保高峰期間給水廠出水三鹵甲烷指標(biāo)的控制研究

　　摘要：分析高峰供水期間W1、W2廠原水水質(zhì)及運(yùn)行參數(shù)對(duì)出水消毒副產(chǎn)物三鹵甲烷(THMs)指標(biāo)控制的影響，對(duì)日后自來水廠實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行提供建議。從數(shù)據(jù)結(jié)果得出，實(shí)際運(yùn)行中原水溫度及前加氯量是出水THMs控制的表征數(shù)據(jù)，即溫度、前加氯量與出水THMs濃度成正比;pH對(duì)THMs生成有一定的影響;原水COD、原水菌落總數(shù)、原水總堿度、原水溶解氧、原水濁度，出水pH、后加氯量、澄后余氯對(duì)出水THMs濃度的影響并不顯著。

　　本文源自科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新,2020(34):43-45.《科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新》雜志，于1997年經(jīng)國家新聞出版總署批準(zhǔn)正式創(chuàng)刊，CN:23-1600/N，本刊在國內(nèi)外有廣泛的覆蓋面，題材新穎，信息量大、時(shí)效性強(qiáng)的特點(diǎn)，其中主要欄目有：工程科技、農(nóng)林科學(xué)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)論壇等。

　　如今，隨著飲用水中消毒副產(chǎn)物的研究深入，自來水廠出水水質(zhì)安全越來越受到國人的關(guān)注。三鹵甲烷(THMs)由于其強(qiáng)致癌性，成為消毒副產(chǎn)物的主控指標(biāo)。《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)規(guī)定THMs(三氯甲烷、一氯二溴甲烷、二氯一溴甲烷、三溴甲烷的總和)該類化合物中各種化合物的實(shí)測濃度與其各自限值的比值之和不超過1。6月1日及9月30日期間，上海市溫度高，為高峰供水期，需采取有效措施保障高峰供水期間的水質(zhì)、水量。

　　目前，出水三鹵甲烷的研究大部分在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，而實(shí)際運(yùn)行過程中無法控制單一變量，工況復(fù)雜，原水的水質(zhì)及當(dāng)班工人的操作都會(huì)對(duì)三鹵甲烷的生成產(chǎn)生影響。因此本文主要總結(jié)了2017年保高峰期間兩種常規(guī)工藝中對(duì)三鹵甲烷的控制，分析原水水質(zhì)、運(yùn)行參數(shù)對(duì)其生成的影響，為確保日后高峰優(yōu)質(zhì)供水提供建議。

　　1、工藝簡介與數(shù)據(jù)來源

　　1.1工藝簡介

　　水廠為W1及W2，均采用常規(guī)工藝，水源為青草沙原水，消毒劑為次氯酸鈉。前加氯為游離氯消毒，后加氯為氯胺消毒。設(shè)計(jì)能力均為10萬噸/天，實(shí)際運(yùn)行W1廠11萬噸/天，W2廠7萬噸/天。

　　W1廠工藝：

　　原水-前加氯(游離氯)-機(jī)械攪拌澄清池-雙閥虹吸濾池-后加氯(氯胺)-清水庫

　　W2廠工藝：

　　原水-前加氯(游離氯)-折板反應(yīng)池斜管沉淀池-普通快濾池-后加氯(氯胺)-清水庫

　　1.2數(shù)據(jù)來源

　　原水pH、出水pH、原水COD、菌落總數(shù)、總堿度、溶解氧、濁度、水溫源于水廠大化驗(yàn)數(shù)據(jù);出水THMs濃度來源于公司水質(zhì)中心抽查結(jié)果;加氯量、澄后余氯、供水量源于在線儀表。

　　數(shù)據(jù)采用時(shí)間為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、數(shù)據(jù)分析

　　W1、W2廠原水來自于嚴(yán)橋泵站支線，到達(dá)水廠時(shí)間大致相同。圖1為出廠水質(zhì)抽查THMs測量結(jié)果，可知除6月13日及8月29日W2廠THMs略高于W1廠外，其余均低于W1廠。由于W1廠采用的是機(jī)械攪拌澄清池，W2廠采用的是折板反應(yīng)斜管沉淀池，一方面推測凈水工藝的不同導(dǎo)致了出水THMs濃度不同，即常規(guī)折板反應(yīng)斜管沉淀池工藝生成的THMs較少，另一方面水廠現(xiàn)場的運(yùn)行情況及原水的水質(zhì)環(huán)境可能都會(huì)對(duì)THMs的生成產(chǎn)生影響。

　　圖1W1、W2廠出水THMs濃度

　　2.1原水水質(zhì)及環(huán)境因素對(duì)出水THMs濃度的影響

　　2.1.1原水pH及出廠水pH對(duì)出水THMs濃度的影響

　　保高峰期間，溫度較高，青草沙水源藻類生長吸收CO2導(dǎo)致pH升高，W1、W2采用混凝劑聚硫氯化鋁(pH范圍1.2-1.5)來降低原水的pH。由圖2所示，W2廠的進(jìn)水pH略小于W1。抽查期間，W1廠超過80%的原水pH分布在7.9-8.0，當(dāng)pH=7.9時(shí)，出水THMs在0.2-0.7之間，當(dāng)pH=8.0時(shí)，出水THMs在0.1-0.6之間;同樣，W2廠超過80%的原水pH分別在7.8-7.9，當(dāng)pH=7.8時(shí)，出水THMs在0.25-0.5之間，當(dāng)pH=7.9時(shí)，出水THMs在0.15-0.45之間。盡管抽取的樣點(diǎn)并不均勻，但可看出W1、W2廠隨著pH的升高，出水THMs生成濃度的最大值有降低的趨勢。

　　圖2原水pH及出廠水pH對(duì)出水THMs濃度的影響

　　圖3溫度對(duì)出水THMs濃度的影響

　　結(jié)果表明，原水的pH對(duì)THMs的生成有一定的影響，即原水pH高時(shí)有利于減少THMs的生成，但大部分研究表明采用鋁鹽進(jìn)行混凝的水廠，原水pH高時(shí)出水鋁濃度將難以控制[1]，且pH越高THMs的生成越多[2]，由于實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行難以控制單一變量，同一pHTHMs生成濃度范圍也較大，因此推測其他因素對(duì)THMs生成影響更大，原水pH并不是預(yù)測THMs的直觀指標(biāo)。

　　此外，經(jīng)過投加酸性混凝劑中和后，W1、W2出水pH相比較原水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。但從圖2中可看出出水pH與THMs的生成結(jié)果上并無明顯規(guī)律。

　　2.1.2溫度對(duì)出水THMs濃度的影響

　　THMs前驅(qū)物與氯的反應(yīng)為吸收反應(yīng)，溫度的升高會(huì)促進(jìn)THMs的生成[3]。Kavanaugh,M.[4]研究表明，水溫增加10℃，THMs產(chǎn)生速度增加1倍。圖3所示，為原水溫度對(duì)出水THMs濃度的影響，W1、W2廠趨勢一致，THMs濃度隨著溫度的升高而升高，因此，在日常運(yùn)行中溫度能夠作為推測THMs生成的主要觀察指標(biāo)。

　　對(duì)于W1廠，當(dāng)溫度大于24℃時(shí)，出水THMs有超過限制一半(0.5)的風(fēng)險(xiǎn)，由于縱坐標(biāo)分布范圍較廣，推測在機(jī)械攪拌澄清池工藝中，原水溫度較高時(shí)，水溫并非是影響THMs生成的決定性因素。W2廠，每個(gè)溫度對(duì)應(yīng)THMs生成的最低值與溫度呈現(xiàn)線性關(guān)系，當(dāng)溫度大于28℃，出水THMs均大于0.3。

　　2.1.3其他原水條件對(duì)出水鋁濃度的影響

　　圖4為原水其他因素對(duì)出水THMs生成濃度的影響。天然水源中含有天然有機(jī)物，腐殖質(zhì)被認(rèn)為是形成消毒副產(chǎn)物的前體物[2]，但在圖4中，COD的變化與THMs濃度并無規(guī)律。同樣，菌落總數(shù)、總堿度、溶解氧、濁度對(duì)出水THMs濃度也無明顯影響。因此，在三鹵甲烷的控制中，無需考慮上述因素。

　　2.2加氯量及余氯值對(duì)出水THMs濃度的影響

　　由于W2廠自動(dòng)化程度較低，沒有加氯量數(shù)據(jù)庫，且THMs產(chǎn)生量基本小于W2廠，小于0.5，因此，在加氯量及余氯值對(duì)出水THMs濃度的影響中，只對(duì)W1廠的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為日后W1廠THMs的控制提供指導(dǎo)。

　　由圖5可知，前加氯基與THMs的生成存在正比例關(guān)系，當(dāng)前加氯基大于1.5ppm時(shí)，出水THMs可能會(huì)超過0.5。而澄后余氯(圖6)的變化無法推測THMs的生成，盡管提高前加氯量，但可是由于機(jī)械攪拌澄清池中活性污泥吸附以及水溫較高，澄后余氯均較低。

　　此外，W1廠后加氯采用的氯胺消毒，眾多研究表明氯胺消毒產(chǎn)生的消毒副產(chǎn)物的量要小于游離氯消毒[5]，也有學(xué)者指出預(yù)氯化生成的THMs占整個(gè)氯化消毒生成THMs的20%～30%[3]，而后加氯基的變化與THMs的生成無規(guī)律，由此推測出水THMs的生成大量源于前加氯，在滿足消毒CT值的同時(shí)需要實(shí)時(shí)的調(diào)整前加氯的量，控制出水THMs濃度。

　　3、結(jié)論與建議

　　3.1折板反應(yīng)池斜管沉淀池-普通快濾池工藝THMs生成量基本小于機(jī)械攪拌澄清池-雙閥虹吸濾池工藝。

　　3.2原水水溫及前加氯量是預(yù)測出水THMs生成濃度的主要指標(biāo)，當(dāng)W1前加氯基大于1.5ppm，溫度大于24℃時(shí)，需密切關(guān)注消毒副產(chǎn)物的生成。

　　3.3pH對(duì)THMs生成有一定的影響但參考意義不大。另外，在THMs控制上無需關(guān)注原水COD、菌落總數(shù)、總堿度、溶解氧、濁度指標(biāo)。

　　圖4原水COD、菌落總數(shù)、總堿度、溶解氧、濁度對(duì)出水THMs濃度的影響

　　圖5加氯量對(duì)出水THMs濃度的影響

　　圖6澄后余氯對(duì)出水THMs濃度的影響

　　參考文獻(xiàn)：

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