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      1. 携手同行,共创辉煌!
        年度奖项

        强化常规与深度处理集成技术与应用

          强化常规与深度处理集成技术与应用
          1.项目简介
          为了改善上海的原水水质,上海市实施了青草沙原水工程。上海市市区现有的大多数水厂将由黄浦江原水逐步切换为长江原水。长江原水水质较黄浦江原水有明显提高,但是经过长江中下游后的水中含有多种浓度较高的特征污染物。多年以来,国家较多围绕黄浦江原水开展相关的研究、设计和生产。但是,对于长江原水的相关研究和设计,数据资料和工作基础比较欠缺。
          为了达到工程安全、经济、可靠的目的,急需科研力量支撑相关的研究和优化,为青草沙水源和黄浦江水源的深度处理最终工程方案以及高品质饮用水处理的决策和设计提供工艺路线、运行参数等。
          本项目密切结合上海市实施的给水工程项目,针对黄浦江水源水和青草沙水源水特征,通过研究和攻关,形成了臭氧活性炭安全与优化集成技术、水厂水源切换适应性优化集成技术、高级氧化与精细过滤集成技术和净水工艺技术经济性集成技术4项核心技术,解决了生物活性炭池出水生物安全控制、水源切换后运行优化、有机物深度去除和投资与成本控制等难题,在去除有机物的同时,确保生物安全性和副产物安全性,显著改善饮用水水质,解决威胁人民健康的重大问题,提高大中型给水厂的技术水平,保障国际化大都市的供水安全可靠,维护社会和谐稳定。成果对上海市以及国内类似工程的设计和建设具有重要指导作用,保证工程设计的科学性和合理性,丰富并完善给水领域的理论体系和工艺技术,具有十分重要的科学价值和实用价值。
          该项目关键技术成果总体技术达到国际先进水平。成果包括授权专利31项(发明授权9项)、论文30篇(SCI/EI收录5篇)、主编国标《室外给水设计标准》(GB 50013-2018)8和住建部行标《城镇给水膜处理技术规程》(CJJ/T 251-2017)、《城镇给水微污染水预处理技术规程》(CJJ/T 229-2015),示范应用于上海、江苏、山东等地,出厂水优于国家标准和地方标准,有力提升了饮用水的安全技术水平,社会效益、环境效益和经济效益显著。
          2.项目主要技术内容
          2.1创新点
          (1)系统构建臭氧活性炭安全与优化集成技术
          针对不同原水特、、性,按新建工程和升级改造工程,形成臭氧活性炭为核心的前炭后砂与前砂后炭等组合工艺,提出炭池下设砂层、后置砂滤池、组合消毒等生物安全控制技术,提出臭氧投加优化与硫酸铵投加技术,实现溴酸盐安全控制在国标限值50%。
          图1 炭池上向流与下向流去除CODMn对比(同一南水北调中线原水)
          图2 炭砂滤池滤速对CODMn影响
          (2)形成水厂水源切换适应性优化集成技术
          基于大规模生产性调试,揭示了常规净水工艺关键运行参数和影响因素,提出了新型混凝剂聚硫氯化铝及加药量,混凝剂用量同比减少50%,解决了出厂水铝离子超标难题。提出输水与厂内结合的多点氧化集成技术,解决了水库水藻类控制难题。形成前后臭氧投加协同减量技术,降低了副产物风险,减少了臭氧成本。沉淀池排泥周期延长至2天,降低了水耗。
          图3 高速澄清池水流速度分布
          (3)创立高级氧化与精细过滤集成技术
          基于各单元协同机理,提出了AOP集成工艺及O3/UV-BAC-UF组合工艺,形成臭氧活性炭-膜组合工艺,并应用于优质饮用水工程,出水水质优于《饮用净水水质标准》(CJ94-2005)。
          表1 O3/UV-BAC-UF组合工艺出水
          (4)系统提出净水工艺技术经济性集成技术
          基于对新建工程和升级改造工程的流程分类,提出典型工艺流程下的不同规模的水厂吨水建设成本,新建一次提升的强化常规+臭氧活性炭流程比中间提升流程总投资分别节省123~136元/m3(10~30万m3/d)及99~111元/m3(30~50万m3/d)。揭示了不同原水水厂运行成本存在差异的主要因素为混凝剂、液氧及臭氧制备车间用电成本,黄浦江原水水厂三者合计比青草沙原水水厂高60%以上。
          表2 10万m3/d水厂的药剂和臭氧成本(万元/年)
          
          2.2应用情况
          成果已示范和推广应用于上海、青岛、苏州、常州等地,出厂水水质稳定达到国家标准和地方标准,生物安全性、口感等提升明显。
          上向流活性炭集成工艺成果应用于南水北调长江水的郑州柿圆水厂(32万m3/d),出厂水符合国家标准,其中浊度小于0.5NTU,CODMn小于1.5mg/L。
          下向流活性炭集成工艺成果应用于上海奉贤第三水厂(30万m3/d),预臭氧0.5~0.8mg/L,后臭氧0.8~1.2mg/L。采用深度处理集约化技术,工程投资与同类传统技术相比节省510万元。出厂水符合国家标准和地方标准,其中浊度小于0.2NTU,CODMn小于2.5mg/L,氨氮小于0.35mg/L。推广于吴中新水厂二期工程(40万m3/d)、新车墩水厂工程(20万m3/d)、奉贤第一水厂工程(10万m3/d)、常州魏村水厂深度处理改造工程(70万m3/d)、苏州工业园区星港街水厂二期深度处理升级改造工程(30万m3/d)等。
          水源切换优化技术成果应用于杨树浦水厂(140万m3/d,包括36万m3/d的7#臭氧活性炭工艺),切换水源后的CODMn、氨氮明显降低,去除率分别提高20%和50%。臭氧活性炭工艺出水三氯甲烷、一氯二溴甲烷、二氯一溴甲烷、三卤甲烷等均明显降低。出厂水符合国家标准,其中浊度均值低于0.14NTU,氨氮均值低于0.32mg/L,CODMn均值低于1.4mg/L。推广于南市水厂改造一期工程(50万m3/d)和南市水厂改造二期工程(20万m3/d)等。
          臭氧活性炭和膜组合技术应用于青岛白沙河水厂深度处理工程,CODMn去除率20~30%,NH3-N去除率35~45%(水温高于12.5℃),超滤膜出水浊度≤0.1 NTU,两虫去除率≥6 log。组合工艺正推广应用于临港自贸区水厂(20万m3/d)。
          O3/UV-BAC-UF组合工艺示范应用后,出水优于行标《饮用净水水质标准》CJ94-2005,其中浊度0.1NTU,色度5,三氯甲烷、二氯一溴甲烷、一氯二溴甲烷平均去除率96%以上,CODMn和UV254去除率分别79%和89%。
          图4 郑州柿圆水厂的上向流炭池
          图5 杨树浦水厂的高速澄清池

                 图6 青岛白沙河水厂炭滤池的管廊 
           
             图7 青岛白沙河水厂膜车间
          2.3经济、社会效益
          项目成果的应用对象水厂为社会提供公共服务,凝练出若干集成技术,已应用于上海、青岛、苏州、常州等地。主编国家标准《室外给水设计标准》GB50015-2018及行业标准《城镇给水膜处理技术规程》CJJ/T251-2017和《城镇给水微污染水预处理技术规程》CJJ/T 229-2015等,出版著作2部《净水厂设计》(第二版)和《给水排水设计手册——城镇给水》(第三版),有力推动了行业技术水平,培养该领域的学科带头人,在实现项目建设、保障供水安全、提升资源集约等方面产生显著的社会、环境效益,带动了水力、化工、材料等学科的交叉研究和应用,提升了企业自主创新能力、技术设备集成化水平和在国内外的核心竞争力。
          图8 主编的国家标准

          图9 主编的行业标准

          图10 主编的行业名著
          3.主要完成单位及完成人
          项目牵头单位上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司联合上海市政工程设计科学研究所有限公司、上海水业设计工程有限公司。
          上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司是国内市政给排水领域大型综合设计单位,2008年获得首批国家工程设计综合资质甲级证书,在给水工程、排水工程、水环境等领域拥有丰富的设计经验,近年完成了我国规模最大的浸没式超滤膜项目宁波桃源水厂(50万m3/d)、我国规模最大的压力式超滤膜项目广州北部水厂工程的膜工程(60万m3/d)和全球高原地区规模最大的地表水厂拉萨市纳金水厂(40万m3/d)等一批重点工程。主持主编了《室外给水工程设计标准》GB 50013-2018、《室外排水工程设计标准》GB 50014-2021、《城镇内涝防治技术规范》(GB 51222-2017)、《城镇雨水调蓄工程技术规范》(GB 51174-2017)、《城镇给水膜处理技术规程》CJJ/T 251-2017等给水排水领域主要的国家和行业标准。王如华团队牵头完成本项目的各项成果,对4个创新点进行研发、优化设计和工程示范等,主编了国家及住建部行业标准共3项,主编了专著2部,获得授权发明专利《一种上向流活性炭滤池》(ZL 201310410158.1-1)等,并发表论文《Comparison of microbial community shifts in two parallel multi-step drinking water treatment processes》、《深度处理工艺的系统选择研究》等,并将成果实现工程示范和推广应用。上海市政工程设计科学研究所有限公司和上海水业设计工程有限公司分别参与对“AOP集成工艺及O3/UV-BAC-UF组合工艺”和““上向流活性炭滤池””进行研发、优化设计等,并将该成果实现工程示范和推广应用。
          主要完成人为王如华、许嘉炯、张硕、芮旻、王晏、王健、洪景涛、陆彬、王非宇、张晏晏、张东波、任中佳。
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