關(guān)于三個(gè)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(zhǔn)。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(zhǔn)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(xì)微的有機(jī)物和無機(jī)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(zhǔn)》(GB 5749—2006)中規(guī)定15 CU的標(biāo)準(zhǔn)，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(dá)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(jī)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(jī)物?？偭讈碓礊樯钗鬯?、化肥、有機(jī)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(zhǔn)；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(zhǔn)，其他月份則不超過Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)。

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(zhǔn)；第三水廠水源總氮年平均值為3.81mg/L，遠(yuǎn)超地表水V類標(biāo)準(zhǔn)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(jī)物含量

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

TOC可以很直接地用來表示有機(jī)物的總量，因而被作為評價(jià)水體中有機(jī)物污染程度的一項(xiàng)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(shí)，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(jī)物含量較少，低于此目標(biāo)值。而第三水廠(年平均達(dá)6.23mg/L)則遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(jìn)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(shí)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(jì)停留時(shí)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(jì)停留時(shí)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(jìn)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(jī)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(dá)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(dá)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(jī)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(jī)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(jī)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(dá)到此標(biāo)準(zhǔn)。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(dá)到我國的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)但仍較美國環(huán)保局的要求還差很遠(yuǎn)。從CODMn和TOC的水處理結(jié)果可以認(rèn)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(jī)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(rèn)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(shí)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?yàn)榛炷齽┧庾饔孟律蓛尚曰衔餁溲趸X，在偏堿性條件下易析出溶解性鋁。第一水廠實(shí)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(jī)酸，同時(shí)生物活性炭中的細(xì)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(shí)水廠實(shí)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(jìn)入第二水廠區(qū)內(nèi)原水游離余氯約0.1mg/L，為達(dá)到進(jìn)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(lán)綠藻繁殖，加快有機(jī)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(jìn)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(yuǎn)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(shí)次氯酸鈉投加量(以有效氯計(jì))較少，且接觸時(shí)間短，沉淀池出口控制游離氯(＜0.2mg/L)較低。

兩個(gè)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(xiàng)目，全年每次檢測數(shù)值均小于0.005mg/L檢測限。另外三個(gè)水廠出廠細(xì)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(xiàng)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(gè)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(shí)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(jìn)一步提高供水水質(zhì)，第二水廠應(yīng)創(chuàng)造條件實(shí)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(jìn)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(rèn)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(jī)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(jì)及運(yùn)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。