关于三个水厂净水工艺与供水水质的比较和分析

岳宇明，陆 茸，毛丽娜，沈元静，何小清

（上海市自来水市南有限公司，上海 201199）

1 水源水质

第一、第二水厂水源均采用某水库水，第三水厂采用x江上游水。2013年水库水全年基本上为轻污染水质，其中总氮、石油类全年一直超地表水Ⅲ类标准。x江水源受外来污染物影响常年处于重度污染状况，除总氮、石油类全年超Ⅲ类水标准外，NH3、CODMn季节性超标，铁、锰超标概率也很高，其他如阴离子合成洗涤剂、汞、溶解氧也出现超标现象。表1为2013年三水厂水源水质。

表1 某水库水源及x江水源水质Tab.1 Raw water Quality of Reservoir and x River

1.1 原水浊度

第三水厂原水浊度是第一水厂的4.5倍，第二水厂的3倍。说明x江水中含有的泥沙、黏土、细微的有机物和无机物、浮游生物及其他微生物等较多。

1.2 原水色度

水源水中的铁、锰、腐殖酸、富里酸会使水有色。第一、第二水厂未经处理的原水色度已低于《生活饮用水水质标准》(GB 5749—2006)中规定15 CU的标准，其值分别为6和12 CU。而第三水厂原水色度则较高，年平均达21 CU，主要由于水源中铁年平均值为0.79mg/L(超Ⅲ类水质)、锰年平均值为0.13mg/L(超Ⅲ类水质)、有机物含量较高(TOC年平均值为6.23mg/L)的缘故。

1.3 原水氨氮、总氮、总磷

水中氨氮、总氮主要来源于生活污水中含氮有机物。总磷来源为生活污水、化肥、有机磷农药及洗涤剂等。第一水厂水源氨氮年平均值为0.145mg/L，接近地表水Ⅰ类水标准；第二水厂水源较第一水厂氨氮有所降低，平均值为0.059mg/L，主要由于原水输水管路中的生物降解作用，属地表水Ⅰ类水；第三水厂每年12月至来年的3月份氨氮均超地表水Ⅲ类标准，其他月份则不超过Ⅲ标准。

第一、第二水厂水源总氮两厂相差不大，均为2.0mg/L左右，接近地表水V类标准；第三水厂水源总氮年平均值为3.81mg/L，远超地表水V类标准限值。

第一、第二水厂原水总磷均为0.07mg/L，属Ⅱ类水；第三水厂原水总磷要比第一、第二水厂高2倍，属Ⅲ类水质。水库水源虽然总氮、总磷较x江水源低，但水库的流动性差、浊度低、透明度高、水体更新周期长、藻类易繁殖。

1.4 有机物含量

取用水库水源的第一、第二水厂原水CODMn年平均达到地表水Ⅱ类标准，而第三水厂取用的x江上游水其年平均CODMn达到地表水Ⅲ类标准。

TOC可以很直接地用来表示有机物的总量，因而被作为评价水体中有机物污染程度的一项重要参考指标。美国环保局的《消毒剂和消毒副产物规定》中指出水源水中TOC为4mg/L时，才能确保消毒副产物的量被控制在可接受的水平。第一、第二水厂原水有机物含量较少，低于此目标值。而第三水厂(年平均达6.23mg/L)则远远超过此限。全面来看，水库水质好于x江水质。

2 水厂生产工艺

第一水厂原水取自某水库水，经预臭氧处理进入(高密度澄清池或斜管沉淀池)然后经砂滤池、后臭氧、活性炭滤池、加氨、加氯，经消毒接触池至清水池、出水泵房出厂。

第二水厂原水也取自该水库，水厂净水采用常规处理工艺，前加氯为游离氯消毒。

第三水厂原水取自x江上游，从2013年1月在常规处理基础上开始全面实施臭氧活性炭深度处理工艺，设有一期、二期两条生产线。一期为臭氧生物活性炭池置砂滤后，二期为臭氧生物活性炭池置于砂滤池前。一期生物活性炭滤池的设计停留时间为15min以上，炭层厚度为2.5 m，滤速为8 m/h，采用12～40目破碎柱状炭。二期生物活性炭滤池的设计停留时间为16min、炭层厚度为2.2 m、滤速为8.3 m/h，采用8～30目破碎柱状炭。此外两者净水原材料加注浓度基本相同。

3 各水厂出厂水

2013年各厂出厂水水质年平均值如表2所示。

表2 出厂水年平均值Tab.2 Annual Average Values of Finished Water

3.1 出厂浊度

浊度主要影响消毒、削弱消毒剂对微生物的杀灭作用。第一水厂与第二水厂相比，深度处理工艺在混凝剂常规投加量条件下出厂浊度去除上没有显现出优势，原因可能是第一水厂炭滤池出水有活性炭泄漏现象及与高密度澄清池自身性能有关，浊度较第二水厂高0.02 NTU。

第三水厂一期炭滤后置与二期前置相比出厂水浊度相近，同为0.1 NTU，但较第一和第二水厂为高。

采用x江水源的水厂出水浊度明显高于取用水库的水厂出厂浊度。但均已远远低于GB 5749—2006的限值。

3.2 出厂色度

三水厂无论是第一水厂、第三水厂的臭氧活性炭深度处理还是第二水厂的常规处理都能使出厂色度控制在 5 CU，三水厂出厂铁、锰均控制在0.02mg/L的检测限值内。

3.3 出厂氨氮

第一、第二水厂在2013年7月～12月出厂氨氮值是经脱氯后的数值即总氨氮。均控制在GB 5749—2006限值0.5mg/L以下；第三水厂年平均值不超标，但由于12月份进入冬季x江原水氨氮高，水温较低，臭氧生物活性炭生物降解作用减弱，导致出厂水出现氨氮超标。

3.4 出厂CODMn及 TOC

CODMn及TOC均反映水厂有机物污染的水质指标，其中包含产生致突变或致癌的消毒副产品前体物，因此比较各水厂处理工艺降低COD及TOC的效果有重要意义。

由于深度处理工艺，加上采用水库水的优势，第一水厂原水CODMn为2.26mg/L，出厂CODMn年均值基本控制在1.12mg/L附近，去除率达50.4%。第二水厂原水CODMn为2.67mg/L，出厂CODMn平均值为1.58mg/L，去除率达40.8%，去除率较第一水厂为低，可见臭氧生物活性炭去除有机物的效果。第三水厂采用x江上游水源，原水水质较差，采用臭氧生物活性炭池置于砂滤池前的二期出厂CODMn年平均值为2.49mg/L，一期为2.41mg/L，去除率分别为55.4%和56.8%。尽管去除率较高，但由于原水水质差，出厂CODMn仍较第一、第二水厂为高。

第一水厂原水TOC为2.42mg/L，第二水厂为2.49mg/L，第一水厂出厂TOC年平均值为1.41mg/L，第二水厂出厂TOC平均值为1.71mg/L，去除率分别为41.7%和31.3%。由于第一水厂为臭氧活性炭深度处理工艺，预臭氧和主臭氧的氧化作用，加上臭氧活性炭对有机物的生物降解作用使得去除率较第二水厂提高了约10%。第三水厂二期、一期为同一水源，原水TOC为6.23mg/L，出厂TOC去除率相近，分别为40.8%和41.6%，出厂TOC分别为3.69和3.64mg/L，CODMn分别为2.49 和2.41mg/L，都比第一、第二水厂的出厂水的相应值高。美国环保局的《消毒剂和消毒副产物规定》中指出饮用水中总有机碳为2mg/L才能确保消毒副产物的量被控制在可接受的水平，第一水厂、第二水厂已达到此标准。我国现行国标 GB 5749—2006中已经将TOC列为参考指标(限值为5mg/L)。第三水厂出厂TOC虽然已达到我国的现行标准但仍较美国环保局的要求还差很远。从CODMn和TOC的水处理结果可以认为第三水厂采用臭氧生物活性炭池置于砂滤池后的一期系统水处理去除有机物的效果略微好于臭氧生物活性炭置于砂滤前的二期系统，因此几乎可以认为两者基本无大差别，但炭滤池置于砂滤池前的冲洗频率较置于砂滤池后为高，会直接影响到活性炭滤池的使用寿命。

4 问题讨论

4.1 出厂铝的问题

2013年对第一、第二和第三水厂出厂铝做了比较，同时测定出厂pH，如表3所示。由表3可知pH高的出厂水中铝含量高，第二水厂出厂pH高于第一水厂。

表3 2013年原水、出厂pH及出厂水铝含量Tab.3 Annual Aluminium Concentration and pH of Raw Water and Finished Water

第一、第三水厂出厂铝均为国标限值(0.2mg/L)的一半以下(企业内部控制值)。第二水厂常规处理出厂铝明显偏高，特别是在夏季藻类爆发，导致原水pH升高，出厂铝更难控制。这是因为混凝剂水解作用下生成两性化合物氢氧化铝，在偏碱性条件下易析出溶解性铝。第一水厂实施臭氧活性炭深度处理工艺，虽然水源藻类在繁殖阶段不断消耗水中的CO2，使得水源水pH增加。但第一水厂的两道臭氧会产生有机酸，同时生物活性炭中的细菌内源呼吸会产生二氧化碳使出厂pH为7.5，相对第二水厂有所降低，出厂铝较低，年平均值为0.035mg/L，较第二水厂低。第三水厂原水取自x江，原水pH本身较水库水低，同时水厂实施臭氧活性炭深度处理工艺，导致出厂pH较低，年平均为7.1，出厂铝含量相比第一、第二水厂为低。

4.2 出厂水中重金属含量问题

2013年1月～12月8种重金属出厂年平均值如表4所示。

表4 年平均出厂重金属含量Tab.4 Annual Heavy Metal Concentrations of Finished Water

由表4可知第一水厂的水质要略好于第二水厂、第三水厂。第二水厂的水质要略好于第三水厂。第三水厂二期、一期出厂金属含量大致接近。

4.3 三卤甲烷问题

三卤甲烷年平均值如表5和表6所示。

表5 年平均出厂三卤甲烷总量Tab.5 Annual Average Values of THMs in Finished Water

表6 年平均出厂三卤甲烷比值和Tab.6 Annual Ratio Sum of Finished Water

从以上数据看出第二水厂三卤甲烷总量较高，其比值和也高。冬季由于水库硅藻的影响，需原水中投加次氯酸钠和粉末活性炭，经过原水输水管道进入第二水厂区内原水游离余氯约0.1mg/L，为达到进一步杀藻和氧化的目的，控制沉淀池出水游离余氯约0.8mg/L，由于夏季气温较高蓝绿藻繁殖，加快有机物与氯的化学反应速度，为控制出厂三卤甲烷总量，第二水厂沉淀池出水游离氯控制在0.5mg/L左右。虽然出厂水采用氯胺消毒，但三卤甲烷比值和相对仍偏高，但小于GB 5749—2006的限值的一半。而第一水厂由于有预臭氧工艺，原水进厂后不需要再投加次氯酸钠，三卤甲烷总量控制得较好，只有 9.57μg/L。

第三水厂二期和一期出厂三卤甲烷总量与第一水厂相差不大，分别为8.5和11.95μg/L，均远低于100μg/L的限值。第三水厂出厂三卤甲烷低的主要原因是在x江藻类爆发时次氯酸钠投加量(以有效氯计)较少，且接触时间短，沉淀池出口控制游离氯(＜0.2mg/L)较低。

两个深度处理工艺的水厂第一，第三一期、二期出厂溴酸盐作为周检项目，全年每次检测数值均小于0.005mg/L检测限。另外三个水厂出厂细菌、大肠菌全年平均值均为0。

5 结论

(1)第一、第二水厂106项检测全部合格，第三水厂冬季出水由于原水NH3－N偏高，出厂水氨氮个别情况超标外，正常情况下全部合格。

(2)第一水厂原水取自水库水，并实施水质深度处理工艺，出厂CODMn及TOC均低于1.5mg/L，是目前较理想的水厂。第二水厂为常规处理工艺，虽然原水采用水库水，但无深度处理工艺，出厂CODMn是第一水厂的1.41倍，TOC是1.21倍。为进一步提高供水水质，第二水厂应创造条件实施臭氧生物活性炭深度处理工艺。第三水厂虽然采用常规处理及臭氧活性炭深度处理工艺，由于水源水质较差，出厂CODMn是第一水厂的2.15～2.22倍，TOC是2.5～2.62倍，出厂水质比第一、第二水厂的水源水库水质还差。建议第三水厂采取必要的措施改进水源水质，或再增加一道臭氧生物活性炭滤池工序。

(3)比较第三水厂一期系统采用炭滤池置于砂滤池后的工艺与二期系统炭滤池置于砂滤池前工艺，可认为二者净水效果相近。但二期炭滤池冲洗频率较一期炭滤池为高，从而缩短活性炭滤池的使用寿命及影响生物膜的生长和有机物的生物降解作用。在第三水厂现有的活性炭滤池设计及运行条件下，采用炭滤池置于砂滤池后为宜。

(4)出厂水中铝含量与水的pH有关，pH高，则铝含量高。