城市黑臭水体不仅给群众带来了极差的感官体验, 也是直接影响群众生产生活的突出水环境问题, 国务院颁布的《水污染防治行动计划》提出“到2020年, 地级及以上城市建成区黑臭水体均控制在10%以内, 到2030年, 城市建成区黑臭水体总体得到消除”的控制性目标。城市黑臭水体整治已经成为各级地方政府改善城市人居环境工作的重要内容。

　　 江苏省徐州市于2013年提出“水更清”行动计划, 着力改善和提升城市河湖水环境质量, 营造水清岸绿景美的生活环境。本文介绍的D净水厂和N净水厂即是“水更清”行动计划的重要组成部分, 主要目的是对河道上游来水进行处理, 从而优化河湖水质。目前, 两座净水厂已基本竣工, 进入调试、试运行阶段。由于笔者亲自参与了两座净水厂的处理工艺选择和设计工作, 因此希望通过本文对相关经验进行总结, 以期对其他城市黑臭水体整治工作的推进和我国城市黑臭水体整治技术的进步提供参考和借鉴。

　　 D净水厂和N净水厂的原水为同一水系, 其2009~2011年平均水质情况见表1。

　　 根据徐州市水系关系图, 南水北调东线京杭运河水质将影响两座净水厂的原水水质。京杭运河存在2种运行工况:一是调水期, 原水为长江长距离调水, 原水流向是东向西、南向北, 水质总体可达到《地表水环境质量标准》 (GB 3838-2002) Ⅲ类, 水质较好;二是非调水期, 原水为上游湖泊来水, 水质较差, 如表1所示, 原水流向为西向东、北向南。

　　 对水质数据进行分析可知, 非调水期原水主要指标COD_Mn、COD、BOD₅均可以达到《地表水环境质量标准》Ⅳ类水质要求;氨氮指标偶有超出Ⅴ类, 但高出得不多, 主要集中于每年的1~4月。但根据南水北调的运行工况, 将来该段时间为调水期, 水质将会大大改善。因此, 理论上D净水厂和N净水厂的原水水质不会劣于调研资料里的数据。

　　 根据相关规划, D净水厂出水受纳水体为河道, 要求满足观赏性景观水质标准, 且建设单位要求以出水透明度至少为1.5m的标准去除浊度、色度等污染物, 另外还需总体满足《地表水环境质量标准》 (GB 3838-2002) 的Ⅳ类水质要求 (总氮除外) 。

　　 N净水厂出水受纳水体为湖泊, 要求满足娱乐性景观水质标准, 透明度至少为1.5m, 既能满足天然游泳场要求, 且总体达到Ⅲ类水质标准 (总氮除外) 。

　　 D净水厂设计规模40万m³/d, N净水厂设计规模20万m³/d。由于水量规模的论证涉及换水周期、补水点选择等因素, 因此本文不作详细讨论。

　　 针对原水水质情况和出水水质目标, 要合理经济地选择处理工艺, 同时要考虑到两座净水厂为景观水处理工程, 非饮用水处理工程, 如果盲目追求过高的水质, 将导致投资高, 运行费用高;但标准过低, 又将不能满足建设需求, 且将来运行操作难度大, 检修量大。因此净水厂工艺路线的选择至关重要。

　　 根据原水水质情况和出水水质目标, 确定D净水厂主要水质控制指标为浊度、色度、漂浮物、臭味等。氨氮、有机物、总磷等不考虑专门设置独立的工艺单元, 而是结合上述目标污染物连带去除。

　　 据此, D净水厂可能采用的水处理工艺有: (1) 预氧化+强化混凝沉淀; (2) 微絮凝+强化过滤; (3) 微絮凝+气浮。各工艺的适用性分析见表2。

　　 经综合比较, “预氧化+强化混凝沉淀”对原水水质适用性强, 对浊度、色度去除效果好, 强化后提高了对有机物和氨氮的去除率, 占地小、设备少、投资低、运行成本低、运行管理简单。另外, D净水厂出水非人体直接接触, 出水微生物要求不高, “预氧化+强化混凝沉淀”工艺本身具有一定的去除病原微生物效果, 因此无需专门消毒, 出水微生物安全也能满足要求。

　　 综上, D净水厂最终采用以“预氧化+强化混凝沉淀”为核心的净水工艺, 具体流程为:高锰酸钾预氧化+管道混合器+折板絮凝斜管沉淀+跌落出水, 主要工程内容包括取水泵房、折板絮凝斜管沉淀池、综合加药间、生产废水综合处理池及出水口等^[1,2]。类似工艺曾在南京上元门水厂玄武湖补水制水流程 (设计规模20万m³/d) 中应用, 该厂已投入运行10年以上, 出水浊度可达到1NTU以下, 色度5度以下, 效果很好, 见图1。

　　 D净水厂主要生产构筑物设计参数如下:

　　 (1) 取水泵房。取水泵房采用潜水混流泵, 井筒式安装。泵房由格栅井、吸水井流道和出水渠道组成。格栅井分独立2格, 每格格栅井安装回转式格栅除污机2套。吸水井分独立2格, 每格吸水井内安装3台潜水混流泵, 2用1备, 单泵流量4 375m³/h。

　　 (2) 折板絮凝斜管沉淀池。采用管道混合器混合;折板絮凝斜管沉淀池设6座, 每座规模6.7万m³/d;折板采用120°相对折板, 絮凝时间15.1min;斜管区设计上升流速为2.67mm/s;每格沉淀池排泥设1套虹吸式吸泥机。

　　 (3) 综合加药间。根据原水水质情况, D净水厂投加药剂包括混凝剂、高锰酸钾、PAM及次氯酸钠。混凝剂采用液体聚氯化铝, 考虑除磷需要, 混凝剂最大加注量90 mg/L (按液体聚氯化铝, PAC计) , 平均加注量50 mg/L。高锰酸钾最大加注量1.8mg/L, 平均加注量1.2mg/L。助凝剂PAM最大加注量0.3mg/L, 平均加注量0.1 mg/L。杀藻采用次氯酸钠, 最大加注量1.5 mg/L (按有效氯计) , 平均加注量1mg/L。

　　 目前D净水厂已进入试运行阶段, 出水浊度等水质指标满足设计要求。

　　 根据原水水质情况及出水水质目标, 确定N净水厂主要去除的污染对象为氨氮、有机物、总磷、粪大肠菌群、浊度、色度、漂浮物、臭味、藻类等。

　　 根据常用的水处理技术选择, N净水厂拟在强化混凝沉淀或过滤的基础上, 增加高锰酸钾预氧化、生物处理、气浮、消毒等工艺过程。其中:高锰酸钾预氧化主要为助凝, 强化混凝沉淀或气浮的效果, 同时加强对色度、臭味、藻类的去除;生物处理主要去除氨氮、溶解性有机物、色度、臭味等;气浮主要去除藻类和增加水体中溶解氧含量;消毒主要去除水中病原微生物。

　　 但以上工艺过于复杂, 将导致净水厂投资和运行成本过高, 因此考虑将生物处理和气浮过滤组合, 简化工艺流程。经综合比较, 将气浮与生物滤池结合, 形成浮滤池, 上部为溶气气浮, 下部为生物陶粒滤层和石英砂双层滤料, 采用翻板滤池型式, 面包管配水配气。

　　 综上, N净水厂最终采用以“预氧化+气浮生物过滤”为核心的净水工艺, 具体流程为:高锰酸钾预氧化+管道混合器+机械絮凝气浮生物陶粒石英砂双层滤料滤池+紫外消毒, 主要工程内容包括取水泵房、浮滤池及辅助车间、紫外消毒渠、综合加药间、生产废水处理综合池、排渣池等^[1,3]。类似工艺在山东潍坊白浪河水厂已成功运行10年, 效果良好;在广州市东濠涌水质净化厂 (景观水处理厂) 已成功运行6年, 效果极佳, N净水厂处理工艺流程见图2。

　　 N净水厂主要生产构筑物设计参数如下:

　　 (1) 取水泵房。取水泵房采用潜水混流泵, 井筒式安装。泵房由格栅井、吸水井流道和出水渠道组成。格栅井分独立2格, 每格格栅井安装回转式格栅除污机2套。吸水井分独立2格, 每格吸水井内安装3台潜水混流泵, 2用1备, 单泵流量2 188m³/h。

　　 (2) 浮滤池。采用管道混合器混合。机械絮凝气浮生物陶粒石英砂滤池是由机械絮凝池、气浮生物滤池、冲洗泵房合建的构筑物。机械絮凝池总絮凝时间为3.8 min, 采用立式机械絮凝搅拌机。气浮生物陶粒石英砂滤池设有进水渠道、气浮接触区、气浮分离区、滤池过滤区。滤池过滤区设于气浮分离区下方。气浮接触区上部上升流速约18.4mm/s。进水在接触区与释放器释出的气泡相接触, 完成气泡与细小絮体的黏附后, 形成带气絮粒, 有利于下阶段的分离。气浮分离区上升流速2mm/s。前阶段混合絮凝及气泡接触后形成的带气絮粒, 进入气浮分离区后, 快速上浮并集中在滤池上层水体中, 水体得到部分固液分离, 水流向下流向滤料层。过滤区设于气浮分离区下方, 共12格, 单格过滤面积112m², 设计滤速7.2m/h。采用双层滤料:上层陶粒滤料, 厚度1.2m;下层石英砂滤料, 厚度0.4m;砂滤层下设承托层, 厚度0.45m。承托层下设收集水管, 采用面包管形式, 作为过滤出水和反冲洗的配水配气系统。溶气回流系统包括回流泵、溶气用空压机、溶气罐和释放系统, 设定回流比约5%~10%。

　　 (3) 综合加药间。根据原水水质情况, N净水厂投加药剂包括混凝剂、高锰酸钾。混凝剂采用液体聚氯化铝, 混凝剂最大加注量70mg/L (按液体聚氯化铝计) , 平均加注量35mg/L。高锰酸钾最大加注量1.8mg/L, 平均加注量1.2mg/L。

　　 (4) 紫外线消毒。采用渠道式紫外线消毒, 消毒剂量20mJ/cm²。

　　 (1) 随着经济社会的不断发展, 城市黑臭水体整治将成为各级地方政府改善城市人居环境工作的重要内容。针对黑臭水体处理的净水厂的工艺选择应针对原水水质情况和出水水质目标, 同时要考虑到景观水处理工程的定位, 既不盲目追求过高的水质, 导致投资高, 运行费用高, 而且又不能过分降低标准, 导致不能满足需求, 将来运行操作难度大, 检修量大。

　　 (2) 在城市黑臭水体整治技术方面, 徐州市D净水厂和N净水厂是一个十分有益的探索, 目前, 两座净水厂均已进入试运行阶段, 出水指标能够满足设计要求。其处理工艺的选择和设计对其他城市黑臭水体整治工作的推进和我国城市黑臭水体整治技术的进步具有重要的参考和借鉴意义。