顏一青，史 靚

(上海市自來水市北有限公司閘北水廠，上海 200438)

1 概況

1．1 原水概況

目前，上海多數(shù)給水處理廠采用長江原水作為水源，包括陳行水庫、青草沙水庫等。其中，陳行水庫的環(huán)境評價(jià)報(bào)告書表明:原水有機(jī)污染少，致突變性試驗(yàn)呈陰性，所含放射性物質(zhì)濃度大部分項(xiàng)目符合標(biāo)準(zhǔn)?？傇u結(jié)果為:陳行水庫水符合國家地表水Ⅱ級標(biāo)準(zhǔn)。長江徑流量大，稀釋擴(kuò)散及自凈能力強(qiáng)，可作為城市永久性水源［1］。另外，青草沙水庫位于長江口南北港分流口下方，長興島頭部和北部外側(cè)的中央沙、青草沙等水域，總面積約66 km2，有效庫容4．38億m3，是目前國內(nèi)在建最大的江心河口水庫。長江口青草沙水域的水質(zhì)總體達(dá)到地表水Ⅱ類水要求，但由于原水在庫區(qū)停留時(shí)間較長，不可避免會出現(xiàn)局部區(qū)域藻類暴發(fā)性生長等富營養(yǎng)化現(xiàn)象［2，3］。

隨著青草沙原水的推廣使用，自2011年4月起，上海市自來水市北有限公司閘北水廠開始采用每年夏季(5月～10月)、冬季(11月～次年4月)不同水源進(jìn)行給水處理。其中，夏季采用100%陳行原水，冬季采用70%青草沙原水、30%陳行原水的混合原水。由于原水對給水處理效果具有至關(guān)重要的作用，故本文以閘北水廠為例，分析混合原水和陳行原水情況下的給水處理情況。

1．2 水廠概況

閘北水廠廠區(qū)位于閘殷路東西兩側(cè)，占地面積為37 648 m2。水廠日供水能力為280 000 m3，主要供應(yīng)楊浦、虹口、寶山等地區(qū)生活用水和工業(yè)用水。現(xiàn)建有2套制水系統(tǒng)，分別為8萬t和20萬t系統(tǒng)，其中，8萬t系統(tǒng)建有折板反應(yīng)池、平流式沉淀池、普通快濾池、清水庫、出水泵房;20萬t系統(tǒng)建有折板反應(yīng)池、斜管沉淀池、V型濾池、清水庫、出水泵房。系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。

2 給水處理情況分析

原水水質(zhì)變化不僅影響出廠水水質(zhì)，同時(shí)也對混凝劑、消毒劑投加量有所影響。另外，當(dāng)原水水質(zhì)突變時(shí)，甚至?xí)?dǎo)致給水處理工藝參數(shù)的調(diào)整。例如，調(diào)整濾池的過濾周期以確保濾后水水質(zhì)達(dá)標(biāo)等。因此，本文將從原水、出廠水水質(zhì)及藥劑投加量三方面來分析混合原水和陳行原水對水廠生產(chǎn)情況的影響。

圖1 閘北水廠工藝流程Fig．1 Technological Process of Zhabei Water Treatment Plant

2．1 原水水質(zhì)

根據(jù)閘北水廠2010年～2013年水質(zhì)報(bào)表，選取主要反映原水特點(diǎn)的水質(zhì)指標(biāo)。

2．1．1 濁度

2010～2013年原水濁度逐月變化情況如表1所示。自2011年4月起冬季使用混合原水后，冬季混合原水濁度為10～20 NTU，而2010年、2011年冬季陳行原水濁度為20～40 NTU。相比之下，混合原水濁度較低。低溫低濁原水對給水處理中混凝沉淀工藝帶來困難，造成冬季混凝劑(聚硫氯化鋁)投加量有所上升。夏季由于一直使用陳行原水，故濁度基本為10～30 NTU。

表1 原水濁度逐月變化情況Tab．1 Monthly Changes of Raw Water Turbidity

續(xù) 表

2．1．2 氯化物

氯化物是原水咸潮的重要水質(zhì)指標(biāo)，且影響出廠水水質(zhì)的口感。2010～2013年原水氯化物逐月變化情況如表2所示。2010年冬季陳行原水氯化物較高，普遍范圍為35～93 mg/L。然而，2011年、2012年冬季水廠采用混合原水，氯化物含量降低至30～66 mg/L，減輕了冬季原水咸潮對給水處理的影響，有效地確保了出廠水水質(zhì)安全。另外，2011年4月、5月氯化物含量高達(dá)120 mg/L左右，主要是由于原水切換初期混合原水比例不確定造成的。2013年11月、12月由于陳行、青草沙原水發(fā)生咸潮，致使氯化物含量上升至80 mg/L左右，而夏季由于一直采用陳行原水，故氯化物一般在15～30 mg/L。

表2 原水氯化物逐月變化情況Tab．2 Monthly Changes of Chloride in Raw Water

2．1．3 氨氮

原水氨氮含量直接影響給水處理中消毒劑(次氯酸鈉)的投加量，故往年冬季采用陳行原水時(shí)，若氨氮高于0．3 mg/L，則過程水采用總氯的消毒方式，以減少次氯酸鈉的投加量。但是，過程水采用總氯消毒存在色度、口感方面的問題。2010～2013年原水氨氮含量逐月變化情況如表3所示。

表3 原水氨氮逐月變化情況Tab．3 Monthly Changes of Ammonia Nitrogen in Raw Water

由表3可知2010年、2011年1月～3月陳行原水氨氮含量較高，為0．25～0．44 mg/L，而2012年、2013年同期混合原水氨氮含量僅為 0．02～0．09 mg/L，較陳行原水有明顯下降。混合原水低氨氮不僅有助于減少次氯酸鈉投加量，而且冬季無需調(diào)整過程水的消毒方式，確保了過程水的水質(zhì)安全。

2．1．4 亞硝酸鹽

原水亞硝酸鹽含量對給水處理中混凝劑(聚硫氯化鋁)的投加量有一定的影響，兩者呈正比關(guān)系。如表4所示，2010年、2011年1～4月陳行原水亞硝酸鹽含量為 0．013 ～0．052 mg/L，而 2012 年、2013年同期混合原水亞硝酸鹽含量僅為 0．005～0．029 mg/L，較陳行原水有明顯下降。

表4 原水亞硝酸鹽逐月變化情況Tab．4 Monthly Changes of Nitrate in Raw Water

2010～2013年混凝劑投加量逐月變化如表5所示。2012年、2013年3月、4月混凝劑投加量較2010年同期有所下降，當(dāng)時(shí)亞硝酸鹽含量也有所降低;2012年、2013年11月、12月混凝劑投加量較2010年同期有所上升，當(dāng)時(shí)亞硝酸鹽含量也有所升高。雖然2012年、2013年1月、2月亞硝酸鹽含量較2010年同期下降較多，但由于冬季原水低溫低濁影響，混凝劑投加量不降反升。

表5 混凝劑投加量逐月變化情況Tab．5 Monthly Changes of Coagulant Dosage

2．1．5 溶解氧

原水溶解氧含量高低直接關(guān)系到給水處理的難易程度。溶解氧高則說明水體污染較少，較易處理。由于青草沙原水水質(zhì)較好，溶解氧含量較高，故冬季采用混合原水時(shí)溶解氧含量較2010年、2011年同期略高，如表6所示。

表6 原水溶解氧逐月變化情況Tab．6 Monthly Changes of in DO Raw Water

2．2 出廠水水質(zhì)

2．2．1 濁度

根據(jù)《城鎮(zhèn)供水廠運(yùn)行、維護(hù)及安全技術(shù)規(guī)程》要求，給水處理廠出廠水濁度應(yīng)低于0．10 NTU［4］。2010～2013年度出廠水平均濁度逐月變化情況如圖2所示。2012年、2013年各月濁度較2010年、2011年同期有所下降，基本處于0．08～0．11 NTU。特別是2012年、2013年冬季出廠水濁度基本控制在0．08～0．10 NTU。由于冬季原水呈現(xiàn)低溫低濁的特點(diǎn)，故處理難度較高。然而，自冬季開始使用混合原水，原水水質(zhì)得到改善，有助于出廠水濁度的改善。

圖2 出廠水濁度逐月變化圖Fig．2 Monthly Changes of Effluent Turbidity

2．2．2 余氯

給水處理廠出廠水余氯應(yīng)為1．0 mg/L左右［4］，由于出廠水中含有一定的余氯是確保自來水在管網(wǎng)中持續(xù)消毒的基礎(chǔ)，故余氯是出廠水水質(zhì)的一項(xiàng)重要考核指標(biāo)。圖3為2010～2013年出廠水余氯逐月變化情況，可見2012年、2013年冬季(11月至次年3月)余氯為1．0～1．2 mg/L，較2010 年、2011 年同期的1．0～1．3 mg/L有所下降，這主要是由于2012年、2013年次氯酸鈉投加量減少所致。減少次氯酸鈉的投加量不僅是經(jīng)濟(jì)化的一種手段，同時(shí)有效地減少了消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)量。

圖3 出廠水余氯逐月變化圖Fig．3 Monthly Changes of Residual Chlorine in Effluent

2．3 藥劑投加量

2．3．1 混凝劑(聚硫氯化鋁)

圖4 混凝劑與亞硝酸鹽逐月對比圖Fig．4 Monthly Changes of Nitrate in Effluent and Coagulant Dosage

如表5、圖4所示，冬季采用混合原水(2012年、2013年)的混凝劑投加量較采用陳行原水(2010年、2011年)同期有所上升。造成上述情況主要有兩方面原因:一是冬季混合原水濁度較陳行原水更低，低濁水顆粒較小，難以沉淀，故需增加混凝劑投加量以確保水質(zhì);二是由于水中顆粒較小，容易導(dǎo)致斜管沉淀池跑礬花、斜管表面積泥情況，因此，為了減輕斜管表面積泥情況，提高沉淀性能，從而增加了混凝劑投加量。

另外，2011年5月～9月混凝劑投加量較2012年、2013年同期略高，這是由于2011年采用的是混合原水，而2012年、2013年同期采用的則是陳行原水。

2．3．2 消毒劑(次氯酸鈉)

圖5為水廠消毒劑(次氯酸鈉)投加量逐月變化圖，2010年1～3月次氯酸鈉投加量低于2012年、2013年同期，這是因?yàn)?010年1～3月期間陳行原水氨氮較高，故過程水采用總氯的消毒方式，以減少次氯酸鈉投加量。而2012年、2013年同期采用混合原水后氨氮一直處于較低水平，無需調(diào)整過程水消毒方式，從而造成兩者間的較大差距。

2010年4～12月次氯酸鈉投加量高于2012年、2013年同期。造成上述情況主要原因是，自2012年5月起對給水處理工藝進(jìn)行了調(diào)整，由原先的一次加氯消毒方式改為二次加氯消毒方式。采用二次加氯消毒方式，可以有效減少次氯酸鈉投加量以及消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)量，進(jìn)一步提升出廠水水質(zhì)安全。

另外，2011年5～10月次氯酸鈉投加量較2012年、2013年同期要高，這是由于2011年5～10月采用混合原水，而2012年、2013年同期使用的則是陳行原水。

圖5 水廠消毒劑(次氯酸鈉)投加量逐月變化圖Fig．5 Monthly Changes of Disinfectant(Sodium Hypochlorite)Dosage

2．3．3 消毒劑(硫酸銨)

濾后加氨是常規(guī)給水處理工藝的重要組成部分，有助于水中余氯的持續(xù)殺菌作用。自2011年4月起，水廠加氨系統(tǒng)由原先使用液氨調(diào)整為使用更為安全的硫酸銨藥劑。圖6為水廠消毒劑(硫酸銨)投加量逐月變化圖。

圖6 水廠消毒劑(硫酸銨)投加量逐月變化圖Fig．6 Monthly Changes of Disinfectant(Ammonium Sulfate)Dosage

如圖6所示，2012～2013年夏、冬兩季采用不同原水，使得原水氨氮含量比較穩(wěn)定，故每月的硫酸銨投加量也相對穩(wěn)定，有利于出廠水水質(zhì)安全。另外，2011年5～10月銨劑投加量較2012年、2013年同期高，這是由于2011年5～10月采用混合原水，而2012年、2013年同期采用的則是陳行原水。

3 結(jié)語

(1)綜合分析上述生產(chǎn)數(shù)據(jù)可見，每年夏、冬兩季采用不同原水模式后，原水濁度、氯化物、氨氮、亞硝酸鹽等指標(biāo)得到改善。同時(shí)，配合采用二次加氯消毒方式，有利于實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行，提高藥劑投加的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)確保供水水質(zhì)安全。

a)夏季(5～10月)采用陳行原水，原水濁度為9～34 NTU、氯化物為17～44 mg/L、氨氮為0．02～0．07 mg/L、亞硝酸鹽為 0．004 ～0．023 mg/L、溶解氧為5．8～8．0 mg/L。此時(shí)，聚硫氯化鋁投加量為7～9 mg/L、次氯酸鈉為20～30 mg/L、硫酸銨為1．4 ～1．8 mg/L，可確保出廠水濁度達(dá)到 0．08 ～0．10 NTU、余氯達(dá)到 0．9 ～1．1 mg/L。

b)冬季(11月～次年4月)采用混合原水，有效地減輕原水咸潮和氨氮含量波動帶來的影響。原水濁度為10～18 NTU、氯化物為29～88 mg/L、氨氮為 0．02 ～ 0．09 mg/L、亞硝酸鹽為 0．005 ～0．029 mg/L、溶解氧為 8．3 ～11．8 mg/L。此時(shí)，聚硫氯化鋁投加量為8～11 mg/L、次氯酸鈉為21～33 mg/L、硫酸銨為 1．5 ～2．0 mg/L，可確保出廠水濁度達(dá)到 0．08 ～0．11 NTU、余氯達(dá)到 1．0 ～1．2 mg/L。

(2)采用二次加氯消毒方式有效地減少次氯酸鈉投加量，并控制消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)量，對供水安全具有重要作用。然而，二次加氯方式也存在弊端。雖然青草沙原水綜合評價(jià)為地表水Ⅱ類水體，尤其是冬季，水質(zhì)優(yōu)于陳行原水。但是，由于青草沙水庫蓄水量較大，流動性稍差，藻類含量較高。當(dāng)前加氯量較低時(shí)，無法完全殺滅藻類，容易造成濾池表面藻類生長，影響濾池過濾性能。因此，今后的生產(chǎn)運(yùn)行中應(yīng)予以重視。

(3)混合原水較陳行原水具有低濁度的特點(diǎn)。冬季采用混合原水時(shí)，低溫低濁的特點(diǎn)更為顯著。低濁原水中顆粒物粒徑較小，難以沉淀，易造成斜管沉淀池表面積泥現(xiàn)象。因此，在生產(chǎn)運(yùn)行中，通過增加混凝劑投加量、降低斜管沉淀池運(yùn)行負(fù)荷來減輕該現(xiàn)象。

［1］董秉直，范瑾初，孫有勛，等．長江水源水質(zhì)特點(diǎn)以及處理工藝［J］．給水排水，1998，24(5):6-10．

［2］顧金山，陸曉如，顧玉亮．上海青草沙水源地原水工程規(guī)劃［J］．給水排水，2009，35(1):50-57．

［3］潘曉，張群，丁李剛．采用青草沙水庫水后水廠的運(yùn)行優(yōu)化［J］．給水排水，2012，38(8):15-18．

［4］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部．CJJ 58—2009城鎮(zhèn)供水廠運(yùn)行、維護(hù)及安全技術(shù)規(guī)程［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2010．