上海某水廠10年進(jìn)出廠水質(zhì)情況及新地標(biāo)實(shí)施可行性

任廷晟，阮辰旼，夏 萍，李 寧，吳 曉

(1.上海城投水務(wù)集團(tuán)〈制水〉分公司，上海 200080；2．上海城市水資源開發(fā)利用國(guó)家工程中心有限公司，上海 200082；3.上海《凈水技術(shù)》雜志社，上海 200082)

2018年6月23日，全國(guó)第一部生活飲用水水質(zhì)地方標(biāo)準(zhǔn)——上海市《生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(DB 31/T 1091—2018，以下簡(jiǎn)稱新地標(biāo))正式發(fā)布，計(jì)劃于10月1日起正式實(shí)施。對(duì)照我國(guó)現(xiàn)行《生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)，上海市地標(biāo)的控制指標(biāo)由106項(xiàng)增加至111項(xiàng)(常規(guī)指標(biāo)49項(xiàng)，非常規(guī)指標(biāo)62項(xiàng))。常規(guī)指標(biāo)在國(guó)標(biāo)42項(xiàng)的基礎(chǔ)上，新增了6項(xiàng)國(guó)標(biāo)的非常規(guī)指標(biāo)及1項(xiàng)國(guó)標(biāo)附錄A指標(biāo)；非常規(guī)指標(biāo)在國(guó)標(biāo)64項(xiàng)基礎(chǔ)上，減去提升為常規(guī)指標(biāo)的6項(xiàng)，另新增了3項(xiàng)國(guó)標(biāo)附錄A指標(biāo)和1項(xiàng)新指標(biāo)；另還新增了3項(xiàng)水質(zhì)參考指標(biāo)。新地標(biāo)對(duì)上海水廠的工藝控制提出了更高的要求。

2010年前，70%的上海飲用水原水取用自黃浦江上游水源，30%取用自長(zhǎng)江口陳行水庫(kù)水源。2010年青草沙水庫(kù)建成后，中心城區(qū)和部分區(qū)縣水廠切換使用青草沙原水，自此上海70%的原水取用自長(zhǎng)江水源[1]。某水廠于2011年1月正式切換原水，由青草沙水庫(kù)供水，經(jīng)過(guò)8年的運(yùn)行，該水廠原水、出廠水水質(zhì)有了很大提高。本文通過(guò)梳理近10年原水和出廠水水質(zhì)情況，比較了不同原水條件下出廠水水質(zhì)變化情況，分析探討了該水廠實(shí)行新地標(biāo)的可行性。

1 材料與方法

1.1 水樣

本研究水樣均來(lái)源于該水廠2008年～2017年進(jìn)水和出廠水，其中2011年1月前原水為黃浦江上游取水，2011年1月后原水為青草沙水庫(kù)原水。兩個(gè)水源地中，黃浦江水系負(fù)責(zé)多個(gè)水廠供水，多個(gè)中小型取水口也以黃浦江水系取水為主，單江取水機(jī)制對(duì)黃浦江水質(zhì)要求非常依賴。黃浦江干流既需供水，又需承載較大負(fù)荷的航運(yùn)功能，水質(zhì)難以保障，同時(shí)黃浦江污染加劇進(jìn)一步使得黃浦江水系水質(zhì)惡化。青草沙水庫(kù)坐落于長(zhǎng)興島西北角，屬于長(zhǎng)江水系，較黃浦江水質(zhì)受污染程度低，水質(zhì)相對(duì)較好。

該水廠處理工藝如圖1所示。

圖1 深度處理工藝流程Fig.1 Advanced Treatment Process

該廠于2007年完成深度處理一期改造，采用常規(guī)處理+臭氧-生物活性炭深度處理工藝。常規(guī)處理包括臭氧接觸池、高效澄清池、均質(zhì)濾料V型砂濾池。系統(tǒng)內(nèi)還有濃縮+離心脫水的排泥水處理工藝[2]。相較于傳統(tǒng)混凝沉淀、砂濾和氯消毒工藝，現(xiàn)工藝在占地面積、濁度控制、污泥處理利用效率更有優(yōu)勢(shì)。生物活性炭濾池強(qiáng)化吸附作用，配以臭氧高級(jí)氧化可大程度減少有機(jī)物含量，將出水消毒副產(chǎn)物控制在較低水平。

1.2 水質(zhì)分析方法

濁度檢測(cè)使用哈希2100 N濁度儀，色度檢測(cè)使用鉑鈷比色法，氨氮檢測(cè)使用納氏試劑分光光度法，耗氧量檢測(cè)通過(guò)《酸性高錳酸鉀滴定法》(GB 5750—2006)測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

將所采集的日均數(shù)據(jù)按月計(jì)算平均值處理，隨后匯總成2008年～2017年的季度水質(zhì)數(shù)據(jù)總表，隨后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、結(jié)果討論。

2 結(jié)果與討論

2.1 進(jìn)水與出廠水濁度變化情況

該水廠進(jìn)水濁度和出廠水濁度變化情況如圖2、圖3所示。

圖2 進(jìn)水濁度變化趨勢(shì)Fig.2 Variation Tendency of Raw Water Turbidity

圖3 出廠水濁度變化趨勢(shì)Fig.3 Variation Tendency of Effluent Turbidity

由圖2可知，2011年1月以前黃浦江上游原水濁度普遍高于2011年后采用青草沙水庫(kù)原水的濁度。原水水質(zhì)和出廠水水質(zhì)有著密切的關(guān)系，原水水質(zhì)會(huì)直接影響出廠水水質(zhì)。由圖3可知，近10年出廠水濁度總體呈逐步下降趨勢(shì)。最高濁度出現(xiàn)在2008年7月，為0.1 NTU。此后隨著2011年初原水切換后，出廠水濁度進(jìn)一步降低，2017年9月濁度為近10年最低0.025 NTU，說(shuō)明出廠水濁度控制一直較為穩(wěn)定且逐年趨優(yōu)。此外，36萬(wàn)t深度處理工藝生產(chǎn)線于2007年夏天正式完工，由高效沉淀池代替老廠區(qū)平流式沉淀池，沉淀池出水經(jīng)過(guò)砂濾池、炭濾池過(guò)濾后出水并網(wǎng)[3]。隨后經(jīng)過(guò)試運(yùn)行工藝參數(shù)的摸索，水量調(diào)試階段，于2009年正式投入運(yùn)行。原水切換，制水工藝不斷改進(jìn)有利于出廠水水質(zhì)改善。

上海市新地標(biāo)對(duì)濁度的限值為0.05 NTU，為國(guó)標(biāo)限值的一半，根據(jù)該水廠實(shí)際出水情況看，自2015年5月起，出廠水平均濁度均低于0.05 NTU，已滿足上海市新地標(biāo)的限值要求。

2.2 進(jìn)水與出廠水色度變化情況

該水廠進(jìn)水色度和出廠水色度變化情況如圖4、圖5所示。

圖4 進(jìn)水色度變化趨勢(shì)Fig.4 Variation Tendency of Raw Water Chroma

圖5 出廠水色度變化趨勢(shì)Fig.5 Variation Tendency of Effluent Chroma

由圖4可知，自2011年初切換青草沙原水后，原水色度較黃浦江上游原水下降明顯。同時(shí)原水切換后出廠水色度逐年走低趨于平穩(wěn)，近5年來(lái)穩(wěn)定在3.07CU，較切換前出廠水色度大為改善。說(shuō)明原水切換對(duì)改善出廠水色度有正面影響。

上海市新地標(biāo)對(duì)色度的限值為10 CU，相對(duì)國(guó)標(biāo)的限值15 CU更為嚴(yán)格。但該水廠的出廠水已可確保長(zhǎng)期持續(xù)的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

2.3 進(jìn)水與出廠水氨氮變化情況

該水廠進(jìn)水氨氮和出廠水氨氮變化情況如圖6、圖7所示。

圖6 進(jìn)水氨氮變化趨勢(shì)Fig.6 Variation tendency of Raw Water NH3-N

圖7 出廠水氨氮變化趨勢(shì)Fig.7 Variation Tendency of Effluent NH3-N

我國(guó)大多數(shù)地表水源為微污染水源，氨氮濃度高，氮、磷是水體富營(yíng)養(yǎng)化產(chǎn)生藻類的主要污染物[4]。因此控制水廠進(jìn)水氨氮變得至關(guān)重要。由圖6可知，該水廠原水切換青草沙原水前氨氮波動(dòng)比較明顯，切換后至今氨氮穩(wěn)定在0.11 mg/L左右，處于較低水平。說(shuō)明青草沙水庫(kù)對(duì)藻類污染物控制較黃浦江上游原水更有優(yōu)勢(shì)。該水廠自原水切換后出廠水氨氮的變化趨勢(shì)同原水的變化趨勢(shì)基本相同，為有效控制消毒副產(chǎn)物的生成，該水廠采用氯胺消毒方式。因?yàn)榧影睍?huì)導(dǎo)致氨氮的上升，自2011年以來(lái)該水廠出廠水氨氮較原水有一定升高，但一直穩(wěn)定在0.2～0.4 mg/L左右，仍處于可控水平。值得一提的是，氨存在硝化過(guò)程，水中氨氮會(huì)反應(yīng)生成亞硝酸鹽，會(huì)導(dǎo)致化學(xué)需氧量CODMn升高。因此在滿足氯胺消毒要求的同時(shí)，控制氨氮含量，也有助于降低化學(xué)需氧量。

上海市新地標(biāo)將氨氮從國(guó)標(biāo)的非常規(guī)項(xiàng)提升為常規(guī)項(xiàng)，明確限值為0.5 mg/L，由該水廠近年出廠水?dāng)?shù)據(jù)可知，氨氮已可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

2.3 進(jìn)水與出廠水耗氧量變化情況

該水廠進(jìn)水耗氧量和出廠水耗氧量變化情況如圖8、圖9所示。

圖8 進(jìn)水耗氧量變化趨勢(shì)Fig.8 Variation Tendency of Raw Water CODMn

圖9 出廠水耗氧量變化趨勢(shì)Fig.9 Variation Tendency of Effluent CODMn

由圖8可知，原水切換前原水耗氧量大大高于切換后耗氧量，切換前黃浦江上游原水耗氧量平均為6.17 mg/L，切換青草沙原水后近幾年平均耗氧量為1.98 mg/L。出廠水耗氧量呈現(xiàn)出和進(jìn)水相同的變化趨勢(shì)，2011年1月原水切換后至今耗氧量穩(wěn)定在1.32 mg/L。上海市新地標(biāo)耗氧量限值為2 mg/L，當(dāng)原水耗氧量大于4 mg/L時(shí)，限值為3 mg/L，相對(duì)國(guó)標(biāo)更嚴(yán)(國(guó)標(biāo)限值為3 mg/L，當(dāng)原水耗氧量大于6 mg/L時(shí)，限值為5 mg/L)。該廠自原水切換后，耗氧量已可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

結(jié)合出廠水耗氧量與濁度兩個(gè)指標(biāo)可看出兩者變化趨勢(shì)一致性，自2011年初原水切換后至今出廠水耗氧量和濁度變化比較穩(wěn)定。有關(guān)研究表明強(qiáng)化混凝能有效去除水中的有機(jī)物。該廠在常規(guī)處理混凝階段投加高分子助凝劑陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺及預(yù)處理臭氧消毒降低了出廠水濁度，耗氧量也隨之降低。

2.4 水廠工藝關(guān)注的熱點(diǎn)方向

上海市新地標(biāo)相對(duì)于國(guó)標(biāo)，由106項(xiàng)增加至111項(xiàng)，除將部分國(guó)標(biāo)非常規(guī)項(xiàng)提升為上海市地標(biāo)常規(guī)項(xiàng)外，還將國(guó)標(biāo)附錄A項(xiàng)目中的2-甲基異莰醇(2-MIB)、土臭素、總有機(jī)碳(TOC)等新增入了上海市地標(biāo)的非常規(guī)項(xiàng)，并新增了N-二甲基亞硝胺(NDMA)成為上海市地標(biāo)的非常規(guī)項(xiàng)。在上海市地標(biāo)的水質(zhì)參考指標(biāo)中，也增設(shè)了乙酰甲胺磷、異丙隆、異養(yǎng)菌平板計(jì)數(shù)等指標(biāo)[5]。青草沙水庫(kù)原水水質(zhì)相對(duì)原黃浦江水源已有較大改善，大部分常規(guī)項(xiàng)和非常規(guī)項(xiàng)經(jīng)過(guò)水廠工藝已基本可以滿足上海市地標(biāo)的要求，但目前對(duì)于新型污染物、臭味、消毒副產(chǎn)物等熱點(diǎn)問(wèn)題的研究和實(shí)踐還存在薄弱環(huán)節(jié)，應(yīng)將關(guān)注點(diǎn)更多聚焦在針對(duì)上述熱點(diǎn)問(wèn)題上。

3 結(jié)論與展望

(1)通過(guò)對(duì)某水廠10年進(jìn)出水部分指標(biāo)的分析發(fā)現(xiàn)，該水廠原水由黃浦江水源切換至青草沙水庫(kù)水源后，濁度、色度、氨氮和耗氧量指標(biāo)明顯下降，水質(zhì)明顯提升。

(2)通過(guò)對(duì)照上海市新地標(biāo)，該水廠主要常規(guī)項(xiàng)指標(biāo)均已可滿足更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)限值。

(3)鑒于該水廠的工藝水平和管理水平已達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，根據(jù)上海市新地標(biāo)要求，及上海建設(shè)全球卓越城市的目標(biāo)引領(lǐng)，后續(xù)該水廠的工藝重點(diǎn)應(yīng)聚焦新興污染物的去除，和消毒副產(chǎn)物的控制等方面，更好地保障城市的供水安全。