加强水质管理，提高和改善饮用水水质

陈志平¹   景萍²

1.       (上海浦东威立雅自来水有限公司浦东水厂，上海200120)

2.       （郑州卓凡环保科技有限公司）

1.前言

水是生命之源，饮用水安全是城市安全体系中的重要一环，是关呼到人们生命健康的一个重要民生问题，随着人们对健康意识的增强，人们也越来越关注饮用水的质量（人体每天需要饮水2.5升），去年7月1日起，我国实施新版的《生活饮用水卫生标准》，饮用水监测指标从目前的35项提高到106项，这标志着我国的饮用水标准基本与国际接轨。随着水源的水质变化，水中含有许多种有机物，且水也是隐性疾病传播介质之一，需要加强净水管理和水处理工艺的优化，提高和改善自来水水质。

2.水厂概况

浦东水厂下辖2个分厂，居家桥分厂和陆家嘴分厂。

1）陆家嘴分厂：建于1937年，逐步改造至今，制水能力10万吨/日，占地面积小，采用常规净水工艺，原水经加药至3座隔板反应斜管沉淀池、8格双层滤池（无烟煤滤料：巩义市丁东水处理滤材厂）、1座清水库（分2格：总容量3650m³）。供水区域为浦东小陆家嘴地区和西北部分地区生活用水。

2）居家桥分厂：建于1987年7月，制水能力12万吨/日，工艺流程：原水由配水井至4座机械加速斜管澄清池、10格虹吸双阀滤池（其中2格为煤-砂双层滤料）、2座清水库（单池：5000m³）。投加化学药剂为次氯酸钠（密度1.16kg/m³，有效氯浓度为10%）和硫酸铵（含氮量8%，密度1.22kg/m³），替代氯瓶和氨瓶；混凝剂为聚硫氯化铝（密度1.23t/m³,氧化铝8.23%）。供水区域为：金桥出口加工区、部分张江高科技园区、陆家嘴金融贸易区。

3.原水水质

2011年1月1日开始由黄浦江上游原水切换到长江青草沙原水，水源地位于长江口江心部位，由于不受陆域排污的干扰，原水的水质明显改善。其主要表现为浊度、色度、氨氮、COD等指标低。

表1—居家桥分厂原水水质数据

Tab. 1  Jujiaqiao Water Plant Raw Water Quality Data

数据来源；上游原水2010年1月至6月平均值，长江原水2011年1月至6月平均值。

以上数据分折：

青草沙原水的水质特点是“四低”和“三高”，1）浊度低，浊度是评价自来水的综合指标，浊度低，自来水中有害物质及细菌也少。青草沙原水浊度低于黄浦江上游原水浊度约75%。2）色度低（7度），达到饮用水标准（国标15度）。3）氨氮低，可降低出厂余氯，改善饮用水口感。4）耗氧量低，原水中COD_Mn含量低于饮用水卫生指标3 mg/L（GB5749），低于上游原水约56%，可减少因折点加氯后产生的消毒副产物三卤甲烷、嗅和味。青草沙原水的“三高”为1）PH值高，高于黄浦江上游原水（7.1），达8.4。2）氯化物，高于上游原水72mg/L，达136mg/L。3）藻类，由于青草沙水源为水库水，流动性差，浅水位，受氮磷和不同季节和水温变化，易繁殖产生不同藻类，其处理手段和加药量也不一样，对出厂水嗅味产生潜在风险。

青草沙原水的水质改善，也提高了供水水质，出厂水耗氧量、色度、嗅和味指标有明显改善，耗氧量从3.25mg/L降到1.38mg/L，色度从7降到5度，嗅和味从2级降到1级。

4.自来水厂水处理工艺

常规水处理工艺主要分为：混凝、沉淀、过滤、消毒。

黄浦江上游原水改为长江青草沙水源，消毒工艺改为：前加氯为折点加氯，生成游离氯作为主要消毒剂；滤后加氨补氯，出厂水为一氯胺消毒，以维持管网中长时间消毒效果。因原水PH较高（8.3-8.5），混凝剂由聚合氯化铝改为聚硫氯化铝，药剂PH降为2.5-2.8，以控制出厂水铝偏高问题。

3.水质管理

3.1工艺控制

3.1.1原水预氯化与投加粉末活性炭

折点加氯会产生致癌物质的消毒副产物（三卤甲烷）。三卤甲烷包括氯仿、溴仿、一溴二氯甲烷、二溴一氯甲烷。如果浓度高时，长期会对健康产生影响。消毒过程应避免和控制消毒副产物。三卤甲烷的生成量与加氯量和水中有机物浓度有关。游离氯含量过高，会增加三卤甲烷超标风险。所以要限制折点加氯量（特别当水温>20°C) ，游离氯要控制在合适范围。

青草沙原水投加口（5#沟）至水厂沿途管道滞留吸附时间为五六个小时，原水投加粉末性炭，可大大降低出厂水的三卤甲烷指标（吸咐原水中有机物）。见表2.

表2.：居家桥分厂出厂水三卤甲烷数值

注：加炭：8月7,14,21,28日，不加炭数值为5月8，17，23，31日

数据说明：原水源头就开始投加粉末活性炭，明显降低消毒副产物。

3.1.2余氯指标

消毒作用以余氯和接触时间CT来衡量，按水处理过程中停留时间确定余氯值，CT值越大，消毒作用越好。当氯与水接触时间短，可按CT值来调整余氯值。

表3­—居家桥分厂CT消毒因子

Table.3  Jujiaqiao Water Plant CT disinfection Factors

条件：PH值为7-8；10to 20℃,Tu<1NTU

表3显示，澄清池加氯控制参数优于设计参数，对细菌和脊髓灰质炎病毒而言，自由氯CT因子为15.。而澄清池自由氯CT因子为30。对澄清水检测，自由氯为0.34 mg/L，浊度为0.40NTU，总大肠菌群和细菌总数为零，体现出整个消毒工艺消毒效果好，消毒彻底，且出厂余氯低，改善饮用水口感，加氯量少，稍低于上游原水加氯量。见表4

表4：居家桥分厂氯氨消毒生产运行数据（年均）

3.1.3浊度指标

常规水处理工艺中，浊度分为沉淀（澄清）水浊度、滤后浊度和出厂浊度。

1）沉淀水浊度

沉淀水浊度控制幅度参照出厂水目标值和滤池浊度去除率来确定，也就是说，进水浊度为多少时，滤池出水浊度达到〈0.2NTU值，该进水浊度应是沉淀池浊度控制目标值。水厂沉淀水浊度幅度设定为0.4-0.8NTU.

2）滤后浊度

滤后浊度受进水浊度，运行周期，滤速和冲洗质量影响，相对来说，进水浊度高低，会直接影响滤后浊度，要求当班员工平稳运行，即滤池分配水量要均匀，滤前水位要相对恒定，这样，滤速波动小，特别汰滤池或水库水位低情况，考虑各滤池运行时间长短，合理调节好各滤池清水阀开启度，使滤后浊度稳定。

3）出厂浊度

出厂浊度受滤后水浊度和清水库水位高低影响。要设置滤后浊度目标值和清水库运行水位幅度，水厂出厂水浊度目标值为0.15NTU.一般出厂浊度要低于滤后浊度，因清水库本身是个大的沉淀池，迷宫式挡板顺序流动和沉淀功能。当滤后浊度低时，清水库积泥就少一些，例如：切换青草沙原水，滤后浊度标准提高，清水库池底积泥量与上游原水相比，明显减少许多。特别是清洗水库时，要注意设该池最低水位，以防过低水位，造成影响出厂水浊度。

4）过滤性能及运行参数

滤池过滤性能受滤料层级配、滤料厚度、配水均匀性（大阻力和中小阻力）、冲洗强度、膨胀率及运行周期有关，膨胀率高低与颗粒磨擦程度和砂面积泥有关；不同种类滤池，不同品种滤料，其滤速也相差很大，如煤-砂双层滤料，其正常滤速为13m/h,滤后浊度为0.09NTU. 滤速高于单层砂滤池38%，特别应对原水中硅藻突发，更能显现出煤-砂双层滤料滤池优越性，减轻水厂供水压力。硅藻影响供水能力，如上海长桥水厂单层砂滤池出水能力减少23%，浦东居家桥分厂砂滤池出水能力减少25%，运行周期从原来34小时减至7-10小时。运行周期还受滤速、进水浊度及投加助凝剂品种有关，按出水浊度目标值合理调整过滤周期及运行参数。

3.2加药量控制

3.2.1加矾量控制

不同水源和水质（藻类等），不同净水设施（沉淀池和澄清池）、混和条件（机械搅拌和静态混和器）和沉淀水浊度，加矾量是不相同。例如：硅藻是看不见，摸不着（不象浊度），无色透明，且水厂一般无检测装置。虽然对人体无害，但影响过滤水量。除硅藻加药量和平时去浊度加药量相差很大，不能参照平常加药量，且硅藻品种不同，其加药量也有差异。加矾量还受低温、低浊、原水中有机污染程度影响。需定期做好搅拌试验，根据沉淀水浊度和原水进水量，科学合理调整加药量。如：长江原水浊度（5-10NTU），氨氮低（〈0.05 mg/L）,PH较高(8.3-8.5)，水质平稳，混凝沉淀效果好，沉淀水浊度处于0.4-0.6NTU，加矾量明显减少（见下表5）

表4：居家桥分厂加矾量运行数据（折算固体硫酸铝）

表5 2012年浦东水厂加矾量平均数据（矾基单位：kg/km³）

3.2.2加氯/加氨量控制

1）沉淀水余氯：为活氯，前加氯在水中形成活氯时间为45分钟（冬天），消毒作用时间短，消毒彻底，效果好，细菌和大肠菌生物检测为零检测，但维持时间短。水处理工艺中，一般优先考虑游离氯作为首要消毒剂。

沉淀水余氯：由前加氯量（投加比）和原水的水质（氨氮）和水量决定的，且青草沙原水水质相当稳定，氨氮几乎平稳，波动很小，所以，余氯高低直接和投加比相关，通常各分厂前加氯投加比控制在1.5-1.8ppm为宜，沉淀水活氯控制在0.3-0.5ppm。当原水公司源头加氯和粉末活性炭时，原水中活氯控制在下限值（0.2-0.3 mg/L），以滤后氯胺消毒为主。

2）滤后余氯

滤后水余氯为一氯胺，即滤后加氨加氯，形成一氯胺，氯氨反应时间一般为3分钟，与游离氯相比，一氯胺的消毒作用不那么大，但更为稳定和持久，管网中选择一氯胺作为二次消毒剂，可控制管网中微生物的生长，降低细菌的污染，改善饮用水的口感和嗅味。而且，和游离氯不一样的是，一氯胺可减少消毒副产物THMs的增加。在生物膜内，一氯胺的穿透效果和生物体灭活效果比游离氯更好。上海地区出厂水消毒普遍采取是氯胺消毒。

3）一氯胺控制：

由氯氨投加比和出厂余氯目标值所控制，根据出厂余氯目标值和游离氨控制值来确定加氨量和加氯量的多少，也就是说，当出厂余氯目标值确定了（为1.3 mg/L），沉淀水余氯也知道（0.5 mg/L），那么，当班员工就定量知道加氨量和加氯量，计算如下

4）出厂游离氨控制

游离氨指水中NH₃/NH4⁺，要控制出厂水中氨氮值，一氯胺要与管网中游离氨发生硝化生物反应，生成亚硝酸盐，衰减一氯胺，使余氯降低。所以，要重视出厂水游离氨（<0.15mg/L）控制，避免亚硝酸盐升高风险。

4）自动加氯加氨工艺优化

优化后自动投加控制模式：前加氯按水量比加氯，后加氨、加氯是完全按照出厂水一氯胺和游离氨目标值和加药点进水流量来自动控制整个消毒工艺的加氯和加氨量。以游离氯、一氯胺和游离氨的反馈数值，自动调整加氯加氨投加比。

当滤后游离氨或一氯胺出现高低时，计算机控制系统会作一判断，先确定一氯胺是否在控制范围，然后确定游离氨是否偏高或低，再最终确定加氯量。当一氯胺偏高，游离氨偏低时，调低后加氯量；当一氯胺偏低，游离氨偏高时，调高后加氯量。

通过自动加氯控制运行后，游离氨可达最小值，既能消除二氯胺产生，又减少管网水中发生硝化作用而使一氯胺降低风险，使加氯量最大限度转化为一氯胺，达到减少加氯量，减善自来水口味，这也是优化前自动投药控制所难以做到的。

4.水质仪表检测

一氯胺和游离氨更能直接反映加氯消毒质量的重要指标，且一氯胺和游离氨数据准确性直接影响到自动加氯可靠性和安全性，要求当班员工熟练正确掌据操作规程，保证数据准确性。了解其反应原理，可帮助熟记操作步骤。

5.1一氯胺和游离氨反应原理

取二份水样，一份A水样测一氯胺，另一份B水样测游离氨，当