藻類對凈水工藝的影響及應(yīng)對措施

李柱^1,2,高乃云²,王海亮³,孫遠(yuǎn)軍⁴

(1.上海浦東新區(qū)自來水有限公司,上海201200；2.同濟(jì)大學(xué)污染控制與資源化研究國家

重點實驗室，上海200092;3.上海城投原水有限公司，上海200125;4.上海市環(huán)境科學(xué)研

究院，上海200030)

摘要：采用常規(guī)工藝的凈水廠對高藻原水的凈化存在較大難度。通過對原水水質(zhì)的分析以及生產(chǎn)工藝調(diào)整，城鎮(zhèn)水廠克服了藻類對制水的影響，在成本略有增加的情況下，保證了供水水質(zhì)。對某些凈水廠除藻生產(chǎn)實際經(jīng)驗進(jìn)行總結(jié)，可為類似水廠提供借鑒。

湖泊、水庫等封閉型水體的富營養(yǎng)化已日益成為一個全球性的水污染問題。據(jù)統(tǒng)計，全球約有75%的封閉水體存在富營養(yǎng)化問題，我國目前131個主要湖泊中，已達(dá)富營養(yǎng)化程度的湖泊有67個，占51.2%;在五大淡水湖中，太湖、洪澤湖、巢湖已達(dá)富營養(yǎng)程度，鄱陽湖、洞庭湖目前雖維持中營養(yǎng)水平，但磷、氮含量偏高，正處于向富營養(yǎng)過渡階段。而長江中下游湖區(qū)是我國當(dāng)前湖泊富營養(yǎng)化問題最突出的地區(qū)，間接導(dǎo)致了上海地區(qū)水環(huán)境也日益嚴(yán)峻，給自來水的制取帶來了影響。

1 水廠概況

上海浦東新區(qū)自來水有限公司下屬城鎮(zhèn)水廠位于浦東新區(qū)川沙新鎮(zhèn)西側(cè)，分為東、中、西三個車間，設(shè)計制水總能力為14.5×10⁴ m³/d，實際供水能力約20×10⁴ m³/d，處于超負(fù)荷生產(chǎn)運行狀態(tài)，供水區(qū)域為120 km²，主要包含川沙、合慶、蔡路、唐鎮(zhèn)、王港鎮(zhèn)及張江鎮(zhèn)部分地區(qū)，服務(wù)人口約45萬人。該水廠于2012年9月切換使用青草沙原水，凈水工藝屬常規(guī)流程(見圖1)。

圖1 城鎮(zhèn)水廠工藝流程

2 原水水質(zhì)

上海市自來水廠以前一直以黃浦江為主要飲用水源，長江為輔助水源，由于上海地處太湖流域下游，黃浦江上游水質(zhì)不僅受到江蘇、浙江來水的影響，還受上海市大量生活污水和工業(yè)廢水污染，上海逐漸成為水質(zhì)型缺水城市。因長江水質(zhì)相對優(yōu)于黃浦江，上海市投資建造了避咸蓄淡的青草沙水庫作為新水源。周超等從水庫的庫首、庫中、庫尾三個位置采樣分析，對常規(guī)理化指標(biāo)、有機(jī)物、藻類和營養(yǎng)鹽四項指標(biāo)監(jiān)測結(jié)果表明，各項指標(biāo)均與水中藻類生長有關(guān)系，因此藻類生長是影響水庫水質(zhì)的重要因素，特別是在春季、夏季高溫季節(jié)，藻類的滋生影響到水庫的出水水質(zhì)。

3 水廠取水水質(zhì)

城鎮(zhèn)水廠自2012年9月開始原水切換至青草沙水庫，通過泵站加壓方式輸送，在藻類暴發(fā)季節(jié)，根據(jù)青草沙水庫水質(zhì)情況，9月藍(lán)藻數(shù)量超過5.0×10⁷ 個/L。根據(jù)藻類的季節(jié)性特點，原水公司從頭部預(yù)加氯氧化和投加活性炭，原水進(jìn)入城鎮(zhèn)水廠后進(jìn)行檢測，仍存在葉綠素、藍(lán)藻數(shù)量較多的問題。城鎮(zhèn)水廠通過對原水pH值、溶解氧、電導(dǎo)率的分析得知， 2013年8、9、10月份屬于原水藻類暴發(fā)期，因為藻類的影響，在此期間pH值偏高、溶解氧與電導(dǎo)率呈明顯下降趨勢。

4 應(yīng)對措施

城鎮(zhèn)水廠因長期處于超負(fù)荷運行狀態(tài)，而且屬于常規(guī)制水工藝，無預(yù)處理和深度處理流程，對原水中存在的藻類去除存在很大的難度。通過實踐摸索，及時采取了如下應(yīng)對措施。

① 提高前加氯量，確保預(yù)氯化效果。通過次氯酸鈉氧化作用去除大部分藻類，藻類暴發(fā)時在輸送管道頭部投加了次氯酸鈉，至城鎮(zhèn)水廠余氯約0.05~0.1 mg/L，水廠前加次氯酸鈉液體量增至約15 mg/L，確保澄清池出口余氯為0.4~0.6 mg/L，若余氯>0.6 mg/L，則存在消毒副產(chǎn)物超標(biāo)的風(fēng)險。

② 提高加礬量，促進(jìn)強(qiáng)化混凝。在原水藻類暴發(fā)期時澄清池因上升流速過快導(dǎo)致出水濁度升高，通過增加混凝劑的投加量,同時略調(diào)高澄清池攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速，增加膠體顆粒網(wǎng)捕、卷掃的幾率，可以有效促進(jìn)藻類在池內(nèi)沉淀。

③ 調(diào)整出水方向，提高沉淀效果。因藻類較輕,易上浮進(jìn)入出水總渠，在出水環(huán)形槽更容易“跑礬花”，水廠應(yīng)急采取封堵環(huán)形槽，提高澄清池運行水位，讓水流從澄清池清水區(qū)外側(cè)流出的辦法來解決“跑礬花”難題。

④ 增加沖洗次數(shù)，緩解濾池堵塞。普通雙閥濾池在藻類堵塞的情況下只能縮短過濾周期，提前進(jìn)行反沖洗，并視堵塞嚴(yán)重程度進(jìn)行表面清理、漂粉精浸泡除藻等措施。

⑤ 減輕供水負(fù)荷，投加活性炭促進(jìn)絮凝,有利于藻類、膠體的沉降。為減輕超負(fù)荷運行壓力，水廠增加了5.0×10⁴ m³/d的饋水泵房，在次年的藻類暴發(fā)期，減少供水量至19.0×10⁴ m³/d，藻類堵塞難題得以解決,供水水質(zhì)優(yōu)良。

5 供水水質(zhì)

由于藻類的影響，導(dǎo)致了出廠水質(zhì)中濁度、嗅和味、pH值、三氯甲烷、鋁等指標(biāo)的變化，但城鎮(zhèn)水廠通過以上多種措施的應(yīng)用，基本確保了供水水質(zhì)仍維持在優(yōu)良水平。圖2為2013年城鎮(zhèn)水廠出廠水濁度、氨氮、三氯甲烷檢測數(shù)據(jù)。

圖2 城鎮(zhèn)水廠出廠水指標(biāo)檢測數(shù)據(jù)1

圖3為pH值、耗氧量、出廠總氯檢測值。

圖3 城鎮(zhèn)水廠出廠水指標(biāo)檢測數(shù)據(jù)2

6 藻類導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加

① 混凝劑有所增加，制水直接成本增加明顯。城鎮(zhèn)水廠目前使用的混凝劑是聚合氯化鋁（PAC），常規(guī)投加量約為32 mg/L。澄清池出水濁度控制在0.5 NTU，出廠水濁度約0.12 NTU，符合《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749—2006）中“渾濁度限值為1 NTU”的要求。2013年藻類暴發(fā)期間，因水廠使用機(jī)械攪拌澄清池，在超負(fù)荷運行條件下，清水區(qū)上升流速高達(dá)1.8 mm/s，礬花中因包裹著藻類而密度降低，更容易上浮，引起澄清池出水濁度升高，同時上升的礬花也會集聚在斜管上方，造成出水口堵塞，上升流速進(jìn)一步增大，形成惡性循環(huán)，僅能通過增加混凝劑投加量強(qiáng)化混凝才有所好轉(zhuǎn)，8、9、10三個月混凝劑平均投加量比平時增加約30%，接近45 mg/L(見圖4)。由圖4可知，在藻類暴發(fā)期混凝劑消耗量明顯增加。

圖4 混凝劑、消毒劑投加量數(shù)據(jù)

② 消毒劑大幅增加，直接成本增加明顯。城鎮(zhèn)水廠目前使用的消毒劑為次氯酸鈉液體，常規(guī)投加量為25 mg/L。在藻類暴發(fā)季節(jié)，為確保預(yù)氯化效果，減少藻類對凈水的影響，根據(jù)經(jīng)驗確定澄清池出水余氯控制在0.4~0.6 mg/L，從而導(dǎo)致消毒劑投加量增加約45%，達(dá)到35 mg/L。由圖4可知，消毒劑的投加量增加非常明顯。

③ 濾池反沖洗次數(shù)增加、自用水比例明顯提高。藻類代謝產(chǎn)生的有機(jī)物進(jìn)入濾池后，造成堵塞濾池，城鎮(zhèn)水廠因超負(fù)荷運行，濾池采用雙層濾料，上層40 cm無煙煤、下層40 cm石英砂，濾速高達(dá)15 m/h，過濾周期為24 h。由于藻類代謝有機(jī)物的堵塞，過濾周期縮短到8 h，增加了2次反沖洗，在沖洗的同時，還需要對濾池表面的截留物進(jìn)行清理，增加了大量的人力、物力消耗，沖洗水量估算約增加2.0×10⁴ m³/d。

7 結(jié)語

① 從生產(chǎn)實踐分析來看，傳統(tǒng)凈水廠去除藻類時，強(qiáng)化絮凝、降低處理負(fù)荷、增加反沖洗次數(shù)以防止濾池堵塞等均為有效措施，但成本增加明顯。

② 為進(jìn)一步提升自來水水質(zhì)，對于傳統(tǒng)型工藝有必要進(jìn)行升級達(dá)標(biāo)改造，增加預(yù)處理或深度處理設(shè)施，以解決因原水水質(zhì)異常引起的生產(chǎn)問題。

（本文發(fā)表于《中國給水排水》雜志2015年第14期“運行與管理”欄目）

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來源：中國給水排水雜志 （中國百強(qiáng)期刊）