蕭山區5個水廠殘留鋁含量調查

張秋勉， 陳 燕

(杭州蕭山供水有限公司，浙江杭州311201)

飲用水是公眾攝入鋁的途徑之一，攝入過量的鋁會對腦組織和智力產生影響[1]。有研究表明，飲用水中鋁平均濃度超過0.11 mg/L的地區，中老年癡呆癥患者數量要超過鋁平均濃度低于0.01 mg/L的地區這類患者的50%[2]。自然界的鋁和飲用水處理混凝劑中的鋁鹽是飲用水中鋁的主要來源。目前，《生活飲用水衛生標準》(GB 5749—2006)中鋁的限值為0.2 mg/L。美國國家環境保護局(USEPA)制定的《國家飲用水水質標準》(EPA816-F-09-004)中鋁的限值為0.05 mg/L[3]，要求更為嚴格。

1 蕭山區各水廠殘留鋁含量現狀

蕭山區一水廠、二水廠、三水廠、南片水廠和江東水廠5個水廠的總供水規模約100×104m3/d，2018年1月至2019年1月期間，其出廠水殘留鋁年平均含量分別為0.06，0.05，0.02，0.05和0.05 mg/L。各水廠出廠水殘留鋁含量均低于0.2 mg/L，滿足現行國家標準。但是如果以USEPA的標準，除了三水廠，其余4個水廠均有進一步提升的空間。

5個水廠出廠水殘留鋁月平均含量見圖1、圖2，因蕭山區目前共有兩大取水頭埠，分別為三江取水口和富春江取水口。一水廠、二水廠、三水廠原水均取自三江取水口，南片水廠和江東水廠原水取自富春江取水口。

圖1 一水廠、二水廠和三水廠出廠水鋁含量Fig.1 Concentration of aluminum of No.1, No.2 and No.3 Waterworks

使用三江口原水的3個水廠中，一水廠、二水廠的出廠水鋁含量月平均數據明顯高于三水廠，約為后者的3倍，其中二水廠的出廠水鋁含量在10月達到0.14 mg/L。

圖2 南片水廠和江東水廠鋁含量 Fig.2 Concentration of aluminum of Nanpian Waterworks and Jiangdong Waterworks

使用富春江原水的南片水廠和江東水廠的鋁含量比較接近，最高值、最低值也基本一致。從圖1和圖2可以看出：出廠水鋁含量存在季節變化的規律性，每年7—11月出廠水鋁含量較其他季節明顯升高，幅度約為60%～391%。

2018年1月至2019年1月期間，5個水廠中殘留鋁含量最低的三水廠采用了臭氧-活性炭深度處理工藝，而殘留含量較高的另外4個水廠均采用傳統混凝沉淀-砂濾工藝，表明深度處理工藝能夠在一定程度上降低殘留鋁含量。

2 殘留鋁的來源與季節性變化原因分析

出廠水中的鋁主要來自原水和水處理劑這2個方面。在天然原水中，水中的鋁主要以兩種狀態存在，即顆粒鋁(以固體存在的鋁)和溶解態鋁。溶解鋁包括鋁與天然有機物、氟化物、磷酸鹽、硫酸鹽等形成的絡合物。給水處理中鋁鹽混凝劑的使用是出廠水殘余鋁升高的直接和主要原因，其加入水中后生成的大量氫氧化鋁膠體是典型的兩性化合物，pH值過高或過低時氫氧化鋁均會溶解成鋁離子進入水中。

由于鋁在水中的形態復雜，溶解性鋁離子的濃度受多種環境因素的影響，其中pH的影響最大。pH對混凝效果的影響主要在于：當水的pH值在6.5～7.5時，氫氧化鋁的溶解度最小；當pH>8.5時，氫氧化鋁膠體明顯溶解[4]。

2.1 原水中的鋁

2018年1月至2019年1月之間，三江口原水的鋁在0.15～0.53 mg/L，富春江原水的鋁在0.12 ～1.33 mg/L。從圖3可以看出，原水中鋁含量總體高于出廠水，但變化趨勢與出廠水鋁含量并不正相關。在正常狀況下，原水中的鋁經過水廠工藝后絕大部分能夠得到去除，推測原水并不是引起出廠水鋁升高的主要原因。

圖3 原水中鋁含量Fig.3 Concentration of aluminum of raw water

2.2 水處理劑帶入的鋁

目前，5個水廠均采用聚合氯化鋁作為水處理絮凝劑。根據實際運行經驗，在藻類高發期和低溫低濁期，為了降低濾前水的濁度，水廠會適當提高絮凝劑的投加量，增大了鋁鹽超標的風險。這期間南片水廠與三水廠聚合氯化鋁投加量，如圖4所示。

圖4 水廠加礬量Fig.4 PAC dosage of waterworks

圖中三水廠最高投加量在2月，南片水廠最高投加量在7月，投加量在9～28 mg/L，月度投加量變化與出廠水殘留鋁變化趨勢并不一致。推測目前蕭山幾個水廠的混凝劑投加量比較適中，混凝劑投加后氫氧化鋁以膠體形式存在水中。

2.3 殘留鋁季節性變化

原水進入水廠后首先進入混凝反應區，混凝效果受原水水質影響。這期間2個水廠的原水pH如圖5所示。可以看出，8—11月原水pH值較其余月份有明顯升高，由7.3左右升高至7.6，最高升幅約為5%。pH值超過7.5時，氫氧化鋁膠體的溶解度開始增大，這與出廠水殘留鋁的季節變化趨勢一致。原水是一個復雜的緩沖體系，pH的變化幅度雖然不大，但對水中低含量微量元素產生了明顯影響。

圖5 原水pH的變化 Fig.5 Change of pH of raw water

綜上所述，對于鋁的主要來源：水廠的原水和混凝劑投加情況均正常、可控，這表明出廠水殘留鋁含量達標是可控的。在出水水質達標(<0.2 mg/L)的前提下，5個水廠出廠水的鋁含量為0.02～0.06 mg/L，在這個痕量區間，殘留鋁依然存在一些變化規律，會隨夏季pH的增大而升高。

3 各工藝段對鋁的去除效果

在傳統工藝中，水中的大部分污染物在混凝沉淀和過濾階段得到去除，在深度處理水廠，活性炭池能有效發揮吸附降解作用，南片水廠和三水廠各工藝段出水的鋁含量見圖6。

圖6 各工藝段鋁含量的變化 Fig.6 Change of aluminum concentration by each process unit

原水進入水廠后，鋁含量總體趨勢為先升高后降低，降幅絕對值最大的區間位于沉淀和砂濾工藝段，到出廠水時已低至微克級。各工藝段相對于前一工藝段的去除率，能夠反應對鋁的去除效率，見表1。

表1 各工藝段對鋁的去除效果Tab.1 The removal effect of aluminum by each process unit %

從去除效率來看，砂濾的作用最大，炭濾池次之。這是因為混凝沉淀工藝初步去除了原水中大顆粒物和膠體，此時的沉淀出水含有小粒徑的顆粒物以及未能沉降完全的絮凝劑顆粒。在砂濾池中，這些小粒徑顆粒物得到了較為徹底的去除，砂濾出水鋁含量大約在20 μg/L左右，此時的出水已極為清澈。在這種極低含量的狀況下，炭濾池發揮了吸附降解作用，進一步降低鋁含量。2019年2月后，南片水廠開始運行深度水處理工藝，運行半年后，出廠水平均殘留鋁含量大約降低50%，進一步證明了深度處理工藝對鋁去除的提升效果。

因此，在鋁的去除方面，沉淀池在絕對值幅度上效果最好，砂濾的去除率最高。在極低濃度下，活性炭濾池將出廠水鋁含量降低到了20 μg/L以下的平均值水平。

4 結論

① 同一水源出水殘留鋁含量受工藝影響較大，臭氧-活性炭深度處理工藝能夠降低出廠水鋁含量。

② 出廠水鋁含量存在季節變化的規律性，每年的7—11月較其他季節明顯升高，主要原因為原水pH會在夏季出現季節性升高。

③ 水廠的原水和混凝劑投加情況均正常可控，出廠水殘留鋁含量達標可控。

④ 根據從各工藝段對鋁的去除數據分析，沉淀池對鋁的去除量絕對值最大，砂濾池的去除效率最高，在極低濃度下，活性炭濾池將出廠水鋁含量降低到了20 μg/L以下的平均值水平。