ACTIFLO高密度沉淀池在法國(guó)巴黎梅里奧塞水廠的應(yīng)用
法國(guó)巴黎梅里奧塞（Mery-sur-Oise）水廠，位于法國(guó)巴黎北郊，美麗的奧塞（Oise）河旁，該廠建于20世紀(jì)初，經(jīng)多次重大改造，目前供水規(guī)模已達(dá)34萬(wàn)m3/d，其中14萬(wàn)m3/d采用納濾膜技術(shù)。這是世界上第一個(gè)采用納濾膜技術(shù)處理河水的水廠，水廠出水水質(zhì)安全衛(wèi)生，口感好，不含氯味，代表了21世紀(jì)世界飲用水的方向，該廠的廣告語(yǔ)“丟掉瓶裝水，打開(kāi)自來(lái)水龍頭吧！”。
一、建設(shè)概況
梅里奧塞水廠原供水規(guī)模20萬(wàn)m3/d，采用水處理工藝：混合反應(yīng)沉淀—砂濾—后臭氧接觸池—生物活性碳濾池—氯化接觸池。由于奧塞河水質(zhì)污染不斷加劇，1993年該廠安裝了一套1400m3/d納濾中試裝置，開(kāi)始為附近的阿沃斯奧塞小鎮(zhèn)提供膜處理用水，兩年的試驗(yàn)結(jié)果證明了納濾膜技術(shù)是行之有效的。1995年法國(guó)水務(wù)企業(yè)聯(lián)合集團(tuán)（SEDIF）決定投資1.5億歐元增建14萬(wàn)m3/d納濾膜水廠，并于1999年建成試運(yùn)行，采用水處理工藝：ACTIFLO®高密度沉淀池—臭氧接觸池—雙層濾料濾池—保安濾器—納濾—紫外消毒。該廠建成后，不僅出水水質(zhì)好，可為巴黎北郊39個(gè)區(qū)大約80萬(wàn)居民提供優(yōu)質(zhì)飲用水，而且自動(dòng)化程度高，整個(gè)水廠采用了1250臺(tái)由計(jì)算機(jī)控制的預(yù)報(bào)控制屏，950多臺(tái)在線傳感器，140個(gè)自動(dòng)系統(tǒng)，可以連續(xù)向控制中心提供600個(gè)數(shù)據(jù)信息，完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，開(kāi)創(chuàng)了21世紀(jì)世界自來(lái)水廠的新局面。
二、工藝流程
膜技術(shù)被稱為是21世紀(jì)的水處理技術(shù)，使用膜進(jìn)行水處理的基本原理是：利用水溶液中的水分子具有透過(guò)分離膜，而溶質(zhì)或其他雜質(zhì)不能透過(guò)分離膜的特性，在外力作用下對(duì)水溶液進(jìn)行分離，以獲得純凈的水，從而達(dá)到提高水質(zhì)的目的。目前飲用水處理常用的膜主要有微濾、超濾、納濾、反滲透等。
微濾是利用微濾膜的篩分機(jī)理，在壓力驅(qū)動(dòng)下，截留直徑在0.1～1μm之間的顆粒，如懸浮物、細(xì)菌、部分病毒及大尺寸膠體。
超濾是利用超濾膜的微孔篩分機(jī)理，在壓力驅(qū)動(dòng)下，將直徑為0.002-0.1μm之間的顆粒和雜質(zhì)截留，去除膠體、蛋白質(zhì)、微生物和大分子有機(jī)物。
微濾、超濾對(duì)濁度、膠體和細(xì)菌具有很好的處理效果，但對(duì)色度、無(wú)機(jī)物、有機(jī)物的去除效果并不理想，需與化學(xué)藥劑、粉末活性炭相結(jié)合才能達(dá)到較好的處理效果。
納濾膜技術(shù)是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)，介于反滲透與超濾之間，孔徑一般在1～2nm，以納濾為核心的水處理工藝在保證水的濁度，去除水中藻類、三氯甲烷中間體、低分子有機(jī)物、農(nóng)藥、激素、砷和重金屬等有害物質(zhì)以及提高與飲用水安全飲用最直接相關(guān)的水微生物安全性方面具有其他處理工藝難以達(dá)到的效果，可以認(rèn)為納濾膜技術(shù)是未來(lái)優(yōu)質(zhì)飲用水凈化的最佳實(shí)用技術(shù)。
奧塞河是一條起源于比利時(shí)南部阿爾登山脈的河，最終匯入法國(guó)北部的塞納河，由于沿途受污染嚴(yán)重，水中含有大量的有機(jī)物與殺蟲劑，特別是除草劑莠去凈，且河水的溫度和有機(jī)物的含量一年隨季節(jié)變化波動(dòng)也很大，為此，梅里奧塞水廠特別用了兩年的時(shí)間做了中試，根據(jù)奧塞河水的特點(diǎn)設(shè)計(jì)專門處理奧塞河水的納濾系統(tǒng)。新建納濾系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)模14萬(wàn)m3/d，投資1.5億歐元，制水成本1.07歐元/m3，工藝流程詳見(jiàn)下圖一。
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1、ACTIFLO®高密度沉淀池
ACTIFLO®沉淀池是法國(guó)威立雅下屬OTV公司1988年開(kāi)發(fā)研制并獲得專利的一種高效沉淀技術(shù)，它的主要特點(diǎn)是利用細(xì)砂作為絮凝的核心物質(zhì)，以形成較易沉降的絮體，加快沉淀過(guò)程，縮小斜管沉淀池面積。該池型在歐洲已經(jīng)多年，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在法國(guó)有12個(gè)、加拿大20個(gè)、美國(guó)8個(gè)、英國(guó)5個(gè)、土爾其2個(gè)、馬來(lái)西亞2個(gè)水廠，規(guī)模為7000~800000m3/d。在國(guó)內(nèi)使用實(shí)例主要有上海臨江水廠（20萬(wàn)m3/d）、北京水源九廠（34萬(wàn)m3/d）。
（1）ACTIFLO®高密度沉淀池工作流程，詳見(jiàn)下圖二。
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①混合：原水與絮凝劑（PAC）經(jīng)混合裝置快速混合后，膠體顆粒脫穩(wěn)，形成微絮凝體。
②絮凝：形成微絮凝體的原水進(jìn)入投加池，在池中投加粒徑為80～100μm的微砂，投加的微砂通過(guò)攪拌機(jī)快速完全混合，與微絮凝體有效結(jié)合形成更大更重的絮體。
③熟化：形成絮體的原水進(jìn)入熟化池，在池中投加陰離子PAM助凝劑，通過(guò)吸附、電性中和和顆粒之間的架橋作用，絮體進(jìn)一步變大、密實(shí)，熟化池中采用慢速攪拌。
④高速沉淀：絮凝后水進(jìn)入沉淀池的斜管底部，然后向上流經(jīng)斜管區(qū)，絮凝體在斜管內(nèi)沉淀并在重力的作用滑下。由于有非常好的混凝和絮凝，絮凝體很容易沉淀，這大大提高了沉淀效果，沉淀池的上升流速可高達(dá)30～70m/h。
⑤含細(xì)砂的污泥回流：沉淀的泥砂混合污泥通過(guò)刮泥機(jī)刮向中心坑內(nèi)，然后由污泥循環(huán)泵一天24小時(shí)連續(xù)抽排，把微砂和污泥輸送到水力分離器中。水力分離器把微砂從污泥中分離出來(lái)，注入到投加池中循環(huán)使用，約占回流量的10～20%，污泥從上層流中溢出，流向污泥處理系統(tǒng)，約占回流量的80～90%。污泥回流率一般為進(jìn)水量的3%~6%。
（2）梅里奧塞水廠ACTIFLO®高密度沉淀池工藝參數(shù)：
①ACTIFLO®沉淀池共1座分2格，每格單池面積700m2，深度7.5m，池內(nèi)平均停留時(shí)間12min，上升流速40m /h。
②采用絮凝劑為聚合氯化鋁，投加量30g/m3；助凝劑為陰離子PAM，投加量1g/m3。
（3）梅里奧塞水廠ACTIFLO®高密度沉淀池處理情況：
可去除95%膠狀顆粒，通過(guò)控制投藥量可保證沉后水濁度≤1.1NTU。
ACTIFLO®高密度沉淀池是一種新型澄清工藝，它具有沉淀時(shí)間短，占地面積小，耐沖擊負(fù)荷能力高，運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)飲用水處理中將具有良好的應(yīng)用前景。
2、臭氧接觸池
臭氧技術(shù)在飲用水處理中最早是作為一種消毒劑使用，后由于飲用水水源污染程度的加劇，臭氧作為一種強(qiáng)氧化劑受到更普遍的重視。目前臭氧在飲用水用于除污染的位置有三種：絮凝前（通常稱為預(yù)臭氧）、砂濾池前、活性炭濾池前（通常稱為主臭氧）。絮凝前、活性炭濾池前投加臭氧在國(guó)內(nèi)外使用比較普及，我司也在深圳東湖水廠、梅林水廠、筆架山水廠深度處理設(shè)計(jì)中積累較豐富的經(jīng)驗(yàn)。但砂濾池前投加臭氧在國(guó)內(nèi)目前還沒(méi)有使用，在此位置，臭氧的作用是氧化絮凝沉淀后余留的有機(jī)物，分解大分子，如微藻類，提高砂濾池的過(guò)濾效率。由于絮凝沉淀中去除了部分可氧化的物質(zhì)，在此處投加臭氧可降低臭氧投加量。
梅里奧塞水廠臭氧接觸池工藝參數(shù)：臭氧投加量3g/m3，臭氧發(fā)生器設(shè)置3臺(tái)，總發(fā)生量22kg/h。
3、雙層濾料濾池
過(guò)濾是常規(guī)處理工藝最后也是最關(guān)鍵的一步，主要是去除水中最后的懸浮物和氨氮，控制合理的濾速和選擇合理濾料是保證濾后水水質(zhì)達(dá)到要求與濾池正常運(yùn)行的關(guān)鍵。
梅里奧塞水廠新建納濾系統(tǒng)予處理階段的濾池采用是雙層濾料氣水反沖濾池，由于該工藝在國(guó)內(nèi)外運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)均非常成熟，本文不再詳細(xì)介紹。
在濾池進(jìn)水中加入少量助濾劑，是為改善濾池過(guò)濾性能，降低濾后水濁度。目前在國(guó)內(nèi)助濾劑已開(kāi)始使用但并不普遍。隨著飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)提高，尤其對(duì)出水濁度要求的提高，助濾劑的使用會(huì)普及起來(lái)。助濾劑的種類主要有：①聚合無(wú)機(jī)高分子（如聚合氯化鋁）；②合成有機(jī)高分子（如聚丙烯酰胺）；③天然有機(jī)高分子（如骨膠）；④氧化劑（如氯、臭氧等）。助濾劑的主要原理是通過(guò)加入助濾劑改變進(jìn)入濾池之前的顆粒或?yàn)V料表面的性質(zhì)、電性和尺寸。改變?yōu)V料表面性質(zhì)可提高顆粒向?yàn)V料遷移速度與粘附效率，改變進(jìn)入濾池懸浮顆粒的表面性質(zhì)和尺寸可提高顆粒的粘附效率。梅里奧塞水廠助濾劑選用聚合氯化鋁。
（1）梅里奧塞水廠濾池工藝參數(shù)：
①濾池共1座分10格，單格池面積117m2，濾速6～7m/h，濾層厚度1.5m，其中無(wú)煙煤0.7m，石英砂0.8m。
②助濾劑的投加量5g/ m3。
（2）梅里奧塞水廠濾池處理情況：可去除100%＞100um顆粒物，100%氨氮。
4、保安濾器
濾后水經(jīng)過(guò)中間提升泵（低壓泵）進(jìn)入保安過(guò)濾。
保安過(guò)濾就是水從保安濾器濾芯的外側(cè)進(jìn)入濾芯內(nèi)部，微量懸浮物或細(xì)小雜質(zhì)顆粒物被截留在濾芯外部的過(guò)程。
保安濾器的作用就是為了捕捉顆粒，以防這些顆粒堵塞或損壞膜元件，一旦濾池產(chǎn)水中含有過(guò)高的懸浮物質(zhì)時(shí)，保安濾器就象電氣回路中的斷路器一樣，保護(hù)納濾膜本體。
（1）梅里奧塞水廠保安濾器工藝參數(shù)：
①共有8臺(tái)6μm保安濾器，每臺(tái)保安濾器容積10m3，內(nèi)裝有410支濾芯，總過(guò)濾面積990m2，濾速0.88m/h。
②除預(yù)處理部分出現(xiàn)故障之外，保安濾器清洗頻率一般為36小時(shí)。此外，保安濾器還需進(jìn)行周期性地化學(xué)清洗，清洗頻率一般為15d。
（3）梅里奧塞水廠保安濾器情況：可以100%去除＞6um顆粒，95%去除＞1um顆粒。
5、納濾
在飲用水處理中，針對(duì)不同的微污染水源水，可以選擇不同性能的納濾膜，目前納濾膜主要有三類產(chǎn)品，Ⅰ類納濾膜NF270，為中等脫鹽率和硬度透過(guò)率的納濾膜，對(duì)鹽的截留率為40—90%，對(duì)硬度的截留率為50%左右，對(duì)有機(jī)物去除率較高；Ⅱ類納濾膜NF200，為中等硬度透過(guò)率的納濾膜，對(duì)水中的鹽和硬度有30—50%左右的截留率，對(duì)除草劑莠去凈和TOC具有很高的脫除率；Ⅲ類納濾膜NF90，對(duì)鹽的截留率為90%左右，對(duì)鐵、殺蟲劑、除草劑和TOC具有很高的去除率。
由于奧塞河沿途受污染，水中含有大量的有機(jī)物與殺蟲劑，特別是除草劑莠去凈，且河水的溫度和有機(jī)物的含量一年隨季節(jié)變化波動(dòng)也很大，為此，梅里奧塞水廠特別用了兩年的時(shí)間做了中試，根據(jù)奧塞河水的特點(diǎn)設(shè)計(jì)專門處理奧塞河水的納濾系統(tǒng)，納濾系統(tǒng)膜元件選用的也是專為處理奧塞河水設(shè)計(jì)的FilmTec卷式納濾元件NF200B-400，它具有對(duì)鹽和硬度的截留率低，對(duì)低分子量的有機(jī)物截留率高等特點(diǎn)，特別是對(duì)除草劑莠去凈的去除。
梅里奧塞水廠納濾膜共分8個(gè)系列，每個(gè)系列分4個(gè)支架，第一段兩個(gè)支架，每個(gè)支架安裝54支容器；第二段一個(gè)支架，裝有54支容器，第三段一個(gè)支架，裝有28支容器的；每支壓力容器裝6支元件，共有9120支卷式納濾膜元件，膜元件設(shè)置在3600 m2的建筑物內(nèi)，過(guò)濾面積確達(dá)340000m2。膜進(jìn)口壓力根據(jù)原水水溫的不同而變化，變化范圍8～15bar。納濾膜的回收率為85%。
膜元件啟動(dòng)清洗的條件是產(chǎn)水量下降25%或任一段標(biāo)準(zhǔn)壓力增加25%，清洗頻率一般為40d，清洗一系列膜組的時(shí)間大約36h。
清洗系統(tǒng)分兩組，每組由清洗配液水箱、變頻泵和保安濾器組成，采用被加熱納產(chǎn)水來(lái)配制清洗液，共有4種化學(xué)藥品，洗滌劑、氫氧化鈉、檸檬酸、最后一種是由醋酸、過(guò)乙酸和雙氧水配制而成的殺菌劑。
處理情況：去除95%有機(jī)物，100%硫酸鹽，99.999%的細(xì)菌和病毒，95%殺蟲劑，50%礦物質(zhì)。
6、后處理
在后處理部分，首先采用脫氣塔脫除納濾產(chǎn)水中的CO2，共有8座脫氣塔；然后在出水管上安裝5臺(tái)輻射量為25mJ/cm2的紫外消毒器，最后再經(jīng)過(guò)投加NaOH進(jìn)行PH的調(diào)節(jié)。
7、出水水質(zhì)
ACTIFLO®沉淀出口濁度為1.1NTU；濾池出口濁度為0.05NTU。
納濾后TOC平均含量為0.18mg/L，殺蟲劑低于分析儀器的下限50ng/L，鈣離子的平均含量40mg/L。
8、投資與制水成本
14萬(wàn)m3/d的納濾系統(tǒng)投資1.5億歐元，其中35%用于土建與管道建設(shè)，65%用于膜技術(shù)（主要包括膜和電氣自控設(shè)備）。新建納濾系統(tǒng)制水成本1.07歐元/m3，比原傳統(tǒng)工藝高0.07歐元/m3。
三、結(jié)論與啟示
1、巴黎梅里奧塞水廠是世界上第一個(gè)采用納濾膜技術(shù)處理河水的水廠，其外觀現(xiàn)代，工藝先進(jìn)，自動(dòng)化程度高，代表21世紀(jì)飲用水處理的發(fā)展方向。
2、隨著飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，深度處理技術(shù)已在國(guó)內(nèi)一些大中城市開(kāi)始應(yīng)用，主要是臭氧+活性炭濾池工藝，膜分離技術(shù)由于價(jià)格等原因，在國(guó)內(nèi)使用還是非常少，但隨著膜技術(shù)的發(fā)展，膜將會(huì)具備與其它處理工藝相競(jìng)爭(zhēng)的水平。
3、對(duì)于微污染水源水，納濾膜技術(shù)具有對(duì)無(wú)機(jī)離子的截留率低，回收率較高（可達(dá)85％左右），產(chǎn)品水不需再礦化等特點(diǎn)，將是世界未來(lái)飲用水處理的發(fā)展方向。
4、隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，水資源受污染的程度越來(lái)越嚴(yán)重，人們可以有辦法解決，但必須為此付出昂貴的代價(jià)。馮霞
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