張 偉，陳志平

(1．上海市自來(lái)水市北有限公司閘北水廠(chǎng)，上海 200438;2．上海浦東威立雅自來(lái)水有限公司浦東水廠(chǎng)，上海 200120)

水是生命之源，飲用水安全是城市安全體系中的重要一環(huán)，隨著人們對(duì)健康意識(shí)的增強(qiáng)，人們?cè)絹?lái)越注重飲用水的質(zhì)量(人體每天需要飲水2 L)，對(duì)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和要求也越來(lái)越高。自來(lái)水廠(chǎng)現(xiàn)主要面對(duì)如下問(wèn)題:已實(shí)施的新版《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，部分項(xiàng)目限值更加嚴(yán)格;長(zhǎng)江口青草沙水源為淺水庫(kù)，流動(dòng)性差，隨氮磷、不同季節(jié)和水溫變化可產(chǎn)生各種不同藻類(lèi)和pH變化，會(huì)對(duì)供水水質(zhì)和水量構(gòu)成壓力;消毒副產(chǎn)物的控制、如何避免管網(wǎng)中水齡長(zhǎng)(泵站水庫(kù))而新增亞硝酸鹽等。面對(duì)這些問(wèn)題，需嚴(yán)格水質(zhì)管理和水處理工藝的優(yōu)化，提高和改善自來(lái)水水質(zhì)。

1 原水水質(zhì)

2011年1月1日開(kāi)始上海市區(qū)水廠(chǎng)的水源由黃浦江上游原水切換到長(zhǎng)江口青草沙原水，水源地位于長(zhǎng)江口江心部位，優(yōu)質(zhì)淡水資源充沛，水質(zhì)明顯改善，主要評(píng)價(jià)指標(biāo)總體達(dá)到Ⅱ類(lèi)水要求，如表1所示。

表1 原水水質(zhì)數(shù)據(jù)Tab．1 Raw Water Quality Data

青草沙原水的水質(zhì)改善，提高了供水水質(zhì)，出廠(chǎng)水耗氧量、色度、嗅和味指標(biāo)都有明顯改善，耗氧量從3．25 mg/L降到1．38 mg/L，色度從7度降到＜5度，嗅和味從2級(jí)降到1級(jí)。

2 水處理工藝

常規(guī)水處理工藝主要分為:混凝、沉淀、過(guò)濾、消毒，如圖1所示。

圖1 水廠(chǎng)處理常規(guī)工藝Fig．1 Waterworks Regular Water Treatment Processes

黃浦江上游原水改為長(zhǎng)江青草沙水源，消毒工藝改為:前加氯為折點(diǎn)加氯，生成游離氯作為主要消毒劑;濾后加氨補(bǔ)氯，出廠(chǎng)水為氯氨［1］消毒?；炷齽榫哿蚵然X(氧化鋁 8．23%，密度1．23 g/cm3);消 毒 劑 為 次 氯 酸 鈉［2］(密 度1．16 g/cm3，有效氯濃度為10%)和硫酸銨(含氮量8%，密度1．22 g/cm3)，替代液氯和液氨。

3 工藝優(yōu)化

3．1 原水預(yù)氯化和投加粉炭

青草沙原水源頭建成投加次氯酸鈉(浦東吸水井)和粉炭(5號(hào)溝)設(shè)施，二者相距2 km，粉炭在輸水管中停留時(shí)間＞6 h，藍(lán)綠藻產(chǎn)生的致臭物質(zhì)甲基異莰醇-2(簡(jiǎn)稱(chēng):MIB)≥30 ng/L時(shí)開(kāi)始投加粉炭，按MIB檢測(cè)濃度調(diào)整粉炭投加量;葉綠素＞20 μg/L時(shí)，或藻密度數(shù)升高(濾池堵塞)，開(kāi)始投加次氯酸鈉。形成加粉炭除臭和投次氯酸鈉除藻工藝要求，水廠(chǎng)及時(shí)調(diào)節(jié)加氯量，控制好沉淀池出口余氯，改善出廠(chǎng)水嗅味(粉炭對(duì)致臭物質(zhì)MIB去除率為70% ～80%)，使用戶(hù)反應(yīng)腥味次數(shù)明顯下降。投加粉炭，有效去除水中有機(jī)物，降低出廠(chǎng)水的三鹵甲烷指標(biāo)，如表2所示。

表2 閘北水廠(chǎng)出廠(chǎng)水三鹵甲烷數(shù)值Tab．2 THMs in Effluent of Zhabei Waterworks

3．2 原水pH變化對(duì)出廠(chǎng)水鋁含量影響

混凝劑選擇不僅要考慮原水的pH和混凝劑的pH(對(duì)設(shè)備腐蝕性)，不同混凝劑均有最佳pH混凝效果，同時(shí)要考慮混凝劑水解pH的變化。鋁是兩性物質(zhì)，在較低或較高pH時(shí)均有一定溶解度;鋁高低還與水溫有關(guān)。水廠(chǎng)根據(jù)不同季節(jié)和水溫，選用不同pH混凝劑，調(diào)節(jié)出水pH ＜7．5，降低出水鋁含量，水廠(chǎng)控制目標(biāo)為 ＜0．1 mg/L(國(guó)標(biāo)為0．2 mg/L)，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 陸家嘴分廠(chǎng)水溫、pH和鋁檢測(cè)數(shù)據(jù)Tab．3 Temperature，pH，and Aluminum Concentration of Water in Lujiazui Waterworks

數(shù)據(jù)顯示:水溫＞20℃，出廠(chǎng)水pH＞7．5作為選擇低值pH(2．5)混凝劑工藝要求。調(diào)節(jié)水中pH有限，幅度小，當(dāng)出廠(chǎng)水pH＜7．5，出水鋁含量不易升高(濾池對(duì)鋁去除率在50%左右)。合理調(diào)節(jié)pH方法:投加硫酸，夏季，在混凝劑加藥點(diǎn)前投加硫酸，根據(jù)鋁溶解度與pH關(guān)系曲線(xiàn)，調(diào)整pH在7．0～7．2，其鋁溶解度較低，Al(OH)3不易溶解。

3．3 濾池工藝參數(shù)優(yōu)化

濾池去除率和反洗水率是評(píng)價(jià)過(guò)濾性能綜合指標(biāo)，按出廠(chǎng)水濁度目標(biāo)值合理調(diào)整過(guò)濾周期及運(yùn)行參數(shù)。通過(guò)對(duì)水頭損失、濾后水濁度、濾后水顆粒數(shù)三項(xiàng)指標(biāo)的綜合分析確定合理的過(guò)濾周期，如表4所示。

表4 居家橋分廠(chǎng)水頭損失、濾后水濁度、濾后水顆粒數(shù)分布變化關(guān)系Tab．4 Head Loss，Turbidity and Particle Number of Filtrated Water in JuJiaqiao Waterworks

考慮到過(guò)濾周期太長(zhǎng)，使濾料表面積泥厚實(shí)，影響單水反洗質(zhì)量，選擇合理運(yùn)行周期為32 h。

根據(jù)生產(chǎn)性試驗(yàn)結(jié)果分析，濾池實(shí)際運(yùn)行中反沖洗強(qiáng)度設(shè)為17～18 L/(m2·s)、歷時(shí)4～5 min較為合理，膨脹率為40% ～50%，相應(yīng)的反沖洗水量約為250～300 m3。由于初濾水需經(jīng)30～60 min恢復(fù)穩(wěn)定，初濾水濁度才能控制在＜0．2NTU，需控制好初始濾速。青草沙原水水質(zhì)好，平均去除率為90%，洗水率1．9%。

3．4 混凝沉淀除藻類(lèi)

2013年2月下旬以來(lái)，青草沙原水硅藻(主要為顆粒直鏈藻2．0×107)大量爆發(fā)，濾池過(guò)濾周期由32 h縮短至2 h，嚴(yán)重影響了水廠(chǎng)供水量，直到3月底硅藻才開(kāi)始呈下降趨勢(shì)。

見(jiàn)實(shí)驗(yàn)室攪拌試驗(yàn)結(jié)果，低pH聚硫氯化鋁對(duì)藻的去除效果較好，相同投加量下，去除率可提高2倍。水廠(chǎng)將混凝劑切換為夏季低pH聚硫氯化鋁，同時(shí)逐步提高加注量，達(dá)到5 mg/L左右，澄清池礬花易于沉降，同時(shí)控制澄清池出口游離氯0．7～1．1 mg/L，濾池過(guò)濾周期逐漸延長(zhǎng)，過(guò)濾性能改善。直至3月28日，10格濾池反沖洗周期全部恢復(fù)，達(dá)到32 h。

3．5 自動(dòng)加氯加氨工藝優(yōu)化

優(yōu)化后自動(dòng)加藥模式:前加氯按水量比投加，后加氨/加氯按照出廠(chǎng)水一氯胺和游離氨目標(biāo)值、加藥點(diǎn)進(jìn)水流量來(lái)自動(dòng)控制整個(gè)消毒工藝的加氯和加氨量。以游離氯、一氯胺和游離氨的反饋數(shù)值，自動(dòng)調(diào)整加氯/加氨投加量［3］。

通過(guò)優(yōu)化后，游離氨可達(dá)最小值，使加氯量最大限度轉(zhuǎn)化為一氯胺，達(dá)到減少加氯/加氨量，穩(wěn)定余氯，改善自來(lái)水口味，提升國(guó)內(nèi)氯氨消毒自動(dòng)加藥控制工藝，使自控變得簡(jiǎn)單、實(shí)用和可操作性。

4 水質(zhì)管理

4．1 余氯目標(biāo)值設(shè)置

消毒作用以余氯C(mg/L)和接觸時(shí)間T(min)乘積CT來(lái)衡量，按余氯接觸時(shí)間確定余氯值，CT越大，消毒作用越好。當(dāng)氯與水接觸時(shí)間短，可按CT來(lái)調(diào)整余氯值，使出廠(chǎng)余氯設(shè)置科學(xué)合理。不同水源、不同季節(jié)、不同工藝采用科學(xué)合理的消毒方法。在確保管網(wǎng)水微生物衛(wèi)生指標(biāo)合格同時(shí)，嚴(yán)格控制消毒副產(chǎn)物。

4．1．1 濾前余氯

沉淀水余氯為游離氯，前加氯在水中形成活氯時(shí)間為45 min(冬天)，消毒作用時(shí)間短，消毒徹底，效果好，但維持時(shí)間短。水處理工藝中，一般優(yōu)先考慮游離氯作為首要消毒劑。游離氯消毒必須符合CT＞15，能殺滅所有細(xì)菌和致病微生物，余氯控制范圍0．3～0．5 mg/L。夏季，游離氯形成時(shí)間短，可控制在0．2～0．3 mg/L，冬季，除硅藻等，游離氯可調(diào)整為0．8 mg/L，這樣可減少THMs生成。

4．1．2 濾后余氯

濾后水余氯和出廠(chǎng)水余氯為一氯胺(濾后加氨加氯形成)，氯氨反應(yīng)時(shí)間一般為3 min，與游離氯相比，一氯胺的消毒作用不大，但更具穩(wěn)定和持續(xù)消毒能力，可改善飲用水的口感，減少消毒副產(chǎn)物THMs的增加。上海地區(qū)出廠(chǎng)水消毒普遍采取的是氯胺消毒。閘北水廠(chǎng)出廠(chǎng)水余氯目標(biāo)值控制在1．1 mg/L，居家橋水廠(chǎng)CT為94(新國(guó)標(biāo)CT≥60)。

4．2 出廠(chǎng)游離氨控制

游離氨指水中NH3/NH4+，要考慮出廠(chǎng)水中有少量游離氨余量，一方面少量游離氨存在，可消除加氯過(guò)量所產(chǎn)生二氯胺。另一方面，可減少(當(dāng)水溫＞15℃)亞硝酸鹽生成而使余氯降低。所以，要重視出廠(chǎng)水游離氨控制，避免管網(wǎng)水停留時(shí)間長(zhǎng)，水中自養(yǎng)型氨氧化菌的硝化作用下，使亞硝酸鹽升高(新國(guó)標(biāo)0．3 mg/L，以 N 計(jì))。

4．3 濁度指標(biāo)

濁度是評(píng)價(jià)自來(lái)水的綜合指標(biāo)，濁度低，自來(lái)水中有害物質(zhì)及細(xì)菌也少。

4．3．1 沉淀水濁度

沉淀水濁度控制幅度參照出廠(chǎng)水目標(biāo)值和濾池濁度去除率來(lái)確定，也就是說(shuō)，進(jìn)水濁度為多少時(shí)，濾池出水濁度達(dá)到0．2 NTU，該進(jìn)水濁度為上限值，沉淀池濁度控制目標(biāo)值低于上限值。水廠(chǎng)沉淀水濁度幅度設(shè)定為0．6 ～1．0 NTU。

4．3．2 濾后濁度

濾后濁度受進(jìn)水濁度、濾速和濾料厚度等影響，相對(duì)來(lái)說(shuō)，進(jìn)水濁度高低，會(huì)直接影響濾后濁度，要求當(dāng)班員工平穩(wěn)運(yùn)行，即濾池分配水量要均勻，濾前水位要相對(duì)恒定，使濾速波動(dòng)小，特別濾池反洗或水庫(kù)水位低情況，考慮各濾池運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)短，合理調(diào)節(jié)好各濾池清水閥開(kāi)啟度，使濾后濁度穩(wěn)定。設(shè)置濾后濁度目標(biāo)為0．15 NTU(新國(guó)標(biāo) 1．0 NTU)。

4．3．3 出廠(chǎng)濁度

出廠(chǎng)濁度受濾后水濁度影響。一般出廠(chǎng)濁度要低于濾后濁度，因清水庫(kù)本身好似個(gè)大的沉淀池，清水沿池內(nèi)擋板流動(dòng)而沉淀。當(dāng)濾后濁度低時(shí)，清水庫(kù)內(nèi)積泥就少一些。特別是清洗水庫(kù)時(shí)，要注意設(shè)該池最低水位。出廠(chǎng)濁度目標(biāo)＜0．15 NTU。當(dāng)濁度控制在0．1 NTU以下，賈鞭毛蟲(chóng)、隱孢子蟲(chóng)去除率達(dá)99．9%以上，因而控制濁度很重要。

4．4 水廠(chǎng)供水調(diào)度

水廠(chǎng)運(yùn)行班長(zhǎng)根據(jù)調(diào)度指令，合理調(diào)度進(jìn)出水量。結(jié)合早夜高峰供水時(shí)間段，調(diào)配好清水庫(kù)庫(kù)存水，發(fā)揮清水庫(kù)調(diào)節(jié)功能?？紤]余氯接觸時(shí)間，合理設(shè)置清水庫(kù)水位控制范圍，確保清水庫(kù)水新鮮度。

4．5 加礬量控制

不同水源和水質(zhì)(藻類(lèi))，不同混合反應(yīng)條件和沉淀水濁度，加礬量是不相同的。加礬量還受低溫、低濁和原水中有機(jī)污染程度影響。需定期或原水變化時(shí)，做好攪拌試驗(yàn)。根據(jù)沉淀水濁度和原水進(jìn)水量，科學(xué)合理調(diào)整加藥量。

4．6 加氯/加氨量控制

4．6．1 前加氯量

折點(diǎn)加氯會(huì)產(chǎn)生致癌物的消毒副產(chǎn)物(三鹵甲烷)。三鹵甲烷(THMs)包括氯仿、溴仿、一溴二氯甲烷、二溴一氯甲烷。如果濃度高時(shí)，長(zhǎng)期會(huì)對(duì)健康產(chǎn)生影響。消毒過(guò)程應(yīng)避免和減少THMs。THMs的生成量與加氯量、水中有機(jī)物濃度、水溫和pH有關(guān)。游離氯含量過(guò)高，會(huì)增加THMs超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。所以要限制折點(diǎn)加氯量(特別當(dāng)水溫＞20℃)，游離氯要控制在合適范圍。

前加氯量與原水中氨氮和水量所決定，且青草沙原水中耗氯量和氨氮低，變化穩(wěn)定，波動(dòng)很小，所以，余氯高低直接和投加比相關(guān)，通常各水廠(chǎng)前加氯投加比值控制在1．5～1．8為宜，沉淀水活氯控制目標(biāo)在0．3～0．5 mg/L。當(dāng)原水公司源頭加氯和粉末活性炭時(shí)，沉淀水中活氯控制在下限(0．2～0．3 mg/L)，以濾后氯胺消毒為主。

4．6．2 后加氯/加氨量

按出廠(chǎng)余氯目標(biāo)值和氯氨投加比(3．5～4)控制加氨量和加氯量［4］，也就是說(shuō)，先確定出廠(chǎng)余氯目標(biāo)值(1．3 mg/L)，沉淀水余氯也知道，當(dāng)班員工就定量知道濾后加氨量和加氯量，計(jì)算如下。

出廠(chǎng)游離氨與管網(wǎng)水亞鹽控制(8月份數(shù)據(jù)如下):

居家橋分廠(chǎng):出廠(chǎng)水游離氨:0．06～0．24 mg/L，管網(wǎng)水平均亞鹽濃度:0．037 mg/L

陸家嘴分廠(chǎng):出廠(chǎng)水游離氨:0．06～0．12 mg/L，管網(wǎng)水平均亞鹽濃度:0．004 mg/L

4．6．3 三鹵甲烷

夏季，隨著水溫和pH變化，特別要嚴(yán)格控制前加氯量和沉淀水游離氯，水廠(chǎng)THMs控制目標(biāo)＜0．5。陸家嘴分廠(chǎng) 7 月份總加氯量 1．5 ～3．4 mg/L，三鹵甲烷總量0．17 ～0．33。

6 存在問(wèn)題及措施建議

藍(lán)綠藻(硅藻)大量爆發(fā)時(shí)，原水中葉綠素、混濁度和耗氧量等水質(zhì)有較大變化，增加水廠(chǎng)制水難度，使結(jié)成絮凝礬花顆粒細(xì)小，濁度難去除，影響出廠(chǎng)水濁度，使加礬量成倍增加。需通過(guò)多次攪拌試驗(yàn)，估測(cè)混凝劑和絮凝劑混合投加量或決定混凝劑最大投加比率的方法。摸索和總結(jié)不同加氯/加礬量在混凝沉淀中，對(duì)不同硅藻或藍(lán)綠藻數(shù)(106至107)去除效果。氯化/絮凝/混凝/沉淀步驟可減少90%藻類(lèi)數(shù)，去除水中藻類(lèi)重點(diǎn)是強(qiáng)化混凝沉淀工藝控制。

7 結(jié)語(yǔ)

做好凈水原材料驗(yàn)收和檢測(cè)，提高當(dāng)班工操作技能，掌握正確加藥方法;做好過(guò)程水質(zhì)量監(jiān)控，通過(guò)在線(xiàn)水質(zhì)儀表，分析考評(píng)每天加藥質(zhì)量和生產(chǎn)運(yùn)行狀況，開(kāi)展班組水質(zhì)競(jìng)賽;做好在線(xiàn)水質(zhì)儀表日常維護(hù)，每天巡檢，數(shù)據(jù)比對(duì)，定期校驗(yàn)，確保其數(shù)據(jù)真實(shí)性，指導(dǎo)生產(chǎn)。

目前，青草沙原水系統(tǒng)承擔(dān)了上海中心城區(qū)80%的原水供應(yīng)，每天有1 300萬(wàn)市民喝著從這里輸出的飲用水，需嚴(yán)格水質(zhì)管理，研究和完善應(yīng)對(duì)青草沙原水突發(fā)情況預(yù)警機(jī)制和多種有效方法，確保市民喝上放心、安全飲用水。

［1］張麗麗，張群，陳志平．氯化銨在浦東水廠(chǎng)消毒中的應(yīng)用［J］．給水排水，2009，35(11):11-14．

［2］陳志平．次氯酸鈉消毒在水廠(chǎng)中應(yīng)用［J］．城鎮(zhèn)供水，2009，29(4):37．

［3］陳志平．居家橋水廠(chǎng)自動(dòng)加氯工藝優(yōu)化［J］．凈水技術(shù)，2013，32(1):93-98．

［4］劉建華，尚書(shū)銓?zhuān)愔酒剑嗖萆吃勇认竟に嚨膬?yōu)化［J］．凈水技術(shù)，2012，30(5):102-106．