保高峰期間給水廠出水三鹵甲烷指標(biāo)的控制研究

李葛蓉 姜曉琳

（上海浦東威立雅自來水有限公司，上海200120）

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驗室中進行，而實際運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)班工人的操作都會對三鹵甲烷的生成產(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)工藝中對三鹵甲烷的控制，分析原水水質(zhì)、運行參數(shù)對其生成的影響，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(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，到達水廠時間大致相同。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)場的運行情況及原水的水質(zhì)環(huán)境可能都會對THMs的生成產(chǎn)生影響。

圖1 W1、W2 廠出水THMs 濃度

2.1 原水水質(zhì)及環(huán)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(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，出水THMs 在0.2-0.7 之間，當(dāng)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(dāng)pH=7.8 時，出水THMs 在0.25-0.5 之間，當(dāng)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(jié)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(chǎn)運行難以控制單一變量，同一pH THMs 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(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)，溫度的升高會促進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(biāo)。

對于W1 廠，當(dāng)溫度大于24℃時，出水THMs 有超過限制一半（0.5）的風(fēng)險，由于縱坐標(biāo)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(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(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(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出水THMs 濃度的影響中，只對W1廠的數(shù)據(jù)進行分析，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，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(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 值的同時需要實時的調(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，需密切關(guān)注消毒副產(chǎn)物的生成。

3.3 pH 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(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