濱海新區水廠引灤原水水質變化及相關實驗研究

周 瑤，李英彬，孫慧樂

(天津水務集團濱海水務有限公司，天津 300300)

天津地區水資源匱乏，人均水資源占有率不到全國平均水平的十分之一[1]。1983年引灤河水入津，水資源短缺局面得到有效緩解；2015年南水北調中線工程使得天津市形成了引江引灤雙水源供水模式[2]。引江原水指標不足以支持天津市全年供水量，故2020年末至2021年初濱海新區各水廠水源由引江水切換為引灤水。其中引江原水水質維持在地表水Ⅱ類，引灤原水中主要污染性指標超過Ⅲ類水質標準。為保障水廠供水水質安全達標，對水質較差的引灤原水進行了對比分析及實驗研究。

1 原水水質同期對比

濱海某水廠在水源切換后采用全灤河水供給模式，水源切換期間引灤水與去年同期引江水水質各項指標的對比結果見圖1至圖5。

圖1 原水同期濁度對比Fig.1 Comparison of turbidity of raw water in the same period

圖2 原水同期氯化物對比Fig.2 Comparison of chlorides of raw water in the same period

圖3 原水同期總硬度對比Fig.3 Comparison of total hardness of raw water in the same period

圖4 原水同期總堿度對比Fig.4 Comparison of total basicity of raw water in the same period

圖5 原水同期耗氧量對比Fig.5 Comparison of oxygen consumption of raw water in the same period

水源切換期間，與去年同期相比，濁度、氯化物、總硬度、總堿度、耗氧量等指標均有所升高。切換后，氯化物、總硬度、耗氧量平均濃度分別為45，244和3.7 mg/L；而去年同期氯化物和總硬度平均值為7和124 mg/L，耗氧量小于2.8 mg/L。引灤原水各項指標均明顯高于引江原水，處理難度加大。

2 實驗結果與討論

針對水源切換為灤河水后出現的問題，為保障水廠生產安全和水質穩定，進行混凝小試，以期為實際工藝提供參考，并不斷優化水廠生產運行方案。

水廠采用聚合氯化鋁(PAC)和三氯化鐵作為常用混凝劑，為解決原水切換后水質變差、濁度升高等問題，取水廠一泵房原水進行混凝小試。

實驗在ZR4-6混凝實驗攪拌器上進行，采用周期運行方式，每個周期共42 min，包括200 r/min的快速攪拌2 min、50 r/min的慢速攪拌20 min以及靜置沉降20 min。周期結束取樣，采用便攜式濁度儀和余氯儀測定，觀察實驗結果。

2.1 混凝劑復配實驗

在混合投加三氯化鐵和PAC的實驗中，鐵鋁比采用10 ∶2～10 ∶7，不同加藥量的混凝效果見圖6。

圖6 復合投加三氯化鐵與聚合氯化鋁的混凝效果Fig.6 Coagulation effect of compound addition of ferric chloride and PAC

實驗結果表明，PAC投加量越高時混凝效果越好。考慮余鋁超標風險，投加比例取10 ∶3，此時混凝效果已經較為理想。

2.2 泡花堿混凝實驗

單獨投加4.5～27 mg/L泡花堿混合液進行小試，從圖7可以看出濃度在22.5 mg/L時濁度最低，混凝效果更好。

圖7 投加泡花堿混合液的混凝效果Fig.7 Coagulation effect of adding sodium silicate

2.3 鐵鋁、泡花堿混合液

三氯化鐵投加量分別取6，7和8 mg/L，PAC投加量取2.5和3 mg/L，進行鐵、鋁復配小試，結果如圖8所示。

圖8 復合投加混凝劑對濁度的去除效果Fig.8 Experiment of iron and aluminum compound

選取濁度最低的3個復配投加量，與單獨投加泡花堿混合液進行對比實驗，結果見圖9。根據小試結果，泡花堿混合液取15，18和21 mg/L。

圖9 復合投加混凝劑與單獨投加泡花堿對濁度的去除效果Fig.9 Removal effect of turbidity by dosing compound coagulant and individual paverine

通過對比泡花堿混合液與三氯化鐵、PAC復配小試結果，可明顯看出泡花堿混合液絮凝效果好，礬花大，沉降快。鐵鋁比為8 ∶3時，濁度最低，泡花堿混合液濃度為21 mg/L時濁度最低。但在實際工藝中投加泡花堿效果不佳，原因有待進一步探究。

2.4 助凝劑HCA

在投加助凝劑聚甲基二烯丙基氯化銨(HCA)的實驗中發現，相同濃度下僅投加三氯化鐵+HCA較混合投加三氯化鐵和PAC+HCA效果更好，見圖10。但投加HCA后形成的礬花較小且有少許上浮現象，沉淀后濁度較高，助凝效果不佳。

圖10 投加HCA后對濁度的去除效果Fig.10 Removal effect of turbidity after adding HCA

2.5 預氯化實驗

為探究預氯化對混凝實驗的影響，采用水廠上游水庫原水進行實驗。從圖11可以看出，預加氯對三氯化鐵、PAC及泡花堿混合液的混凝實驗均有明顯作用，出水濁度較低。

圖11 預加氯對濁度去除效果的影響Fig.11 Effect of chlorination on turbidity removal

3 工藝調整措施

3.1 加氯點調整

有研究表明，調整加氯點有助于改善混凝效果[3]。為了有效去除藻類，降低出水濁度，組織各水廠開啟前加氯，將加氯點位調整至原水池，在此期間及時關注余氯情況，確保出廠水余氯合格。

3.2 濾池周期調整情況

引灤原水切換后，各水廠根據原水水質和工藝運行情況，及時調整濾池運行周期，如表1所示。同時，對水廠澄清池斜板等進行沖洗，加強排泥管理，確保切換后工藝運行平穩、水質合格。

表1 濾池運行周期調整情況Tab.1 Adjustment of filter operational cycle

3.3 藥量調整

根據引灤原水水質，結合各水廠實際情況，通過信息及時共享、上下緊密聯動，在上游原水單位多級原水預處理的屏障下和化驗室小試指導生產的基礎上，及時動態調整水廠藥劑投加量。

根據以往的研究經驗，泡花堿對低溫低濁水有較好的助凝效果[4]。為了降低出廠水濁度，組織水廠進行大量小試后，在澄清池工藝環節加投泡花堿混合液。

4 出水水質情況

水源切換期間，各水廠根據原水水質情況，通過采取摻混水源、調整工藝參數等方式，確保供水水質穩定。各水廠出廠水濁度均在0.3 NTU以下，出廠水余氯控制在0.6～1.2 mg/L，其余指標均符合水質標準，見表2。受原水水質變化影響，出廠水濁度、耗氧量等指標均高于去年同期水平，出廠水2-MIB含量符合標準。

表2 出廠水水質Tab.2 Quality of treated water

5 結論

① 切換水源期間，各水廠雖然對原水處理存在較大壓力，但通過采取多項措施，保證出廠水水質合格，確保了引灤供水期間廠內各環節的穩定運行和水質安全。

② 針對此次原水水源切換工作，各水廠提前做好了應急處理相關準備工作，特別是在原水預處理、應急投加、水質監測、投加混凝劑和消毒劑等重要環節，加強了對工藝設備設施的管理，密切關注水質在線儀表實時數據，及時監測原水水質變化。

③ 當原水出現特殊情況，可采取投加活性炭、在混凝環節增大混凝劑(三氯化鐵、PAC)投加量等應急措施，確保出廠水水質合格。同時基于小試結果，可通過采取調整水廠運行工藝、優化運行參數等措施，例如加氯點前移、調整加藥比例、投加泡花堿混合液等，保障供水水質穩定。

④ 通過加強各級調度聯動機制，及時掌握水源切換情況，確保了信息及時、切換平穩，也為之后的原水切換工作提供了經驗。