摘要：本课题以典型南方水库水——凤凰山水库水为研究对象，于12万m³/d唐家水厂开展“臭氧预氧化-絮凝-气浮-砂滤-臭氧活性炭耦合生活饮用水处理工艺”研究，研究处理工艺对浊度、藻类、嗅味物质、铁、锰、农药、抗生素和内分泌干扰素等的去除效能，以及整体处理效果；最后建立完善工艺，优化工艺参数，使出水水质最优；工艺出水稳定、水质良好，满足中国和欧盟标准；工艺提高了出厂水质，为所在供水片区带来良好的社会、经济和环境效益，产生了良好的示范效应，为所在供水片区的发展奠定良好的基础。

　　关键词：预氧化；絮凝气浮；臭氧活性炭；饮用水；生产性试验

　　一、研究背景

　　我国许多地区，特别是南方，采用地表水湖泊水库、江河作为水源，尤其是湖泊水库水源，常常出现春秋季节水体中藻类含量很高的现象，藻类数量达到几千万个甚至几亿个（每升水），即使水体中有机物、氮、磷等物质较低，只要气温高、光照强的天气持续时间较长就会发生，净水厂的原水pH值最高接近10，一般在9以上；同时原水中嗅味物质土嗅素、二甲基异莰醇含量较高。

　　目前以沉淀为主的常规处理工艺难以很好去除藻类，藻类高的原水絮凝效果差，形成的絮凝体沉淀性能很差，即使是100米长以上的平流沉淀池，也几乎不产生沉淀，造成滤池堵塞，导致过滤反冲洗周期缩短，致使水厂产水量降低，对供水生产造成严重影响。同时，供水生产的消毒过程中投加氯或次氯酸钠等，特别是预氧化，掺加氯，产生大量的消毒副产物，导致出厂水嗅味严重，供水水质难以达标。既影响生活饮用水的感官性状，更存在着危害人身健康的风险。另一方面，地表水中，存在较多的微量有机物，对人体有较大的危害，诸如农药、抗生素、内分泌干扰物等，目前常规处理工艺去除效果十分微小。

　　唐家水厂（12万m³/d），采用凤凰山水库作为水源，原水藻类经常较高，最高时达到1亿个/L以上，原水pH值达到9以上；原工艺采用机械搅拌澄清池+V滤池（砂滤池）+氯消毒，自建成投产运行以来，经常出现嗅味严重，出厂水浊度超标，嗅味物质土嗅素、二甲基异莰醇超标的问题，引发广泛的市民投诉。 水厂为解决上述问题，在各参建单位深入论证后，选用臭氧预氧化-絮凝-气浮-砂滤-臭氧活性炭耦合工艺作为升级改造工艺，并于2020年3月全线正常投产运行。

　　本研究课题的目标：于12万m³/d规模水厂开展生产运行试验与优化调整，考察臭氧预氧化、网格絮凝、气浮、石英砂过滤、臭氧生物活性炭过滤工艺，各个阶段对浊度、藻类、嗅味物质、铁、锰、农药、抗生素和内分泌干扰素等的去除效能，以及整体处理效果，建立完善臭氧预氧化-絮凝-气浮-砂滤-臭氧活性炭耦合工艺，优化工艺参数，使出水水质最优，并研究耦合工艺出水满足中国与欧盟标准。

　　二、研究思路

　　本项目开展过程中，本项目开展过程中，主要采用了以下方法：

　　资料收集研究：通过收集资料查阅文献，分析研究原水（凤凰山水库水）的特点与规律，结合水源水质特点，研究选择工艺运行参数和条件，制定耦合工艺试验方案。

　　中试试验研究与生产性试验研究相结合：本项目拟在实际工程中开展生产性试验研究工作，不仅需要基于严格缜密的理论分析和研究，更需要立足于实际生产的数据和运行经验。开展生产性试验，不能影响正常供水，因此，在开展生产性试验前，先挑选具有代表意义的特征水质指标，通过现场中试模型试验，考察耦合工艺的处理效果，确定运行参数和条件范围后，再开展生产性试验；另外，对于部分无法在生产线上开展的试验内容，转由中试模型平台开展相关试验研究。

　　本项目的研究技术路线如下图：

　　图2-1 技术路线图

　　三、研究内容

　　（一）收集耦合工艺的原水即凤凰山水库浊度、藻类、嗅味物质、铁、锰、农药、内分泌干扰素水质、抗生素水质指标的检测数据，分析原水水质数据的变化规律。

　　（二）整理耦合工艺设计参数，并收集实际运行状态和参数，对运行过程中存在的问题进行分析研究，分析工艺运行负荷，提出生产性试验的合理时间段。

　　（三）在耦合工艺生产性试验研究开展前，对常用工况流程水进行取样检测，分析其水质特征变化规律，取样点有原水、气浮出水、砂滤出水、炭滤出水；取样检测的水质指标有浊度、藻类、微囊藻毒素-LR、氨氮、UV254、DOM、甲醛及溴酸盐；收集的工艺参数有：进水流量、次氯酸钠投加量、臭氧投加量、絮凝剂投加量、气浮回流比、回流压力、砂滤滤速及冲洗周期、炭滤滤速及冲洗周期；在此基础上，通过分析水质数据和工艺运行参数，制定详细的试验方案。

　　（四）为保障水厂安全供水，建立1座5m³/h “预臭氧-絮凝-气浮-砂滤-臭氧活性炭”耦合工艺中试模型，中试模拟水厂工艺流程，基于水厂摸索1年有余的常用工况及投药组合开展试验研究，摸索耦合工艺最优出水的运行参数和条件，并应用于生产性试验研究，对于部分无法在生产线上开展的试验，采用中试试验的方式开展相关研究。

　　（五）耦合工艺试验研究，包括中试及生产性试验研究，耦合工艺的取样点有原水、气浮出水、砂滤出水、炭滤出水；取样检测的水质指标有：浊度、藻类、微囊藻毒素-LR、嗅味物质（土臭素、2-MIB）、氨氮、UV254、CODMN、铁、锰、农药草甘膦、抗生素恩诺沙星、内分泌干扰素DEP、消毒副产物（溴酸盐、甲醛、三卤甲烷、三氯乙烯等氯化消毒副产物）；在试验研究过程中，同时开展耦合工艺去除浊度和其他水质指标的相关性研究、协同去除铁锰的研究。

　　（六）检测分析“预氧化+网格填料絮凝+气浮+石英砂过滤+臭氧生物活性炭过滤耦合工艺”的进出水水质指标并收集工艺运行参数，调整工艺参数，使出水水质最优，研究耦合工艺出水满足中国与欧盟标准。

　　四、创新点与特色

　　（一）臭氧预氧化-絮凝-气浮-砂滤-臭氧活性炭耦合工艺，匹配条件、参数研究确定，满足出厂水质达到中国国家与欧盟标准。

　　（二）臭氧预氧化-絮凝-气浮-砂滤-臭氧活性炭耦合工艺，匹配条件、参数研究确定，达到去除藻类、浊度、嗅味物质、铁、锰、农药、抗生素、内分泌干扰素的效能最佳。

　　五、成果市场推广应用前景分析  

　　我国南方地区采用湖泊水库水源的水厂，常常出现春秋季节水体中藻类含量很高的现象，每升水的藻类数量达到几千万甚至上亿，而且浊度常年较低；而以沉淀为主的常规处理工艺，难以很好的处理低浊高藻含量的原水，存在絮凝效果差、沉淀池跑矾花、滤池堵塞、消毒副产物含量较高、嗅味严重等问题，另外，对于微量有机物、农药、抗生素、内分泌干扰物等的去除效果也十分有限。

　　“臭氧预氧化-絮凝-气浮-砂滤-臭氧活性炭耦合生活饮用水处理工艺”是基于上述水处理难题而提出，并通过现场中试及生产性试验开展优化研究，研究结果表明，耦合工艺对浊度、藻类、嗅味物质、铁、锰、农药、抗生素和内分泌干扰素具有较好的去除效能，水厂出水水质优良；耦合工艺依托的唐家水厂作为当地重点民生工程，产生了良好的示范效应，具有良好的推广应用前景。

　　六、实施成效  

　　广州市市政工程设计研究总院有限公司作为设计方，2015年承接唐家水厂改造工程项目（12万m³/d），在竞标过程中，项目团队对设计方案反复打磨、精益求精，最终凭借优质技术方案脱颖而出；改造工程的实施进一步降低了出厂水浊度、提升饮用水口感，并成功打造了珠海市第一个采用深度处理工艺的水厂示范工程。

图6-1 唐家水厂鸟瞰效果图

　　唐家水厂改造工程总投资约1.8亿元，于2020年3月全线正常投产运行，运行至今，出厂水水质已全面达到并优于《生活饮用水卫生标准》(GB5749)中的各项指标，媲美直饮水。2021年3月23日，羊城晚报专题报道了以纪念“世界水日”和“中国水周”为专题活动下，珠海市政协委员和市民代表饮用出厂水后尝到“甜”头的美好体验。

　　因课题技术成果实施效果良好，广州市市政工程设计研究总院有限公司于2021年底顺利中标唐家水厂二期工程勘察设计项目（16万m³/d，5.79亿元），二期项目的实施，为课题技术成果的可靠性和先进性提供了强有力的例证和背书。

　　羊城晚报专题报道：http://k.sina.com.cn/article_5787187353_158f17899020018hq8.html