给水处理厂采用不同原水的运行情况

颜一青，史 靓

(上海市自来水市北有限公司闸北水厂，上海 200438)

1 概况

1．1 原水概况

目前，上海多数给水处理厂采用长江原水作为水源，包括陈行水库、青草沙水库等。其中，陈行水库的环境评价报告书表明:原水有机污染少，致突变性试验呈阴性，所含放射性物质浓度大部分项目符合标准。总评结果为:陈行水库水符合国家地表水Ⅱ级标准。长江径流量大，稀释扩散及自净能力强，可作为城市永久性水源［1］。另外，青草沙水库位于长江口南北港分流口下方，长兴岛头部和北部外侧的中央沙、青草沙等水域，总面积约66 km2，有效库容4．38亿m3，是目前国内在建最大的江心河口水库。长江口青草沙水域的水质总体达到地表水Ⅱ类水要求，但由于原水在库区停留时间较长，不可避免会出现局部区域藻类暴发性生长等富营养化现象［2，3］。

随着青草沙原水的推广使用，自2011年4月起，上海市自来水市北有限公司闸北水厂开始采用每年夏季(5月～10月)、冬季(11月～次年4月)不同水源进行给水处理。其中，夏季采用100%陈行原水，冬季采用70%青草沙原水、30%陈行原水的混合原水。由于原水对给水处理效果具有至关重要的作用，故本文以闸北水厂为例，分析混合原水和陈行原水情况下的给水处理情况。

1．2 水厂概况

闸北水厂厂区位于闸殷路东西两侧，占地面积为37 648 m2。水厂日供水能力为280 000 m3，主要供应杨浦、虹口、宝山等地区生活用水和工业用水。现建有2套制水系统，分别为8万t和20万t系统，其中，8万t系统建有折板反应池、平流式沉淀池、普通快滤池、清水库、出水泵房;20万t系统建有折板反应池、斜管沉淀池、V型滤池、清水库、出水泵房。系统工艺流程如图1所示。

2 给水处理情况分析

原水水质变化不仅影响出厂水水质，同时也对混凝剂、消毒剂投加量有所影响。另外，当原水水质突变时，甚至会导致给水处理工艺参数的调整。例如，调整滤池的过滤周期以确保滤后水水质达标等。因此，本文将从原水、出厂水水质及药剂投加量三方面来分析混合原水和陈行原水对水厂生产情况的影响。

图1 闸北水厂工艺流程Fig．1 Technological Process of Zhabei Water Treatment Plant

2．1 原水水质

根据闸北水厂2010年～2013年水质报表，选取主要反映原水特点的水质指标。

2．1．1 浊度

2010～2013年原水浊度逐月变化情况如表1所示。自2011年4月起冬季使用混合原水后，冬季混合原水浊度为10～20 NTU，而2010年、2011年冬季陈行原水浊度为20～40 NTU。相比之下，混合原水浊度较低。低温低浊原水对给水处理中混凝沉淀工艺带来困难，造成冬季混凝剂(聚硫氯化铝)投加量有所上升。夏季由于一直使用陈行原水，故浊度基本为10～30 NTU。

表1 原水浊度逐月变化情况Tab．1 Monthly Changes of Raw Water Turbidity

续 表

2．1．2 氯化物

氯化物是原水咸潮的重要水质指标，且影响出厂水水质的口感。2010～2013年原水氯化物逐月变化情况如表2所示。2010年冬季陈行原水氯化物较高，普遍范围为35～93 mg/L。然而，2011年、2012年冬季水厂采用混合原水，氯化物含量降低至30～66 mg/L，减轻了冬季原水咸潮对给水处理的影响，有效地确保了出厂水水质安全。另外，2011年4月、5月氯化物含量高达120 mg/L左右，主要是由于原水切换初期混合原水比例不确定造成的。2013年11月、12月由于陈行、青草沙原水发生咸潮，致使氯化物含量上升至80 mg/L左右，而夏季由于一直采用陈行原水，故氯化物一般在15～30 mg/L。

表2 原水氯化物逐月变化情况Tab．2 Monthly Changes of Chloride in Raw Water

2．1．3 氨氮

原水氨氮含量直接影响给水处理中消毒剂(次氯酸钠)的投加量，故往年冬季采用陈行原水时，若氨氮高于0．3 mg/L，则过程水采用总氯的消毒方式，以减少次氯酸钠的投加量。但是，过程水采用总氯消毒存在色度、口感方面的问题。2010～2013年原水氨氮含量逐月变化情况如表3所示。

表3 原水氨氮逐月变化情况Tab．3 Monthly Changes of Ammonia Nitrogen in Raw Water

由表3可知2010年、2011年1月～3月陈行原水氨氮含量较高，为0．25～0．44 mg/L，而2012年、2013年同期混合原水氨氮含量仅为 0．02～0．09 mg/L，较陈行原水有明显下降。混合原水低氨氮不仅有助于减少次氯酸钠投加量，而且冬季无需调整过程水的消毒方式，确保了过程水的水质安全。

2．1．4 亚硝酸盐

原水亚硝酸盐含量对给水处理中混凝剂(聚硫氯化铝)的投加量有一定的影响，两者呈正比关系。如表4所示，2010年、2011年1～4月陈行原水亚硝酸盐含量为 0．013 ～0．052 mg/L，而 2012 年、2013年同期混合原水亚硝酸盐含量仅为 0．005～0．029 mg/L，较陈行原水有明显下降。

表4 原水亚硝酸盐逐月变化情况Tab．4 Monthly Changes of Nitrate in Raw Water

2010～2013年混凝剂投加量逐月变化如表5所示。2012年、2013年3月、4月混凝剂投加量较2010年同期有所下降，当时亚硝酸盐含量也有所降低;2012年、2013年11月、12月混凝剂投加量较2010年同期有所上升，当时亚硝酸盐含量也有所升高。虽然2012年、2013年1月、2月亚硝酸盐含量较2010年同期下降较多，但由于冬季原水低温低浊影响，混凝剂投加量不降反升。

表5 混凝剂投加量逐月变化情况Tab．5 Monthly Changes of Coagulant Dosage

2．1．5 溶解氧

原水溶解氧含量高低直接关系到给水处理的难易程度。溶解氧高则说明水体污染较少，较易处理。由于青草沙原水水质较好，溶解氧含量较高，故冬季采用混合原水时溶解氧含量较2010年、2011年同期略高，如表6所示。

表6 原水溶解氧逐月变化情况Tab．6 Monthly Changes of in DO Raw Water

2．2 出厂水水质

2．2．1 浊度

根据《城镇供水厂运行、维护及安全技术规程》要求，给水处理厂出厂水浊度应低于0．10 NTU［4］。2010～2013年度出厂水平均浊度逐月变化情况如图2所示。2012年、2013年各月浊度较2010年、2011年同期有所下降，基本处于0．08～0．11 NTU。特别是2012年、2013年冬季出厂水浊度基本控制在0．08～0．10 NTU。由于冬季原水呈现低温低浊的特点，故处理难度较高。然而，自冬季开始使用混合原水，原水水质得到改善，有助于出厂水浊度的改善。

图2 出厂水浊度逐月变化图Fig．2 Monthly Changes of Effluent Turbidity

2．2．2 余氯

给水处理厂出厂水余氯应为1．0 mg/L左右［4］，由于出厂水中含有一定的余氯是确保自来水在管网中持续消毒的基础，故余氯是出厂水水质的一项重要考核指标。图3为2010～2013年出厂水余氯逐月变化情况，可见2012年、2013年冬季(11月至次年3月)余氯为1．0～1．2 mg/L，较2010 年、2011 年同期的1．0～1．3 mg/L有所下降，这主要是由于2012年、2013年次氯酸钠投加量减少所致。减少次氯酸钠的投加量不仅是经济化的一种手段，同时有效地减少了消毒副产物的产量。

图3 出厂水余氯逐月变化图Fig．3 Monthly Changes of Residual Chlorine in Effluent

2．3 药剂投加量

2．3．1 混凝剂(聚硫氯化铝)

图4 混凝剂与亚硝酸盐逐月对比图Fig．4 Monthly Changes of Nitrate in Effluent and Coagulant Dosage

如表5、图4所示，冬季采用混合原水(2012年、2013年)的混凝剂投加量较采用陈行原水(2010年、2011年)同期有所上升。造成上述情况主要有两方面原因:一是冬季混合原水浊度较陈行原水更低，低浊水颗粒较小，难以沉淀，故需增加混凝剂投加量以确保水质;二是由于水中颗粒较小，容易导致斜管沉淀池跑矾花、斜管表面积泥情况，因此，为了减轻斜管表面积泥情况，提高沉淀性能，从而增加了混凝剂投加量。

另外，2011年5月～9月混凝剂投加量较2012年、2013年同期略高，这是由于2011年采用的是混合原水，而2012年、2013年同期采用的则是陈行原水。

2．3．2 消毒剂(次氯酸钠)

图5为水厂消毒剂(次氯酸钠)投加量逐月变化图，2010年1～3月次氯酸钠投加量低于2012年、2013年同期，这是因为2010年1～3月期间陈行原水氨氮较高，故过程水采用总氯的消毒方式，以减少次氯酸钠投加量。而2012年、2013年同期采用混合原水后氨氮一直处于较低水平，无需调整过程水消毒方式，从而造成两者间的较大差距。

2010年4～12月次氯酸钠投加量高于2012年、2013年同期。造成上述情况主要原因是，自2012年5月起对给水处理工艺进行了调整，由原先的一次加氯消毒方式改为二次加氯消毒方式。采用二次加氯消毒方式，可以有效减少次氯酸钠投加量以及消毒副产物的产量，进一步提升出厂水水质安全。

另外，2011年5～10月次氯酸钠投加量较2012年、2013年同期要高，这是由于2011年5～10月采用混合原水，而2012年、2013年同期使用的则是陈行原水。

图5 水厂消毒剂(次氯酸钠)投加量逐月变化图Fig．5 Monthly Changes of Disinfectant(Sodium Hypochlorite)Dosage

2．3．3 消毒剂(硫酸铵)

滤后加氨是常规给水处理工艺的重要组成部分，有助于水中余氯的持续杀菌作用。自2011年4月起，水厂加氨系统由原先使用液氨调整为使用更为安全的硫酸铵药剂。图6为水厂消毒剂(硫酸铵)投加量逐月变化图。

图6 水厂消毒剂(硫酸铵)投加量逐月变化图Fig．6 Monthly Changes of Disinfectant(Ammonium Sulfate)Dosage

如图6所示，2012～2013年夏、冬两季采用不同原水，使得原水氨氮含量比较稳定，故每月的硫酸铵投加量也相对稳定，有利于出厂水水质安全。另外，2011年5～10月铵剂投加量较2012年、2013年同期高，这是由于2011年5～10月采用混合原水，而2012年、2013年同期采用的则是陈行原水。

3 结语

(1)综合分析上述生产数据可见，每年夏、冬两季采用不同原水模式后，原水浊度、氯化物、氨氮、亚硝酸盐等指标得到改善。同时，配合采用二次加氯消毒方式，有利于实际生产运行，提高药剂投加的经济效益，同时确保供水水质安全。

a)夏季(5～10月)采用陈行原水，原水浊度为9～34 NTU、氯化物为17～44 mg/L、氨氮为0．02～0．07 mg/L、亚硝酸盐为 0．004 ～0．023 mg/L、溶解氧为5．8～8．0 mg/L。此时，聚硫氯化铝投加量为7～9 mg/L、次氯酸钠为20～30 mg/L、硫酸铵为1．4 ～1．8 mg/L，可确保出厂水浊度达到 0．08 ～0．10 NTU、余氯达到 0．9 ～1．1 mg/L。

b)冬季(11月～次年4月)采用混合原水，有效地减轻原水咸潮和氨氮含量波动带来的影响。原水浊度为10～18 NTU、氯化物为29～88 mg/L、氨氮为 0．02 ～ 0．09 mg/L、亚硝酸盐为 0．005 ～0．029 mg/L、溶解氧为 8．3 ～11．8 mg/L。此时，聚硫氯化铝投加量为8～11 mg/L、次氯酸钠为21～33 mg/L、硫酸铵为 1．5 ～2．0 mg/L，可确保出厂水浊度达到 0．08 ～0．11 NTU、余氯达到 1．0 ～1．2 mg/L。

(2)采用二次加氯消毒方式有效地减少次氯酸钠投加量，并控制消毒副产物的产量，对供水安全具有重要作用。然而，二次加氯方式也存在弊端。虽然青草沙原水综合评价为地表水Ⅱ类水体，尤其是冬季，水质优于陈行原水。但是，由于青草沙水库蓄水量较大，流动性稍差，藻类含量较高。当前加氯量较低时，无法完全杀灭藻类，容易造成滤池表面藻类生长，影响滤池过滤性能。因此，今后的生产运行中应予以重视。

(3)混合原水较陈行原水具有低浊度的特点。冬季采用混合原水时，低温低浊的特点更为显著。低浊原水中颗粒物粒径较小，难以沉淀，易造成斜管沉淀池表面积泥现象。因此，在生产运行中，通过增加混凝剂投加量、降低斜管沉淀池运行负荷来减轻该现象。

［1］董秉直，范瑾初，孙有勋，等．长江水源水质特点以及处理工艺［J］．给水排水，1998，24(5):6-10．

［2］顾金山，陆晓如，顾玉亮．上海青草沙水源地原水工程规划［J］．给水排水，2009，35(1):50-57．

［3］潘晓，张群，丁李刚．采用青草沙水库水后水厂的运行优化［J］．给水排水，2012，38(8):15-18．

［4］中华人民共和国住房和城乡建设部．CJJ 58—2009城镇供水厂运行、维护及安全技术规程［M］．北京:中国建筑工业出版社，2010．