論文摘要：城市供水安全以成為各大城市的重點研究課題，本文以廣州市供水安全體系中珠江航道備用水源作為研究對象，研究其在突發事故情況下，即西江水遭受突發事件，切換使用備用水源時，高速給水BAF作為其生物預處理環節的應急能力。
論文關鍵詞：高速給水,備用原水,濁度,氨氮,亞硝酸鹽
　　引言
　　近年來,我國城市水源地突發性污染事件日益增加。2005年11月13日中石油吉林石化公司雙苯廠發生爆炸事故,造成大量苯類污染物進入松花江水體,引發我國和俄羅斯部分地區重大水環境的污染件。2005年12月中旬廣東省韶關冶煉廠將超過1000m3的含鎘廢水排入北江,嚴重污染了珠江水系,危及廣州供水。越來越多的水污染事件的發生,嚴重威脅到城市供水系統的安全。因此如何保護水源地生態環境安全和城市供水安全,以及如何快速、有效地處理突發性水污染事故已成為亟需解決的問題。
　　面對上訴情況，國外的大城市通常是采用大的水庫作為水源，例如紐約市的3個水源地都不是依賴江河直接取水而是通過建設水庫群進行蓄水和供水。其中,Croton供水系統從1842年開始服務,由10個水庫和3個受控湖組成,面積覆蓋逾970km。又如東京最高日供水量達到500萬m以上,其水庫群有效庫容達到70970萬m,是日供水量的141倍。廣州市作為中國的南方重要的窗口城市對于城市供水安全的關注更加是走在了全國前列，根據《廣州市城市供水水源規劃》中指出，廣州市將采取西江引水工程，西江引水工程將對西村、石門、江村水廠進行水源置換，在實行西江引水工程后，廣州市西北部水廠均將采用雙水源供水模式，常年采用水質良好的西江水，僅在應對突發事件時短短數小時啟用珠江備用水源，具體方式見圖1。水源調整后，珠江西航道和后航道水源將作為備用水源，流溪河的水源地功能也將保留。屆時，西北部水廠的水源安全性將大幅度提高。然而，對于珠江西航道和后航道等高污染水源，雖然只將其作為應急備用水源，但一旦遇突發緊急情況，啟動應急備用水源后的出廠水水質能否達到新國標是一個不容忽視的重要課題，因此本文開展了以高速給水BAF為預處理環節突發處理備用水源原水的試驗研究。
　　

供 水

　　圖1雙水源供水模式流程圖
　　Figure1.Dualwatersupplymodelflowchart
　　1．試驗參數與方法
　　1.1試驗條件與參數
　　本試驗采用的是高速給水BAF作為突發處理備用水源原水的預處理環節，研究其在突出處理廣州市備用水源原水的應急能力。
　　高速給水BAF模擬長期采用微污染原水條件下突發處理珠江原水工程試驗直接在水廠水源泵站處進行。工程試驗采用兩組升流式BAF，兩組濾池均采用輕質陶粒濾料。第一組為單層陶粒曝氣生物濾池，6～8mm輕陶粒厚3.7m。第二組采用升流式雙層濾料濾池，上層采用輕質陶粒濾料，粒徑￠6～8mm，濾料厚2.5m，下層采用輕質陶粒濾料，粒徑￠8～10mm濾料厚1.2m，兩池最下層均為0.3m厚卵石墊層。試驗原水取自廣州市西村水廠水源泵出口，提升流量128m/h，濾速8～16m/h，水力停留時間15～30min。氣水比0～1.5:1，曝氣風機供氣流量0～3.2m/min。曝氣生物濾池氣反沖強度10～20L/(m.s），水反沖強度5～10.0L/(m.s）。
　　1.2試驗方法介紹
　　水源泵站生物預處理裝置原來直接處理高污染珠江原水，為模擬長期西江微污染原水工藝運行環境，需將原水串聯通過兩個高速濾池工藝，將前一濾池出水模擬為類似于西江水的微污染原水，后一濾池在微污染原水環境下運行。待后一濾池穩定運行后，恢復處理高氨氮的珠江備用原水。
　　研究應對突發事件而應急切換水源這一變化過程，其具體的實現方法為：
　　首先，模擬工藝處理西江微污染原水運行環境。
　　由于珠江原水微污染嚴重，氨氮較大，豐水期運行時也達3~4mg/L。因此將1號、2號高速濾池串聯，原水經BAF2#濾池生物預處理后進入中間水箱，隨后通過反沖水泵將中間水箱中已經過BAF2#預處理過的出水抽至BAF1#池，BAF1#濾池以BAF2#預處理過的出水作為其進水，以此模擬西江原水低氨氮運行環境。模擬運行期間，BAF2#池采用0.6:1氣水比，且采用正沖洗、反沖洗交替進行，反沖洗周期為1天，正沖洗周期為3天。氣水沖洗強度按前述參數運行。BAF1#濾池進水為模擬微污染水，采用0.2的低氣水比。由于進水濁度較小，水頭損失小，BAF1#池基本以反沖洗為主。模擬西江微污染原水工藝運行環境試驗歷經1~2周左右。
　　第二步，模擬突發處理珠江備用原水。
　　模擬西江微污染原水工藝運行環境結束后，關閉反沖水泵，停止高速曝氣生物濾池BAF1#、BAF2#串聯運行狀態，停止使用BAF2#池出水作為BAF1#池進水。打開原水進入1#濾池的進水閘閥，將BAF1#池進水快速切換至珠江原水，用于模擬突發事件情況下高速濾池應急處理珠江備用時的工況。BAF1#池進水量為64m/h不變，適當調節氣水比，24~48小時內每隔1小時連續檢測應急工況下的出水水質。取樣點為：高速濾池預處理原水及出水。
　　2．試驗結果分析
　　2．1模擬微污染原水運行環境濾池凈水效果
　　具上訴試驗方式的介紹，可以得知為了模擬長期西江微污染原水的工藝運作環境，BAF1#與BAF2#串聯運行，經過1周左右的串聯的模擬（2009年8月15日-8月23日），使得1#的出水水質達到模擬西江微污染原水的情況。 具體的模擬水質如表1所示。
　　表1模擬微污染原水工況高速濾池凈水效果(去除率:%)
　　Table1.theeffectsofhigh-speedfilterwaterpurificationtoSimulationofMicro-pollutedstateoftheoriginalwater(Removalefficiency%)
　　

指標 取樣點	氨 氮(mg/L)		亞硝酸鹽(mg/L)		COD (mg/L)		濁度(NTU)
	均值	去除率	均值	去除率	均值	去除率	均值	去除率
原 水	3.44		0.453		7.39		47.0
BAF2#出水	0.37	89.2	0.057	87.4	5.96	19.3	28.4	39.5
BAF1#出水	0.03	92.4	0.002	95.9	5.22	12.4	16.3	42.5

　　【注】：由于應急試驗工藝流程為：原水→BAF2?！鶥AF1＃，故BAF2＃去除率指2#號池出水相對原水平均去除率，BAF1＃去除率指1#號池出水相對BAF2＃出水平均去除率。
　　從試驗結果來看，對于珠江西航道豐水期原水，單級高速BAF2#在0.6:1氣水比下完全有能力將其氨氮值去除至0.5mg/L以下，而對于所模擬的微污染西江原水，在很小氣水比甚至不曝氣情況下BAF1#出水均完全能夠達到《生活飲用水衛生標準》（GB5749-2006）規定氨氮＜0.5mg/L的標準；由于BAF的濾料采用的輕質濾料，在一定程度上對于濁度的去除率不高，BAF2#的出水濁度的平均去除率在39.5%，但水頭損失得以較好控制；同時COD經過BAF2#之后平均去除率在19.3%，這樣的去處率是與采用輕質濾料有關聯的。對于亞硝酸鹽結果可得知并未發生亞硝酸鹽有積累現象。綜合以上凈水效果可以初步判斷出，BAF2#出水已基本成功模擬了微污染原水的水質，為后續的突發處理預備水源原水實驗做好了準備。
　　2．2模擬高速BAF突發處理珠江備用原水試驗凈水效果
　　模擬西江微污染原水工藝運行環境基本成熟后，切換珠江原水進入BAF2#，以考察高速濾池模擬突發處理高氨氮備用珠江原水時的應急能力與水質凈化效果。本文采用的試驗于8月24日8：00—8月26日8：00進行，將原水切換至預備原水，并進行連續水質檢測，突發處理試驗48h中前28h每隔1小時檢測一次水質，后20h每隔4小時檢測一次，試驗中高速BAF1#池濾速16m/h，運行氣水比1.5:1。具體的實驗結果分析如下：
　　2.2.1氨氮試驗結果分析
　　
　　圖2突發處理備用原水實驗氨氮去除效果圖
　　Figure2.Theammonia-nitrogenremovalefficiencyofemergencyexperiment
　　突發處理備用原水實驗氨氮去除效果見圖2。48h應急試驗期間，原水氨氮值變化范圍為1.98～4.38mg/L，BAF1#出水氨氮變化范圍為0.19～1.37mg/L。由應急試驗數據可以看到，啟動備用水源后，隨著運行時間的延長，氨氮去除率呈逐步升高趨勢，在啟動備用水源后的前8小時氨氮去除率有一顯著升高。至啟動備用水源12小時，進水氨氮為2.92mg/L時，出水氨氮為0.39mg/L，此后預處理出水氨氮值已基本在0.5mg/L以下，只在原水氨氮超過3mg/L時其出水氨氮出現超過0.5mg/L的情況；至切換水源24小時后，氨氮在≤4mg/L的原水，其預處理出水氨氮值也已達到在0.5mg/L以下，只是在一次原水氨氮濃度為4.18mg/L時，BAF1#出水氨氮濃度0.52mg/L，稍高于0.5mg/L。對于氨氮在≤4mg/L的原水，啟動備用水源12小時后其預處理出水氨氮值可達1mg/L以下。
　　由此模擬應急處理高污染珠江原水試驗結果可以初步認為，當原水氨氮≤3mg/L時，切換水源12h后預處理出水基本達到≤0.5mg/L；原水氨氮≤4mg/L時，切換水源12h后預處理出水基本達到≤1mg/L，至切換水源24h后預處理出水基本達到≤0.5mg/L。
　　2.2.2亞硝酸鹽試驗結果分析
　　
　　圖3突發處理備用原水試驗亞硝酸鹽去除效果圖
　　Figure3．TheNitriteremovalefficiencyofemergencyexperiment
　　突出處理試驗期間，原水亞硝酸鹽值變化范圍為0.407～0.842mg/L，BAF1#出水亞硝酸鹽變化范圍為0.065～0.484mg/L。由試驗數據可以看到，與氨氮去除率相似，突發試驗中隨著運行時間的延長，亞硝酸鹽去除率總體呈升高趨勢。在啟動備用水源后20～24小時后，出水亞硝酸鹽去除率基本恢復至一較高的平均水平。24小時后原水亞硝酸鹽濃度為0.793mg/L時，BAF1#出水亞硝酸鹽降至0.185mg/L?？傮w來看，高速濾池對原水的亞硝酸鹽去除率恢復至平均水平所需時間與氨氮基本一致。由此也說明，切換水源后數小時內濾池中的亞硝酸鹽菌和硝酸鹽菌在生長速率和轉化能力上已協調穩定，反應器內硝化類細菌馴化效果良好。
　　2.2.3COD試驗結果分析
　　
　　圖4突發處理備用原水試驗COD去除效果圖
　　Figure4．TheCODremovalefficiencyofemergencyexperiment
　　模擬高速濾池突發處理珠江原水試驗的COD去除效果及去除率如圖4所示。 48h應急試驗期間，原水COD值變化范圍為5.15～8.20mg/L，BAF1#出水COD變化范圍為3.94～6.74mg/L?？傮w而言，由于濾池以16m/h濾速高速運行，停留時間非常有限，僅有短短15min，BAF對COD去除能力有限，切換原水12h后BAF對COD平均去除率在19.5%左右。
　　2.2.4濁度試驗結果分析
　　
　　圖5突發處理備用原水試驗濁度去除效果圖
　　Figure5．Theturbidityremovalefficiencyofemergencyexperiment
　　模擬工藝突發處理珠江備用原水試驗期間出水濁度去除情況見圖5。48h應急試驗期間，原水濁度值變化范圍為24.9～56.2NTU，BAF1#出水濁度值變化范圍為16.2～36.9NTU。高速給水BAF采用雙層輕質陶粒濾料，降低了濁度去除率，同時應急試驗期間濾池采用較高的1.5:1的氣水比，故此時高速濾池對濁度去除率很小，濁度平均去除率19.8%左右。但由于濁度能夠被常規處理工藝很好地去除，因此作為預處理環節的高速給水BAF對于濁度的去除維持在這一水平對于后續的常規處理較為正常，也是可行的。
　　3．總結
　　本模擬微污染原水試驗開展時，珠江西航道原水處豐水期，且模擬微污染試驗工藝運行時間不長，對于平水期及枯水期應急采用珠江原水時的凈水效果還有待于下一步具體試驗。在豐水期，一共進行了四次該類型實驗，實驗結果與上訴情況基本符合，因此在此未全部羅列分析數據，僅已上訴數據作為典型分析。
　　總體來看，模擬應急處理珠江備用高污染原水試驗表明高速濾池具有良好的抗沖擊負荷能力。水源切換的過程并未影響高速濾池預處理工藝穩定的運行和高效的凈水效果，因此高速濾池生物預處理工藝處理在應急切換珠江西航道備用水源時出水水質能在一個較短的時間內達到新國標《生活飲用水衛生標準》（GB5749-2006），這為進一步研究廣州市的雙水源供水模式的安全性提供了一個很好的參考。
參考文獻
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