給水處理廠采用不同原水的運行情況

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，陳行水庫的環境評價報告書表明:原水有機污染少，致突變性試驗呈陰性，所含放射性物質濃度大部分項目符合標準。總評結果為:陳行水庫水符合國家地表水Ⅱ級標準。長江徑流量大，稀釋擴散及自凈能力強，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，是目前國內在建最大的江心河口水庫。長江口青草沙水域的水質總體達到地表水Ⅱ類水要求，但由于原水在庫區停留時間較長，不可避免會出現局部區域藻類暴發性生長等富營養化現象［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

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

2 給水處理情況分析

原水水質變化不僅影響出廠水水質，同時也對混凝劑、消毒劑投加量有所影響。另外，當原水水質突變時，甚至會導致給水處理工藝參數的調整。例如，調整濾池的過濾周期以確保濾后水水質達標等。因此，本文將從原水、出廠水水質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

根據閘北水廠2010年～2013年水質報表，選取主要反映原水特點的水質指標。

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 表

2．1．2 氯化物

氯化物是原水咸潮的重要水質指標，且影響出廠水水質的口感。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安全。另外，2011年4月、5月氯化物含量高達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，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，而且冬季無需調整過程水的消毒方式，確保了過程水的水質安全。

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，當時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，當時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較好，溶解氧含量較高，故冬季采用混合原水時溶解氧含量較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

2．2．1 濁度

根據《城鎮供水廠運行、維護及安全技術規程》要求，給水處理廠出廠水濁度應低于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。由于冬季原水呈現低溫低濁的特點，故處理難度較高。然而，自冬季開始使用混合原水，原水水質得到改善，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中持續消毒的基礎，故余氯是出廠水水質的一項重要考核指標。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濟化的一種手段，同時有效地減少了消毒副產物的產量。

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;二是由于水中顆粒較小，容易導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，這是因為2010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行了調整，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物的產量，進一步提升出廠水水質安全。

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)

濾后加氨是常規給水處理工藝的重要組成部分，有助于水中余氯的持續殺菌作用。自2011年4月起，水廠加氨系統由原先使用液氨調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定，故每月的硫酸銨投加量也相對穩定，有利于出廠水水質安全。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 結語

(1)綜合分析上述生產數據可見，每年夏、冬兩季采用不同原水模式后，原水濁度、氯化物、氨氮、亞硝酸鹽等指標得到改善。同時，配合采用二次加氯消毒方式，有利于實際生產運行，提高藥劑投加的經濟效益，同時確保供水水質安全。

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，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到 0．08 ～0．10 NTU、余氯達到 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，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到 0．08 ～0．11 NTU、余氯達到 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，并控制消毒副產物的產量，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為地表水Ⅱ類水體，尤其是冬季，水質優于陳行原水。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。當前加氯量較低時，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，今后的生產運行中應予以重視。

(3)混合原水較陳行原水具有低濁度的特點。冬季采用混合原水時，低溫低濁的特點更為顯著。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象。因此，在生產運行中，通過增加混凝劑投加量、降低斜管沉淀池運行負荷來減輕該現象。

［1］董秉直，范瑾初，孫有勛，等．長江水源水質特點以及處理工藝［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行優化［J］．給水排水，2012，38(8):15-18．

［4］中華人民共和國住房和城鄉建設部．CJJ 58—2009城鎮供水廠運行、維護及安全技術規程［M］．北京:中國建筑工業出版社，2010．