萧山区5个水厂残留铝含量调查

张秋勉， 陈 燕

(杭州萧山供水有限公司，浙江杭州311201)

饮用水是公众摄入铝的途径之一，摄入过量的铝会对脑组织和智力产生影响[1]。有研究表明，饮用水中铝平均浓度超过0.11 mg/L的地区，中老年痴呆症患者数量要超过铝平均浓度低于0.01 mg/L的地区这类患者的50%[2]。自然界的铝和饮用水处理混凝剂中的铝盐是饮用水中铝的主要来源。目前，《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)中铝的限值为0.2 mg/L。美国国家环境保护局(USEPA)制定的《国家饮用水水质标准》(EPA816-F-09-004)中铝的限值为0.05 mg/L[3]，要求更为严格。

1 萧山区各水厂残留铝含量现状

萧山区一水厂、二水厂、三水厂、南片水厂和江东水厂5个水厂的总供水规模约100×104m3/d，2018年1月至2019年1月期间，其出厂水残留铝年平均含量分别为0.06，0.05，0.02，0.05和0.05 mg/L。各水厂出厂水残留铝含量均低于0.2 mg/L，满足现行国家标准。但是如果以USEPA的标准，除了三水厂，其余4个水厂均有进一步提升的空间。

5个水厂出厂水残留铝月平均含量见图1、图2，因萧山区目前共有两大取水头埠，分别为三江取水口和富春江取水口。一水厂、二水厂、三水厂原水均取自三江取水口，南片水厂和江东水厂原水取自富春江取水口。

图1 一水厂、二水厂和三水厂出厂水铝含量Fig.1 Concentration of aluminum of No.1, No.2 and No.3 Waterworks

使用三江口原水的3个水厂中，一水厂、二水厂的出厂水铝含量月平均数据明显高于三水厂，约为后者的3倍，其中二水厂的出厂水铝含量在10月达到0.14 mg/L。

图2 南片水厂和江东水厂铝含量 Fig.2 Concentration of aluminum of Nanpian Waterworks and Jiangdong Waterworks

使用富春江原水的南片水厂和江东水厂的铝含量比较接近，最高值、最低值也基本一致。从图1和图2可以看出：出厂水铝含量存在季节变化的规律性，每年7—11月出厂水铝含量较其他季节明显升高，幅度约为60%～391%。

2018年1月至2019年1月期间，5个水厂中残留铝含量最低的三水厂采用了臭氧-活性炭深度处理工艺，而残留含量较高的另外4个水厂均采用传统混凝沉淀-砂滤工艺，表明深度处理工艺能够在一定程度上降低残留铝含量。

2 残留铝的来源与季节性变化原因分析

出厂水中的铝主要来自原水和水处理剂这2个方面。在天然原水中，水中的铝主要以两种状态存在，即颗粒铝(以固体存在的铝)和溶解态铝。溶解铝包括铝与天然有机物、氟化物、磷酸盐、硫酸盐等形成的络合物。给水处理中铝盐混凝剂的使用是出厂水残余铝升高的直接和主要原因，其加入水中后生成的大量氢氧化铝胶体是典型的两性化合物，pH值过高或过低时氢氧化铝均会溶解成铝离子进入水中。

由于铝在水中的形态复杂，溶解性铝离子的浓度受多种环境因素的影响，其中pH的影响最大。pH对混凝效果的影响主要在于：当水的pH值在6.5～7.5时，氢氧化铝的溶解度最小；当pH>8.5时，氢氧化铝胶体明显溶解[4]。

2.1 原水中的铝

2018年1月至2019年1月之间，三江口原水的铝在0.15～0.53 mg/L，富春江原水的铝在0.12 ～1.33 mg/L。从图3可以看出，原水中铝含量总体高于出厂水，但变化趋势与出厂水铝含量并不正相关。在正常状况下，原水中的铝经过水厂工艺后绝大部分能够得到去除，推测原水并不是引起出厂水铝升高的主要原因。

图3 原水中铝含量Fig.3 Concentration of aluminum of raw water

2.2 水处理剂带入的铝

目前，5个水厂均采用聚合氯化铝作为水处理絮凝剂。根据实际运行经验，在藻类高发期和低温低浊期，为了降低滤前水的浊度，水厂会适当提高絮凝剂的投加量，增大了铝盐超标的风险。这期间南片水厂与三水厂聚合氯化铝投加量，如图4所示。

图4 水厂加矾量Fig.4 PAC dosage of waterworks

图中三水厂最高投加量在2月，南片水厂最高投加量在7月，投加量在9～28 mg/L，月度投加量变化与出厂水残留铝变化趋势并不一致。推测目前萧山几个水厂的混凝剂投加量比较适中，混凝剂投加后氢氧化铝以胶体形式存在水中。

2.3 残留铝季节性变化

原水进入水厂后首先进入混凝反应区，混凝效果受原水水质影响。这期间2个水厂的原水pH如图5所示。可以看出，8—11月原水pH值较其余月份有明显升高，由7.3左右升高至7.6，最高升幅约为5%。pH值超过7.5时，氢氧化铝胶体的溶解度开始增大，这与出厂水残留铝的季节变化趋势一致。原水是一个复杂的缓冲体系，pH的变化幅度虽然不大，但对水中低含量微量元素产生了明显影响。

图5 原水pH的变化 Fig.5 Change of pH of raw water

综上所述，对于铝的主要来源：水厂的原水和混凝剂投加情况均正常、可控，这表明出厂水残留铝含量达标是可控的。在出水水质达标(<0.2 mg/L)的前提下，5个水厂出厂水的铝含量为0.02～0.06 mg/L，在这个痕量区间，残留铝依然存在一些变化规律，会随夏季pH的增大而升高。

3 各工艺段对铝的去除效果

在传统工艺中，水中的大部分污染物在混凝沉淀和过滤阶段得到去除，在深度处理水厂，活性炭池能有效发挥吸附降解作用，南片水厂和三水厂各工艺段出水的铝含量见图6。

图6 各工艺段铝含量的变化 Fig.6 Change of aluminum concentration by each process unit

原水进入水厂后，铝含量总体趋势为先升高后降低，降幅绝对值最大的区间位于沉淀和砂滤工艺段，到出厂水时已低至微克级。各工艺段相对于前一工艺段的去除率，能够反应对铝的去除效率，见表1。

表1 各工艺段对铝的去除效果Tab.1 The removal effect of aluminum by each process unit %

从去除效率来看，砂滤的作用最大，炭滤池次之。这是因为混凝沉淀工艺初步去除了原水中大颗粒物和胶体，此时的沉淀出水含有小粒径的颗粒物以及未能沉降完全的絮凝剂颗粒。在砂滤池中，这些小粒径颗粒物得到了较为彻底的去除，砂滤出水铝含量大约在20 μg/L左右，此时的出水已极为清澈。在这种极低含量的状况下，炭滤池发挥了吸附降解作用，进一步降低铝含量。2019年2月后，南片水厂开始运行深度水处理工艺，运行半年后，出厂水平均残留铝含量大约降低50%，进一步证明了深度处理工艺对铝去除的提升效果。

因此，在铝的去除方面，沉淀池在绝对值幅度上效果最好，砂滤的去除率最高。在极低浓度下，活性炭滤池将出厂水铝含量降低到了20 μg/L以下的平均值水平。

4 结论

① 同一水源出水残留铝含量受工艺影响较大，臭氧-活性炭深度处理工艺能够降低出厂水铝含量。

② 出厂水铝含量存在季节变化的规律性，每年的7—11月较其他季节明显升高，主要原因为原水pH会在夏季出现季节性升高。

③ 水厂的原水和混凝剂投加情况均正常可控，出厂水残留铝含量达标可控。

④ 根据从各工艺段对铝的去除数据分析，沉淀池对铝的去除量绝对值最大，砂滤池的去除效率最高，在极低浓度下，活性炭滤池将出厂水铝含量降低到了20 μg/L以下的平均值水平。