保高峰期间给水厂出水三卤甲烷指标的控制研究

　　摘要：分析高峰供水期间W1、W2厂原水水质及运行参数对出水消毒副产物三卤甲烷(THMs)指标控制的影响，对日后自来水厂实际生产运行提供建议。从数据结果得出，实际运行中原水温度及前加氯量是出水THMs控制的表征数据，即温度、前加氯量与出水THMs浓度成正比;pH对THMs生成有一定的影响;原水COD、原水菌落总数、原水总碱度、原水溶解氧、原水浊度，出水pH、后加氯量、澄后余氯对出水THMs浓度的影响并不显著。

　　本文源自科学技术创新,2020(34):43-45.《科学技术创新》杂志，于1997年经国家新闻出版总署批准正式创刊，CN:23-1600/N，本刊在国内外有广泛的覆盖面，题材新颖，信息量大、时效性强的特点，其中主要栏目有：工程科技、农林科学、创新创业论坛等。

　　如今，随着饮用水中消毒副产物的研究深入，自来水厂出水水质安全越来越受到国人的关注。三卤甲烷(THMs)由于其强致癌性，成为消毒副产物的主控指标。《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)规定THMs(三氯甲烷、一氯二溴甲烷、二氯一溴甲烷、三溴甲烷的总和)该类化合物中各种化合物的实测浓度与其各自限值的比值之和不超过1。6月1日及9月30日期间，上海市温度高，为高峰供水期，需采取有效措施保障高峰供水期间的水质、水量。

　　目前，出水三卤甲烷的研究大部分在实验室中进行，而实际运行过程中无法控制单一变量，工况复杂，原水的水质及当班工人的操作都会对三卤甲烷的生成产生影响。因此本文主要总结了2017年保高峰期间两种常规工艺中对三卤甲烷的控制，分析原水水质、运行参数对其生成的影响，为确保日后高峰优质供水提供建议。

　　1、工艺简介与数据来源

　　1.1工艺简介

　　水厂为W1及W2，均采用常规工艺，水源为青草沙原水，消毒剂为次氯酸钠。前加氯为游离氯消毒，后加氯为氯胺消毒。设计能力均为10万吨/天，实际运行W1厂11万吨/天，W2厂7万吨/天。

　　W1厂工艺：

　　原水-前加氯(游离氯)-机械搅拌澄清池-双阀虹吸滤池-后加氯(氯胺)-清水库

　　W2厂工艺：

　　原水-前加氯(游离氯)-折板反应池斜管沉淀池-普通快滤池-后加氯(氯胺)-清水库

　　1.2数据来源

　　原水pH、出水pH、原水COD、菌落总数、总碱度、溶解氧、浊度、水温源于水厂大化验数据;出水THMs浓度来源于公司水质中心抽查结果;加氯量、澄后余氯、供水量源于在线仪表。

　　数据采用时间为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、数据分析

　　W1、W2厂原水来自于严桥泵站支线，到达水厂时间大致相同。图1为出厂水质抽查THMs测量结果，可知除6月13日及8月29日W2厂THMs略高于W1厂外，其余均低于W1厂。由于W1厂采用的是机械搅拌澄清池，W2厂采用的是折板反应斜管沉淀池，一方面推测净水工艺的不同导致了出水THMs浓度不同，即常规折板反应斜管沉淀池工艺生成的THMs较少，另一方面水厂现场的运行情况及原水的水质环境可能都会对THMs的生成产生影响。

　　图1W1、W2厂出水THMs浓度

　　2.1原水水质及环境因素对出水THMs浓度的影响

　　2.1.1原水pH及出厂水pH对出水THMs浓度的影响

　　保高峰期间，温度较高，青草沙水源藻类生长吸收CO2导致pH升高，W1、W2采用混凝剂聚硫氯化铝(pH范围1.2-1.5)来降低原水的pH。由图2所示，W2厂的进水pH略小于W1。抽查期间，W1厂超过80%的原水pH分布在7.9-8.0，当pH=7.9时，出水THMs在0.2-0.7之间，当pH=8.0时，出水THMs在0.1-0.6之间;同样，W2厂超过80%的原水pH分别在7.8-7.9，当pH=7.8时，出水THMs在0.25-0.5之间，当pH=7.9时，出水THMs在0.15-0.45之间。尽管抽取的样点并不均匀，但可看出W1、W2厂随着pH的升高，出水THMs生成浓度的最大值有降低的趋势。

　　图2原水pH及出厂水pH对出水THMs浓度的影响

　　图3温度对出水THMs浓度的影响

　　结果表明，原水的pH对THMs的生成有一定的影响，即原水pH高时有利于减少THMs的生成，但大部分研究表明采用铝盐进行混凝的水厂，原水pH高时出水铝浓度将难以控制[1]，且pH越高THMs的生成越多[2]，由于实际生产运行难以控制单一变量，同一pHTHMs生成浓度范围也较大，因此推测其他因素对THMs生成影响更大，原水pH并不是预测THMs的直观指标。

　　此外，经过投加酸性混凝剂中和后，W1、W2出水pH相比较原水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。但从图2中可看出出水pH与THMs的生成结果上并无明显规律。

　　2.1.2温度对出水THMs浓度的影响

　　THMs前驱物与氯的反应为吸收反应，温度的升高会促进THMs的生成[3]。Kavanaugh,M.[4]研究表明，水温增加10℃，THMs产生速度增加1倍。图3所示，为原水温度对出水THMs浓度的影响，W1、W2厂趋势一致，THMs浓度随着温度的升高而升高，因此，在日常运行中温度能够作为推测THMs生成的主要观察指标。

　　对于W1厂，当温度大于24℃时，出水THMs有超过限制一半(0.5)的风险，由于纵坐标分布范围较广，推测在机械搅拌澄清池工艺中，原水温度较高时，水温并非是影响THMs生成的决定性因素。W2厂，每个温度对应THMs生成的最低值与温度呈现线性关系，当温度大于28℃，出水THMs均大于0.3。

　　2.1.3其他原水条件对出水铝浓度的影响

　　图4为原水其他因素对出水THMs生成浓度的影响。天然水源中含有天然有机物，腐殖质被认为是形成消毒副产物的前体物[2]，但在图4中，COD的变化与THMs浓度并无规律。同样，菌落总数、总碱度、溶解氧、浊度对出水THMs浓度也无明显影响。因此，在三卤甲烷的控制中，无需考虑上述因素。

　　2.2加氯量及余氯值对出水THMs浓度的影响

　　由于W2厂自动化程度较低，没有加氯量数据库，且THMs产生量基本小于W2厂，小于0.5，因此，在加氯量及余氯值对出水THMs浓度的影响中，只对W1厂的数据进行分析，为日后W1厂THMs的控制提供指导。

　　由图5可知，前加氯基与THMs的生成存在正比例关系，当前加氯基大于1.5ppm时，出水THMs可能会超过0.5。而澄后余氯(图6)的变化无法推测THMs的生成，尽管提高前加氯量，但可是由于机械搅拌澄清池中活性污泥吸附以及水温较高，澄后余氯均较低。

　　此外，W1厂后加氯采用的氯胺消毒，众多研究表明氯胺消毒产生的消毒副产物的量要小于游离氯消毒[5]，也有学者指出预氯化生成的THMs占整个氯化消毒生成THMs的20%～30%[3]，而后加氯基的变化与THMs的生成无规律，由此推测出水THMs的生成大量源于前加氯，在满足消毒CT值的同时需要实时的调整前加氯的量，控制出水THMs浓度。

　　3、结论与建议

　　3.1折板反应池斜管沉淀池-普通快滤池工艺THMs生成量基本小于机械搅拌澄清池-双阀虹吸滤池工艺。

　　3.2原水水温及前加氯量是预测出水THMs生成浓度的主要指标，当W1前加氯基大于1.5ppm，温度大于24℃时，需密切关注消毒副产物的生成。

　　3.3pH对THMs生成有一定的影响但参考意义不大。另外，在THMs控制上无需关注原水COD、菌落总数、总碱度、溶解氧、浊度指标。

　　图4原水COD、菌落总数、总碱度、溶解氧、浊度对出水THMs浓度的影响

　　图5加氯量对出水THMs浓度的影响

　　图6澄后余氯对出水THMs浓度的影响

　　参考文献：

　　[1]陆劲蓉,黄昌飞.优化混凝沉淀减少残余铝的小试试验研究[J].净水技术,2017,36(S1):9-11.

　　[2]刘文君.饮用水中可生物降解有机物和消毒副产物特性研究[D].北京:清华大学,1999.

　　[3]刘波,孙超,崔燕.济南市供水消毒副产物的变化研究[J].供水技术,2009,3(5):40-42+46.

　　[5]严烈,徐斌,高乃云,等.饮用水中典型氯化消毒副产物生成模型的研究进展[J].净水技术,2010,29(1):16-22.