西安市地下水现状水源水中除了铁、锰普遍超标外, 浊度、肉眼可见物、氨氮也经常性超标, 现有的简单加氯工艺不能对地下水源水中的污染物进行有效去除, 出水水质很难达到《生活饮用水卫生标准》 (GB 5749—2006) 的要求。

　　 针对西安市地下水水质现状, 在合理分析地下水中存在的主要超标污染物, 综合考虑国内外地下水处理技术后, 进行砂滤和生物活性炭及其组合工艺中试研究, 考察其对地下水中的铁、锰、氨氮、浊度、肉眼可见物的处理效果, 确定最佳工艺及参数。

　　 试验原水采用西安市西北郊水源地11号管井水与五厂水源地集水干管水根据试验要求配制, 具体水质如下:锰为0.85~1.06mg/L及1.58~1.69mg/L, 铁为0.26~0.32mg/L及1.06~1.29mg/L, 浊度为1.25~1.58NTU及1.25~1.58NTU, 色度为7~11度及15~22度, 氨氮为0.91~1.26mg/L及2.62~2.83 mg/L, COD_Mn为1.07~1.44mg/L及1.93~2.16mg/L。

　　 中试系统主要由四大部分组成, 包括预氧化系统、砂滤系统、生物活性炭系统和生物絮体拦截系统, 见图1。

　　 试验时间为2015年12月25日~2016年8月30日, 其中, 2015年12月~2016年2月底建成中试系统, 系统包括可随意组合的2套流程, 单流程设计处理能力0.75 m³/h, 最高处理能力1.0m³/h。试验系统于2016年3~8月不间断运行6个月时间, 平均运行时间23h/d以上。试验原水进入水处理中试系统, 系统分成独立的2套, 2套系统间设置连接管道, 2套处理系统工艺相同, 但设置不同运行参数。经过预氧化系统投药氧化后进入石英砂滤池, 过滤处理后的水进入中间水箱。经过加压泵提升至臭氧氧化-生物活性炭系统, 臭氧投加系统视试验情况启动或停止。臭氧氧化-生物活性炭出水直接排放。在系统前端设置生物絮体拦截系统, 分别为精密格栅和膜处理系统, 可超越。

　　 各工艺出水的Mn²⁺、氨氮、Fe²⁺、浊度和色度可达到的指标值为: (1) 砂滤工艺:Mn²⁺<0.06mg/L, 氨氮<0.4 mg/L, Fe²⁺<0.2 mg/L, 浊度<0.3NTU, 色度<10度; (2) 生物活性炭工艺:Mn²⁺<0.05mg/L, 氨氮<0.2mg/L, Fe²⁺<0.1mg/L, 浊度<0.3NTU, 色度<8度; (3) 砂滤和生物活性炭组合工艺:Mn²⁺<0.03mg/L, 氨氮<0.1mg/L, Fe²⁺<0.05mg/L, 浊度<0.2NTU, 色度<5度。

　　 出水COD_Mn随进水浓度的降低而降低, 在进水COD_Mn相同条件下, 不同工艺去除效果为砂滤和生物活性炭组合工艺>生物活性炭工艺>砂滤工艺。

　　 生物活性炭工艺的投资与运行成本均较高, 运行成本中, 臭氧工艺的费用权重大, 而试验中发现, 投加臭氧对COD_Mn的去除效果没有显著影响。因此采用高锰酸钾预氧化方案替代臭氧氧化方案, 降低工程造价, 减少运行成本。

　　 结合现场连续试验研究结果, 对砂滤工艺、生物活性炭工艺及砂滤和生物活性炭组合工艺进行综合分析比较, 确定砂滤和生物活性炭组合工艺为最佳净水工艺。

　　 工艺启动时, 先向进水中投加高锰酸钾氧化, 砂滤池形成活性膜, 同时对生物活性炭滤池进行挂膜;运行2个月后逐步降低投药量, 3~4个月后, 可不投加高锰酸钾。工艺要求进水Mn²⁺≤2.1 mg/L, 氨氮≤2.5mg/L, COD_Mn≤5.0mg/L。

　　 砂滤和生物活性炭组合工艺对污染物的去除效果如表1和表2所示。

　　 Mn²⁺≤2.1mg/L, 氨氮≤2.5mg/L, COD_Mn≤5.0mg/L, 工艺进水溶解氧>5.0mg/L, pH>7.5。

　　 (1) 滤层厚度1.2m, 滤速9m/h, 过滤周期48h; (2) 滤池反冲洗废水排水槽与滤层表层的适宜高度为0.5~0.7m。 (3) 采用气水联合反冲洗方式:第一阶段, 气反冲洗, 强度为14L/ (m²·s) , 时间3min;第二阶段, 气水联合反冲, 气冲强度14L/ (m²·s) , 水冲强度4.5L/ (m²·s) , 时间为4min;第三阶段, 水冲, 强度为4.5L/ (m²·s) 。

　　 (1) 炭层厚度1.1m、石英砂垫层厚度0.3m, 滤速6~7m/h, 过滤周期5d; (2) 滤池反冲洗废水排水槽与滤层表层的适宜高度1.0 m; (3) 为防止滤料流失, 采用以下反冲洗方式:第一阶段, 单独气冲, 强度14L/ (m²·s) , 时间4 min;第二阶段, 单独水冲, 强度5L/ (m²·s) , 时间为6min。

　　 通过对砂滤工艺、生物活性炭工艺和砂滤和生物活性炭组合工艺进行了综合分析比较, 确定砂滤和生物活性炭组合工艺为最佳净水工艺。试验结果表明该工艺出水水质为Mn²⁺<0.03mg/L, 氨氮<0.1mg/L, Fe²⁺<0.05mg/L, 浊度<0.2NTU, 色度<5度。完全满足《生活饮用水卫生标准》的要求。