我国东北地区土壤中腐殖质含量较高,由于其特殊的气候变化,使其易于进入自然水体。当以此类水体为城市供水水源时,往往导致水源水高色度问题的产生,这对以混凝—沉淀—过滤—消毒为核心的常规净水工艺提出了新的技术要求。本文在中俄科学家对远东地区水体特征研究的基础上,以哈尔滨磨盘山水库这一典型的寒冷地区湖库型水源水库及其配套净水工艺为研究对象,建立了基于色度去除的工艺体系,为高色地表水净水工艺改造提供了科学依据。通过对磨盘山水库不同采样断面历时5年的水质指标检测发现,该水库中主要的污染物为以腐殖酸和富里酸为代表的天然有机污染物。水库内水质呈典型的季节性变化,平均DOC浓度为5~6mg/L,污染物主要是通过以拉林河输入为主的地表径流进入库内。对其水文水力特征研究发现,磨盘山水库为短滞留性水库,具有稳定分层特点,但在汛期有可能出现临时混合,层间水质特征具有明显的差异性。通过库内污染物平衡核算,库内输入的悬移质中约有3.25×104t/a沉积于入库河口处。对磨盘山水库水质特征研究发现,该水库具有4个典型的水质时期,其中春季汛期、夏季稳定期内水质变化受降水影响较大,入冬期是典型的污染物积累过程,而冰封期处于水量和污染物持续输出过程。研究发现库内天然有机污染物浓度与色度之间存在着较高的相关性,是产生色度的主要原因。研究进一步对以磨盘山水库为水源的净水厂进行分析,该水厂采用基于浊度去除的常规净水工艺,通过连续3年的监测发现,其原水具有典型的低浊高色特点,导致在混凝阶段需大量投加铝盐混凝剂来降低水中色度,药剂使用效率低,产生色度的5k Da以上大分子腐殖酸类物质易于被现有净水工艺去除,而工艺对于小于3k Da的富里酸类物质去除能力有限,由此造成出水氯化消毒副产物处于较高水平。试验证明,磨盘山水库水中腐殖酸成色能力较强,而出厂水中剩余天然有机污染物多为富里酸,其中腐殖酸对卤乙酸生成贡献度较大,而富里酸氯化消毒后产生三卤甲烷及卤乙酸的潜能均较高。为保证供水安全,研究开发了水力循环流化澄清体系改善了前端絮凝,利用澄清原理,前端通过接触絮凝作用改善了絮体的初始粒径,而后利用泥渣层中沉差沉淀作用提高对松散的腐殖酸-铝絮体的截留能力,有效控制了絮体的破碎,系统优化了水力梯度,促进絮体的成长和密实,并改善了后续沉淀工艺的沉淀效率。利用水力循环流化澄清体系替代机械搅拌絮凝池前段单元,最优水力停留时间约20min,最佳气水比为10%,悬浮泥渣层最佳厚度约2m,中试试验证明该系统可实现节药40%,并对色度有明显的控制效果,出水天然有机污染物含量明显降低,从而提高了对消毒副产物前驱物质的控制。此外,研究发现现有斜管沉淀池前端负荷大,雷诺数高,絮体易于破碎并影响出水水质,导致前后两端水质差异较大,影响沉淀池出水水质。研究利用Fluent模拟发现,优化大尺度的斜管斜板沉淀池可通过改善其集配水方式实现,在现有工艺中取消前端37.5%的集水堰为最佳集水堰设置,且利用末端高负荷集水方式改善流场,可使改造后沉淀池出水浊度降低0.55NTU,并间接节省了投药量。研究同时确定,为控制絮体的破碎,原有基于平均堰负荷的集水堰平均设置方法,在大尺度的斜管斜板沉淀池集水堰设置中并不合理,由此提出了新的集水堰设置公式:1 1 1 0 2L=K L+jL+L(v)。该公式消除了前端整流区及流速超过2倍平均流速区域对内部流场的影响,减轻了抽吸作用,在相同的负荷下,提高了沉淀效率。对净水过程污染物质的输出研究发现,高色低浊水源水中所产生的污泥受外加药剂和色度影响较大,原有公式的污泥计算量偏低,研究提出了新的计算方法:63210)3.053.1)(33.0(-TQSCTODBOAl Cb′++′+-+=出进。相对于原有计算方法,该公式考虑了色度、添加剂以及部分溶解性物质对于产泥的影响。同时对原有公式中浊度、絮凝剂的产泥量进行了修正,使之更适合高色水源水沉淀产泥的计算。通过本研究,明确了典型寒区高色低浊水库水源水水质变化规律及污染物特征;针对净水效率不足的问题,提出了基于水力循环流化澄清和变水位末端集水斜管斜板沉淀的新净水技术。为同类水源水厂提升水质、降低药剂成本提供了科学依据。