保高峰期间给水厂出水三卤甲烷指标的控制研究

李葛蓉 姜晓琳

（上海浦东威立雅自来水有限公司，上海200120）

如今，随着饮用水中消毒副产物的研究深入，自来水厂出水水质安全越来越受到国人的关注。三卤甲烷（THMs）由于其强致癌性，成为消毒副产物的主控指标。《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）规定THMs（三氯甲烷、一氯二溴甲烷、二氯一溴甲烷、三溴甲烷的总和）该类化合物中各种化合物的实测浓度与其各自限值的比值之和不超过1。6 月1 日及9 月30 日期间，上海市温度高，为高峰供水期，需采取有效措施保障高峰供水期间的水质、水量。

目前，出水三卤甲烷的研究大部分在实验室中进行，而实际运行过程中无法控制单一变量，工况复杂，原水的水质及当班工人的操作都会对三卤甲烷的生成产生影响。因此本文主要总结了2017 年保高峰期间两种常规工艺中对三卤甲烷的控制，分析原水水质、运行参数对其生成的影响，为确保日后高峰优质供水提供建议。

1 工艺简介与数据来源

1.1 工艺简介

水厂为W1 及W2，均采用常规工艺，水源为青草沙原水，消毒剂为次氯酸钠。前加氯为游离氯消毒，后加氯为氯胺消毒。设计能力均为10 万吨/天，实际运行W1 厂11 万吨/天，W2 厂7万吨/天。

W1 厂工艺：

原水- 前加氯（游离氯）- 机械搅拌澄清池- 双阀虹吸滤池- 后加氯（氯胺）- 清水库

W2 厂工艺：

原水- 前加氯（游离氯）- 折板反应池斜管沉淀池- 普通快滤池- 后加氯（氯胺）- 清水库

1.2 数据来源

原水pH、出水pH、原水COD、菌落总数、总碱度、溶解氧、浊度、水温源于水厂大化验数据；出水THMs 浓度来源于公司水质中心抽查结果；加氯量、澄后余氯、供水量源于在线仪表。

数据采用时间为2017 年6 月6 日、13 日、20 日、27 日，7 月4 日、11 日、18 日、25 日，8 月1 日、8 日、15 日、22 日、29 日，9 月5 日、19 日、26 日。

2 数据分析

W1、W2 厂原水来自于严桥泵站支线，到达水厂时间大致相同。图1 为出厂水质抽查THMs 测量结果，可知除6 月13 日及8 月29 日W2 厂THMs 略高于W1 厂外，其余均低于W1 厂。由于W1 厂采用的是机械搅拌澄清池，W2 厂采用的是折板反应斜管沉淀池，一方面推测净水工艺的不同导致了出水THMs 浓度不同，即常规折板反应斜管沉淀池工艺生成的THMs 较少，另一方面水厂现场的运行情况及原水的水质环境可能都会对THMs的生成产生影响。

图1 W1、W2 厂出水THMs 浓度

2.1 原水水质及环境因素对出水THMs 浓度的影响

2.1.1 原水pH 及出厂水pH 对出水THMs 浓度的影响

保高峰期间，温度较高，青草沙水源藻类生长吸收CO2导致pH 升高，W1、W2 采用混凝剂聚硫氯化铝（pH 范围1.2-1.5）来降低原水的pH 。由图2 所示，W2 厂的进水pH 略小于W1。抽查期间，W1 厂超过80%的原水pH 分布在7.9-8.0，当pH=7.9时，出水THMs 在0.2-0.7 之间，当pH=8.0 时，出水THMs 在0.1-0.6 之间；同样，W2 厂超过80%的原水pH 分别在7.8-7.9，当pH=7.8 时，出水THMs 在0.25-0.5 之间，当pH=7.9 时，出水THMs 在0.15-0.45 之间。尽管抽取的样点并不均匀，但可看出W1、W2 厂随着pH 的升高，出水THMs 生成浓度的最大值有降低的趋势。

图2 原水pH 及出厂水pH 对出水THMs 浓度的影响

图3 温度对出水THMs 浓度的影响

结果表明，原水的pH 对THMs 的生成有一定的影响，即原水pH 高时有利于减少THMs 的生成，但大部分研究表明采用铝盐进行混凝的水厂，原水pH 高时出水铝浓度将难以控制[1]，且pH 越高THMs 的生成越多[2]，由于实际生产运行难以控制单一变量，同一pH THMs 生成浓度范围也较大，因此推测其他因素对THMs 生成影响更大，原水pH 并不是预测THMs 的直观指标。

此外，经过投加酸性混凝剂中和后，W1、W2 出水pH 相比较原水pH 均下降了0.4 左右，且原水pH 越高下降的越多。W1出水pH 分布在7.4-7.6，W2 出水pH 分布在7.4-7.5。但从图2中可看出出水pH 与THMs 的生成结果上并无明显规律。

2.1.2 温度对出水THMs 浓度的影响

THMs 前驱物与氯的反应为吸收反应，温度的升高会促进THMs 的生成[3]。Kavanaugh,M.[4]研究表明，水温增加10℃，THMs产生速度增加1 倍。图3 所示，为原水温度对出水THMs 浓度的影响，W1、W2 厂趋势一致，THMs 浓度随着温度的升高而升高，因此，在日常运行中温度能够作为推测THMs 生成的主要观察指标。

对于W1 厂，当温度大于24℃时，出水THMs 有超过限制一半（0.5）的风险，由于纵坐标分布范围较广，推测在机械搅拌澄清池工艺中，原水温度较高时，水温并非是影响THMs 生成的决定性因素。W2 厂，每个温度对应THMs 生成的最低值与温度呈现线性关系，当温度大于28℃，出水THMs 均大于0.3。

2.1.3 其他原水条件对出水铝浓度的影响

图4 为原水其他因素对出水THMs生成浓度的影响。天然水源中含有天然有机物，腐殖质被认为是形成消毒副产物的前体物[2]，但在图4 中，COD 的变化与THMs 浓度并无规律。同样，菌落总数、总碱度、溶解氧、浊度对出水THMs 浓度也无明显影响。因此，在三卤甲烷的控制中，无需考虑上述因素。

2.2 加氯量及余氯值对出水THMs浓度的影响

由于W2 厂自动化程度较低，没有加氯量数据库，且THMs 产生量基本小于W2 厂，小于0.5，因此，在加氯量及余氯值对出水THMs 浓度的影响中，只对W1厂的数据进行分析，为日后W1 厂THMs的控制提供指导。

由图5 可知，前加氯基与THMs 的生成存在正比例关系，当前加氯基大于1.5ppm 时，出水THMs 可能会超过0.5。而澄后余氯（图6）的变化无法推测THMs 的生成，尽管提高前加氯量，但可是由于机械搅拌澄清池中活性污泥吸附以及水温较高，澄后余氯均较低。

此外，W1 厂后加氯采用的氯胺消毒，众多研究表明氯胺消毒产生的消毒副产物的量要小于游离氯消毒[5]，也有学者指出预氯化生成的THMs 占整个氯化消毒生成THMs 的20%～30%[3]，而后加氯基的变化与THMs 的生成无规律，由此推测出水THMs 的生成大量源于前加氯，在满足消毒CT 值的同时需要实时的调整前加氯的量，控制出水THMs 浓度。

3 结论与建议

3.1 折板反应池斜管沉淀池- 普通快滤池工艺THMs 生成量基本小于机械搅拌澄清池- 双阀虹吸滤池工艺。

3.2 原水水温及前加氯量是预测出水THMs 生成浓度的主要指标，当W1 前加氯基大于1.5ppm，温度大于24℃时，需密切关注消毒副产物的生成。

3.3 pH 对THMs 生成有一定的影响但参考意义不大。另外，在THMs 控制上无需关注原水COD、菌落总数、总碱度、溶解氧、浊度指标。

图4 原水COD、菌落总数、总碱度、溶解氧、浊度对出水THMs 浓度的影响

图5 加氯量对出水THMs 浓度的影响

图6 澄后余氯对出水THMs 浓度的影响