藻體及其代謝物。腐植酸、富里酸，是水處理氧化過(guò)程產(chǎn)生致突變物的前體物，將造成水的Ames試驗(yàn)陽(yáng)性強(qiáng)度增強(qiáng)，影響人體健康。
　　鑒于水庫(kù)水源水質(zhì)的不斷惡化，飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，人們對(duì)水質(zhì)的要求也逐年增強(qiáng)，顯然，一般常規(guī)處理工藝在處理受污染水庫(kù)水的局限性所帶來(lái)的影響，迫使人們不得不尋求如何提高或改善或強(qiáng)化常規(guī)處理工藝，以適應(yīng)人們?nèi)找嫣岣邔?duì)供水水質(zhì)的要求。
　　1998年我院受深圳市水務(wù)局的委托，會(huì)同深圳市自來(lái)水公司、清華大學(xué)和同濟(jì)大學(xué)等單位，對(duì)“深圳市微污染水庫(kù)水處理工藝集成技術(shù)研究”進(jìn)行為期一年半的中型規(guī)模試驗(yàn)工作，并取得一定成果，列為國(guó)家“九五”重點(diǎn)科技攻關(guān)計(jì)劃。
　　試驗(yàn)研究的主要內(nèi)容是研究水源水凈化單元技術(shù)——生物予處理、常規(guī)處理、活性炭過(guò)濾、消毒及其組合工藝，不同的生物予處理單元技術(shù)對(duì)水源水中有機(jī)物、氨氮、藻類(lèi)等去除效果，按88項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)，考察組合工藝，實(shí)現(xiàn)工藝的優(yōu)化組合。
　　試驗(yàn)工藝流程分為八個(gè)：
　　常規(guī)處理工藝(流程1)

　　　
　　
　　生物預(yù)處理+常規(guī)+O₃——BAC深度處理工藝（流程Ⅶ）
　　
　　強(qiáng)化常規(guī)工藝（流程Ⅷ）
　

　　流程Ⅰ—Ⅲ的生物預(yù)處理由三種池形的生物預(yù)處理后續(xù)有關(guān)的水處理工藝單元，流程Ⅷ強(qiáng)化常規(guī)處理工藝主要采取在混合池前選擇性投加KMnO₄、PAC(粉末活性炭)以及降低水力負(fù)荷等強(qiáng)化措施。
　　中試水處理工藝流程按功能劃分為三部分：
　　第一部分：預(yù)處理部分，分生物預(yù)處理、臭氧預(yù)處理。生物預(yù)處 理有四種池形，預(yù)臭氧由臭氧接觸池、臭氧發(fā)生器等組成。
　　第二部分：常規(guī)處理工藝，由混合、孔室反應(yīng)、斜管沉淀池和石 英砂濾池組成。
　　第三部分：深度處理工藝，該部分由二座并聯(lián)運(yùn)行的填裝不同型 號(hào)粒狀活性炭的GAC濾池(O₃—BAC濾池)組成。
　　生物預(yù)處理工藝設(shè)計(jì)：生物預(yù)處理池分四種：生物接觸氧化池Ⅰ型、生物接觸氧化池Ⅱ型、生物陶粒濾池（簡(jiǎn)稱(chēng)Ⅲ），生物接觸氧化池Ⅳ型，各池的主要設(shè)計(jì)參數(shù)詳見(jiàn)附表。

生物預(yù)處理池主要設(shè)計(jì)參數(shù) 序號(hào)

池型

項(xiàng)目 Ⅰ型 Ⅱ型 Ⅲ型 Ⅳ型 1 設(shè)計(jì)處理水量（m³/h) 5.0 3.0 3.0 0.98 2 水力負(fù)荷（m³/m³/h） 1.0 1.0 - 1.0 3 空床濾速（m/h) - - 3.96 - 4 氣水比 1:1 1:1 1:1 1:1 5 平面尺寸（m） 2-0.80×0.8 3-0.48×0.48 0.87×0.87 2-0.4×0.4 6 總高度（m) 4.8 5.75 4.40 4.19 7 水深（m） 4.55 5.40 4.10 3.70 8 填料 YDT彈性波紋立體填料 YDT彈性波紋立體填料 陶粒 網(wǎng)狀立體填料 9 填料高度及根數(shù) 4.0m56根 5.0m,30根 2.0m 2.95m 10 中心導(dǎo)流筒（mm） - Φ100 - - 11 曝氣方式 KBB-215微孔曝氣器共2個(gè)，后改為4個(gè)KBB-150 DN15穿孔管曝氣孔徑Φ4，后改為Φ2 DN15穿孔管曝氣，氣孔Φ1 DN15穿孔管曝氣，孔徑Φ2 12 曝氣器位置 距水面4.35m 距水面4.4m，置于中心導(dǎo)游筒內(nèi) 距水面3.65m,位于承托層中間 距水面3.5m 13 反沖洗方式 距填料底部10cm設(shè)DN15穿孔管，氣沖 DN25反沖洗穿孔管于填料下部 氣水反沖洗，長(zhǎng)柄濾頭布水布?xì)? - 14 排泥方式 DN80穿孔管排泥，孔徑Φ25 DN50穿孔管排泥，孔徑Φ10 - 斗底排泥

　　本試驗(yàn)主要是針對(duì)深圳市現(xiàn)行使用的幾個(gè)大中型水庫(kù)存水為原水，這些水庫(kù)存均不同程度地呈微污染狀態(tài)，主要是氨氮、亞硝酸鹽較高，溶解氧低，并均存在錳、藻、生物臭等污染，按GB3838-88《地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》評(píng)價(jià)，水源水為Ⅲ——Ⅳ類(lèi)水體，個(gè)別項(xiàng)目超過(guò)Ⅳ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。水庫(kù)存呈富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。
　　通過(guò)多種工藝流程的研究，我們得到的結(jié)論意見(jiàn)是：
　　四種生物預(yù)處理池在設(shè)計(jì)負(fù)荷條件下，對(duì)各主要污染物和去除效果均較好，其綜合效果是：
　　氨氮74.3—91.1％(原水濃度大于0.5mg/l)
　　 　　　 44.9—59.3％(原水濃度小于0.5mg/l)
　　藻類(lèi)72.3—90.1％
　　TON42.7—53.8％
　　濁度41.8—57.8％
　　四種生物預(yù)處理效果均較好，能夠滿(mǎn)足工藝要求的去除率，技術(shù)上是可行的，一定條件下均是適用的。
　　選擇受污染水源水處理工藝時(shí)應(yīng)首先明確水源污染的性質(zhì)，解決 的主要水質(zhì)問(wèn)題，經(jīng)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩個(gè)方面比較后確定。
　　對(duì)主要是水中有異味，并且一年中發(fā)生時(shí)間較短(季節(jié)性)的水源宜投加粉末活性炭的方法，提高對(duì)臭閾值，色度以及有機(jī)物的去除效果，改善出廠水水質(zhì)。
　　一般含藻量高、氨氮、亞硝酸鹽、錳、臭閾值以及有機(jī)物濃度較高的水源，宜采用生物預(yù)處理十常規(guī)處理工藝流程，為進(jìn)一步提高出 廠水水質(zhì)，可后接GAC深度處理，全面提高飲用水水質(zhì)，降低Ames 致突變活性。
　　當(dāng)原水水質(zhì)中藻類(lèi)含量不太高，經(jīng)濟(jì)條件許可時(shí)，可采用常規(guī)處理+O₃+BAC深度處理工藝，但臭氧投加宜采用兩點(diǎn)投加，以保證常規(guī)處理工藝的正常運(yùn)行。
　　試驗(yàn)結(jié)果表明各試驗(yàn)工藝流程的出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)率均滿(mǎn)足《供水規(guī)劃》中一類(lèi)水司的水質(zhì)達(dá)標(biāo)率，考慮Ames致突變?cè)囼?yàn)結(jié)果，生物預(yù)處理+常規(guī)+O₃+BAC深度處理工藝出水水質(zhì)最好，生物預(yù)處理+常規(guī)+GAC深度處理工藝與常規(guī)+0₃+BAC深度處理工藝的出水水質(zhì)差別不大。
　　從投資和經(jīng)營(yíng)成本估算結(jié)果看，生物預(yù)處理十常規(guī)處理最具競(jìng)爭(zhēng)力，條件適宜時(shí)首先采用。與常規(guī)處理工藝比較，其工程投資和經(jīng)營(yíng)成本分別增加10.2％和5％，生物預(yù)處理+常規(guī)+GAC深度處理工藝的工程投資和經(jīng)營(yíng)成本分別增加25.7％和8.2％；常規(guī)+O₃—BAC深度處理工藝則分別增加25.2％和16.7％。
　　根據(jù)取得的試驗(yàn)成果和對(duì)目前深圳市現(xiàn)有水廠處理工藝存在的問(wèn)題，結(jié)合源水水質(zhì)的現(xiàn)狀和今后變化的推測(cè)，深圳市水務(wù)局和自來(lái)水集團(tuán)公司會(huì)同我院對(duì)現(xiàn)有幾座主要凈水廠的常規(guī)處理工藝進(jìn)行改造和完善，以適應(yīng)日益提高的對(duì)供水水質(zhì)合格率指標(biāo)的要求，同時(shí)也 適應(yīng)日趨惡化的原水水質(zhì)。
　　介紹二個(gè)實(shí)例：
　　東湖水廠：該廠始建于1981年，經(jīng)三次擴(kuò)建和改造，現(xiàn)有生產(chǎn)規(guī)模30.0萬(wàn)m³／d，水源取自對(duì)港供水系統(tǒng)的深圳水庫(kù)，廠內(nèi)設(shè)有新老二個(gè)系統(tǒng)，老系統(tǒng)規(guī)模6.0萬(wàn)m³／d，凈水工藝采用隔板回流反應(yīng)，斜管沉淀池和移動(dòng)罩濾池進(jìn)入清水池，再經(jīng)加氯消毒后出廠，新系統(tǒng)規(guī)模24.0萬(wàn)m³／d，采用微絮凝直接過(guò)濾，投藥均采用堿式氯化鋁，并輔助投加少量石灰。
　　近幾年由于深圳水庫(kù)原水水質(zhì)不斷惡化，有機(jī)污染和藻類(lèi)不斷增加，(氨氮0.19—2.32mg／l以上，藻類(lèi)高達(dá)7.6×10⁶)，微絮凝直接過(guò)濾無(wú)法適應(yīng)，濾池堵塞，過(guò)濾周期縮短，高藻期間每24小時(shí)要沖洗4—6次。出廠水水質(zhì)無(wú)法保證，超標(biāo)現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。
　　針對(duì)原水水質(zhì)的變化和水廠現(xiàn)有工藝條件及廠內(nèi)用地狀況，我們進(jìn)行了多方案組合工藝流程的比選。此時(shí)，對(duì)港供水系統(tǒng)為提高對(duì)香 港供水水質(zhì)的要求，已擬定在深圳水庫(kù)源水入口處增建生物接觸硝化 工程，即生物預(yù)處理池，規(guī)模為400萬(wàn)m³／d，為國(guó)內(nèi)第一，該工程的修建，在一定程度上改善了原水水質(zhì)，為此東湖水廠改造方案中取消了生物預(yù)處理工藝，而選擇了預(yù)O3方案。

　　采用預(yù)O₃方案目的在于以O(shè)₃的強(qiáng)氧化作用、降解原水中的藻和 氨氮量，它可以使水體中的大分子有機(jī)物氧化成小分子有機(jī)物，通過(guò)氧化作用，使水體中的部分溶解性有機(jī)碳(DOC)轉(zhuǎn)化成可生化性的 溶解性有機(jī)碳，增強(qiáng)了有機(jī)物的可生物降解性，從而有利于提高常規(guī)處理工藝的凈化效率。同時(shí)克服了以往預(yù)加氯產(chǎn)生的致突變物造成的 優(yōu)患。
　　其次我們對(duì)常規(guī)處理進(jìn)行完善和強(qiáng)化，在凈水工藝中增加予O₃ 的同時(shí)，增建網(wǎng)格反應(yīng)，絮凝斜管沉淀池，增建部分氣水反沖濾池，改造原有的微絮凝直接過(guò)濾為氣水反沖濾池，增建石灰投加和粉末活 性碳投加系統(tǒng)，我們根據(jù)現(xiàn)有水廠的用地條件，拆除原有的6.0萬(wàn)m³／d，處理構(gòu)筑物，用來(lái)新建反應(yīng)沉淀池，并將沉淀池與清水池疊合，這樣既增加了14000m³清水池容積，還使原有30萬(wàn)m³／d的氣水反沖濾池，擴(kuò)大為35.0萬(wàn)m³／d，增建了13萬(wàn)m³／d的氣水反沖濾池，使全廠過(guò)濾面積的單位濾速降到8.0m／m².h。使全廠形成一個(gè)35.0萬(wàn)m³／d處理規(guī)模的具有預(yù)O₃投加，反應(yīng)、沉淀、過(guò)濾和15％調(diào)蓄容積的清水池以及具有投加石灰、粉末活性碳和其它助凝劑的完整常規(guī)工藝的凈水廠，經(jīng)一年來(lái)的運(yùn)行實(shí)踐證明，我們所選擇的工藝方案是正確的。目前東湖水廠的出廠水不僅擴(kuò)大了規(guī)模，而且水質(zhì)指標(biāo)也大大 提高，完全達(dá)到國(guó)際通用的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。生產(chǎn)運(yùn)行和管理也日趨完善和正常，凈化工藝對(duì)原水水質(zhì)變化的適應(yīng)性也大大增強(qiáng)了。取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。
　　例二：
　　梅林水廠：產(chǎn)生規(guī)模60.0萬(wàn)m³／d，是目前深圳市規(guī)模最大、凈化工藝最完善、設(shè)備較先進(jìn)、自動(dòng)化管理程度較高的現(xiàn)代化水廠。
　　現(xiàn)有凈水工藝為細(xì)格柵——預(yù)氯——機(jī)械混合——折板反應(yīng)——平流沉淀池——?dú)馑礇_濾池——清水池——二級(jí)送水泵房，另建有回收水系統(tǒng)及相應(yīng)污泥脫水干化系統(tǒng)。水源原水主要取自深圳水庫(kù)，部分時(shí)間可由 西瀝水庫(kù)和鐵崗水庫(kù)供給。其出廠水水質(zhì)符合國(guó)家G85749—85“生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)”的35項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)。
　　進(jìn)入九十年代以來(lái),深圳水庫(kù)的源水水質(zhì)日趨惡化，庫(kù)水呈富營(yíng)養(yǎng)化，源水渾濁度、臭味、化學(xué)需氧量、氨氮、總磷、類(lèi)型大腸菌群、藻類(lèi)、五日生化需氧量、鐵和錳等時(shí)有超標(biāo)，致使出廠水的水質(zhì)中臭、味、有機(jī)物偏高，氨、氮、亞硝酸鹽時(shí)有超標(biāo)Ames致突變呈陽(yáng)性。
　　深圳梅林水廠供水范圍主要為福田中心區(qū)，是今后深圳市的政治、經(jīng)濟(jì)和文化中心，也是對(duì)外活動(dòng)的中心，優(yōu)先提高該區(qū)飲用水水質(zhì)與國(guó)際上先進(jìn)國(guó)家飲用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)接軌，符合城市發(fā)展的需要，梅林水廠具有這種現(xiàn)實(shí)的可能。
　　我們綜合了當(dāng)前原水水質(zhì)的變化趨勢(shì)，結(jié)合深圳市城市發(fā)展規(guī)劃的目標(biāo)和深圳市提高水質(zhì)發(fā)展規(guī)劃綱要的構(gòu)思，從提高城市基礎(chǔ)設(shè)施層次，提高城市環(huán)境素質(zhì)和生活質(zhì)量，全面實(shí)施加快城市現(xiàn)代化進(jìn)程，經(jīng)多方案、多層次的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，決定將梅林水廠現(xiàn)有常規(guī)處理工藝預(yù)以深化，以進(jìn)一步全面提高出廠水水質(zhì)，實(shí)現(xiàn)我國(guó)城市供水行業(yè)2000年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃的目標(biāo)。
　　工藝流程：
　　原常規(guī)處理工藝流程：

　　

　　增加深度處理后工藝流程：

　　

　　該項(xiàng)目已經(jīng)市規(guī)劃國(guó)土局、市水務(wù)局正式批準(zhǔn)立項(xiàng)，完成了初步設(shè)計(jì)，年內(nèi)9月完成施工圖設(shè)計(jì)，爭(zhēng)取2002年底建立投產(chǎn)。