加強水質管理，提高和改善飲用水水質

陳志平¹   景萍²

1.       (上海浦東威立雅自來水有限公司浦東水廠，上海200120)

2.       （鄭州卓凡環(huán)保科技有限公司）

1.前言

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)，是關呼到人們生命健康的一個重要民生問題，隨著人們對健康意識的增強，人們也越來越關注飲用水的質量（人體每天需要飲水2.5升），去年7月1日起，我國實施新版的《生活飲用水衛(wèi)生標準》，飲用水監(jiān)測指標從目前的35項提高到106項，這標志著我國的飲用水標準基本與國際接軌。隨著水源的水質變化，水中含有許多種有機物，且水也是隱性疾病傳播介質之一，需要加強凈水管理和水處理工藝的優(yōu)化，提高和改善自來水水質。

2.水廠概況

浦東水廠下轄2個分廠，居家橋分廠和陸家嘴分廠。

1）陸家嘴分廠：建于1937年，逐步改造至今，制水能力10萬噸/日，占地面積小，采用常規(guī)凈水工藝，原水經加藥至3座隔板反應斜管沉淀池、8格雙層濾池（無煙煤濾料：鞏義市丁東水處理濾材廠）、1座清水庫（分2格：總容量3650m³）。供水區(qū)域為浦東小陸家嘴地區(qū)和西北部分地區(qū)生活用水。

2）居家橋分廠：建于1987年7月，制水能力12萬噸/日，工藝流程：原水由配水井至4座機械加速斜管澄清池、10格虹吸雙閥濾池（其中2格為煤-砂雙層濾料）、2座清水庫（單池：5000m³）。投加化學藥劑為次氯酸鈉（密度1.16kg/m³，有效氯濃度為10%）和硫酸銨（含氮量8%，密度1.22kg/m³），替代氯瓶和氨瓶；混凝劑為聚硫氯化鋁（密度1.23t/m³,氧化鋁8.23%）。供水區(qū)域為：金橋出口加工區(qū)、部分張江高科技園區(qū)、陸家嘴金融貿易區(qū)。

3.原水水質

2011年1月1日開始由黃浦江上游原水切換到長江青草沙原水，水源地位于長江口江心部位，由于不受陸域排污的干擾，原水的水質明顯改善。其主要表現(xiàn)為濁度、色度、氨氮、COD等指標低。

表1—居家橋分廠原水水質數(shù)據(jù)

Tab. 1  Jujiaqiao Water Plant Raw Water Quality Data

數(shù)據(jù)來源；上游原水2010年1月至6月平均值，長江原水2011年1月至6月平均值。

以上數(shù)據(jù)分折：

青草沙原水的水質特點是“四低”和“三高”，1）濁度低，濁度是評價自來水的綜合指標，濁度低，自來水中有害物質及細菌也少。青草沙原水濁度低于黃浦江上游原水濁度約75%。2）色度低（7度），達到飲用水標準（國標15度）。3）氨氮低，可降低出廠余氯，改善飲用水口感。4）耗氧量低，原水中COD_Mn含量低于飲用水衛(wèi)生指標3 mg/L（GB5749），低于上游原水約56%，可減少因折點加氯后產生的消毒副產物三鹵甲烷、嗅和味。青草沙原水的“三高”為1）PH值高，高于黃浦江上游原水（7.1），達8.4。2）氯化物，高于上游原水72mg/L，達136mg/L。3）藻類，由于青草沙水源為水庫水，流動性差，淺水位，受氮磷和不同季節(jié)和水溫變化，易繁殖產生不同藻類，其處理手段和加藥量也不一樣，對出廠水嗅味產生潛在風險。

青草沙原水的水質改善，也提高了供水水質，出廠水耗氧量、色度、嗅和味指標有明顯改善，耗氧量從3.25mg/L降到1.38mg/L，色度從7降到5度，嗅和味從2級降到1級。

4.自來水廠水處理工藝

常規(guī)水處理工藝主要分為：混凝、沉淀、過濾、消毒。

黃浦江上游原水改為長江青草沙水源，消毒工藝改為：前加氯為折點加氯，生成游離氯作為主要消毒劑；濾后加氨補氯，出廠水為一氯胺消毒，以維持管網中長時間消毒效果。因原水PH較高（8.3-8.5），混凝劑由聚合氯化鋁改為聚硫氯化鋁，藥劑PH降為2.5-2.8，以控制出廠水鋁偏高問題。

3.水質管理

3.1工藝控制

3.1.1原水預氯化與投加粉末活性炭

折點加氯會產生致癌物質的消毒副產物（三鹵甲烷）。三鹵甲烷包括氯仿、溴仿、一溴二氯甲烷、二溴一氯甲烷。如果濃度高時，長期會對健康產生影響。消毒過程應避免和控制消毒副產物。三鹵甲烷的生成量與加氯量和水中有機物濃度有關。游離氯含量過高，會增加三鹵甲烷超標風險。所以要限制折點加氯量（特別當水溫>20°C) ，游離氯要控制在合適范圍。

青草沙原水投加口（5#溝）至水廠沿途管道滯留吸附時間為五六個小時，原水投加粉末性炭，可大大降低出廠水的三鹵甲烷指標（吸咐原水中有機物）。見表2.

表2.：居家橋分廠出廠水三鹵甲烷數(shù)值

注：加炭：8月7,14,21,28日，不加炭數(shù)值為5月8，17，23，31日

數(shù)據(jù)說明：原水源頭就開始投加粉末活性炭，明顯降低消毒副產物。

3.1.2余氯指標

消毒作用以余氯和接觸時間CT來衡量，按水處理過程中停留時間確定余氯值，CT值越大，消毒作用越好。當氯與水接觸時間短，可按CT值來調整余氯值。

表3­—居家橋分廠CT消毒因子

Table.3  Jujiaqiao Water Plant CT disinfection Factors

條件：PH值為7-8；10to 20℃,Tu<1NTU

表3顯示，澄清池加氯控制參數(shù)優(yōu)于設計參數(shù)，對細菌和脊髓灰質炎病毒而言，自由氯CT因子為15.。而澄清池自由氯CT因子為30。對澄清水檢測，自由氯為0.34 mg/L，濁度為0.40NTU，總大腸菌群和細菌總數(shù)為零，體現(xiàn)出整個消毒工藝消毒效果好，消毒徹底，且出廠余氯低，改善飲用水口感，加氯量少，稍低于上游原水加氯量。見表4

表4：居家橋分廠氯氨消毒生產運行數(shù)據(jù)（年均）

3.1.3濁度指標

常規(guī)水處理工藝中，濁度分為沉淀（澄清）水濁度、濾后濁度和出廠濁度。

1）沉淀水濁度

沉淀水濁度控制幅度參照出廠水目標值和濾池濁度去除率來確定，也就是說，進水濁度為多少時，濾池出水濁度達到〈0.2NTU值，該進水濁度應是沉淀池濁度控制目標值。水廠沉淀水濁度幅度設定為0.4-0.8NTU.

2）濾后濁度

濾后濁度受進水濁度，運行周期，濾速和沖洗質量影響，相對來說，進水濁度高低，會直接影響濾后濁度，要求當班員工平穩(wěn)運行，即濾池分配水量要均勻，濾前水位要相對恒定，這樣，濾速波動小，特別汰濾池或水庫水位低情況，考慮各濾池運行時間長短，合理調節(jié)好各濾池清水閥開啟度，使濾后濁度穩(wěn)定。

3）出廠濁度

出廠濁度受濾后水濁度和清水庫水位高低影響。要設置濾后濁度目標值和清水庫運行水位幅度，水廠出廠水濁度目標值為0.15NTU.一般出廠濁度要低于濾后濁度，因清水庫本身是個大的沉淀池，迷宮式擋板順序流動和沉淀功能。當濾后濁度低時，清水庫積泥就少一些，例如：切換青草沙原水，濾后濁度標準提高，清水庫池底積泥量與上游原水相比，明顯減少許多。特別是清洗水庫時，要注意設該池最低水位，以防過低水位，造成影響出廠水濁度。

4）過濾性能及運行參數(shù)

濾池過濾性能受濾料層級配、濾料厚度、配水均勻性（大阻力和中小阻力）、沖洗強度、膨脹率及運行周期有關，膨脹率高低與顆粒磨擦程度和砂面積泥有關；不同種類濾池，不同品種濾料，其濾速也相差很大，如煤-砂雙層濾料，其正常濾速為13m/h,濾后濁度為0.09NTU. 濾速高于單層砂濾池38%，特別應對原水中硅藻突發(fā)，更能顯現(xiàn)出煤-砂雙層濾料濾池優(yōu)越性，減輕水廠供水壓力。硅藻影響供水能力，如上海長橋水廠單層砂濾池出水能力減少23%，浦東居家橋分廠砂濾池出水能力減少25%，運行周期從原來34小時減至7-10小時。運行周期還受濾速、進水濁度及投加助凝劑品種有關，按出水濁度目標值合理調整過濾周期及運行參數(shù)。

3.2加藥量控制

3.2.1加礬量控制

不同水源和水質（藻類等），不同凈水設施（沉淀池和澄清池）、混和條件（機械攪拌和靜態(tài)混和器）和沉淀水濁度，加礬量是不相同。例如：硅藻是看不見，摸不著（不象濁度），無色透明，且水廠一般無檢測裝置。雖然對人體無害，但影響過濾水量。除硅藻加藥量和平時去濁度加藥量相差很大，不能參照平常加藥量，且硅藻品種不同，其加藥量也有差異。加礬量還受低溫、低濁、原水中有機污染程度影響。需定期做好攪拌試驗，根據(jù)沉淀水濁度和原水進水量，科學合理調整加藥量。如：長江原水濁度（5-10NTU），氨氮低（〈0.05 mg/L）,PH較高(8.3-8.5)，水質平穩(wěn)，混凝沉淀效果好，沉淀水濁度處于0.4-0.6NTU，加礬量明顯減少（見下表5）

表4：居家橋分廠加礬量運行數(shù)據(jù)（折算固體硫酸鋁）

表5 2012年浦東水廠加礬量平均數(shù)據(jù)（礬基單位：kg/km³）

3.2.2加氯/加氨量控制

1）沉淀水余氯：為活氯，前加氯在水中形成活氯時間為45分鐘（冬天），消毒作用時間短，消毒徹底，效果好，細菌和大腸菌生物檢測為零檢測，但維持時間短。水處理工藝中，一般優(yōu)先考慮游離氯作為首要消毒劑。

沉淀水余氯：由前加氯量（投加比）和原水的水質（氨氮）和水量決定的，且青草沙原水水質相當穩(wěn)定，氨氮幾乎平穩(wěn)，波動很小，所以，余氯高低直接和投加比相關，通常各分廠前加氯投加比控制在1.5-1.8ppm為宜，沉淀水活氯控制在0.3-0.5ppm。當原水公司源頭加氯和粉末活性炭時，原水中活氯控制在下限值（0.2-0.3 mg/L），以濾后氯胺消毒為主。

2）濾后余氯

濾后水余氯為一氯胺，即濾后加氨加氯，形成一氯胺，氯氨反應時間一般為3分鐘，與游離氯相比，一氯胺的消毒作用不那么大，但更為穩(wěn)定和持久，管網中選擇一氯胺作為二次消毒劑，可控制管網中微生物的生長，降低細菌的污染，改善飲用水的口感和嗅味。而且，和游離氯不一樣的是，一氯胺可減少消毒副產物THMs的增加。在生物膜內，一氯胺的穿透效果和生物體滅活效果比游離氯更好。上海地區(qū)出廠水消毒普遍采取是氯胺消毒。

3）一氯胺控制：

由氯氨投加比和出廠余氯目標值所控制，根據(jù)出廠余氯目標值和游離氨控制值來確定加氨量和加氯量的多少，也就是說，當出廠余氯目標值確定了（為1.3 mg/L），沉淀水余氯也知道（0.5 mg/L），那么，當班員工就定量知道加氨量和加氯量，計算如下

4）出廠游離氨控制

游離氨指水中NH₃/NH4⁺，要控制出廠水中氨氮值，一氯胺要與管網中游離氨發(fā)生硝化生物反應，生成亞硝酸鹽，衰減一氯胺，使余氯降低。所以，要重視出廠水游離氨（<0.15mg/L）控制，避免亞硝酸鹽升高風險。

4）自動加氯加氨工藝優(yōu)化

優(yōu)化后自動投加控制模式：前加氯按水量比加氯，后加氨、加氯是完全按照出廠水一氯胺和游離氨目標值和加藥點進水流量來自動控制整個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，自動調整加氯加氨投加比。

當濾后游離氨或一氯胺出現(xiàn)高低時，計算機控制系統(tǒng)會作一判斷，先確定一氯胺是否在控制范圍，然后確定游離氨是否偏高或低，再最終確定加氯量。當一氯胺偏高，游離氨偏低時，調低后加氯量；當一氯胺偏低，游離氨偏高時，調高后加氯量。

通過自動加氯控制運行后，游離氨可達最小值，既能消除二氯胺產生，又減少管網水中發(fā)生硝化作用而使一氯胺降低風險，使加氯量最大限度轉化為一氯胺，達到減少加氯量，減善自來水口味，這也是優(yōu)化前自動投藥控制所難以做到的。

4.水質儀表檢測

一氯胺和游離氨更能直接反映加氯消毒質量的重要指標，且一氯胺和游離氨數(shù)據(jù)準確性直接影響到自動加氯可靠性和安全性，要求當班員工熟練正確掌據(jù)操作規(guī)程，保證數(shù)據(jù)準確性。了解其反應原理，可幫助熟記操作步驟。

5.1一氯胺和游離氨反應原理

取二份水樣，一份A水樣測一氯胺，另一份B水樣測游離氨，當