應(yīng)對(duì)新冠病毒疫情的供水水質(zhì)精準(zhǔn)控制經(jīng)驗(yàn)

侯寶芹

(杭州蕭山供水有限公司，浙江杭州 311203)

冠狀病毒是一種RNA型病毒，大小約為100 nm，為細(xì)菌的1/5～1/10。部分冠狀病毒會(huì)感染人類(lèi)并引起疾病，比如中東呼吸綜合征(MERS)和嚴(yán)重急性呼吸綜合征(SARS)。2019年末，武漢爆發(fā)的新型冠狀病毒引發(fā)的肺炎疫情由新命名的2019-nCoV冠狀病毒所致[1-3]。據(jù)《新型冠狀病毒感染的肺炎診療方案》(試行第五版)中明確，冠狀病毒對(duì)紫外線和熱敏感，56 ℃下持續(xù)30 min、乙醚、75%乙醇、含氯消毒劑、過(guò)氧乙酸和氯仿等脂溶劑均可有效滅活病毒，但氯已定不能有效滅活病毒。針對(duì)冠狀病毒的特征及為了今后更好地應(yīng)對(duì)諸如此類(lèi)的突發(fā)情況，建議供水行業(yè)提倡多水源供水格局，源頭上減少風(fēng)險(xiǎn)；廠內(nèi)精準(zhǔn)加氯；嚴(yán)控濾后水濁度、出廠余氯，保障消毒效果；加密關(guān)注管網(wǎng)末梢水質(zhì)情況，確保百姓飲水安全。

1 多水源供水提升應(yīng)對(duì)原水污染能力

城市供水是城市資源供給的重要組成部分，供水安全是城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的基本保障。杭州蕭山水司總供水量達(dá)140萬(wàn) t/d，共有5座水廠，水源均取自錢(qián)塘江。錢(qián)塘江不僅是生活飲用水水源，還接納了大量工業(yè)廢水和城鎮(zhèn)農(nóng)村污水，部分河段和支流污染嚴(yán)重，導(dǎo)致沿線城鎮(zhèn)供水水質(zhì)安全面臨很大壓力。近年來(lái)，蕭山原水多次發(fā)生污染或疑似風(fēng)險(xiǎn)事件，如2011年“杭州新安江苯酚污染事件”、2017年“浦陽(yáng)江諸暨段化工桶掉江事件”、2018年“錢(qián)塘江原水水質(zhì)異味事件”，以及2020年“新型冠狀病毒引發(fā)肺炎疫情”等均造成了不同程度的社會(huì)影響。為了提升應(yīng)對(duì)突發(fā)水源污染的能力，目前蕭山以千島湖水作為第二水源。千島湖江南線工程將于2022年6月竣工，標(biāo)志著蕭山供水格局從以錢(qián)塘江為主的單一水源供應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)榍u湖、錢(qián)塘江等多水源供水格局。

2 根據(jù)原水水質(zhì)合理選擇消毒方式

原水氨氮、高錳酸鹽指數(shù)對(duì)消毒方式的選擇有較大影響，一般原水氨氮大于0.5 mg/L時(shí)選擇化合氯消毒，因?yàn)榭紤]到折點(diǎn)加氯現(xiàn)象，理論上達(dá)到折點(diǎn)加氯點(diǎn)時(shí)，反應(yīng)完全的氯投加量與氨氮含量的質(zhì)量比應(yīng)為(3×71)∶(2×14)=7.6∶1。由于存在起始需氯量消耗及其他副反應(yīng)，實(shí)際折點(diǎn)對(duì)應(yīng)的加氯量將會(huì)后移，過(guò)折點(diǎn)后，基本沒(méi)有消耗氯的雜質(zhì)，出現(xiàn)游離氯，進(jìn)入線性加氯階段，加氯量和氨氮比往往達(dá)到9∶1～10∶1，如采用游離氯消毒方式，加氯量將會(huì)很高，造成浪費(fèi)。當(dāng)原水高錳酸鹽指數(shù)較高時(shí)，如大于3 mg/L時(shí)，表明水中微量有機(jī)物較多，尤其是夏季水溫較高時(shí)，建議采用化合氯消毒，以降低消毒副產(chǎn)物偏高或超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)2019年至今的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，三江口氨氮平均值為0.20 mg/L，最大為0.34 mg/L，高錳酸鹽指數(shù)平均為2.04 mg/L，最大為3.05 mg/L，因此廠內(nèi)采用游離氯消毒，并嚴(yán)格設(shè)定出廠水余氯內(nèi)控指標(biāo)。相關(guān)水廠出廠水游離氯與水接觸至少30 min，出廠余氯不超過(guò)1.0 mg/L，不低于0.4 mg/L。對(duì)80個(gè)管網(wǎng)點(diǎn)余氯監(jiān)控的結(jié)果均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，因此根據(jù)不同水質(zhì)選擇合理的消毒工藝尤其重要。

3 嚴(yán)控消毒劑有效濃度，確保消毒效果

雖然我國(guó)現(xiàn)行的《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)沒(méi)有明確限定病毒的最高允許濃度，但該標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)濁度和消毒有嚴(yán)格的規(guī)定和要求，保證了飲用水處理工藝對(duì)病毒的去除和滅活。美國(guó)環(huán)保局(USEPA)飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)菌落總數(shù)、總大腸菌群 (包括糞大腸菌群和大腸埃希氏菌)、軍團(tuán)菌、病毒、隱孢子蟲(chóng)、賈第鞭毛蟲(chóng)等微生物指標(biāo)進(jìn)行了限定，其中病毒指腸道病毒，要求病毒的削減率不低于4 log(即99.99%)[4]。解躍峰等[5]指出，水中微生物的削減一般通過(guò)處理工藝的去除和后續(xù)消毒工藝的滅活來(lái)實(shí)現(xiàn)，處理工藝之后殘留的病毒需通過(guò)控制消毒工藝CT值來(lái)實(shí)現(xiàn)滅活。CT值為消毒劑有效濃度(即消毒劑余量，mg/L)與有效接觸時(shí)間(min)的乘積，與微生物種類(lèi)、消毒劑類(lèi)型、有效濃度、水溫和pH等密切相關(guān)，如表1所示。

表1 不同消毒劑病毒滅活的CT值和劑量Tab.1 CT Value and Dosage of Different Disinfectants for Virus Inactivation

蕭山水廠采用的常規(guī)處理工藝、臭氧活性炭(O3-BAC)深度處理工藝以及后續(xù)的次氯酸鈉消毒工段對(duì)病毒均有去除效果。只要保證飲用水處理工藝運(yùn)行正常，保證足夠的消毒劑濃度和接觸時(shí)間(CT值)，就能夠?qū)崿F(xiàn)充分的消毒效果。新冠疫情期間，常規(guī)工藝出水余氯由平均約0.65 mg/L增加至平均約0.75 mg/L，消毒劑有效接觸時(shí)間約為48 min，CT值為38.4 mg·L-1·min；采用深度處理工藝的水廠因輸送距離較遠(yuǎn)，且采用臭氧消毒，余氯由平均約0.75 mg/L增加至平均約0.80 mg/L(因深度處理工藝水廠供水范圍較廣，為滿(mǎn)足管網(wǎng)末梢余氯達(dá)標(biāo)，該工藝出廠余氯相對(duì)常規(guī)工藝偏高)，深度水工藝消毒劑有效接觸時(shí)間約60 min，CT值為48 mg·L-1·min，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于11.6 mg·L-1·min，滿(mǎn)足病毒滅活率為4 log，即99.99%。此外，通過(guò)對(duì)深度處理工藝水廠的管網(wǎng)末梢約38 km的黨灣營(yíng)業(yè)所管網(wǎng)水及常規(guī)水廠管網(wǎng)末梢約9.6 km的寧圍營(yíng)業(yè)所管網(wǎng)水進(jìn)行檢測(cè)，余氯分別為0.05 mg/L和0.10 mg/L，滿(mǎn)足《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)管網(wǎng)末梢水余氯量≥0.05 mg/L的要求。

4 加強(qiáng)水質(zhì)監(jiān)控

4.1 新冠疫情期間對(duì)原水水質(zhì)的影響

新冠疫情期間，對(duì)高錳酸鹽指數(shù)、氨氮等12項(xiàng)指標(biāo)的檢測(cè)結(jié)果顯示，三江口及南片源水基本符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)Ⅱ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)，其中菌落總數(shù)以及糞大腸菌群自2020年1月開(kāi)始明顯減少，菌落總數(shù)由2019年9月4 900 CFU/mL下降為320 CFU/mL；糞大腸菌群由2019年9月9 000 CFU/L下降為1 400 CFU/L，糞大腸菌群由地表水Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)降低為地表水Ⅱ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)(2 000 CFU/L)，微生物指標(biāo)變化如圖1所示，這可能與疫情期間室外各公共場(chǎng)所大量使用次氯酸鈉、84消毒液等消毒劑有關(guān)。

圖1 疫情前后微生物指標(biāo)變化趨勢(shì)Fig.1 Trend of Microbial Indicators before and after the Epidemic

4.2 嚴(yán)控濾后水濁度指標(biāo)

依據(jù)美國(guó)聯(lián)邦環(huán)保局飲用水病毒去除技術(shù)，當(dāng)濾后水濁度低于0.3 NTU時(shí)，病毒去除率高達(dá)99%。對(duì)此，制定了嚴(yán)格的濾后水內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，即常規(guī)工藝濾后水渾濁度不超過(guò)0.3 NTU，深度水工藝濾后水渾濁度內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)不超過(guò)0.2NTU。疫情期間，對(duì)兩個(gè)月的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，常規(guī)水廠濾后水渾濁度平均約為0.12 NTU，深度水濾水渾濁度平均約為0.07 NTU，有利于對(duì)病毒的控制，能夠保障出廠水質(zhì)安全。

4.3 加強(qiáng)管網(wǎng)水余氯濁度監(jiān)控

疫情期間，因常規(guī)工藝出廠水余氯上調(diào)0.1 mg/L，深度處理工藝出廠水余氯上調(diào)0.05 mg/L，對(duì)管網(wǎng)末梢余氯以及重點(diǎn)關(guān)注指標(biāo)渾濁度進(jìn)行監(jiān)控。由圖2可知，出廠水余氯為0.85 mg/L，渾濁度為0.05 NTU，隨著輸水距離的增加，其管網(wǎng)水余氯基本呈下降趨勢(shì)，在21 km時(shí)由于坎山加壓站，受加壓影響水量增大，對(duì)余氯有一定的波動(dòng)，余氯有小幅上升。輸送至管網(wǎng)末梢38 km時(shí)，余氯下降為0.05 mg/L，仍能滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)要求。渾濁度隨著輸送距離的增長(zhǎng)呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，至管網(wǎng)末端增加為0.57 NTU。

圖2 輸水距離對(duì)濁度與余氯的影響Fig.2 Influence of Water Distribution Distance on Turbidity and Residual Chlorine

4.4 精細(xì)管理、精準(zhǔn)加氯、嚴(yán)格控制消毒副產(chǎn)物

疫情期間，錢(qián)塘江原水因氨氮<0.5 mg/L、高錳酸鹽指數(shù)基本<3 mg/L,采用游離氯消毒效果較好，但對(duì)廠內(nèi)提高加氯量將有可能造成出水消毒副產(chǎn)物升高的風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)資料[6-7]顯示，消毒副產(chǎn)物生成，除與消毒副產(chǎn)物前驅(qū)物有關(guān)系外，還和游離氯濃度和水溫有較大關(guān)系。錢(qián)塘江冬天水溫在10 ℃左右時(shí)，常規(guī)工藝沉淀池出口游離氯濃度控制在0.05～0.2 mg/L，出廠水三鹵甲烷基本約為0.39，可控制在國(guó)標(biāo)限值的50%以下，出廠游離氯控制1.0 mg/L以下。夏天溫度高達(dá)29.3 ℃時(shí)，反應(yīng)速度快，沉淀池出口余氯控制在0.1 mg/L左右，在有效的消毒CT值≥15 mg·L-1·min時(shí)，出廠水游離氯在0.7～0.9 mg/L。

圖3為常規(guī)工藝與深度處理工藝中三鹵甲烷的變化趨勢(shì)圖。與常規(guī)工藝相比，臭氧生物活性炭深度處理工藝出水三鹵甲烷明顯較低，基本穩(wěn)定在0.12左右，可控制在國(guó)標(biāo)限值的20%以下，主要是因?yàn)榻?jīng)臭氧生物活性炭深度處理工藝后，小分子有機(jī)物大大減少，可降低消毒副產(chǎn)物三鹵甲烷的生成，炭濾池后進(jìn)行加氯消毒至少30 min后，游離氯濃度不低于0.5 mg/L，滿(mǎn)足CT值≥15 mg·L-1·min，即達(dá)到有效消毒效果的同時(shí)，消毒副產(chǎn)物含量也較低。6月～8月水溫較高，反應(yīng)速度快，生產(chǎn)消毒副產(chǎn)物三鹵甲烷有緩慢增加的趨勢(shì)，但趨勢(shì)相對(duì)較小，出廠水余氯控制在0.7～0.9 mg/L。因此，可得出初步結(jié)論：(1)當(dāng)原水高錳酸鹽指數(shù)穩(wěn)定在3 mg/L以下，如控制沉淀池出口游離氯濃度在0.2 mg/L以下，及出廠水游離氯濃度在0.9 mg/L以下，常規(guī)工藝三鹵甲烷最高值能控制在國(guó)標(biāo)限值50%以下，深度處理工藝三鹵甲烷最高值可控制在20%以下；(2)適當(dāng)增加出廠水余氯，出水余氯控制在1.0 mg/L以下，對(duì)出廠和管網(wǎng)消毒副產(chǎn)物三鹵甲烷進(jìn)行檢測(cè)，未見(jiàn)明顯變化。

圖3 不同工藝出廠水三鹵甲烷趨勢(shì)Fig.3 Trend of Treated Water Trihalomethane in Different Processes

5 結(jié)論

新型冠狀病毒期間，水廠根據(jù)原水水質(zhì)選擇游離氯消毒方式，通過(guò)精準(zhǔn)加氯、出廠水余氯保持相對(duì)穩(wěn)定等精細(xì)化管理措施，采取沉淀池、出廠水余氯考核機(jī)制，有效提升管理水平。

(1)通過(guò)構(gòu)建多水源供水格局，可提升水廠應(yīng)對(duì)原水突發(fā)污染的能力。

(2)針對(duì)錢(qián)塘江水質(zhì)，新冠疫情期間，出廠余氯適當(dāng)提高，常規(guī)工藝出水余氯平均提高0.1 mg/L，深度處理工藝平均提高0.05 mg/L,可保證管網(wǎng)末梢余氯達(dá)標(biāo)。

(3)錢(qián)塘江原水水質(zhì)中高錳酸鹽指數(shù)<3.0 mg/L、氨氮<0.5 mg/L時(shí)，選擇游離氯消毒方式較為合理。

(4)嚴(yán)控消毒劑有效濃度CT值≥15 mg·L-1·min，確保消毒效果，加強(qiáng)出廠及管網(wǎng)消毒副產(chǎn)物監(jiān)測(cè)，在有機(jī)物含量及前驅(qū)物較少時(shí)，適當(dāng)提高出廠余氯，當(dāng)出廠余氯在1.0 mg/L以下時(shí)，可消除消毒副產(chǎn)物增加風(fēng)險(xiǎn)。

(5)加強(qiáng)各工藝段水質(zhì)監(jiān)控,濾后水濁度控制在0.3 NTU以下，管網(wǎng)游離氯≥0.05 mg/L。

目前，對(duì)于精準(zhǔn)加氯仍存在一定的問(wèn)題，如消毒點(diǎn)的精準(zhǔn)選擇、補(bǔ)氯設(shè)施的增設(shè)等，為了更精準(zhǔn)有效的消毒，清水池前應(yīng)設(shè)有消毒接觸池，應(yīng)適當(dāng)增設(shè)補(bǔ)氯設(shè)施，安裝余氯及濁度在線儀。適當(dāng)降低出廠余氯，通過(guò)增壓泵站補(bǔ)氯，保障管網(wǎng)余氯平穩(wěn)達(dá)標(biāo)，并通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控余氯濁度變化，適當(dāng)調(diào)節(jié)補(bǔ)氯量，進(jìn)而達(dá)到優(yōu)質(zhì)供水，改善飲水口感的長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)。