北方某城市水厂净水药剂投加量的影响因素分析

宋云，刘铭，何康丽，杨宏娟

（银川中铁水务集团有限公司，宁夏银川 750021）

水是人类生存和发展的基础资源之一，但随着城市化进程的加快和工业化程度的不断提高，水资源的质量受到越来越大的挑战。水处理作为提高水资源利用价值和保护水环境的重要措施，在人们的生活和生产中扮演着越来越重要的角色。在水处理工艺中，混凝过程是重要控制程序之一[1]，净水药剂投加作为混凝过程的关键控制参数，直接影响出厂水水质安全及水厂成本控制。在混凝过程中，净水药剂的投加不仅能够降低原水的浊度，而且能够有效去除附有病原菌的悬浮物。在混凝过程中，净水药剂的投加量则需根据原水水质动态变化情况进行不断优化调整，然而原水水质受诸多因素影响，具有复杂性、周期性、季节性、突变性、随机性等特点，各水质指标之间还存在一定的耦合性，且持续处于不断变化中，给净水药剂的精准投加带来了极大困难。分析了净水药剂投加影响因素，以确保水处理工艺稳定运行，且出厂水符合国家标准，达到精准投加净水药剂的目的，为水处理行业的发展和水资源的保护提供新的思路和方法，对于城市供水安全及保障人民身体健康具有重要意义。

1 概况及原水水质

北方某市地处黄河水系，地势南高北低，曾是沿黄城市中守着黄河却不饮黄河水的省会城市。自2010 年起，某市出现地下源地水质超标、城市超采区地下水漏斗、水资源总量不足、供水量不充足等问题。2019 年初，为解决水资源及水安全等问题，以黄河地表水补充和替换区域现有地下水源，建设黄河取水泵站，将黄河水提升入渠，通过箱涵远距离输水自流入水库，经调蓄沉沙后，自流出库向水厂。

水厂采用强化常规水处理工艺，包括絮凝、沉淀、过滤、消毒等过程。随着黄河水系作为原水运行，对原水水质进行连续动态监测，原水水质具有季节性、周期性、突变性等特点，具体表现如下。

1.1 冬季低温低浊

根据实际监测数据显示，通常冬季水库水温在5 ℃以下。水温过低，水的动力粘度系数将增大，并且减慢了水中胶体的颗粒运动速度，减少了相互碰撞的概率，不易使颗粒凝聚；混凝絮体质量较小，不易下沉，很难形成沉淀，实现固液分离；水浊度较低，水中胶体颗粒较少，相互之间碰撞机会少，影响凝聚和沉淀效果，需密切关注混凝絮凝效果。

1.2 pH 值较高

根据资料显示，在水中铝以不同的形态存在，它存在的形态受pH 值的影响较大，当原水pH 值大于7.5时，净水药剂的混凝效果开始变差，可能使铝溶出量增加，使得出水中铝的质量浓度升高。该水库原水的pH值波动区间为7.84～8.80，为典型的高pH 值原水，需要关注絮凝剂的投加量与出厂水中铝的残余质量浓度。

1.3 上游污染源

水泵站上游为黄河流域兰州段，该区域化工、石油等企业较多，有可能出现石油、化工产品、原材料等泄露、爆炸等化工污染事故，将危及下游黄河流域水质情况，因此，取水泵站需加强对石油类、有机酚类、重金属、苯系物等特征污染物的监测。

1.4 底泥可能成为地表水体污染的主要污染源

底泥一般指江河湖海的沉积物，是自然水域的重要组成部分。水中的部分污染物会通过沉淀或者由颗粒物吸附而蓄存于底泥中，从而使底泥成为地表水体污染物的重要蓄积库。底泥作为地表水体巨大的潜在污染源，适当条件下污染物可能又会被重新释放出来，成为二次污染源，特别是当外源污染得到有效控制或者完全被截断后，底泥可能会成为地表水体污染的重要污染源。

2 实验方法

2.1 确定研究对象

研究对象为北方某城市的一个地表水厂，该水厂采用化学处理方法进行水质净化，主要投加净水药剂进行处理。

2.2 数据筛选

研究数据来自于该水厂长期的运营数据，包括水质监测数据和投加药剂量等相关信息。通过对这些数据的分析，研究净水药剂投加量的影响因素。

为分析研究净水药剂的投加情况，探讨原水水质对净水药剂投加量的影响，选用2022 年全年水厂净水药剂聚合氧化铝（PAC）的投加量数据，与原水水质相关指标进行对比分析。

通过对比分析，探讨净水药剂投加量与原水水质的相关性，为日后水厂高效运行提供有力支撑。根据逐月净水药剂投加量和逐月原水水质相关指标数据，将净水药剂月度投加量、原水温度、原水pH 值、原水浑浊度、出厂水浑浊度、出厂水中铝的质量浓度、出厂水pH 值列于表1。由表1 可知，净水药剂投加量与部分水质数据存在一定关系。

表1 2022 年水厂净水药剂PAC 投加量和部分水质数据（月平均）

3 结果与分析

3.1 原水浑浊度对净水药剂投加量的影响分析

在水处理工艺中混凝的主要目的是去除水中的悬浮颗粒物，以降低水中的浑浊度，而浑浊度是反映水中悬浮物和胶体杂质的重要指标。由混凝机理和实际生产运行中的经验可知，原水浑浊度的大小直接关系净水药剂投加量。目前所建立的智慧药剂投加系统即为自动化投药数学模型，此模型可根据原水水质情况实现精准药剂投加，达到降本增效的作用。

在水处理工艺中将浊度去除率作为判断混凝效果的指标之一，根据水厂2022 年全年PAC 投加量、原水浑浊度及出厂水浑浊度监测数据计算浊度去除率，原水浑浊度与净水剂的投加量呈现较大的正偏态和较高的峰度，分布较为集中，两者呈现正相关趋势。原水浑浊度为5 NTU 以上，且原水浊度增加时，水中的颗粒将更多受到水解作用而发生沉降，这会使出水水质变差，所以随着原水浊度的增加，应适当增加净水药剂的投加量，且能保持较好的浊度去除率。

如果净水药剂不足，在水中形成的絮体很小，颗粒间距离大，不能快速沉淀下来，而沉降到池底时又可能堵塞管道。但应注意，过量投加净水药剂会导致出水水质恶化。原水浑浊度为5 NTU 以下时，随着原水浑浊度降低，PAC 投加量呈现上升趋势，且浊度去除率并没有随着PAC 投加量增加而升高，并处于65%～85%。

在实际生产中，若原水水质发生较大变化时，应根据原水水质的变化情况适当调整净水药剂的投加量。且水厂应结合原水浑浊度情况适当调整净水药剂的投加量，以确保出产水水质安全。

3.2 温度对净水药剂投加量的影响分析

根据提供净水药剂投加量及水质检测数据，运用原水浑浊度与出厂水浑浊度计算浊度去除率，具体情况如表2 所示。

表2 水厂PAC 投加量与水温、原水浊度及浊度去除率的关系

水温对净水药剂的投加量会产生一定影响[2]。在实际操作中，水厂需要结合水源水温变化情况，调整净水药剂的投加量和加药时间，来确保水的处理效果和水质的稳定性。

由表2 可知，2022 年原水水温的变化区间为0.5～28.6 ℃，原水温度冬季低于夏季；原水浑浊度为1.25～12.60 NTU，且1—3 月为低温低浊，5—10 月的浑浊度偏高于其他月份；浊度去除率为80.00%～98.25%，基本上随着投加量的增加有所升高。

其中，1—3 月冬季低温低浊时投加量为6.35 mg/L，浊度去除率明显低于7—9 月同样投加量的浑浊度去除率，说明低温低浊对混凝效果影响较大，主要原因是低温时凝聚剂的水解速率变慢、凝聚时间延长，絮体生长缓慢。

温度降低后，水中的有机物分解成了较小的分子团颗粒。这些小颗粒在沉降过程中受到水流阻力的影响，沉降速度明显减慢。同时水温低导致水中微生物种类、数量减少，从而使得絮体生长缓慢。混凝效果较差，需增加PAC 投加量以增强混凝效果，确保水质安全。

3.3 出厂水中铝质量浓度对净水药剂投加量的影响

水厂PAC 投加量与出厂水中铝的质量浓度的关系如表3 所示。

表3 水厂PAC 投加量与出厂水中铝的质量浓度的关系

为了保障饮用水安全和人体健康，目前中国对饮用水中残留铝的质量浓度制定了严格的限制标准，要求饮用水中的残留铝质量浓度不大于0.2 mg/L。水厂选用PAC 为净水药剂，若PAC 投加量控制不好，不但不会消除原水中的铝，有时将会使出厂水中铝质量浓度增加。

根据表3 可知，在投加PAC 后，出厂水pH 值明显低于原水pH 值，保持在7.77～8.32，此时，水厂出厂水中铝的质量浓度为0.02～0.09 mg/L，明显低于国家标准限值0.2 mg/L，且浊度去除率为80.00%～98.25%，说明保证混凝效果的同时能够确保出厂水中铝的质量浓度。

3.4 净水药剂过量投加对处理效果的影响

净水药剂过量投加会导致水处理效果下降。当净水药剂投加量在一定范围内时，浊度去除率和降低浑浊度的效果会逐渐增加。但是，当净水药剂投加量超过一定值时，水质将会变差。这是因为净水药剂过量投加会对水体产生负面影响，造成水质恶化。因此，水厂在进行净水药剂投加时，必须注意投加量的控制，确保在合理范围内，以保证水处理效果最优化。

4 结论

净水药剂的投加量是影响水处理效果的重要因素之一。在实际操作中，应根据水质情况、水温及净水药剂的特性和用途等因素，更加全面地探究影响水质的因素，灵活调整投加量。建议在投加净水药剂时，应定期监测水质指标，确保水质符合国家相关标准和水厂自身的要求。此外，由于净水药剂的投加量对水处理效果有直接影响，因此在投加量的确定过程中，应严格按照操作规程和标准进行操作，避免过量或不足投加。只有确保净水药剂的投加量合理，才能保证水质稳定安全。