北方某城市水廠凈水藥劑投加量的影響因素分析

宋云，劉銘，何康麗，楊宏娟

（銀川中鐵水務集團有限公司，寧夏銀川 750021）

水是人類生存和發展的基礎資源之一，但隨著城市化進程的加快和工業化程度的不斷提高，水資源的質量受到越來越大的挑戰。水處理作為提高水資源利用價值和保護水環境的重要措施，在人們的生活和生產中扮演著越來越重要的角色。在水處理工藝中，混凝過程是重要控制程序之一[1]，凈水藥劑投加作為混凝過程的關鍵控制參數，直接影響出廠水水質安全及水廠成本控制。在混凝過程中，凈水藥劑的投加不僅能夠降低原水的濁度，而且能夠有效去除附有病原菌的懸浮物。在混凝過程中，凈水藥劑的投加量則需根據原水水質動態變化情況進行不斷優化調整，然而原水水質受諸多因素影響，具有復雜性、周期性、季節性、突變性、隨機性等特點，各水質指標之間還存在一定的耦合性，且持續處于不斷變化中，給凈水藥劑的精準投加帶來了極大困難。分析了凈水藥劑投加影響因素，以確保水處理工藝穩定運行，且出廠水符合國家標準，達到精準投加凈水藥劑的目的，為水處理行業的發展和水資源的保護提供新的思路和方法，對于城市供水安全及保障人民身體健康具有重要意義。

1 概況及原水水質

北方某市地處黃河水系，地勢南高北低，曾是沿黃城市中守著黃河卻不飲黃河水的省會城市。自2010 年起，某市出現地下源地水質超標、城市超采區地下水漏斗、水資源總量不足、供水量不充足等問題。2019 年初，為解決水資源及水安全等問題，以黃河地表水補充和替換區域現有地下水源，建設黃河取水泵站，將黃河水提升入渠，通過箱涵遠距離輸水自流入水庫，經調蓄沉沙后，自流出庫向水廠。

水廠采用強化常規水處理工藝，包括絮凝、沉淀、過濾、消毒等過程。隨著黃河水系作為原水運行，對原水水質進行連續動態監測，原水水質具有季節性、周期性、突變性等特點，具體表現如下。

1.1 冬季低溫低濁

根據實際監測數據顯示，通常冬季水庫水溫在5 ℃以下。水溫過低，水的動力粘度系數將增大，并且減慢了水中膠體的顆粒運動速度，減少了相互碰撞的概率，不易使顆粒凝聚；混凝絮體質量較小，不易下沉，很難形成沉淀，實現固液分離；水濁度較低，水中膠體顆粒較少，相互之間碰撞機會少，影響凝聚和沉淀效果，需密切關注混凝絮凝效果。

1.2 pH 值較高

根據資料顯示，在水中鋁以不同的形態存在，它存在的形態受pH 值的影響較大，當原水pH 值大于7.5時，凈水藥劑的混凝效果開始變差，可能使鋁溶出量增加，使得出水中鋁的質量濃度升高。該水庫原水的pH值波動區間為7.84～8.80，為典型的高pH 值原水，需要關注絮凝劑的投加量與出廠水中鋁的殘余質量濃度。

1.3 上游污染源

水泵站上游為黃河流域蘭州段，該區域化工、石油等企業較多，有可能出現石油、化工產品、原材料等泄露、爆炸等化工污染事故，將危及下游黃河流域水質情況，因此，取水泵站需加強對石油類、有機酚類、重金屬、苯系物等特征污染物的監測。

1.4 底泥可能成為地表水體污染的主要污染源

底泥一般指江河湖海的沉積物，是自然水域的重要組成部分。水中的部分污染物會通過沉淀或者由顆粒物吸附而蓄存于底泥中，從而使底泥成為地表水體污染物的重要蓄積庫。底泥作為地表水體巨大的潛在污染源，適當條件下污染物可能又會被重新釋放出來，成為二次污染源，特別是當外源污染得到有效控制或者完全被截斷后，底泥可能會成為地表水體污染的重要污染源。

2 實驗方法

2.1 確定研究對象

研究對象為北方某城市的一個地表水廠，該水廠采用化學處理方法進行水質凈化，主要投加凈水藥劑進行處理。

2.2 數據篩選

研究數據來自于該水廠長期的運營數據，包括水質監測數據和投加藥劑量等相關信息。通過對這些數據的分析，研究凈水藥劑投加量的影響因素。

為分析研究凈水藥劑的投加情況，探討原水水質對凈水藥劑投加量的影響，選用2022 年全年水廠凈水藥劑聚合氧化鋁（PAC）的投加量數據，與原水水質相關指標進行對比分析。

通過對比分析，探討凈水藥劑投加量與原水水質的相關性，為日后水廠高效運行提供有力支撐。根據逐月凈水藥劑投加量和逐月原水水質相關指標數據，將凈水藥劑月度投加量、原水溫度、原水pH 值、原水渾濁度、出廠水渾濁度、出廠水中鋁的質量濃度、出廠水pH 值列于表1。由表1 可知，凈水藥劑投加量與部分水質數據存在一定關系。

表1 2022 年水廠凈水藥劑PAC 投加量和部分水質數據（月平均）

3 結果與分析

3.1 原水渾濁度對凈水藥劑投加量的影響分析

在水處理工藝中混凝的主要目的是去除水中的懸浮顆粒物，以降低水中的渾濁度，而渾濁度是反映水中懸浮物和膠體雜質的重要指標。由混凝機理和實際生產運行中的經驗可知，原水渾濁度的大小直接關系凈水藥劑投加量。目前所建立的智慧藥劑投加系統即為自動化投藥數學模型，此模型可根據原水水質情況實現精準藥劑投加，達到降本增效的作用。

在水處理工藝中將濁度去除率作為判斷混凝效果的指標之一，根據水廠2022 年全年PAC 投加量、原水渾濁度及出廠水渾濁度監測數據計算濁度去除率，原水渾濁度與凈水劑的投加量呈現較大的正偏態和較高的峰度，分布較為集中，兩者呈現正相關趨勢。原水渾濁度為5 NTU 以上，且原水濁度增加時，水中的顆粒將更多受到水解作用而發生沉降，這會使出水水質變差，所以隨著原水濁度的增加，應適當增加凈水藥劑的投加量，且能保持較好的濁度去除率。

如果凈水藥劑不足，在水中形成的絮體很小，顆粒間距離大，不能快速沉淀下來，而沉降到池底時又可能堵塞管道。但應注意，過量投加凈水藥劑會導致出水水質惡化。原水渾濁度為5 NTU 以下時，隨著原水渾濁度降低，PAC 投加量呈現上升趨勢，且濁度去除率并沒有隨著PAC 投加量增加而升高，并處于65%～85%。

在實際生產中，若原水水質發生較大變化時，應根據原水水質的變化情況適當調整凈水藥劑的投加量。且水廠應結合原水渾濁度情況適當調整凈水藥劑的投加量，以確保出產水水質安全。

3.2 溫度對凈水藥劑投加量的影響分析

根據提供凈水藥劑投加量及水質檢測數據，運用原水渾濁度與出廠水渾濁度計算濁度去除率，具體情況如表2 所示。

表2 水廠PAC 投加量與水溫、原水濁度及濁度去除率的關系

水溫對凈水藥劑的投加量會產生一定影響[2]。在實際操作中，水廠需要結合水源水溫變化情況，調整凈水藥劑的投加量和加藥時間，來確保水的處理效果和水質的穩定性。

由表2 可知，2022 年原水水溫的變化區間為0.5～28.6 ℃，原水溫度冬季低于夏季；原水渾濁度為1.25～12.60 NTU，且1—3 月為低溫低濁，5—10 月的渾濁度偏高于其他月份；濁度去除率為80.00%～98.25%，基本上隨著投加量的增加有所升高。

其中，1—3 月冬季低溫低濁時投加量為6.35 mg/L，濁度去除率明顯低于7—9 月同樣投加量的渾濁度去除率，說明低溫低濁對混凝效果影響較大，主要原因是低溫時凝聚劑的水解速率變慢、凝聚時間延長，絮體生長緩慢。

溫度降低后，水中的有機物分解成了較小的分子團顆粒。這些小顆粒在沉降過程中受到水流阻力的影響，沉降速度明顯減慢。同時水溫低導致水中微生物種類、數量減少，從而使得絮體生長緩慢。混凝效果較差，需增加PAC 投加量以增強混凝效果，確保水質安全。

3.3 出廠水中鋁質量濃度對凈水藥劑投加量的影響

水廠PAC 投加量與出廠水中鋁的質量濃度的關系如表3 所示。

表3 水廠PAC 投加量與出廠水中鋁的質量濃度的關系

為了保障飲用水安全和人體健康，目前中國對飲用水中殘留鋁的質量濃度制定了嚴格的限制標準，要求飲用水中的殘留鋁質量濃度不大于0.2 mg/L。水廠選用PAC 為凈水藥劑，若PAC 投加量控制不好，不但不會消除原水中的鋁，有時將會使出廠水中鋁質量濃度增加。

根據表3 可知，在投加PAC 后，出廠水pH 值明顯低于原水pH 值，保持在7.77～8.32，此時，水廠出廠水中鋁的質量濃度為0.02～0.09 mg/L，明顯低于國家標準限值0.2 mg/L，且濁度去除率為80.00%～98.25%，說明保證混凝效果的同時能夠確保出廠水中鋁的質量濃度。

3.4 凈水藥劑過量投加對處理效果的影響

凈水藥劑過量投加會導致水處理效果下降。當凈水藥劑投加量在一定范圍內時，濁度去除率和降低渾濁度的效果會逐漸增加。但是，當凈水藥劑投加量超過一定值時，水質將會變差。這是因為凈水藥劑過量投加會對水體產生負面影響，造成水質惡化。因此，水廠在進行凈水藥劑投加時，必須注意投加量的控制，確保在合理范圍內，以保證水處理效果最優化。

4 結論

凈水藥劑的投加量是影響水處理效果的重要因素之一。在實際操作中，應根據水質情況、水溫及凈水藥劑的特性和用途等因素，更加全面地探究影響水質的因素，靈活調整投加量。建議在投加凈水藥劑時，應定期監測水質指標，確保水質符合國家相關標準和水廠自身的要求。此外，由于凈水藥劑的投加量對水處理效果有直接影響，因此在投加量的確定過程中，應嚴格按照操作規程和標準進行操作，避免過量或不足投加。只有確保凈水藥劑的投加量合理，才能保證水質穩定安全。