摘要：嘉興市地處杭嘉湖平原，飲用水水源為地表河網(wǎng)水，歷史上受到嚴重的污染。回顧了嘉興近40年來，隨著水源水質(zhì)的變化和飲用水標準的不斷提高，嘉興飲用水處理技術(shù)的應(yīng)對措施和發(fā)展歷程，總結(jié)了從常規(guī)處理工藝到生物預(yù)處理工藝、深度處理工藝以及水源濕地技術(shù)的發(fā)展必要性和特點，尤其是根據(jù)科學(xué)原理，以工程技術(shù)措施系統(tǒng)解決冬季低溫期除氨氮的難題，為飲用水廠的建設(shè)和發(fā)展提供了一個技術(shù)思路。

嘉興地處浙江省東北部，地勢平坦、河網(wǎng)縱橫屬于杭嘉湖平原腹心地帶。20世紀80年代初，嘉興局部地表水尚可作為飲用水水源，但隨著工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展和人口的聚集，使得水源遭受較為嚴重的污染，水源水質(zhì)下降至Ⅳ、Ⅴ類，甚至出現(xiàn)劣Ⅴ類的情況。水環(huán)境狀況的惡化，使得飲用水源矛盾日益突出，嚴重制約了嘉興的經(jīng)濟發(fā)展。近年來，水源濕地的應(yīng)用以及“五水共治”的深入推進，嘉興的水環(huán)境得到了根本改善，但如何將受污染原水處理成為符合標準的飲用水，一直是嘉興供水人研究和奮斗的目標的。

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嘉興飲用水處理技術(shù)的發(fā)展歷程

嘉興供水人一直面對水源污染的現(xiàn)實問題和供水水質(zhì)標準越來越嚴格的雙重要求，飲用水處理技術(shù)經(jīng)歷了不斷的發(fā)展和優(yōu)化。根據(jù)其處理工藝的發(fā)展，可分為常規(guī)處理階段、生物預(yù)處理+強化常規(guī)處理階段、生物預(yù)處理+強化常規(guī)處理+深度處理階段和技術(shù)提升優(yōu)化階段。

①第一階段：常規(guī)處理階段

為了保障嘉興市居民飲用水安全，20世紀80年代末90年代初建立了石臼漾水廠。水源水取自嘉興市當時水質(zhì)最好的新塍塘，設(shè)計供水能力為l5×10 4m3/d，分兩期建設(shè)，一期工程設(shè)計能力為5×104m3/d，建成于1992年，凈水處理工藝流程如圖1所示。

圖1 常規(guī)處理工藝流程

該凈水工藝即傳統(tǒng)意義的常規(guī)處理工藝，主要是去除原水中懸浮物、膠體物和部分大分子有機物，并殺滅水中絕大部分細菌和病毒，以保證飲用水的安全性。出廠水水質(zhì)達到《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB 5749—85)要求。

② 第二階段：生物預(yù)處理+強化常規(guī)處理階段

隨著嘉興經(jīng)濟的快速發(fā)展，地表水污染問題日益突出。水源水水質(zhì)指標如NH 3-N、溶解性有機物等已劣于Ⅲ類水體，常規(guī)凈水處理工藝又難以有效去除NH3-N以及溶解性有機污染物，影響出廠水水質(zhì)。為了適應(yīng)水環(huán)境形勢發(fā)展和城市發(fā)展需求，石臼漾水廠于1995年開始二期擴建工程，采用了彈性立體填料生物預(yù)處理技術(shù)，建成國內(nèi)首個飲用水廠生物接觸氧化預(yù)處理池；同時將四閥濾池改造為氣水反沖均粒濾料濾池，采取投加高錳酸鹽復(fù)合藥劑等強化常規(guī)處理措施，并于1996年6月投入生產(chǎn)。生物預(yù)處理+強化常規(guī)處理工藝流程如圖2所示。

圖2 生物預(yù)處理+強化常規(guī)處理工藝

該工藝在傳統(tǒng)工藝功能的基礎(chǔ)上，增加了處理NH 3-N以及部分溶解性有機物的功能。其中生物接觸氧化池主要利用彈性立體填料上生長的微生物的氧化分解及轉(zhuǎn)化功能，以水中有機物(少數(shù)以無機物)作為微生物的營養(yǎng)，通過其新陳代謝作用，對有機物、NH3-N等污染物進行初步去除降解，減輕后續(xù)處理單元負荷。同時處理工藝中采用了投加高錳酸鹽復(fù)合藥劑強化常規(guī)處理的措施，不僅強化了混凝效果，也有利于有機污染物的去除。濾池中濾料也改為均質(zhì)濾料，截污性能明顯提升，同時延長了過濾周期，提高了產(chǎn)水量，經(jīng)濟效益明顯。水廠出廠水水質(zhì)達到了《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB 5749—85)。

③生物預(yù)處理+強化常規(guī)處理+深度處理工藝

由于嘉興水環(huán)境的持續(xù)惡化，使得地表水污染嚴重。水體水質(zhì)急劇下降，常年為Ⅳ～V類，枯水期甚至劣于V類。嘉興市供水水源多為平原河網(wǎng)過境水，原水中氨氮和有機物含量較高，是典型的污染水源水，若繼續(xù)沿用原有凈水工藝，將導(dǎo)致水廠出水COD Mn和氨氮等超標。因此，必須提升全面提升處理工藝技術(shù)。

2003年9月，石臼漾水廠通過技術(shù)提升，實現(xiàn)了臭氧和活性炭（O3-BAC）深度處理工藝作為最終保障手段的多級屏障的飲用水處理技術(shù)。至此，嘉興飲用水處理技術(shù)已經(jīng)形成生物預(yù)處理+強化常規(guī)處理+深度處理的多級屏障處理技術(shù)。這一技術(shù)體系在2004年石臼漾水廠現(xiàn)場研討會上被與會專家總結(jié)為“嘉興模式”。該技術(shù)具體工藝流程圖3所示。

圖3 生物預(yù)處理+強化常規(guī)處理+深度處理工藝流程

該工藝采用O 3-BAC深度工藝，側(cè)重于去除常規(guī)工藝難以去除的溶解性小分子有機物，以降低出廠水的CODMn。改造后的水廠出水水質(zhì)符合衛(wèi)生部2001年頒布的《生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范》的要求。石臼漾水廠其后還進行了擴建，采用中置式高密度沉淀池替代傳統(tǒng)平流沉淀池。至2005年6月，石臼漾水廠總規(guī)模達到25×10 4m3/d，出廠水水質(zhì)達到《城市供水水質(zhì)標準》（CJ/T 206—2005）。這一階段，活性炭池均采用下向流。

根據(jù)城市發(fā)展規(guī)劃，嘉興市貫涇港水廠開始投資建設(shè)。其中一期供水能力為15×10 4m3/d，工藝技術(shù)體系沿用石臼漾水廠的工藝體系，以生物預(yù)處理+強化常規(guī)+深度處理工藝為主要技術(shù)路線。具體工藝流程見圖4。

圖4 貫涇港水廠一期工藝流程

從貫涇港水廠一期工程開始，活性炭池轉(zhuǎn)為上向流方式運行，更有利于有機物的去除，同時活性炭池的工作周期可延長至一個月以上；工程中還設(shè)置了粉末活性炭的應(yīng)急投加系統(tǒng)（石臼漾水廠同期也增設(shè)了粉末活性炭應(yīng)急投加系統(tǒng)）；砂濾池前增加了二次微絮凝。但中置式高密度沉淀池在使用中存在循環(huán)污泥濃度低、工作負荷低等問題，在后續(xù)優(yōu)化運行管理中進行了技術(shù)改造。

④技術(shù)提升優(yōu)化階段

2000年以后，嘉興市對全市域水環(huán)境采取了一系列的改善和保護措施，但是水源水質(zhì)并未得到明顯改善。與此同時水廠還要應(yīng)對水質(zhì)標準的提升：《生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB 5749—2006）較之以前標準由35項增加至106項；2008年，浙江省城市水業(yè)協(xié)會頒布了《城市供水現(xiàn)代化水廠評價標準實施細則》（2008年版）；2013年，該標準進一步提升為《浙江省城市供水現(xiàn)代化水廠評價標準》（2013版），其中濁度指標由國家標準的1NTU提升為0.1NTU，其他15項指標也有不同程度的提高。這些標準的實施直接促使嘉興飲用水水處理技術(shù)不斷提升、更新和優(yōu)化。2009年6月，石臼漾濕地投入運行，極大地提升了石臼漾水廠水源水水質(zhì)。

經(jīng)過多年的優(yōu)化運行和技術(shù)積累，同時借助國家重大水專項課題的研究機遇，貫涇港二期工藝（15×10 4m3/d） 進行了全面提升和系統(tǒng)設(shè)計，具體工藝詳見圖5。

圖5 貫涇港水廠二期工藝流程

貫涇港水廠二期工藝也同時配建貫涇港濕地，該濕地的運行以及嘉興市“五水共治”不斷推進，使貫涇港水廠進水水質(zhì)不斷提升，常年維持在IV標準，并有進一步改善的趨勢。貫涇港水廠還將水源濕地納入水廠工藝運行范圍，設(shè)置了濕地水源和長水塘水源相互切換的雙水源系統(tǒng)，并利用這一功能， 實現(xiàn)了與傳統(tǒng)意義上向水質(zhì)較好水源切換不同的“雙水源水溫水質(zhì)預(yù)警主動切換技術(shù)” 。研究表明，不同水溫條件下，去除NH 3-N的亞硝化和硝化細菌種屬不同；根據(jù)這一原理，在每年秋冬交際水溫降至10℃左右時，貫涇港水廠主動將水源切換至NH 3-N濃度較高的水源，協(xié)助完成圖5中生物濾池與水溫相適應(yīng)的亞硝化和硝化細菌的培養(yǎng)，待菌種培養(yǎng)任務(wù)完成后，再將水源切換至NH 3-N濃度更低的水源，從系統(tǒng)上解決了長期困擾水廠的冬季低溫期NH 3-N的去除問題。

二期工藝的另一個顯著特點是取消了生物預(yù)處理技術(shù)（見圖5），采取“先除濁為主再除污染物”的技術(shù)路線，避免了工程中常見的生物預(yù)處理池“夏季微生物過度生長、冬季微生物活性急劇下降”的問題 。后置的生物濾池除完成生物除氨氮作用外，出水濁度均在1NTU以下，有效控制了水中的顆粒物濃度，減輕了后續(xù)O 3-BAC的負荷。工藝中，還采用了管理上更為成熟的平流沉淀池取代了中置式高密度沉淀池；砂濾池采用二次微絮凝技術(shù)和濾池低強度反洗技術(shù)結(jié)合，控制出水濁度和顆粒數(shù)，同時反沖洗節(jié)水可達20%。

通過優(yōu)化運行，出廠水水質(zhì)不僅達到了《生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB 5749—2006)，還達到了更為嚴格的《浙江省城市供水現(xiàn)代化水廠評價標準》（2013版）；其中出廠水濁度＜0.1 NTU、2µm以上的顆粒數(shù)＜30個/mL，有效控制了微生物風險，保障了城市供水水質(zhì)的安全。

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“嘉興模式+”的討論

貫涇港水廠二期工藝是多年工程經(jīng)驗和理論研究的成果，從流程圖上看，工藝偏長，但從工藝內(nèi)在的邏輯性分析可以看出其主要的技術(shù)思路。

①“先除濁再除氨氮”的技術(shù)思路，結(jié)合雙水源的技術(shù)思路解決了冬季低溫期除NH3-N的技術(shù)難題。同時解決了生物預(yù)處理技術(shù)冬季微生物活性低及生物量少、而夏季微生物過度繁殖的問題。

②采用二次微絮凝技術(shù)和濾池低強度反洗技術(shù)，濾池反沖洗節(jié)水達20%。

③采用傳統(tǒng)有效的技術(shù)措施，例如平流沉淀池，使水廠運行更為穩(wěn)定，易于管理。

④采用O3-BAC深度處理工藝，尤其是上向流技術(shù)，提高了有機物的去除效果，同時將運行周期提高到一個月以上，降低了反沖洗能耗。

⑤貫涇港水廠的運行優(yōu)化管理中，堅持“系統(tǒng)優(yōu)化優(yōu)先，單體構(gòu)筑物優(yōu)化服從系統(tǒng)” 指導(dǎo)思想，從而使多級屏障的技術(shù)特點得到充分體現(xiàn)。

近幾年的工作實踐表明，嘉興市在飲用水技術(shù)方面的不斷創(chuàng)新和進取應(yīng)對了水源水質(zhì)變化和飲用水標準的提升，保證了城鎮(zhèn)用水需求。“嘉興模式”也由特色鮮明的技術(shù)體系轉(zhuǎn)變成為 “工程應(yīng)用成熟技術(shù)成果+完善優(yōu)化現(xiàn)有工藝體系+預(yù)研新技術(shù)”三同時的“嘉興模式+”技術(shù)管理體系。“嘉興模式+”的水處理技術(shù)和運行管理體系不僅僅是挖掘現(xiàn)有工藝潛力、應(yīng)用研究成果提升完善工藝，更在其對未來技術(shù)的研究開放性，未雨綢繆跟蹤和研發(fā)新型工程技術(shù)是“嘉興模式+”不斷前進的內(nèi)涵。

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關(guān)于水質(zhì)提升的進一步思考

嘉興市目前供水水質(zhì)已經(jīng)達到《生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB 5749—2006）的要求，但面對人民群眾對水質(zhì)不斷提升的需求，嘉興市水務(wù)投資集團有限公司計劃在水源、水處理工藝、管網(wǎng)等方面進行全面提升。

①在水源方面，進行嘉興市域外引水。2015年以來，嘉興市積極謀劃參與千島湖引水工程，力圖徹底解決水源問題，但由于引水水量有限，不能完全滿足城鎮(zhèn)所需水量；嘉興市目前正在進行“太湖飲水”的可行性論證。

②在提升工藝方面，研究有針對性的水處理技術(shù)。嘉興市供水水質(zhì)進一步提升的限制性參數(shù)是高錳酸鹽指數(shù)，目前已有的生物處理技術(shù)以及臭氧活性炭技術(shù)難以有效去除濃度已經(jīng)較低的有機物；貫涇港水廠正在國家重大水專項支持下進行低鹽截留率的納濾系統(tǒng)技術(shù)研究。

③在供水管網(wǎng)方面，研究實施“大分質(zhì)”供水、多水源供水策略。工業(yè)企業(yè)與居民生活、居民沖廁等與飲用水水質(zhì)要求均不同，考慮到居民家庭內(nèi)部分質(zhì)供水對管網(wǎng)改造所需的巨大費用以及潛在風險，嘉興市水務(wù)投資集團正在論證“工業(yè)企業(yè)單獨供水、居民優(yōu)質(zhì)供水”的“大分質(zhì)”策略。面對多水源供水的必然形勢，相關(guān)運行技術(shù)也在國家重大水專項支持下有序進行。

本文全文見《中國給水排水》2021年第2期“嘉興飲用水處理技術(shù)的發(fā)展與回顧”，其作者及單位如下：

徐飚1，朱海濤1，孫海平1，劉宏遠2

本文標準著錄格式：

徐飚，朱海濤，孫海平，等.嘉興飲用水處理技術(shù)的發(fā)展與回顧[J].中國給水排水，2021，37（2）：7-11.

XU Biao, ZHU Haitao, SUN Haiping, et al. Development and review of drinking water treatment technology in Jiaxing [J]. China Water & Wastewater, 2021, 37(2): 7-11（in Chinese）.

編輯： 李德強