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    技術(shù)論文

    強(qiáng)化常規(guī)與深度處理集成技術(shù)與應(yīng)用

    字體: 放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2022-03-10  來源:中國(guó)城鎮(zhèn)供排水協(xié)會(huì)  瀏覽次數(shù):1493
     強(qiáng)化常規(guī)與深度處理集成技術(shù)與應(yīng)用
      1.項(xiàng)目簡(jiǎn)介
      為了改善上海的原水水質(zhì),上海市實(shí)施了青草沙原水工程。上海市市區(qū)現(xiàn)有的大多數(shù)水廠將由黃浦江原水逐步切換為長(zhǎng)江原水。長(zhǎng)江原水水質(zhì)較黃浦江原水有明顯提高,但是經(jīng)過長(zhǎng)江中下游后的水中含有多種濃度較高的特征污染物。多年以來,國(guó)家較多圍繞黃浦江原水開展相關(guān)的研究、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。但是,對(duì)于長(zhǎng)江原水的相關(guān)研究和設(shè)計(jì),數(shù)據(jù)資料和工作基礎(chǔ)比較欠缺。
      為了達(dá)到工程安全、經(jīng)濟(jì)、可靠的目的,急需科研力量支撐相關(guān)的研究和優(yōu)化,為青草沙水源和黃浦江水源的深度處理最終工程方案以及高品質(zhì)飲用水處理的決策和設(shè)計(jì)提供工藝路線、運(yùn)行參數(shù)等。
      本項(xiàng)目密切結(jié)合上海市實(shí)施的給水工程項(xiàng)目,針對(duì)黃浦江水源水和青草沙水源水特征,通過研究和攻關(guān),形成了臭氧活性炭安全與優(yōu)化集成技術(shù)、水廠水源切換適應(yīng)性優(yōu)化集成技術(shù)、高級(jí)氧化與精細(xì)過濾集成技術(shù)和凈水工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)性集成技術(shù)4項(xiàng)核心技術(shù),解決了生物活性炭池出水生物安全控制、水源切換后運(yùn)行優(yōu)化、有機(jī)物深度去除和投資與成本控制等難題,在去除有機(jī)物的同時(shí),確保生物安全性和副產(chǎn)物安全性,顯著改善飲用水水質(zhì),解決威脅人民健康的重大問題,提高大中型給水廠的技術(shù)水平,保障國(guó)際化大都市的供水安全可靠,維護(hù)社會(huì)和諧穩(wěn)定。成果對(duì)上海市以及國(guó)內(nèi)類似工程的設(shè)計(jì)和建設(shè)具有重要指導(dǎo)作用,保證工程設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性,豐富并完善給水領(lǐng)域的理論體系和工藝技術(shù),具有十分重要的科學(xué)價(jià)值和實(shí)用價(jià)值。
      該項(xiàng)目關(guān)鍵技術(shù)成果總體技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。成果包括授權(quán)專利31項(xiàng)(發(fā)明授權(quán)9項(xiàng))、論文30篇(SCI/EI收錄5篇)、主編國(guó)標(biāo)《室外給水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50013-2018)8和住建部行標(biāo)《城鎮(zhèn)給水膜處理技術(shù)規(guī)程》(CJJ/T 251-2017)、《城鎮(zhèn)給水微污染水預(yù)處理技術(shù)規(guī)程》(CJJ/T 229-2015),示范應(yīng)用于上海、江蘇、山東等地,出廠水優(yōu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和地方標(biāo)準(zhǔn),有力提升了飲用水的安全技術(shù)水平,社會(huì)效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著。
      2.項(xiàng)目主要技術(shù)內(nèi)容
      2.1創(chuàng)新點(diǎn)
      (1)系統(tǒng)構(gòu)建臭氧活性炭安全與優(yōu)化集成技術(shù)
      針對(duì)不同原水特、、性,按新建工程和升級(jí)改造工程,形成臭氧活性炭為核心的前炭后砂與前砂后炭等組合工藝,提出炭池下設(shè)砂層、后置砂濾池、組合消毒等生物安全控制技術(shù),提出臭氧投加優(yōu)化與硫酸銨投加技術(shù),實(shí)現(xiàn)溴酸鹽安全控制在國(guó)標(biāo)限值50%。
      圖1 炭池上向流與下向流去除CODMn對(duì)比(同一南水北調(diào)中線原水)
      圖2 炭砂濾池濾速對(duì)CODMn影響
      (2)形成水廠水源切換適應(yīng)性優(yōu)化集成技術(shù)
      基于大規(guī)模生產(chǎn)性調(diào)試,揭示了常規(guī)凈水工藝關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)和影響因素,提出了新型混凝劑聚硫氯化鋁及加藥量,混凝劑用量同比減少50%,解決了出廠水鋁離子超標(biāo)難題。提出輸水與廠內(nèi)結(jié)合的多點(diǎn)氧化集成技術(shù),解決了水庫(kù)水藻類控制難題。形成前后臭氧投加協(xié)同減量技術(shù),降低了副產(chǎn)物風(fēng)險(xiǎn),減少了臭氧成本。沉淀池排泥周期延長(zhǎng)至2天,降低了水耗。
      圖3 高速澄清池水流速度分布
      (3)創(chuàng)立高級(jí)氧化與精細(xì)過濾集成技術(shù)
      基于各單元協(xié)同機(jī)理,提出了AOP集成工藝及O3/UV-BAC-UF組合工藝,形成臭氧活性炭-膜組合工藝,并應(yīng)用于優(yōu)質(zhì)飲用水工程,出水水質(zhì)優(yōu)于《飲用凈水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJ94-2005)。
      表1 O3/UV-BAC-UF組合工藝出水
     
      (4)系統(tǒng)提出凈水工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)性集成技術(shù)
      基于對(duì)新建工程和升級(jí)改造工程的流程分類,提出典型工藝流程下的不同規(guī)模的水廠噸水建設(shè)成本,新建一次提升的強(qiáng)化常規(guī)+臭氧活性炭流程比中間提升流程總投資分別節(jié)省123~136元/m3(10~30萬m3/d)及99~111元/m3(30~50萬m3/d)。揭示了不同原水水廠運(yùn)行成本存在差異的主要因素為混凝劑、液氧及臭氧制備車間用電成本,黃浦江原水水廠三者合計(jì)比青草沙原水水廠高60%以上。
      表2 10萬m3/d水廠的藥劑和臭氧成本(萬元/年)
      
     
      2.2應(yīng)用情況
      成果已示范和推廣應(yīng)用于上海、青島、蘇州、常州等地,出廠水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和地方標(biāo)準(zhǔn),生物安全性、口感等提升明顯。
      上向流活性炭集成工藝成果應(yīng)用于南水北調(diào)長(zhǎng)江水的鄭州柿圓水廠(32萬m3/d),出廠水符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),其中濁度小于0.5NTU,CODMn小于1.5mg/L。
      下向流活性炭集成工藝成果應(yīng)用于上海奉賢第三水廠(30萬m3/d),預(yù)臭氧0.5~0.8mg/L,后臭氧0.8~1.2mg/L。采用深度處理集約化技術(shù),工程投資與同類傳統(tǒng)技術(shù)相比節(jié)省510萬元。出廠水符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和地方標(biāo)準(zhǔn),其中濁度小于0.2NTU,CODMn小于2.5mg/L,氨氮小于0.35mg/L。推廣于吳中新水廠二期工程(40萬m3/d)、新車墩水廠工程(20萬m3/d)、奉賢第一水廠工程(10萬m3/d)、常州魏村水廠深度處理改造工程(70萬m3/d)、蘇州工業(yè)園區(qū)星港街水廠二期深度處理升級(jí)改造工程(30萬m3/d)等。
      水源切換優(yōu)化技術(shù)成果應(yīng)用于楊樹浦水廠(140萬m3/d,包括36萬m3/d的7#臭氧活性炭工藝),切換水源后的CODMn、氨氮明顯降低,去除率分別提高20%和50%。臭氧活性炭工藝出水三氯甲烷、一氯二溴甲烷、二氯一溴甲烷、三鹵甲烷等均明顯降低。出廠水符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),其中濁度均值低于0.14NTU,氨氮均值低于0.32mg/L,CODMn均值低于1.4mg/L。推廣于南市水廠改造一期工程(50萬m3/d)和南市水廠改造二期工程(20萬m3/d)等。
      臭氧活性炭和膜組合技術(shù)應(yīng)用于青島白沙河水廠深度處理工程,CODMn去除率20~30%,NH3-N去除率35~45%(水溫高于12.5℃),超濾膜出水濁度≤0.1 NTU,兩蟲去除率≥6 log。組合工藝正推廣應(yīng)用于臨港自貿(mào)區(qū)水廠(20萬m3/d)。
      O3/UV-BAC-UF組合工藝示范應(yīng)用后,出水優(yōu)于行標(biāo)《飲用凈水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》CJ94-2005,其中濁度0.1NTU,色度5,三氯甲烷、二氯一溴甲烷、一氯二溴甲烷平均去除率96%以上,CODMn和UV254去除率分別79%和89%。
      圖4 鄭州柿圓水廠的上向流炭池
      圖5 楊樹浦水廠的高速澄清池
             圖6 青島白沙河水廠炭濾池的管廊 
       
         圖7 青島白沙河水廠膜車間
      2.3經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益
      項(xiàng)目成果的應(yīng)用對(duì)象水廠為社會(huì)提供公共服務(wù),凝練出若干集成技術(shù),已應(yīng)用于上海、青島、蘇州、常州等地。主編國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《室外給水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50015-2018及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)給水膜處理技術(shù)規(guī)程》CJJ/T251-2017和《城鎮(zhèn)給水微污染水預(yù)處理技術(shù)規(guī)程》CJJ/T 229-2015等,出版著作2部《凈水廠設(shè)計(jì)》(第二版)和《給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)——城鎮(zhèn)給水》(第三版),有力推動(dòng)了行業(yè)技術(shù)水平,培養(yǎng)該領(lǐng)域的學(xué)科帶頭人,在實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目建設(shè)、保障供水安全、提升資源集約等方面產(chǎn)生顯著的社會(huì)、環(huán)境效益,帶動(dòng)了水力、化工、材料等學(xué)科的交叉研究和應(yīng)用,提升了企業(yè)自主創(chuàng)新能力、技術(shù)設(shè)備集成化水平和在國(guó)內(nèi)外的核心競(jìng)爭(zhēng)力。
      圖8 主編的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)
      圖9 主編的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)
      圖10 主編的行業(yè)名著
      3.主要完成單位及完成人
      項(xiàng)目牽頭單位上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司聯(lián)合上海市政工程設(shè)計(jì)科學(xué)研究所有限公司、上海水業(yè)設(shè)計(jì)工程有限公司。
      上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司是國(guó)內(nèi)市政給排水領(lǐng)域大型綜合設(shè)計(jì)單位,2008年獲得首批國(guó)家工程設(shè)計(jì)綜合資質(zhì)甲級(jí)證書,在給水工程、排水工程、水環(huán)境等領(lǐng)域擁有豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),近年完成了我國(guó)規(guī)模最大的浸沒式超濾膜項(xiàng)目寧波桃源水廠(50萬m3/d)、我國(guó)規(guī)模最大的壓力式超濾膜項(xiàng)目廣州北部水廠工程的膜工程(60萬m3/d)和全球高原地區(qū)規(guī)模最大的地表水廠拉薩市納金水廠(40萬m3/d)等一批重點(diǎn)工程。主持主編了《室外給水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50013-2018、《室外排水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50014-2021、《城鎮(zhèn)內(nèi)澇防治技術(shù)規(guī)范》(GB 51222-2017)、《城鎮(zhèn)雨水調(diào)蓄工程技術(shù)規(guī)范》(GB 51174-2017)、《城鎮(zhèn)給水膜處理技術(shù)規(guī)程》CJJ/T 251-2017等給水排水領(lǐng)域主要的國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。王如華團(tuán)隊(duì)牽頭完成本項(xiàng)目的各項(xiàng)成果,對(duì)4個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)進(jìn)行研發(fā)、優(yōu)化設(shè)計(jì)和工程示范等,主編了國(guó)家及住建部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)共3項(xiàng),主編了專著2部,獲得授權(quán)發(fā)明專利《一種上向流活性炭濾池》(ZL 201310410158.1-1)等,并發(fā)表論文《Comparison of microbial community shifts in two parallel multi-step drinking water treatment processes》、《深度處理工藝的系統(tǒng)選擇研究》等,并將成果實(shí)現(xiàn)工程示范和推廣應(yīng)用。上海市政工程設(shè)計(jì)科學(xué)研究所有限公司和上海水業(yè)設(shè)計(jì)工程有限公司分別參與對(duì)“AOP集成工藝及O3/UV-BAC-UF組合工藝”和““上向流活性炭濾池””進(jìn)行研發(fā)、優(yōu)化設(shè)計(jì)等,并將該成果實(shí)現(xiàn)工程示范和推廣應(yīng)用。
      主要完成人為王如華、許嘉炯、張碩、芮旻、王晏、王健、洪景濤、陸彬、王非宇、張晏晏、張東波、任中佳。
     
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