保高峰期間給水廠出水三鹵甲烷指標的控制研究

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

　　本文源自科學技術創新,2020(34):43-45.《科學技術創新》雜志，于1997年經國家新聞出版總署批準正式創刊，CN:23-1600/N，本刊在國內外有廣泛的覆蓋面，題材新穎，信息量大、時效性強的特點，其中主要欄目有：工程科技、農林科學、創新創業論壇等。

　　如今，隨著飲用水中消毒副產物的研究深入，自來水廠出水水質安全越來越受到國人的關注。三鹵甲烷(THMs)由于其強致癌性，成為消毒副產物的主控指標。《生活飲用水衛生標準》(GB5749-2006)規定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、水量。

　　目前，出水三鹵甲烷的研究大部分在實驗室中進行，而實際運行過程中無法控制單一變量，工況復雜，原水的水質及當班工人的操作都會對三鹵甲烷的生成產生影響。因此本文主要總結了2017年保高峰期間兩種常規工藝中對三鹵甲烷的控制，分析原水水質、運行參數對其生成的影響，為確保日后高峰優質供水提供建議。

　　1、工藝簡介與數據來源

　　1.1工藝簡介

　　水廠為W1及W2，均采用常規工藝，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。設計能力均為10萬噸/天，實際運行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)-折板反應池斜管沉淀池-普通快濾池-后加氯(氯胺)-清水庫

　　1.2數據來源

　　原水pH、出水pH、原水COD、菌落總數、總堿度、溶解氧、濁度、水溫源于水廠大化驗數據;出水THMs濃度來源于公司水質中心抽查結果;加氯量、澄后余氯、供水量源于在線儀表。

　　數據采用時間為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、數據分析

　　W1、W2廠原水來自于嚴橋泵站支線，到達水廠時間大致相同。圖1為出廠水質抽查THMs測量結果，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廠采用的是機械攪拌澄清池，W2廠采用的是折板反應斜管沉淀池，一方面推測凈水工藝的不同導致了出水THMs濃度不同，即常規折板反應斜管沉淀池工藝生成的THMs較少，另一方面水廠現場的運行情況及原水的水質環境可能都會對THMs的生成產生影響。

　　圖1W1、W2廠出水THMs濃度

　　2.1原水水質及環境因素對出水THMs濃度的影響

　　2.1.1原水pH及出廠水pH對出水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pH=7.9時，出水THMs在0.2-0.7之間，當pH=8.0時，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pH=7.8時，出水THMs在0.25-0.5之間，當pH=7.9時，出水THMs在0.15-0.45之間。盡管抽取的樣點并不均勻，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對出水THMs濃度的影響

　　圖3溫度對出水THMs濃度的影響

　　結果表明，原水的pH對THMs的生成有一定的影響，即原水pH高時有利于減少THMs的生成，但大部分研究表明采用鋁鹽進行混凝的水廠，原水pH高時出水鋁濃度將難以控制[1]，且pH越高THMs的生成越多[2]，由于實際生產運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THMs生成影響更大，原水pH并不是預測THMs的直觀指標。

　　此外，經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的生成結果上并無明顯規律。

　　2.1.2溫度對出水THMs濃度的影響

　　THMs前驅物與氯的反應為吸收反應，溫度的升高會促進THMs的生成[3]。Kavanaugh,M.[4]研究表明，水溫增加10℃，THMs產生速度增加1倍。圖3所示，為原水溫度對出水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，在日常運行中溫度能夠作為推測THMs生成的主要觀察指標。

　　對于W1廠，當溫度大于24℃時，出水THMs有超過限制一半(0.5)的風險，由于縱坐標分布范圍較廣，推測在機械攪拌澄清池工藝中，原水溫度較高時，水溫并非是影響THMs生成的決定性因素。W2廠，每個溫度對應THMs生成的最低值與溫度呈現線性關系，當溫度大于28℃，出水THMs均大于0.3。

　　2.1.3其他原水條件對出水鋁濃度的影響

　　圖4為原水其他因素對出水THMs生成濃度的影響。天然水源中含有天然有機物，腐殖質被認為是形成消毒副產物的前體物[2]，但在圖4中，COD的變化與THMs濃度并無規律。同樣，菌落總數、總堿度、溶解氧、濁度對出水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加氯量及余氯值對出水THMs濃度的影響

　　由于W2廠自動化程度較低，沒有加氯量數據庫，且THMs產生量基本小于W2廠，小于0.5，因此，在加氯量及余氯值對出水THMs濃度的影響中，只對W1廠的數據進行分析，為日后W1廠THMs的控制提供指導。

　　由圖5可知，前加氯基與THMs的生成存在正比例關系，當前加氯基大于1.5ppm時，出水THMs可能會超過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生的消毒副產物的量要小于游離氯消毒[5]，也有學者指出預氯化生成的THMs占整個氯化消毒生成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值的同時需要實時的調整前加氯的量，控制出水THMs濃度。

　　3、結論與建議

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

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

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

　　圖4原水COD、菌落總數、總堿度、溶解氧、濁度對出水THMs濃度的影響

　　圖5加氯量對出水THMs濃度的影響

　　圖6澄后余氯對出水THMs濃度的影響

　　參考文獻：

　　[1]陸勁蓉,黃昌飛.優化混凝沉淀減少殘余鋁的小試試驗研究[J].凈水技術,2017,36(S1):9-11.

　　[2]劉文君.飲用水中可生物降解有機物和消毒副產物特性研究[D].北京:清華大學,1999.

　　[3]劉波,孫超,崔燕.濟南市供水消毒副產物的變化研究[J].供水技術,2009,3(5):40-42+46.

　　[5]嚴烈,徐斌,高乃云,等.飲用水中典型氯化消毒副產物生成模型的研究進展[J].凈水技術,2010,29(1):16-22.