论文摘要：城市供水安全以成为各大城市的重点研究课题，本文以广州市供水安全体系中珠江航道备用水源作为研究对象，研究其在突发事故情况下，即西江水遭受突发事件，切换使用备用水源时，高速给水BAF作为其生物预处理环节的应急能力。
论文关键词：高速给水,备用原水,浊度,氨氮,亚硝酸盐
引言
近年来,我国城市水源地突发性污染事件日益增加。2005年11月13日中石油吉林石化公司双苯厂发生爆炸事故,造成大量苯类污染物进入松花江水体,引发我国和俄罗斯部分地区重大水环境的污染件。2005年12月中旬广东省韶关冶炼厂将超过1000m3的含镉废水排入北江,严重污染了珠江水系,危及广州供水。越来越多的水污染事件的发生,严重威胁到城市供水系统的安全。因此如何保护水源地生态环境安全和城市供水安全,以及如何快速、有效地处理突发性水污染事故已成为亟需解决的问题。
面对上诉情况，国外的大城市通常是采用大的水库作为水源，例如纽约市的3个水源地都不是依赖江河直接取水而是通过建设水库群进行蓄水和供水。其中,Croton供水系统从1842年开始服务,由10个水库和3个受控湖组成,面积覆盖逾970km。又如东京最高日供水量达到500万m以上,其水库群有效库容达到70970万m,是日供水量的141倍。广州市作为中国的南方重要的窗口城市对于城市供水安全的关注更加是走在了全国前列，根据《广州市城市供水水源规划》中指出，广州市将采取西江引水工程，西江引水工程将对西村、石门、江村水厂进行水源置换，在实行西江引水工程后，广州市西北部水厂均将采用双水源供水模式，常年采用水质良好的西江水，仅在应对突发事件时短短数小时启用珠江备用水源，具体方式见图1。水源调整后，珠江西航道和后航道水源将作为备用水源，流溪河的水源地功能也将保留。届时，西北部水厂的水源安全性将大幅度提高。然而，对于珠江西航道和后航道等高污染水源，虽然只将其作为应急备用水源，但一旦遇突发紧急情况，启动应急备用水源后的出厂水水质能否达到新国标是一个不容忽视的重要课题，因此本文开展了以高速给水BAF为预处理环节突发处理备用水源原水的试验研究。
图1双水源供水模式流程图
Figure1.Dualwatersupplymodelflowchart
1．试验参数与方法
1.1试验条件与参数
本试验采用的是高速给水BAF作为突发处理备用水源原水的预处理环节，研究其在突出处理广州市备用水源原水的应急能力。
高速给水BAF模拟长期采用微污染原水条件下突发处理珠江原水工程试验直接在水厂水源泵站处进行。工程试验采用两组升流式BAF，两组滤池均采用轻质陶粒滤料。第一组为单层陶粒曝气生物滤池，6～8mm轻陶粒厚3.7m。第二组采用升流式双层滤料滤池，上层采用轻质陶粒滤料，粒径￠6～8mm，滤料厚2.5m，下层采用轻质陶粒滤料，粒径￠8～10mm滤料厚1.2m，两池最下层均为0.3m厚卵石垫层。试验原水取自广州市西村水厂水源泵出口，提升流量128m/h，滤速8～16m/h，水力停留时间15～30min。气水比0～1.5:1，曝气风机供气流量0～3.2m/min。曝气生物滤池气反冲强度10～20L/(m.s），水反冲强度5～10.0L/(m.s）。
1.2试验方法介绍
水源泵站生物预处理装置原来直接处理高污染珠江原水，为模拟长期西江微污染原水工艺运行环境，需将原水串联通过两个高速滤池工艺，将前一滤池出水模拟为类似于西江水的微污染原水，后一滤池在微污染原水环境下运行。待后一滤池稳定运行后，恢复处理高氨氮的珠江备用原水。
研究应对突发事件而应急切换水源这一变化过程，其具体的实现方法为：
首先，模拟工艺处理西江微污染原水运行环境。
由于珠江原水微污染严重，氨氮较大，丰水期运行时也达3~4mg/L。因此将1号、2号高速滤池串联，原水经BAF2#滤池生物预处理后进入中间水箱，随后通过反冲水泵将中间水箱中已经过BAF2#预处理过的出水抽至BAF1#池，BAF1#滤池以BAF2#预处理过的出水作为其进水，以此模拟西江原水低氨氮运行环境。模拟运行期间，BAF2#池采用0.6:1气水比，且采用正冲洗、反冲洗交替进行，反冲洗周期为1天，正冲洗周期为3天。气水冲洗强度按前述参数运行。BAF1#滤池进水为模拟微污染水，采用0.2的低气水比。由于进水浊度较小，水头损失小，BAF1#池基本以反冲洗为主。模拟西江微污染原水工艺运行环境试验历经1~2周左右。
第二步，模拟突发处理珠江备用原水。
模拟西江微污染原水工艺运行环境结束后，关闭反冲水泵，停止高速曝气生物滤池BAF1#、BAF2#串联运行状态，停止使用BAF2#池出水作为BAF1#池进水。打开原水进入1#滤池的进水闸阀，将BAF1#池进水快速切换至珠江原水，用于模拟突发事件情况下高速滤池应急处理珠江备用时的工况。BAF1#池进水量为64m/h不变，适当调节气水比，24~48小时内每隔1小时连续检测应急工况下的出水水质。取样点为：高速滤池预处理原水及出水。
2．试验结果分析
2．1模拟微污染原水运行环境滤池净水效果
具上诉试验方式的介绍，可以得知为了模拟长期西江微污染原水的工艺运作环境，BAF1#与BAF2#串联运行，经过1周左右的串联的模拟（2009年8月15日-8月23日），使得1#的出水水质达到模拟西江微污染原水的情况。
具体的模拟水质如表1所示。
表1模拟微污染原水工况高速滤池净水效果(去除率:%)
Table1.theeffectsofhigh-speedfilterwaterpurificationtoSimulationofMicro-pollutedstateoftheoriginalwater(Removalefficiency%)
|
指标
取样点 |
氨 氮(mg/L) |
亚硝酸盐(mg/L) |
COD (mg/L) |
浊度(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】：由于应急试验工艺流程为：原水→BAF2＃→BAF1＃，故BAF2＃去除率指2#号池出水相对原水平均去除率，BAF1＃去除率指1#号池出水相对BAF2＃出水平均去除率。
从试验结果来看，对于珠江西航道丰水期原水，单级高速BAF2#在0.6:1气水比下完全有能力将其氨氮值去除至0.5mg/L以下，而对于所模拟的微污染西江原水，在很小气水比甚至不曝气情况下BAF1#出水均完全能够达到《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）规定氨氮＜0.5mg/L的标准；由于BAF的滤料采用的轻质滤料，在一定程度上对于浊度的去除率不高，BAF2#的出水浊度的平均去除率在39.5%，但水头损失得以较好控制；同时COD经过BAF2#之后平均去除率在19.3%，这样的去处率是与采用轻质滤料有关联的。对于亚硝酸盐结果可得知并未发生亚硝酸盐有积累现象。综合以上净水效果可以初步判断出，BAF2#出水已基本成功模拟了微污染原水的水质，为后续的突发处理预备水源原水实验做好了准备。
2．2模拟高速BAF突发处理珠江备用原水试验净水效果
模拟西江微污染原水工艺运行环境基本成熟后，切换珠江原水进入BAF2#，以考察高速滤池模拟突发处理高氨氮备用珠江原水时的应急能力与水质净化效果。本文采用的试验于8月24日8：00—8月26日8：00进行，将原水切换至预备原水，并进行连续水质检测，突发处理试验48h中前28h每隔1小时检测一次水质，后20h每隔4小时检测一次，试验中高速BAF1#池滤速16m/h，运行气水比1.5:1。具体的实验结果分析如下：
2.2.1氨氮试验结果分析
图2突发处理备用原水实验氨氮去除效果图
Figure2.Theammonia-nitrogenremovalefficiencyofemergencyexperiment
突发处理备用原水实验氨氮去除效果见图2。48h应急试验期间，原水氨氮值变化范围为1.98～4.38mg/L，BAF1#出水氨氮变化范围为0.19～1.37mg/L。由应急试验数据可以看到，启动备用水源后，随着运行时间的延长，氨氮去除率呈逐步升高趋势，在启动备用水源后的前8小时氨氮去除率有一显著升高。至启动备用水源12小时，进水氨氮为2.92mg/L时，出水氨氮为0.39mg/L，此后预处理出水氨氮值已基本在0.5mg/L以下，只在原水氨氮超过3mg/L时其出水氨氮出现超过0.5mg/L的情况；至切换水源24小时后，氨氮在≤4mg/L的原水，其预处理出水氨氮值也已达到在0.5mg/L以下，只是在一次原水氨氮浓度为4.18mg/L时，BAF1#出水氨氮浓度0.52mg/L，稍高于0.5mg/L。对于氨氮在≤4mg/L的原水，启动备用水源12小时后其预处理出水氨氮值可达1mg/L以下。
由此模拟应急处理高污染珠江原水试验结果可以初步认为，当原水氨氮≤3mg/L时，切换水源12h后预处理出水基本达到≤0.5mg/L；原水氨氮≤4mg/L时，切换水源12h后预处理出水基本达到≤1mg/L，至切换水源24h后预处理出水基本达到≤0.5mg/L。
2.2.2亚硝酸盐试验结果分析
图3突发处理备用原水试验亚硝酸盐去除效果图
Figure3．TheNitriteremovalefficiencyofemergencyexperiment
突出处理试验期间，原水亚硝酸盐值变化范围为0.407～0.842mg/L，BAF1#出水亚硝酸盐变化范围为0.065～0.484mg/L。由试验数据可以看到，与氨氮去除率相似，突发试验中随着运行时间的延长，亚硝酸盐去除率总体呈升高趋势。在启动备用水源后20～24小时后，出水亚硝酸盐去除率基本恢复至一较高的平均水平。24小时后原水亚硝酸盐浓度为0.793mg/L时，BAF1#出水亚硝酸盐降至0.185mg/L。总体来看，高速滤池对原水的亚硝酸盐去除率恢复至平均水平所需时间与氨氮基本一致。由此也说明，切换水源后数小时内滤池中的亚硝酸盐菌和硝酸盐菌在生长速率和转化能力上已协调稳定，反应器内硝化类细菌驯化效果良好。
2.2.3COD试验结果分析
图4突发处理备用原水试验COD去除效果图
Figure4．TheCODremovalefficiencyofemergencyexperiment
模拟高速滤池突发处理珠江原水试验的COD去除效果及去除率如图4所示。
48h应急试验期间，原水COD值变化范围为5.15～8.20mg/L，BAF1#出水COD变化范围为3.94～6.74mg/L。总体而言，由于滤池以16m/h滤速高速运行，停留时间非常有限，仅有短短15min，BAF对COD去除能力有限，切换原水12h后BAF对COD平均去除率在19.5%左右。
2.2.4浊度试验结果分析
图5突发处理备用原水试验浊度去除效果图
Figure5．Theturbidityremovalefficiencyofemergencyexperiment
模拟工艺突发处理珠江备用原水试验期间出水浊度去除情况见图5。48h应急试验期间，原水浊度值变化范围为24.9～56.2NTU，BAF1#出水浊度值变化范围为16.2～36.9NTU。高速给水BAF采用双层轻质陶粒滤料，降低了浊度去除率，同时应急试验期间滤池采用较高的1.5:1的气水比，故此时高速滤池对浊度去除率很小，浊度平均去除率19.8%左右。但由于浊度能够被常规处理工艺很好地去除，因此作为预处理环节的高速给水BAF对于浊度的去除维持在这一水平对于后续的常规处理较为正常，也是可行的。
3．总结
本模拟微污染原水试验开展时，珠江西航道原水处丰水期，且模拟微污染试验工艺运行时间不长，对于平水期及枯水期应急采用珠江原水时的净水效果还有待于下一步具体试验。在丰水期，一共进行了四次该类型实验，实验结果与上诉情况基本符合，因此在此未全部罗列分析数据，仅已上诉数据作为典型分析。
总体来看，模拟应急处理珠江备用高污染原水试验表明高速滤池具有良好的抗冲击负荷能力。水源切换的过程并未影响高速滤池预处理工艺稳定的运行和高效的净水效果，因此高速滤池生物预处理工艺处理在应急切换珠江西航道备用水源时出水水质能在一个较短的时间内达到新国标《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006），这为进一步研究广州市的双水源供水模式的安全性提供了一个很好的参考。
参考文献
1 陆曦,梅凯.突发性水污染事故的应急处理[J].中国给水排水.2007,23(8):14.
2 王郑,王祝来,荆肇乾.城市应急备用水源及输水通道建设研究——以南京为例[J].自然灾害学报, 2008,17(4):50.
