ACTIFLO高密度沉淀池在法國巴黎梅里奧塞水廠的應用
法國巴黎梅里奧塞（Mery-sur-Oise）水廠，位于法國巴黎北郊，美麗的奧塞（Oise）河旁，該廠建于20世紀初，經多次重大改造，目前供水規模已達34萬m3/d，其中14萬m3/d采用納濾膜技術。這是世界上第一個采用納濾膜技術處理河水的水廠，水廠出水水質安全衛生，口感好，不含氯味，代表了21世紀世界飲用水的方向，該廠的廣告語“丟掉瓶裝水，打開自來水龍頭吧！”。
一、建設概況
梅里奧塞水廠原供水規模20萬m3/d，采用水處理工藝：混合反應沉淀—砂濾—后臭氧接觸池—生物活性碳濾池—氯化接觸池。由于奧塞河水質污染不斷加劇，1993年該廠安裝了一套1400m3/d納濾中試裝置，開始為附近的阿沃斯奧塞小鎮提供膜處理用水，兩年的試驗結果證明了納濾膜技術是行之有效的。1995年法國水務企業聯合集團（SEDIF）決定投資1.5億歐元增建14萬m3/d納濾膜水廠，并于1999年建成試運行，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，不僅出水水質好，可為巴黎北郊39個區大約80萬居民提供優質飲用水，而且自動化程度高，整個水廠采用了1250臺由計算機控制的預報控制屏，950多臺在線傳感器，140個自動系統，可以連續向控制中心提供600個數據信息，完全實現自動控制，開創了21世紀世界自來水廠的新局面。
二、工藝流程
膜技術被稱為是21世紀的水處理技術，使用膜進行水處理的基本原理是：利用水溶液中的水分子具有透過分離膜，而溶質或其他雜質不能透過分離膜的特性，在外力作用下對水溶液進行分離，以獲得純凈的水，從而達到提高水質的目的。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理，在壓力驅動下，截留直徑在0.1～1μm之間的顆粒，如懸浮物、細菌、部分病毒及大尺寸膠體。
超濾是利用超濾膜的微孔篩分機理，在壓力驅動下，將直徑為0.002-0.1μm之間的顆粒和雜質截留，去除膠體、蛋白質、微生物和大分子有機物。
微濾、超濾對濁度、膠體和細菌具有很好的處理效果，但對色度、無機物、有機物的去除效果并不理想，需與化學藥劑、粉末活性炭相結合才能達到較好的處理效果。
納濾膜技術是20世紀80年代發展起來，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、低分子有機物、農藥、激素、砷和重金屬等有害物質以及提高與飲用水安全飲用最直接相關的水微生物安全性方面具有其他處理工藝難以達到的效果，可以認為納濾膜技術是未來優質飲用水凈化的最佳實用技術。
奧塞河是一條起源于比利時南部阿爾登山脈的河，最終匯入法國北部的塞納河，由于沿途受污染嚴重，水中含有大量的有機物與殺蟲劑，特別是除草劑莠去凈，且河水的溫度和有機物的含量一年隨季節變化波動也很大，為此，梅里奧塞水廠特別用了兩年的時間做了中試，根據奧塞河水的特點設計專門處理奧塞河水的納濾系統。新建納濾系統的設計規模14萬m3/d，投資1.5億歐元，制水成本1.07歐元/m3，工藝流程詳見下圖一。
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1、ACTIFLO®高密度沉淀池
ACTIFLO®沉淀池是法國威立雅下屬OTV公司1988年開發研制并獲得專利的一種高效沉淀技術，它的主要特點是利用細砂作為絮凝的核心物質，以形成較易沉降的絮體，加快沉淀過程，縮小斜管沉淀池面積。該池型在歐洲已經多年，據統計，在法國有12個、加拿大20個、美國8個、英國5個、土爾其2個、馬來西亞2個水廠，規模為7000~800000m3/d。在國內使用實例主要有上海臨江水廠（20萬m3/d）、北京水源九廠（34萬m3/d）。
（1）ACTIFLO®高密度沉淀池工作流程，詳見下圖二。
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①混合：原水與絮凝劑（PAC）經混合裝置快速混合后，膠體顆粒脫穩，形成微絮凝體。
②絮凝：形成微絮凝體的原水進入投加池，在池中投加粒徑為80～100μm的微砂，投加的微砂通過攪拌機快速完全混合，與微絮凝體有效結合形成更大更重的絮體。
③熟化：形成絮體的原水進入熟化池，在池中投加陰離子PAM助凝劑，通過吸附、電性中和和顆粒之間的架橋作用，絮體進一步變大、密實，熟化池中采用慢速攪拌。
④高速沉淀：絮凝后水進入沉淀池的斜管底部，然后向上流經斜管區，絮凝體在斜管內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30～70m/h。
⑤含細砂的污泥回流：沉淀的泥砂混合污泥通過刮泥機刮向中心坑內，然后由污泥循環泵一天24小時連續抽排，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，注入到投加池中循環使用，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，約占回流量的80～90%。污泥回流率一般為進水量的3%~6%。
（2）梅里奧塞水廠ACTIFLO®高密度沉淀池工藝參數：
①ACTIFLO®沉淀池共1座分2格，每格單池面積700m2，深度7.5m，池內平均停留時間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，它具有沉淀時間短，占地面積小，耐沖擊負荷能力高，運行穩定等特點，在國內飲用水處理中將具有良好的應用前景。
2、臭氧接觸池
臭氧技術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內外使用比較普及，我司也在深圳東湖水廠、梅林水廠、筆架山水廠深度處理設計中積累較豐富的經驗。但砂濾池前投加臭氧在國內目前還沒有使用，在此位置，臭氧的作用是氧化絮凝沉淀后余留的有機物，分解大分子，如微藻類，提高砂濾池的過濾效率。由于絮凝沉淀中去除了部分可氧化的物質，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：臭氧投加量3g/m3，臭氧發生器設置3臺，總發生量22kg/h。
3、雙層濾料濾池
過濾是常規處理工藝最后也是最關鍵的一步，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達到要求與濾池正常運行的關鍵。
梅里奧塞水廠新建納濾系統予處理階段的濾池采用是雙層濾料氣水反沖濾池，由于該工藝在國內外運行經驗均非常成熟，本文不再詳細介紹。
在濾池進水中加入少量助濾劑，是為改善濾池過濾性能，降低濾后水濁度。目前在國內助濾劑已開始使用但并不普遍。隨著飲用水水質標準提高，尤其對出水濁度要求的提高，助濾劑的使用會普及起來。助濾劑的種類主要有：①聚合無機高分子（如聚合氯化鋁）；②合成有機高分子（如聚丙烯酰胺）；③天然有機高分子（如骨膠）；④氧化劑（如氯、臭氧等）。助濾劑的主要原理是通過加入助濾劑改變進入濾池之前的顆粒或濾料表面的性質、電性和尺寸。改變濾料表面性質可提高顆粒向濾料遷移速度與粘附效率，改變進入濾池懸浮顆粒的表面性質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：
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
濾后水經過中間提升泵（低壓泵）進入保安過濾。
保安過濾就是水從保安濾器濾芯的外側進入濾芯內部，微量懸浮物或細小雜質顆粒物被截留在濾芯外部的過程。
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，一旦濾池產水中含有過高的懸浮物質時，保安濾器就象電氣回路中的斷路器一樣，保護納濾膜本體。
（1）梅里奧塞水廠保安濾器工藝參數：
①共有8臺6μm保安濾器，每臺保安濾器容積10m3，內裝有410支濾芯，總過濾面積990m2，濾速0.88m/h。
②除預處理部分出現故障之外，保安濾器清洗頻率一般為36小時。此外，保安濾器還需進行周期性地化學清洗，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品，Ⅰ類納濾膜NF270，為中等脫鹽率和硬度透過率的納濾膜，對鹽的截留率為40—90%，對硬度的截留率為50%左右，對有機物去除率較高；Ⅱ類納濾膜NF200，為中等硬度透過率的納濾膜，對水中的鹽和硬度有30—50%左右的截留率，對除草劑莠去凈和TOC具有很高的脫除率；Ⅲ類納濾膜NF90，對鹽的截留率為90%左右，對鐵、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物與殺蟲劑，特別是除草劑莠去凈，且河水的溫度和有機物的含量一年隨季節變化波動也很大，為此，梅里奧塞水廠特別用了兩年的時間做了中試，根據奧塞河水的特點設計專門處理奧塞河水的納濾系統，納濾系統膜元件選用的也是專為處理奧塞河水設計的FilmTec卷式納濾元件NF200B-400，它具有對鹽和硬度的截留率低，對低分子量的有機物截留率高等特點，特別是對除草劑莠去凈的去除。
梅里奧塞水廠納濾膜共分8個系列，每個系列分4個支架，第一段兩個支架，每個支架安裝54支容器；第二段一個支架，裝有54支容器，第三段一個支架，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，膜元件設置在3600 m2的建筑物內，過濾面積確達340000m2。膜進口壓力根據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%。
膜元件啟動清洗的條件是產水量下降25%或任一段標準壓力增加25%，清洗頻率一般為40d，清洗一系列膜組的時間大約36h。
清洗系統分兩組，每組由清洗配液水箱、變頻泵和保安濾器組成，采用被加熱納產水來配制清洗液，共有4種化學藥品，洗滌劑、氫氧化鈉、檸檬酸、最后一種是由醋酸、過乙酸和雙氧水配制而成的殺菌劑。
處理情況：去除95%有機物，100%硫酸鹽，99.999%的細菌和病毒，95%殺蟲劑，50%礦物質。
6、后處理
在后處理部分，首先采用脫氣塔脫除納濾產水中的CO2，共有8座脫氣塔；然后在出水管上安裝5臺輻射量為25mJ/cm2的紫外消毒器，最后再經過投加NaOH進行PH的調節。
7、出水水質
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m3/d的納濾系統投資1.5億歐元，其中35%用于土建與管道建設，65%用于膜技術（主要包括膜和電氣自控設備）。新建納濾系統制水成本1.07歐元/m3，比原傳統工藝高0.07歐元/m3。
三、結論與啟示
1、巴黎梅里奧塞水廠是世界上第一個采用納濾膜技術處理河水的水廠，其外觀現代，工藝先進，自動化程度高，代表21世紀飲用水處理的發展方向。
2、隨著飲用水水質標準的不斷提高，深度處理技術已在國內一些大中城市開始應用，主要是臭氧+活性炭濾池工藝，膜分離技術由于價格等原因，在國內使用還是非常少，但隨著膜技術的發展，膜將會具備與其它處理工藝相競爭的水平。
3、對于微污染水源水，納濾膜技術具有對無機離子的截留率低，回收率較高（可達85％左右），產品水不需再礦化等特點，將是世界未來飲用水處理的發展方向。
4、隨著社會經濟快速發展，水資源受污染的程度越來越嚴重，人們可以有辦法解決，但必須為此付出昂貴的代價。馮霞
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