南山水廠出廠水渾濁度、游離氯、pH值檢測(cè)結(jié)果分析

況旺

深圳市城市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究中心股份有限公司 廣東 深圳 518002

南山水廠位于深圳市南山區(qū)，一二期總體規(guī)模為120萬(wàn)m3/d，其中一期規(guī)模為20萬(wàn)m3／d，于2008年12月正式建成投產(chǎn)；二期在建中，新增規(guī)模100萬(wàn)m3/d，并新增一期20萬(wàn)m3/d深度處理,預(yù)計(jì)2025年建成。建成后南山水廠除供給原一期服務(wù)范圍外，將與福田、寶安新安片區(qū)供水互聯(lián)互通，成為近期深圳市供水規(guī)模最大、服務(wù)范圍最廣的自來(lái)水廠。

1 概述

1.1 水源水質(zhì)

南山水廠的水源為混合原水，水源包括經(jīng)深圳水庫(kù)調(diào)蓄的東江引水、西麗水庫(kù)、鐵崗水庫(kù)。根據(jù)原水水質(zhì)檢測(cè)資料，深圳水庫(kù)、西麗水庫(kù)、鐵崗水庫(kù)水質(zhì)均為地表水Ⅲ類，表現(xiàn)低濁、高藻等水庫(kù)水特征[1]。

1.2 處理工藝

南山水廠采用預(yù)處理→強(qiáng)化常規(guī)處理→臭氧活性炭深度處理→消毒工藝。預(yù)處理采用臭氧（O3）+高錳酸鉀（PPC）復(fù)合氧化，強(qiáng)化常規(guī)處理為在常規(guī)處理的基礎(chǔ)上增投絮凝劑（PACl）、助凝劑（PAM）、熟石灰、粉末活性炭（PAC）。消毒工藝采用多點(diǎn)投氯法，消毒劑為液氯（Cl2）。工藝流程見(jiàn)圖1。

1.3 氣候條件

深圳位處中國(guó)東南沿海，屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，年降水量平均為1932.9mm。按氣象學(xué)劃分標(biāo)準(zhǔn)，及深圳市30年氣象記錄（1991~2020年）統(tǒng)計(jì)各季平均狀況，深圳市四季大致歸納為：2-3月為春天（10-22°C），4-10月為夏天（＞22°C），11-12月為秋天（10-22°C），1月為冬天（＜10°C）。本次分析以四季更替代替氣溫區(qū)間變化。

2 指標(biāo)選定與分析

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

深圳市水務(wù)局近年依據(jù)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，在深圳市水務(wù)局官網(wǎng)統(tǒng)一向社會(huì)公布各供水企業(yè)水質(zhì)月檢檢測(cè)結(jié)果。本篇論文中所使用的出廠水水質(zhì)數(shù)據(jù)即出自深圳市水務(wù)局官網(wǎng)。

2.2 指標(biāo)選定

造成渾濁度的懸浮物和憎水膠體通常為細(xì)菌、病毒和其他有毒有害物質(zhì)的載體。渾濁度作為感官性狀指標(biāo)，不僅與居民用水感官相關(guān)，亦與用水安全存在相當(dāng)程度上的關(guān)聯(lián)，渾濁度高低可直接反映水質(zhì)安全與否。分析指標(biāo)首先選定渾濁度。

原水經(jīng)過(guò)“混凝-沉淀-過(guò)濾”為主體的處理流程后，無(wú)法全部殺滅病原微生物，消毒是生活飲用水安全的最后保障，《室外給水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定,生活飲用水處理工藝流程中，必須設(shè)置消毒工藝。出廠水消毒劑剩余，包括少量Cl2、HOCl、OCl-，稱為游離性余氯（以下簡(jiǎn)稱“游離氯”）。出廠水保留一定濃度的游離氯是抑制出廠水殘余病原微生物重新繁殖、控制二次污染的有效措施。同時(shí)，游離氯對(duì)提示管網(wǎng)存在二次污染與否具有重要意義，選定游離氯作為第二個(gè)分析指標(biāo)。

混凝是處理工藝流程中非常重要的一環(huán)。影響混凝效果的因素較多，如水的物理、化學(xué)性質(zhì)，水中雜質(zhì)的物理、化學(xué)性質(zhì)，絮凝劑的選擇、反應(yīng)器的選擇及其水力條件等。其中pH值與水、水中雜質(zhì)的性質(zhì)均有關(guān)聯(lián)，又是絮凝劑液態(tài)聚氯化鋁(PACl)一項(xiàng)重要指標(biāo)[5]，本次分析將pH值作為第三個(gè)分析指標(biāo)。

同時(shí)，降雨量、溫度對(duì)原水的水質(zhì)與水量、給水處理效果均有影響，對(duì)本次分析選取2020年4月至2022年4月的檢測(cè)結(jié)果，對(duì)照月均降雨量、季節(jié)變化，對(duì)其中的渾濁度、游離氯、pH值進(jìn)行分析。

2.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

所有數(shù)據(jù)采用SPSS 23.0統(tǒng)計(jì)軟件包進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)比較用單樣本t 檢驗(yàn)，單變量方差分析。單變量方差分析三類數(shù)據(jù)是否具統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，并以渾濁度作為因變量，游離氯、pH作為協(xié)變量，月均降雨量作為隨機(jī)因子，分析渾濁度、游離氯、pH三者交互關(guān)系，以顯著性P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表1 南山水廠出廠水渾濁度、游離氯、pH檢測(cè)結(jié)果（2020.04~2022.04）

統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果顯示，渾濁度均值為0.110±0.016，F(xiàn)=1222.404，P=0.000；游離氯均值為0.660±0.065，F(xiàn)=2613.600，P=0.000；pH均值為3.744±3.674，F(xiàn)=25.968，P=0.000。三者數(shù)據(jù)均有顯著性差異，具統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。渾濁度、游離氯、pH三者交互作用F=15.997，P=0.001，有顯著性差異，具統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表2 渾濁度、游離氯、pH單樣本t檢驗(yàn)結(jié)果

表3 渾濁度、游離氯、pH單變量方差分析結(jié)果

2.4 討論

出廠水中的游離氯、渾濁度、pH值檢測(cè)結(jié)果，參照月均降雨量、四季變化，同步關(guān)系見(jiàn)圖2。

2.4.1 單項(xiàng)分析

本次所取時(shí)間段游離氯平均值為0.66 mg/L，符合標(biāo)準(zhǔn)。2020.04~2022.01出廠水游離氯維持在0.6~0.7mg/L，2021年內(nèi)波動(dòng)次數(shù)較多，2022.03~04升高至0.8mg/L，應(yīng)與當(dāng)年“平均氣溫歷史最高，階段性干旱重”，[4]原水水質(zhì)、水量情況較往年差別大，藥劑量多次調(diào)試有關(guān)。表現(xiàn)為春、秋季游離氯高，夏、冬季游離氯低。

本次所取時(shí)間段渾濁度平均值為0.11，符合標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)所示存在兩處高值，渾濁度達(dá)到0.14~0.15，均發(fā)生在夏季。其余月份均＜0.12。

pH值從2021.04開(kāi)始公布。本次所取時(shí)間段平均值為7.2，符合標(biāo)準(zhǔn)。2021.04~2021.11期間約為7.0，2021.12~2022.04，出廠水pH維持在7.4?？傮w來(lái)說(shuō)，春秋季節(jié)pH稍高，水質(zhì)偏堿，夏季pH為7，水質(zhì)呈中性。

2.4.2 交互關(guān)系

渾濁度夏季升高，秋冬春季相對(duì)穩(wěn)定。月均降雨量超過(guò)320mm時(shí)，渾濁度出現(xiàn)峰值，呈現(xiàn)與當(dāng)月月均降雨量極強(qiáng)相關(guān)，達(dá)到0.13~0.15。pH值在有數(shù)據(jù)的2021年10月降低，與渾濁度呈反相關(guān)。根據(jù)黃萍對(duì)某水庫(kù)水質(zhì)的研究，[6]降雨量與原水水質(zhì)pH變化無(wú)對(duì)應(yīng)關(guān)系。由此可推斷2021年10月pH值的變化源于降低原水渾濁度。

PACl水解反應(yīng)過(guò)程是不斷產(chǎn)生H+的過(guò)程，反應(yīng)式如下：[5]

H+的增加導(dǎo)致pH值不斷下降，為保證PACl的聚合度，保證絮凝效果，應(yīng)加藥調(diào)節(jié)。

pH值是水中HOCl與OCl-的相對(duì)比例決定因素之一[7]。南山水廠選用的消毒劑液氯在水中同時(shí)發(fā)生Cl2水解、HOCl離解兩個(gè)反應(yīng)，反應(yīng)式如下：

HOCl的離解隨著H＋的積聚，反應(yīng)左移，HOCl濃度增加。反之，如OH-增加，H+消耗增加，反應(yīng)右移，HOCl濃度減小。Fukuzaki 等[8]研究表明，當(dāng)pH 為7.5 的時(shí)候，有效氯中45%為次氯酸，pH 為6.5 時(shí)則95%為次氯酸。pH越高，起主要消毒作用的HOCl[9]越易離解為OCl-。當(dāng)pH=7.54時(shí)，HOCl與OCl-大致相當(dāng)。因此原水經(jīng)處理-消毒后如不加藥調(diào)節(jié)，pH值在 6.5~6.7之間，呈弱酸性[10]。

南山水廠pH調(diào)節(jié)劑采用熟石灰，當(dāng)游離氯濃度高時(shí)，pH值也在高值。2022年3月，游離氯達(dá)到最高值0.8mg/L時(shí)，pH同時(shí)在最高值7.4。提高游離氯的濃度可弱化pH升高對(duì)HOCl濃度影響，避免降低管網(wǎng)內(nèi)消毒效能[11]。

3 結(jié)論

1、南山水廠現(xiàn)階段出廠水水質(zhì)較穩(wěn)定，各項(xiàng)指標(biāo)滿足《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，其中渾濁度、游離氯、pH值存在一定交互關(guān)系，并受降雨量及季節(jié)變化影響。

2、二期建成后，南山水廠供水范圍增大，管網(wǎng)流程加長(zhǎng)，現(xiàn)階段出廠水游離氯濃度處于標(biāo)準(zhǔn)限值（0.3~2.0mg/L）中等偏低段，應(yīng)適當(dāng)提高游離氯濃度，同時(shí)降低pH值，保障管網(wǎng)末端水質(zhì)安全。

3、建議針對(duì)原水風(fēng)險(xiǎn)建立預(yù)警機(jī)制，制定應(yīng)急預(yù)案，結(jié)合管網(wǎng)末端檢測(cè)點(diǎn)水質(zhì)數(shù)據(jù)，利用正態(tài)分布原理確定不同等級(jí)的渾濁度、游離氯、pH預(yù)警值，以應(yīng)對(duì)極端氣候、氣象等因素造成的原水水質(zhì)、水量變化對(duì)水處理系統(tǒng)的沖擊。