袁東日

（上海軒浦凈化科技有限公司，上海 201108）

0.引言

水是生命之源，提供高品質(zhì)飲用水是供水人兢兢業(yè)業(yè)在做的事業(yè)，需要做到制水全流程管控，應(yīng)急措施不留漏點(diǎn)。目前，制水工藝趨近成熟，自動(dòng)化及人工智能的快速融入對(duì)于制水過(guò)程的高效管理和安全生產(chǎn)起到很好的輔助作用，影響制水工藝安全穩(wěn)定運(yùn)行的因素除工藝本身、科學(xué)管理外，原水水質(zhì)狀況是我們關(guān)注的又一重點(diǎn)因素，特殊的原水水質(zhì)足可以癱瘓制水工藝的某個(gè)環(huán)節(jié)，影響供水水質(zhì)安全。結(jié)合專(zhuān)家、學(xué)者及相關(guān)制水單位取得的研究成果和經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)高藻水的應(yīng)急預(yù)處理措施做一個(gè)思路梳理，供業(yè)內(nèi)參考交流使用。

1.高藻水產(chǎn)生及影響

1.1 高藻水限值界定

藻類(lèi)分布范圍廣泛，生存條件要求低，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，即使在地表Ⅱ、Ⅲ類(lèi)低營(yíng)養(yǎng)水體條件下、一旦具備適合的光照和溫度，藻類(lèi)也會(huì)迅速增多，存在爆發(fā)的可能。關(guān)于水源藻類(lèi)問(wèn)題，世界衛(wèi)生組織（WHO）和衛(wèi)生部推薦過(guò)飲用水水源藻類(lèi)三級(jí)限值分別為：安全限值：1.0×104個(gè)/L；警戒限值：2.1×105個(gè)/L；危險(xiǎn)限值：1.2×106個(gè)/L，其中警戒限值是針對(duì)致癌性而設(shè)定的下限值，危險(xiǎn)限值是避免產(chǎn)生急性毒作用的限值[1]。此限值主要從毒理學(xué)指標(biāo)分析，實(shí)際水廠生產(chǎn)還要考慮嗅覺(jué)和感官指標(biāo)，根據(jù)一些水廠的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，警戒限值以下的原水只是對(duì)制水工藝過(guò)程存在一定影響，對(duì)出廠水水質(zhì)指標(biāo)變化影響不大，但超過(guò)警戒限值則會(huì)造成毒理學(xué)問(wèn)題，還會(huì)伴隨著嗅覺(jué)和感官等水質(zhì)問(wèn)題的出現(xiàn)，要求制水過(guò)程中必須施加必要的應(yīng)對(duì)措施予以解決，本文以警戒限值為高藻水的最低參考值，探討高藻水帶來(lái)的水質(zhì)問(wèn)題和解決辦法。

1.2 水質(zhì)問(wèn)題及影響

從目前調(diào)查情況看，高藻水主要來(lái)源為內(nèi)河、水深較淺的小型水庫(kù)、流動(dòng)性差的湖泊等，光照充足溫度適宜的大型水庫(kù)也會(huì)偶爾有藻類(lèi)爆發(fā)的可能。高藻水引發(fā)的直接水質(zhì)問(wèn)題常見(jiàn)的有藻類(lèi)數(shù)量劇增、水體異味、色度增高、pH值晝夜異常變化等；帶來(lái)的次生問(wèn)題：殺藻產(chǎn)生的消毒副產(chǎn)物問(wèn)題、死藻釋放藻毒素問(wèn)題、絮凝效果差、堵塞濾池縮短過(guò)濾周期、飲用口感差、出廠水鋁易超標(biāo)等問(wèn)題。

一般情況藻類(lèi)爆發(fā)期原水pH值會(huì)波動(dòng)較大，白天光照充足的情況pH值會(huì)大幅度升高，同時(shí)伴有溶解氧DO值升高現(xiàn)象發(fā)生，夜晚pH值有所回落，特殊情況回落幅度較大pH<7.0，單一藻類(lèi)占主體時(shí)這一現(xiàn)象表現(xiàn)較為突出。高pH值原水會(huì)帶來(lái)一系列的問(wèn)題發(fā)生，如降低消毒劑的使用效率，影響制水工藝絮凝效果，出廠水鋁超標(biāo)等問(wèn)題。

2.對(duì)應(yīng)性應(yīng)急措施解析

業(yè)內(nèi)關(guān)于高藻水帶來(lái)的某一指標(biāo)變化研究較多，本文主要針對(duì)高藻水在制水過(guò)程中產(chǎn)生的關(guān)聯(lián)性問(wèn)題做綜合分析，采取分步或綜合性應(yīng)對(duì)措施解決高藻水帶來(lái)的一系列問(wèn)題。應(yīng)對(duì)措施需要遵循一定時(shí)間空間順序，根據(jù)藥劑投加目的、藥劑相互作用及影響確定合適的投加時(shí)間和位置。常規(guī)應(yīng)急處置措施一般選擇投加二氧化碳（CO2）或石灰（Ca(OH)2）、次氯酸鈉（NaClO2）、粉炭等藥劑的一種或幾種，以達(dá)到高藻期間應(yīng)急處理效果，藥劑相互影響有如下描述：

（1）石灰（Ca(OH)2）或CO2調(diào)節(jié)原水pH值至7～7.5之間，可以提高后續(xù)絮凝劑的使用效果；

（2）合適的pH值范圍，次氯酸鈉（NaClO2）才能有效地滅活藻類(lèi)或抑制藻類(lèi)的繁殖；

（3）次氯酸鈉（NaClO2）投加產(chǎn)生的消毒副產(chǎn)物或藻毒素等有害物質(zhì)，則通過(guò)投加粉炭進(jìn)行吸附去除。

因此藥劑投加時(shí)間和位置的選擇應(yīng)該遵循一定的先后順序：

Ca(OH)2或CO2→NaClO2→粉末活性炭

2.1 pH值調(diào)節(jié)措施

2.1.1 pH值調(diào)節(jié)方法概述

pH值調(diào)節(jié)方法很多，常用的方法使用鹽酸、硫酸、氫氧化鈉等強(qiáng)酸強(qiáng)堿調(diào)節(jié)，強(qiáng)酸強(qiáng)堿使用存在兩個(gè)問(wèn)題：（1）強(qiáng)酸強(qiáng)堿均屬于危險(xiǎn)化學(xué)品，取得手續(xù)較為繁瑣，安全隱患較大；（2）強(qiáng)酸強(qiáng)堿不具緩沖性，容易造成水質(zhì)突變，技術(shù)控制方面存在一定安全隱患。近些年二氧化碳（CO2）或石灰（Ca(OH)2）調(diào)節(jié)pH值的研究逐漸增多，這兩種藥劑均不屬于危險(xiǎn)化學(xué)品。二氧化碳（CO2）溶于水后生成了具有良好酸堿緩沖作用的弱酸，其中起到主要緩沖作用的是HCO3-離子，其緩沖區(qū)間位于HCO3-所在pH值區(qū)段（圖1）。

圖1 CO2水解平衡隨pH值變化曲線(xiàn)

水解平衡式：

使用CO2回調(diào)高pH值水，當(dāng)pH值控制在HCO3-所在區(qū)間段時(shí)，則水體緩沖性好不易造成水質(zhì)突變問(wèn)題，藥劑絮凝效果顯著提高。

石灰（Ca(OH)2）屬弱堿，調(diào)節(jié)低pH值水體時(shí)較氫氧化鈉投加有更大的流量變化空間，也不易造成水質(zhì)突變，石灰能夠也會(huì)起到一定的助凝效果。

2.1.2 二氧化碳（CO2）水中應(yīng)用

CO2應(yīng)用于制水工藝調(diào)節(jié)pH值，在強(qiáng)化絮凝、增強(qiáng)消毒效果、控制消毒副產(chǎn)物、生產(chǎn)安全管理等方面均優(yōu)于工業(yè)強(qiáng)酸。高pH值是導(dǎo)致出廠水鋁超標(biāo)主要原因，pH值高于8.5時(shí)，A1(OH)3逐漸溶解轉(zhuǎn)而生成溶于水的偏鋁酸鹽、鋁酸鹽，控制pH值在8左右，才生成難溶且?guī)д姷腁1(OH)3膠體。CO2調(diào)節(jié)pH值至7.5～7.6之間水體緩沖性好，絮凝劑水解相對(duì)穩(wěn)定絮凝效果得到增強(qiáng)，同時(shí)，阻止了高pH值時(shí)溶解性鋁鹽的轉(zhuǎn)化過(guò)程，有效控制出廠水鋁超標(biāo)問(wèn)題。

案例：深圳光明新區(qū)某水廠生產(chǎn)性運(yùn)行數(shù)據(jù)[2]，該廠夏季原水pH值最高達(dá)9.04，通過(guò)投加二氧化碳將原水pH控制在7左右，混凝劑（PAC）能夠達(dá)到較好的絮凝效果，并較好地抑制沉淀池跑礬現(xiàn)象，沉后水濁度可控制在0.18NTU～0.30NTU，出廠水濁度在0.10NTU～0.15NTU，出廠水鋁平均值為0.025mg/L，數(shù)據(jù)顯示投加CO2調(diào)節(jié)原水pH值，控制出廠水鋁超標(biāo)效果良好。

高藻水對(duì)制水工藝影響較大，進(jìn)入制水工藝之前需要進(jìn)行藻體滅活，防止藻類(lèi)活體進(jìn)入濾池影響濾池正常運(yùn)行。一般采用次氯酸鈉（NaClO2）預(yù)氧化殺藻，但次氯酸鈉（NaClO2）在高pH值條件下殺藻效果較差，通過(guò)CO2對(duì)pH值的調(diào)節(jié)可有效提高次氯酸鈉（NaClO2）殺藻效果，還一定程度控制消毒副產(chǎn)物的生成，CO2投加對(duì)消毒副產(chǎn)物的控制研究來(lái)源于美國(guó)環(huán)保署一案例，資料顯示水中投加CO2碳酸溶液，可使TOC的去除率從25%增至40%，消毒副產(chǎn)物前體物量得到降低，使得消毒副產(chǎn)物的量相應(yīng)減少[3]。

2.1.3 二氧化碳（CO2）利用率分析

CO2使用具有安全性、環(huán)保性、精準(zhǔn)性、便捷性，但二氧化碳在水中溶解度較小，水合過(guò)程和脫水過(guò)程比較緩慢，以往二氧化碳利用率比較低，主要與采用的投加方式有關(guān)，以往國(guó)內(nèi)的投加方式主要有兩種：一種是利用膜片曝氣盤(pán)進(jìn)行水下投加(圖2)，另一種是采用射流器投加(圖3)，這兩種投加方式二氧化碳利用率均只有20%～30%，低利用率限制了二氧化碳在水處理領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。

圖2 膜片曝氣盤(pán)

圖3 射流器

近年來(lái)國(guó)內(nèi)一些廠家開(kāi)始研究高效二氧化碳投加裝置(圖4)，其二氧化碳利用率可達(dá)97%，激發(fā)了需求單位對(duì)二氧化碳使用的熱情。高效二氧化碳投加裝置主要通過(guò)專(zhuān)用混合部件加速二氧化碳分子水合速度，提高二氧化碳對(duì)碳酸的轉(zhuǎn)化率，碳酸生成后注入水中，裝置穩(wěn)定性高、可控性好，pH值調(diào)節(jié)迅速。

圖4 高效二氧化碳投加裝置

2.2 藻類(lèi)滅活措施

目前，藻類(lèi)滅活主要采取投加氧化劑的方式進(jìn)行，如高錳酸鉀殺藻、臭氧預(yù)氧化殺藻、次氯酸鈉氧化殺藻等，從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、運(yùn)行成本等方面考慮則各有利弊，使用最為普遍是次氯酸鈉預(yù)氧化殺藻。次氯酸鈉預(yù)氧化殺藻效果受pH值影響較大，殺藻之前需要調(diào)節(jié)pH值，許杰龍等關(guān)于《pH值及濃度對(duì)次氯酸鈉除藻效果的影響》的文章數(shù)據(jù)表明pH值4.7～9.4時(shí)次氯酸鈉都有殺藻效果，但隨著pH值的增高殺藻效果逐漸降低，當(dāng)pH值9.4時(shí)其殺藻非常微弱[3]，因此，結(jié)合水廠運(yùn)行的實(shí)際情況，控制pH值在7.5左右時(shí)滅藻較為合適。

次氯酸鈉預(yù)氧化殺藻會(huì)帶來(lái)三個(gè)問(wèn)題值得重視：（1）藻類(lèi)死亡藻毒素的釋放；（2）氯酸鹽含量的控制；（3）消毒副產(chǎn)物的控制。第一個(gè)問(wèn)題可采取投加粉末活性炭的予以調(diào)控，第二、三個(gè)問(wèn)題的控制需要從次氯酸鈉消毒劑品質(zhì)著眼考慮。附近次氯酸鈉消毒劑供應(yīng)方便的水廠，可使用有效氯濃度為10%成品次氯酸鈉溶液，建設(shè)時(shí)儲(chǔ)液池容積可放大，但一般情況日常儲(chǔ)量不宜過(guò)多，滿(mǎn)足3d～5d使用即可，因夏季高溫次氯酸鈉分解較快，易產(chǎn)生氯酸鹽。儲(chǔ)液池位置宜選擇避光低溫為佳，能做地下式不做地上式。成品次氯酸鈉供應(yīng)不便的水廠，建議使用次氯酸鈉發(fā)生器電解食鹽水現(xiàn)場(chǎng)制備0.8%低濃度次氯酸鈉溶液（圖5），一次性投資雖大，但運(yùn)行成本較使用成品次氯酸鈉低，邊生產(chǎn)邊使用不會(huì)產(chǎn)生氯酸鹽，還可有效控制消除副產(chǎn)物的產(chǎn)生。

圖5 次氯酸鈉發(fā)生器制備系統(tǒng)

2.3 異味或副產(chǎn)物應(yīng)急處置措施

高藻水會(huì)帶來(lái)各類(lèi)水質(zhì)問(wèn)題，藻類(lèi)分泌物或藻死亡會(huì)引起水體異味或釋放藻毒素，次氯酸鈉預(yù)氧化殺藻會(huì)產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物，這些情況對(duì)于水廠的水質(zhì)控制或飲用者的身體健康均造成不利影響。吸附去除是有必要采取的一項(xiàng)應(yīng)對(duì)措施。

2.3.1 吸附藥劑性能確定

目前，使用粉末活性炭吸附是最常用的去除水中異味及藻毒素的應(yīng)急處置辦法，粉末活性炭品質(zhì)要求可參考（表1）。建議使用孔隙率較豐富的煤質(zhì)活性炭，除色除味可按8mg/L～15mg/L控制投加量，CODmn去可除按30mg/L～40mg/L控制投加量。

表1 自來(lái)水用粉末活性炭性能參數(shù)表

2.3.2 粉炭投加設(shè)施形式

粉炭投加設(shè)施的形式直接影響到藥劑投加效果、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、環(huán)境衛(wèi)生等。投加設(shè)施按儲(chǔ)料形式分：散裝簡(jiǎn)易投加系統(tǒng)、噸袋投加系統(tǒng)、料倉(cāng)式計(jì)量投加系統(tǒng)。（1）散裝簡(jiǎn)易投加系統(tǒng)采用25kg編織袋儲(chǔ)存粉炭，使用時(shí)人工拆包，將粉炭倒入制漿罐，然后用潛水泵將炭將送至投加點(diǎn)，設(shè)備投資低，但粉炭投加精度差，環(huán)境衛(wèi)生非常惡劣，長(zhǎng)期操作會(huì)對(duì)工作人員造成健康傷害，原水水質(zhì)好的小微型水廠可酌情選擇。（2）料倉(cāng)式計(jì)量投加系統(tǒng)通過(guò)槽車(chē)將散裝粉炭直接輸送至料倉(cāng)，再經(jīng)過(guò)計(jì)量輸送機(jī)自動(dòng)制漿，由螺桿泵等漿液輸送泵計(jì)量投加，此種方式可實(shí)現(xiàn)精確投加，加藥間環(huán)境整潔無(wú)任何粉塵污染，長(zhǎng)期投加粉炭或中大型水廠需按此方式建設(shè)，雖然一次性投資較大，但可大大降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，保護(hù)工作環(huán)境衛(wèi)生整潔。

投加設(shè)施按粉炭輸送形式分：濕法投加和干法投加兩種。（1）濕法投加是將粉料通過(guò)制備裝置制成漿液，通過(guò)螺桿泵等漿液輸送泵計(jì)量輸送至投加點(diǎn)（圖6），濕法投加系統(tǒng)由于輸送的是制備好的漿液，一般適合各種水處理工藝，效果比較理想。（2）干法投加是將粉料經(jīng)過(guò)螺旋輸送機(jī)計(jì)量后，通過(guò)高速射流器直接輸送至投加點(diǎn)的投加方式（圖7），目前主要適用在粉炭投加，由于干法投加過(guò)程中粉料要攜帶一定量氣體，氣體在有壓的管道里很難迅速釋放，對(duì)于粉炭的利用效率，及后期反應(yīng)池的礬花沉降都會(huì)產(chǎn)生不利影響，干法投加系統(tǒng)對(duì)投加點(diǎn)的選擇及水廠工藝有一定的要求。

圖6 濕法投加系統(tǒng)

圖7 干法投加系統(tǒng)

2.3.3 粉炭項(xiàng)目建設(shè)實(shí)例

上海原水公司五號(hào)溝泵站設(shè)計(jì)供水量700萬(wàn)t/d，屬超大型原水泵站，粉炭投加量按20mg/L設(shè)計(jì)，最大投炭量140t/d，投炭設(shè)施只能選擇倉(cāng)儲(chǔ)式全自動(dòng)粉炭投加系統(tǒng)，按滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行3d的用量設(shè)計(jì)存儲(chǔ)料倉(cāng)系統(tǒng)，粉炭存儲(chǔ)倉(cāng)設(shè)置4套，總儲(chǔ)炭量約為500t，配備8臺(tái)法國(guó)sodimate大輸送量計(jì)量輸送機(jī)，3套炭漿制備系統(tǒng)，通過(guò)12臺(tái)計(jì)量投加泵高壓輸送至各個(gè)方向原水管。整套系統(tǒng)建設(shè)要滿(mǎn)足必須技術(shù)領(lǐng)先、必須環(huán)境整潔，必須無(wú)人值守全自動(dòng)運(yùn)行的三“必須”目標(biāo)要求。

粉炭應(yīng)急投加位置之所以選在五號(hào)溝泵站：（1）實(shí)現(xiàn)集中投加一次管理，較分散建設(shè)節(jié)約成本；（2）五號(hào)溝泵站離各制水廠距離從十幾公里到幾十公里不等，水力停留時(shí)間長(zhǎng)，可以充分發(fā)揮粉炭對(duì)異味、殺藻副產(chǎn)物及有機(jī)污染物的吸附攔截作用，充分發(fā)揮時(shí)間和位置優(yōu)勢(shì)。

3.結(jié)論

高藻水只是引起原水水質(zhì)變化的一個(gè)原因，水污染應(yīng)急處置措施建設(shè)應(yīng)納入各地安全供水、高品質(zhì)供水的總體建設(shè)規(guī)劃之中，無(wú)論何時(shí)何種水質(zhì)污染都必須有相應(yīng)的應(yīng)急處置措施予以解決，以人為本的公益事業(yè)不能依靠?jī)e幸。工藝設(shè)計(jì)及設(shè)備選擇要充分考慮其邏輯性、實(shí)用性、先進(jìn)性、時(shí)代性，及對(duì)環(huán)境安全的影響性。采用高效碳酸制備裝置將CO2投入水中調(diào)節(jié)pH值是對(duì)新工藝新設(shè)備的科學(xué)嘗試，CO2高效利用技術(shù)的出現(xiàn)將會(huì)加快CO2在水治理方面廣泛應(yīng)用的步伐，工業(yè)生產(chǎn)碳的排放可不必上天而直接入水，CO2在水治理方面廣泛應(yīng)用或?qū)⒊蔀閲?guó)家2030年碳達(dá)峰實(shí)現(xiàn)過(guò)程的重要補(bǔ)充，因此，新工藝新設(shè)備必須做到用CO2而不排CO2的高效利用水平，具備一定先進(jìn)性和時(shí)代特色。CO2或石灰、次氯酸鈉、粉炭三者聯(lián)合使用應(yīng)對(duì)高藻水所帶來(lái)的水質(zhì)問(wèn)題在很長(zhǎng)一個(gè)時(shí)期內(nèi)會(huì)得到廣泛應(yīng)用。