保高峰期間給水廠出水三鹵甲烷指標(biāo)的控制研究

李葛蓉 姜曉琳

（上海浦東威立雅自來(lái)水有限公司，上海200120）

如今，隨著飲用水中消毒副產(chǎn)物的研究深入，自來(lái)水廠出水水質(zhì)安全越來(lái)越受到國(guó)人的關(guān)注。三鹵甲烷（THMs）由于其強(qiáng)致癌性，成為消毒副產(chǎn)物的主控指標(biāo)。《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006）規(guī)定THMs（三氯甲烷、一氯二溴甲烷、二氯一溴甲烷、三溴甲烷的總和）該類(lèi)化合物中各種化合物的實(shí)測(cè)濃度與其各自限值的比值之和不超過(guò)1。6 月1 日及9 月30 日期間，上海市溫度高，為高峰供水期，需采取有效措施保障高峰供水期間的水質(zhì)、水量。

目前，出水三鹵甲烷的研究大部分在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，而實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中無(wú)法控制單一變量，工況復(fù)雜，原水的水質(zhì)及當(dāng)班工人的操作都會(huì)對(duì)三鹵甲烷的生成產(chǎn)生影響。因此本文主要總結(jié)了2017 年保高峰期間兩種常規(guī)工藝中對(duì)三鹵甲烷的控制，分析原水水質(zhì)、運(yùn)行參數(shù)對(duì)其生成的影響，為確保日后高峰優(yōu)質(zhì)供水提供建議。

1 工藝簡(jiǎn)介與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 工藝簡(jiǎn)介

水廠為W1 及W2，均采用常規(guī)工藝，水源為青草沙原水，消毒劑為次氯酸鈉。前加氯為游離氯消毒，后加氯為氯胺消毒。設(shè)計(jì)能力均為10 萬(wàn)噸/天，實(shí)際運(yùn)行W1 廠11 萬(wàn)噸/天，W2 廠7萬(wàn)噸/天。

W1 廠工藝：

原水- 前加氯（游離氯）- 機(jī)械攪拌澄清池- 雙閥虹吸濾池- 后加氯（氯胺）- 清水庫(kù)

W2 廠工藝：

原水- 前加氯（游離氯）- 折板反應(yīng)池斜管沉淀池- 普通快濾池- 后加氯（氯胺）- 清水庫(kù)

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

原水pH、出水pH、原水COD、菌落總數(shù)、總堿度、溶解氧、濁度、水溫源于水廠大化驗(yàn)數(shù)據(jù)；出水THMs 濃度來(lái)源于公司水質(zhì)中心抽查結(jié)果；加氯量、澄后余氯、供水量源于在線儀表。

數(shù)據(jù)采用時(shí)間為2017 年6 月6 日、13 日、20 日、27 日，7 月4 日、11 日、18 日、25 日，8 月1 日、8 日、15 日、22 日、29 日，9 月5 日、19 日、26 日。

2 數(shù)據(jù)分析

W1、W2 廠原水來(lái)自于嚴(yán)橋泵站支線，到達(dá)水廠時(shí)間大致相同。圖1 為出廠水質(zhì)抽查T(mén)HMs 測(cè)量結(jié)果，可知除6 月13 日及8 月29 日W2 廠THMs 略高于W1 廠外，其余均低于W1 廠。由于W1 廠采用的是機(jī)械攪拌澄清池，W2 廠采用的是折板反應(yīng)斜管沉淀池，一方面推測(cè)凈水工藝的不同導(dǎo)致了出水THMs 濃度不同，即常規(guī)折板反應(yīng)斜管沉淀池工藝生成的THMs 較少，另一方面水廠現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行情況及原水的水質(zhì)環(huán)境可能都會(huì)對(duì)THMs的生成產(chǎn)生影響。

圖1 W1、W2 廠出水THMs 濃度

2.1 原水水質(zhì)及環(huán)境因素對(duì)出水THMs 濃度的影響

2.1.1 原水pH 及出廠水pH 對(duì)出水THMs 濃度的影響

保高峰期間，溫度較高，青草沙水源藻類(lèi)生長(zhǎng)吸收CO2導(dǎo)致pH 升高，W1、W2 采用混凝劑聚硫氯化鋁（pH 范圍1.2-1.5）來(lái)降低原水的pH 。由圖2 所示，W2 廠的進(jìn)水pH 略小于W1。抽查期間，W1 廠超過(guò)80%的原水pH 分布在7.9-8.0，當(dāng)pH=7.9時(shí)，出水THMs 在0.2-0.7 之間，當(dāng)pH=8.0 時(shí)，出水THMs 在0.1-0.6 之間；同樣，W2 廠超過(guò)80%的原水pH 分別在7.8-7.9，當(dāng)pH=7.8 時(shí)，出水THMs 在0.25-0.5 之間，當(dāng)pH=7.9 時(shí)，出水THMs 在0.15-0.45 之間。盡管抽取的樣點(diǎn)并不均勻，但可看出W1、W2 廠隨著pH 的升高，出水THMs 生成濃度的最大值有降低的趨勢(shì)。

圖2 原水pH 及出廠水pH 對(duì)出水THMs 濃度的影響

圖3 溫度對(duì)出水THMs 濃度的影響

結(jié)果表明，原水的pH 對(duì)THMs 的生成有一定的影響，即原水pH 高時(shí)有利于減少THMs 的生成，但大部分研究表明采用鋁鹽進(jìn)行混凝的水廠，原水pH 高時(shí)出水鋁濃度將難以控制[1]，且pH 越高THMs 的生成越多[2]，由于實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行難以控制單一變量，同一pH THMs 生成濃度范圍也較大，因此推測(cè)其他因素對(duì)THMs 生成影響更大，原水pH 并不是預(yù)測(cè)THMs 的直觀指標(biāo)。

此外，經(jīng)過(guò)投加酸性混凝劑中和后，W1、W2 出水pH 相比較原水pH 均下降了0.4 左右，且原水pH 越高下降的越多。W1出水pH 分布在7.4-7.6，W2 出水pH 分布在7.4-7.5。但從圖2中可看出出水pH 與THMs 的生成結(jié)果上并無(wú)明顯規(guī)律。

2.1.2 溫度對(duì)出水THMs 濃度的影響

THMs 前驅(qū)物與氯的反應(yīng)為吸收反應(yīng)，溫度的升高會(huì)促進(jìn)THMs 的生成[3]。Kavanaugh,M.[4]研究表明，水溫增加10℃，THMs產(chǎn)生速度增加1 倍。圖3 所示，為原水溫度對(duì)出水THMs 濃度的影響，W1、W2 廠趨勢(shì)一致，THMs 濃度隨著溫度的升高而升高，因此，在日常運(yùn)行中溫度能夠作為推測(cè)THMs 生成的主要觀察指標(biāo)。

對(duì)于W1 廠，當(dāng)溫度大于24℃時(shí)，出水THMs 有超過(guò)限制一半（0.5）的風(fēng)險(xiǎn)，由于縱坐標(biāo)分布范圍較廣，推測(cè)在機(jī)械攪拌澄清池工藝中，原水溫度較高時(shí)，水溫并非是影響THMs 生成的決定性因素。W2 廠，每個(gè)溫度對(duì)應(yīng)THMs 生成的最低值與溫度呈現(xiàn)線性關(guān)系，當(dāng)溫度大于28℃，出水THMs 均大于0.3。

2.1.3 其他原水條件對(duì)出水鋁濃度的影響

圖4 為原水其他因素對(duì)出水THMs生成濃度的影響。天然水源中含有天然有機(jī)物，腐殖質(zhì)被認(rèn)為是形成消毒副產(chǎn)物的前體物[2]，但在圖4 中，COD 的變化與THMs 濃度并無(wú)規(guī)律。同樣，菌落總數(shù)、總堿度、溶解氧、濁度對(duì)出水THMs 濃度也無(wú)明顯影響。因此，在三鹵甲烷的控制中，無(wú)需考慮上述因素。

2.2 加氯量及余氯值對(duì)出水THMs濃度的影響

由于W2 廠自動(dòng)化程度較低，沒(méi)有加氯量數(shù)據(jù)庫(kù)，且THMs 產(chǎn)生量基本小于W2 廠，小于0.5，因此，在加氯量及余氯值對(duì)出水THMs 濃度的影響中，只對(duì)W1廠的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為日后W1 廠THMs的控制提供指導(dǎo)。

由圖5 可知，前加氯基與THMs 的生成存在正比例關(guān)系，當(dāng)前加氯基大于1.5ppm 時(shí)，出水THMs 可能會(huì)超過(guò)0.5。而澄后余氯（圖6）的變化無(wú)法推測(cè)THMs 的生成，盡管提高前加氯量，但可是由于機(jī)械攪拌澄清池中活性污泥吸附以及水溫較高，澄后余氯均較低。

此外，W1 廠后加氯采用的氯胺消毒，眾多研究表明氯胺消毒產(chǎn)生的消毒副產(chǎn)物的量要小于游離氯消毒[5]，也有學(xué)者指出預(yù)氯化生成的THMs 占整個(gè)氯化消毒生成THMs 的20%～30%[3]，而后加氯基的變化與THMs 的生成無(wú)規(guī)律，由此推測(cè)出水THMs 的生成大量源于前加氯，在滿足消毒CT 值的同時(shí)需要實(shí)時(shí)的調(diào)整前加氯的量，控制出水THMs 濃度。

3 結(jié)論與建議

3.1 折板反應(yīng)池斜管沉淀池- 普通快濾池工藝THMs 生成量基本小于機(jī)械攪拌澄清池- 雙閥虹吸濾池工藝。

3.2 原水水溫及前加氯量是預(yù)測(cè)出水THMs 生成濃度的主要指標(biāo)，當(dāng)W1 前加氯基大于1.5ppm，溫度大于24℃時(shí)，需密切關(guān)注消毒副產(chǎn)物的生成。

3.3 pH 對(duì)THMs 生成有一定的影響但參考意義不大。另外，在THMs 控制上無(wú)需關(guān)注原水COD、菌落總數(shù)、總堿度、溶解氧、濁度指標(biāo)。

圖4 原水COD、菌落總數(shù)、總堿度、溶解氧、濁度對(duì)出水THMs 濃度的影響

圖5 加氯量對(duì)出水THMs 濃度的影響

圖6 澄后余氯對(duì)出水THMs 濃度的影響