關(guān)于三個水廠凈水工藝與供水水質(zhì)的比較和分析

岳宇明，陸 茸，毛麗娜，沈元靜，何小清

（上海市自來水市南有限公司，上海 201199）

1 水源水質(zhì)

第一、第二水廠水源均采用某水庫水，第三水廠采用x江上游水。2013年水庫水全年基本上為輕污染水質(zhì)，其中總氮、石油類全年一直超地表水Ⅲ類標(biāo)準。x江水源受外來污染物影響常年處于重度污染狀況，除總氮、石油類全年超Ⅲ類水標(biāo)準外，NH3、CODMn季節(jié)性超標(biāo)，鐵、錳超標(biāo)概率也很高，其他如陰離子合成洗滌劑、汞、溶解氧也出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。表1為2013年三水廠水源水質(zhì)。

表1 某水庫水源及x江水源水質(zhì)Tab.1 Raw water Quality of Reservoir and x River

1.1 原水濁度

第三水廠原水濁度是第一水廠的4.5倍，第二水廠的3倍。說明x江水中含有的泥沙、黏土、細微的有機物和無機物、浮游生物及其他微生物等較多。

1.2 原水色度

水源水中的鐵、錳、腐殖酸、富里酸會使水有色。第一、第二水廠未經(jīng)處理的原水色度已低于《生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準》(GB 5749—2006)中規(guī)定15 CU的標(biāo)準，其值分別為6和12 CU。而第三水廠原水色度則較高，年平均達21 CU，主要由于水源中鐵年平均值為0.79mg/L(超Ⅲ類水質(zhì))、錳年平均值為0.13mg/L(超Ⅲ類水質(zhì))、有機物含量較高(TOC年平均值為6.23mg/L)的緣故。

1.3 原水氨氮、總氮、總磷

水中氨氮、總氮主要來源于生活污水中含氮有機物。總磷來源為生活污水、化肥、有機磷農(nóng)藥及洗滌劑等。第一水廠水源氨氮年平均值為0.145mg/L，接近地表水Ⅰ類水標(biāo)準；第二水廠水源較第一水廠氨氮有所降低，平均值為0.059mg/L，主要由于原水輸水管路中的生物降解作用，屬地表水Ⅰ類水；第三水廠每年12月至來年的3月份氨氮均超地表水Ⅲ類標(biāo)準，其他月份則不超過Ⅲ標(biāo)準。

第一、第二水廠水源總氮兩廠相差不大，均為2.0mg/L左右，接近地表水V類標(biāo)準；第三水廠水源總氮年平均值為3.81mg/L，遠超地表水V類標(biāo)準限值。

第一、第二水廠原水總磷均為0.07mg/L，屬Ⅱ類水；第三水廠原水總磷要比第一、第二水廠高2倍，屬Ⅲ類水質(zhì)。水庫水源雖然總氮、總磷較x江水源低，但水庫的流動性差、濁度低、透明度高、水體更新周期長、藻類易繁殖。

1.4 有機物含量

取用水庫水源的第一、第二水廠原水CODMn年平均達到地表水Ⅱ類標(biāo)準，而第三水廠取用的x江上游水其年平均CODMn達到地表水Ⅲ類標(biāo)準。

TOC可以很直接地用來表示有機物的總量，因而被作為評價水體中有機物污染程度的一項重要參考指標(biāo)。美國環(huán)保局的《消毒劑和消毒副產(chǎn)物規(guī)定》中指出水源水中TOC為4mg/L時，才能確保消毒副產(chǎn)物的量被控制在可接受的水平。第一、第二水廠原水有機物含量較少，低于此目標(biāo)值。而第三水廠(年平均達6.23mg/L)則遠遠超過此限。全面來看，水庫水質(zhì)好于x江水質(zhì)。

2 水廠生產(chǎn)工藝

第一水廠原水取自某水庫水，經(jīng)預(yù)臭氧處理進入(高密度澄清池或斜管沉淀池)然后經(jīng)砂濾池、后臭氧、活性炭濾池、加氨、加氯，經(jīng)消毒接觸池至清水池、出水泵房出廠。

第二水廠原水也取自該水庫，水廠凈水采用常規(guī)處理工藝，前加氯為游離氯消毒。

第三水廠原水取自x江上游，從2013年1月在常規(guī)處理基礎(chǔ)上開始全面實施臭氧活性炭深度處理工藝，設(shè)有一期、二期兩條生產(chǎn)線。一期為臭氧生物活性炭池置砂濾后，二期為臭氧生物活性炭池置于砂濾池前。一期生物活性炭濾池的設(shè)計停留時間為15min以上，炭層厚度為2.5 m，濾速為8 m/h，采用12～40目破碎柱狀炭。二期生物活性炭濾池的設(shè)計停留時間為16min、炭層厚度為2.2 m、濾速為8.3 m/h，采用8～30目破碎柱狀炭。此外兩者凈水原材料加注濃度基本相同。

3 各水廠出廠水

2013年各廠出廠水水質(zhì)年平均值如表2所示。

表2 出廠水年平均值Tab.2 Annual Average Values of Finished Water

3.1 出廠濁度

濁度主要影響消毒、削弱消毒劑對微生物的殺滅作用。第一水廠與第二水廠相比，深度處理工藝在混凝劑常規(guī)投加量條件下出廠濁度去除上沒有顯現(xiàn)出優(yōu)勢，原因可能是第一水廠炭濾池出水有活性炭泄漏現(xiàn)象及與高密度澄清池自身性能有關(guān)，濁度較第二水廠高0.02 NTU。

第三水廠一期炭濾后置與二期前置相比出廠水濁度相近，同為0.1 NTU，但較第一和第二水廠為高。

采用x江水源的水廠出水濁度明顯高于取用水庫的水廠出廠濁度。但均已遠遠低于GB 5749—2006的限值。

3.2 出廠色度

三水廠無論是第一水廠、第三水廠的臭氧活性炭深度處理還是第二水廠的常規(guī)處理都能使出廠色度控制在 5 CU，三水廠出廠鐵、錳均控制在0.02mg/L的檢測限值內(nèi)。

3.3 出廠氨氮

第一、第二水廠在2013年7月～12月出廠氨氮值是經(jīng)脫氯后的數(shù)值即總氨氮。均控制在GB 5749—2006限值0.5mg/L以下；第三水廠年平均值不超標(biāo)，但由于12月份進入冬季x江原水氨氮高，水溫較低，臭氧生物活性炭生物降解作用減弱，導(dǎo)致出廠水出現(xiàn)氨氮超標(biāo)。

3.4 出廠CODMn及 TOC

CODMn及TOC均反映水廠有機物污染的水質(zhì)指標(biāo)，其中包含產(chǎn)生致突變或致癌的消毒副產(chǎn)品前體物，因此比較各水廠處理工藝降低COD及TOC的效果有重要意義。

由于深度處理工藝，加上采用水庫水的優(yōu)勢，第一水廠原水CODMn為2.26mg/L，出廠CODMn年均值基本控制在1.12mg/L附近，去除率達50.4%。第二水廠原水CODMn為2.67mg/L，出廠CODMn平均值為1.58mg/L，去除率達40.8%，去除率較第一水廠為低，可見臭氧生物活性炭去除有機物的效果。第三水廠采用x江上游水源，原水水質(zhì)較差，采用臭氧生物活性炭池置于砂濾池前的二期出廠CODMn年平均值為2.49mg/L，一期為2.41mg/L，去除率分別為55.4%和56.8%。盡管去除率較高，但由于原水水質(zhì)差，出廠CODMn仍較第一、第二水廠為高。

第一水廠原水TOC為2.42mg/L，第二水廠為2.49mg/L，第一水廠出廠TOC年平均值為1.41mg/L，第二水廠出廠TOC平均值為1.71mg/L，去除率分別為41.7%和31.3%。由于第一水廠為臭氧活性炭深度處理工藝，預(yù)臭氧和主臭氧的氧化作用，加上臭氧活性炭對有機物的生物降解作用使得去除率較第二水廠提高了約10%。第三水廠二期、一期為同一水源，原水TOC為6.23mg/L，出廠TOC去除率相近，分別為40.8%和41.6%，出廠TOC分別為3.69和3.64mg/L，CODMn分別為2.49 和2.41mg/L，都比第一、第二水廠的出廠水的相應(yīng)值高。美國環(huán)保局的《消毒劑和消毒副產(chǎn)物規(guī)定》中指出飲用水中總有機碳為2mg/L才能確保消毒副產(chǎn)物的量被控制在可接受的水平，第一水廠、第二水廠已達到此標(biāo)準。我國現(xiàn)行國標(biāo) GB 5749—2006中已經(jīng)將TOC列為參考指標(biāo)(限值為5mg/L)。第三水廠出廠TOC雖然已達到我國的現(xiàn)行標(biāo)準但仍較美國環(huán)保局的要求還差很遠。從CODMn和TOC的水處理結(jié)果可以認為第三水廠采用臭氧生物活性炭池置于砂濾池后的一期系統(tǒng)水處理去除有機物的效果略微好于臭氧生物活性炭置于砂濾前的二期系統(tǒng)，因此幾乎可以認為兩者基本無大差別，但炭濾池置于砂濾池前的沖洗頻率較置于砂濾池后為高，會直接影響到活性炭濾池的使用壽命。

4 問題討論

4.1 出廠鋁的問題

2013年對第一、第二和第三水廠出廠鋁做了比較，同時測定出廠pH，如表3所示。由表3可知pH高的出廠水中鋁含量高，第二水廠出廠pH高于第一水廠。

表3 2013年原水、出廠pH及出廠水鋁含量Tab.3 Annual Aluminium Concentration and pH of Raw Water and Finished Water

第一、第三水廠出廠鋁均為國標(biāo)限值(0.2mg/L)的一半以下(企業(yè)內(nèi)部控制值)。第二水廠常規(guī)處理出廠鋁明顯偏高，特別是在夏季藻類爆發(fā)，導(dǎo)致原水pH升高，出廠鋁更難控制。這是因為混凝劑水解作用下生成兩性化合物氫氧化鋁，在偏堿性條件下易析出溶解性鋁。第一水廠實施臭氧活性炭深度處理工藝，雖然水源藻類在繁殖階段不斷消耗水中的CO2，使得水源水pH增加。但第一水廠的兩道臭氧會產(chǎn)生有機酸，同時生物活性炭中的細菌內(nèi)源呼吸會產(chǎn)生二氧化碳使出廠pH為7.5，相對第二水廠有所降低，出廠鋁較低，年平均值為0.035mg/L，較第二水廠低。第三水廠原水取自x江，原水pH本身較水庫水低，同時水廠實施臭氧活性炭深度處理工藝，導(dǎo)致出廠pH較低，年平均為7.1，出廠鋁含量相比第一、第二水廠為低。

4.2 出廠水中重金屬含量問題

2013年1月～12月8種重金屬出廠年平均值如表4所示。

表4 年平均出廠重金屬含量Tab.4 Annual Heavy Metal Concentrations of Finished Water

由表4可知第一水廠的水質(zhì)要略好于第二水廠、第三水廠。第二水廠的水質(zhì)要略好于第三水廠。第三水廠二期、一期出廠金屬含量大致接近。

4.3 三鹵甲烷問題

三鹵甲烷年平均值如表5和表6所示。

表5 年平均出廠三鹵甲烷總量Tab.5 Annual Average Values of THMs in Finished Water

表6 年平均出廠三鹵甲烷比值和Tab.6 Annual Ratio Sum of Finished Water

從以上數(shù)據(jù)看出第二水廠三鹵甲烷總量較高，其比值和也高。冬季由于水庫硅藻的影響，需原水中投加次氯酸鈉和粉末活性炭，經(jīng)過原水輸水管道進入第二水廠區(qū)內(nèi)原水游離余氯約0.1mg/L，為達到進一步殺藻和氧化的目的，控制沉淀池出水游離余氯約0.8mg/L，由于夏季氣溫較高藍綠藻繁殖，加快有機物與氯的化學(xué)反應(yīng)速度，為控制出廠三鹵甲烷總量，第二水廠沉淀池出水游離氯控制在0.5mg/L左右。雖然出廠水采用氯胺消毒，但三鹵甲烷比值和相對仍偏高，但小于GB 5749—2006的限值的一半。而第一水廠由于有預(yù)臭氧工藝，原水進廠后不需要再投加次氯酸鈉，三鹵甲烷總量控制得較好，只有 9.57μg/L。

第三水廠二期和一期出廠三鹵甲烷總量與第一水廠相差不大，分別為8.5和11.95μg/L，均遠低于100μg/L的限值。第三水廠出廠三鹵甲烷低的主要原因是在x江藻類爆發(fā)時次氯酸鈉投加量(以有效氯計)較少，且接觸時間短，沉淀池出口控制游離氯(＜0.2mg/L)較低。

兩個深度處理工藝的水廠第一，第三一期、二期出廠溴酸鹽作為周檢項目，全年每次檢測數(shù)值均小于0.005mg/L檢測限。另外三個水廠出廠細菌、大腸菌全年平均值均為0。

5 結(jié)論

(1)第一、第二水廠106項檢測全部合格，第三水廠冬季出水由于原水NH3－N偏高，出廠水氨氮個別情況超標(biāo)外，正常情況下全部合格。

(2)第一水廠原水取自水庫水，并實施水質(zhì)深度處理工藝，出廠CODMn及TOC均低于1.5mg/L，是目前較理想的水廠。第二水廠為常規(guī)處理工藝，雖然原水采用水庫水，但無深度處理工藝，出廠CODMn是第一水廠的1.41倍，TOC是1.21倍。為進一步提高供水水質(zhì)，第二水廠應(yīng)創(chuàng)造條件實施臭氧生物活性炭深度處理工藝。第三水廠雖然采用常規(guī)處理及臭氧活性炭深度處理工藝，由于水源水質(zhì)較差，出廠CODMn是第一水廠的2.15～2.22倍，TOC是2.5～2.62倍，出廠水質(zhì)比第一、第二水廠的水源水庫水質(zhì)還差。建議第三水廠采取必要的措施改進水源水質(zhì)，或再增加一道臭氧生物活性炭濾池工序。

(3)比較第三水廠一期系統(tǒng)采用炭濾池置于砂濾池后的工藝與二期系統(tǒng)炭濾池置于砂濾池前工藝，可認為二者凈水效果相近。但二期炭濾池沖洗頻率較一期炭濾池為高，從而縮短活性炭濾池的使用壽命及影響生物膜的生長和有機物的生物降解作用。在第三水廠現(xiàn)有的活性炭濾池設(shè)計及運行條件下，采用炭濾池置于砂濾池后為宜。

(4)出廠水中鋁含量與水的pH有關(guān)，pH高，則鋁含量高。