含藻水源水厂供水水质安全保障措施研究

CITYANDTOWNWATERSUPPLY·研究与探讨·70城镇供水NO.62014随着水体富营养化问题的加剧和生活饮用水新标准的全面实施，含藻水给水处理越来越受到重视。近年来，南方地区某水厂水源含藻量急剧增加，严重影响了水厂的净水效果[1]。在调查水源水质、分析水厂运行现状的基础上，研究水源保护及水厂的供水水质安全保障措施，为水厂运行优化及后续扩建工程设计提供依据和参考。1.水源及水厂概况1.1水源水源为水库水，该水库库容1200万m3。水源水浊度、色度、臭和味、肉眼可见物、耗氧量、氨氮、pH、铁、锰、细菌总数、总大肠菌群、耐热大肠菌群、藻类2011年平均值分别为：4.02NTU、5度、0、微悬浮物、2.1mg/L、0.12mg/L、8.0.11mg/L、0.17mg/L、155.3CFU/mL、9.9CFU/100mL、2CFU/100mL、1350万个/L。水源中耗氧量(CODMn)、浊度、氨氮等浓度较低，但铁(月均值＜0.05~0.53mg/L)、锰(月均值＜0.05~1.03mg/L)部分超过《生活饮用水水源水质标准》(CJ3020-93)的要求。藻类的月均值为302~3400万个/L，2012年含藻量有上升趋势，该水库2011年1月至2012年4月藻类含量变化如图1所示。图中时间点1~16为2011年1月至2012年4月含藻量的月均值。2011年8月后到第二年4月含藻量总体升高，这可能与原水水质污染有关，该水库由一条河流设泵站补水，而该河流有水质恶化的趋势。含藻水源水厂供水水质安全保障措施研究李　虹(中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北武汉430010)摘要：根据南方地区某含藻水源水厂的实际运行情况，在调查分析水源水质、现场试验研究的基础上，提出高藻期水厂供水水质安全保障措施。研究结果表明，含藻量的急剧增加严重影响水厂的运行效果，出水浊度低藻期0.1～0.2NTU，而高藻期最高达0.8NTU，已有超标风险；高藻期三氯化铁形成的矾花密实，絮凝及沉淀时间快，更能适应原水pH的变化，效果较聚合氯化铝铁更佳。该水厂目前采用“混合井—折板絮凝池—平流沉淀池—V型滤池”净水工艺，高藻期可采取水厂处理工艺优化、水源污染治理与保护、水厂工艺改造三个层面的水质安全保障措施。关键词：含藻水　处理　生活饮用水　水质安全1.2水厂概况该水厂总规模40万m3/d，分三期建设，目前已建成运行的是一期工程12万m3/d，主要流程包括配水混合井、折板絮凝池、平流沉淀池、V型滤池、清水池、吸水井、送水泵房、预留污泥污水处理系统和深度处理系统。目前水厂最大供水量已超过12万m3/d，2011年总供水量约325万m3。1.3水厂运行情况1.3.1运行控制参数（1）加药种类及加药量投加药剂种类及加药量具体情况如下：①预氧化剂，高锰酸钾：0.5mg/L；氯：1mg/L。②混凝剂，聚0100020003000400050006000700080009000100001100012345678910111213141516时间藻类(万个/L)05101520253035水温(℃)含藻量水温图1　水源藻类数量的变化DOI:10.14143/j.cnki.czgs.2014.06.022CITYANDTOWNWATERSUPPLY·研究与探讨·城镇供水NO.6201471合氯化铝铁：18mg/L。③消毒，氯：2mg/L。（2）排泥及反冲洗沉淀池排泥，每天一次；滤池反冲洗周期15~24h。1.3.2运行效果分析经过该水厂的净水工艺处理后，原水中含量超标的铁、锰得到了有效去除，出厂水均0.05mg/L。出厂水耗氧量、浊度等指标也均达到了生活饮用水标准。自2008年5月投产运行之后到2012年3月，浊度一般为0.15~0.25NTU。但2012年4月份以来，随着原水藻类含量的升高，净水效果受到较大影响。2012年4月出厂水浊度平均值为0.53NTU，部分达到0.8NTU，已经接近生活饮用水水质标准1NTU。2012年5月1日至15日，水厂处理工艺各环节浊度的变化情况如图2所示。图中时间点1~15为2012年5月1日至15日的检测结果。由图可见，混凝沉淀对浊度的去除效果较差，滤后水有不达标的风险。生产运行中发现，沉淀池后段出现飘泥的情况，滤池中藻类大量繁殖，上层水呈现绿色。0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.0123456789101112131415时间浊度(NTU)原水滤前水滤后水出厂水图2净水工艺各环节浊度的变化2.含藻水源水处理试验研究2.1试验目的针对进厂原水，采用六联搅拌机进行烧杯试验，研究不同药剂种类及投加量的处理效果，为水厂运行工艺优化提供参考。2.2试验材料与方法试验地点为该水厂化验室，试验用原水为水厂进厂水。混凝剂采用聚合氯化铝铁(PAFC)、三氯化铁；氧化剂采用高锰酸钾、氯；助凝剂采用HCA。试验过程中水温30℃。六联搅拌机混凝沉淀程序：320r/min，30s；150r/min，5min；30r/min，10min；静沉30min。2.3试验结果与分析2.3.1两种混凝剂比较研究采用聚合氯化铝铁、三氯化铁两种药剂，投加量分别为10.18.28.38mg/L，以固体聚合氯化铝铁及三氯化铁计，试验结果如图3所示。0.002.004.006.008.0010.0012.00原水10182838药剂投加量(mg/L)浊度(NTU)聚合氯化铝铁三氯化铁图3　两种药剂对浊度的去除效果由试验结果可知，两种药剂对该水厂原水均有较好的混凝效果，当投加量为18mg/L时，两者的去除率分别为76.20%、79.74%。三氯化铁形成的矾花密实，絮凝及沉淀时间快，效果更佳。2.3.2氧化剂及助凝剂试验效果研究氧化剂采用高锰酸钾[2]，投加量为0.5mg/L；混凝剂采用聚合氯化铝铁，投加量为18mg/L，助凝剂采用HCA投加量为0.35mg/L。投加氧化剂搅拌均匀，间隔5min后投加混凝剂；投加混凝剂后开始以30r/min搅拌时投加助凝剂。试验结果表明，投加氧化剂、助凝剂可以在一定程度上改善浊度的去除效果，该试验条件下浊度的去除率分别提高7.39%、10.08%。012345678910原水       聚合氯化铝铁    高锰酸钾   聚合氯化铝铁                   +聚合氯化铝铁    +HCA浊度(NTU)40455055606570去除率(%)浊度去除率图4　分别投加氧化剂和助凝剂后的混凝沉淀效果CITYANDTOWNWATERSUPPLY·研究与探讨·72城镇供水NO.62014另外，氯也是一种传统的除藻剂，预氯化也具有良好的除藻效果。但是氯可能与原水中的有机物作用生成三卤甲烷(THMs)，因而应根据水源水质控制合适的投加量，一般可采用1.5~2.5mg/L。2.3.3pH对混凝沉淀效果的影响根据水厂的实际运行情况，原水pH变化对水厂处理效果影响较大，本试验在原水pH分别为8.95.7.60时，分别投加28mg/L的聚合氯化铝铁、三氯化铁，对处理效果进行比较。试验结果如图5所示。由图可知，三氯化铁的混凝效果优于聚合氯化铝铁，当投加量均为28mg/L时，浊度去除率高17.47%。60657075808590957.68.95原水pH浊度去除率(%)三氯化铁聚合氯化铝铁图5　不同pH时两种药剂混凝沉淀效果藻类高发期间，藻类通过光合作用大量繁殖和生长，消耗了水中的CO2，影响了水中的碳酸平衡，导致水体酸度降低，引起pH值上升。由图可知，原水pH升高时混凝沉淀效果受到一定影响，对聚合氯化铝铁的影响效果大于三氯化铁。当原水pH由7.60升高至8.95，投加聚合氯化铝铁、三氯化铁时浊度的去除率分别下降15.73%、7.45%。投加三氯化铁还可以降低原水较高的pH，使出水符合饮用水水质标准的要求。3.水厂供水水质安全保障措施供水水质安全保障应从水源、处理工艺全系统的角度考虑。根据原水水质污染、藻类繁殖情况，该水厂保障供水水质安全可采取三个层面的措施，即水厂处理工艺优化、水源污染治理与保护、水厂工艺改造[3]。3.1水厂处理工艺优化现场试验研究结果表明，在当前的原水水质情况下，经适当的工艺调整和优化可以满足供水水质要求。具体措施包括调整预氧化投加方式、调整混凝剂种类及投加量、增加助凝剂、优化取水口等。3.1.1预氧化本水厂实际运行中，投加氯和高锰酸钾两种预氧化药剂。氯和混凝剂均投加于配水井中，配水井与混合井合建；高锰酸钾投加于配水井前约20m的进水管道上，间隔时间约30s。两种氧化剂与混凝剂投加的间隔时间均不满足要求，影响预氧化效果。水厂实际运行中，沉淀池后段飘泥、滤池中藻类增加可能与预氧化不完善有关。根据现场试验结果及水厂加药实际情况，考虑预加氯产生三卤甲烷，建议预氧化采用高锰酸钾。调整预氧化剂投加点，保证先于混凝剂投加时间3~5min。3.1.2混凝剂由现场试验结果可知，聚合氯化铝铁、三氯化铁两种药剂对该水厂原水均有较好的混凝效果，三氯化铁形成的矾花密实，絮凝及沉淀时间快，更能适应原水pH的变化，效果更佳。针对浊度较低，藻类大量繁殖的水源水，加大混凝剂投加量可以提高处理效果。该水厂目前使用的混凝剂是聚合氯化铝铁，投加量为为18mg/L，运行结果表明原水pH较高时若再加大投加量就会导致Al3+超标。根据上述情况，可以考虑将混凝剂更换为三氯化铁。3.1.3助凝剂对于低浊度水源水，投加助凝剂可以有效提高絮凝沉淀效果，现场试验也表明助凝剂HCA有一定的积极作用。可以考虑投加助凝剂PAM或HCA，投加量0.2~1.0mg/L。3.1.4取水口优化该水厂取水口如图6所示，岸边取水，进水口为上下两个DN2000孔洞。2012年4月份，该水库水位约为15.5m，部分表层水自流进入水厂。水库中表层水中藻类含量较高，而水面约1m以下藻类含量较低，该水库检测结果表明，表层水藻类含量9000万个/L时，水面下约1.5m深处藻类含量3000万个/L。图6　取水口示意图CITYANDTOWNWATERSUPPLY·研究与探讨·城镇供水NO.6201473在水库水位较低时，可以关闭取水口上层孔洞，避免表层水进入水厂。还可以利用管道将取水口向水库中心延伸，远离岸边，在表层水以下取水，保证水库水位较低时取水口距水面不小于1m。3.2水源污染治理与保护为了防止水源水质进一步恶化，应加强水源水体的治理和保护。除保护水库周边环境，严禁向水库排放污染物，严格控制外源污染之外，还可采取生态修复等措施[4]。3.2.1生态修复措施（1）生态湿地及生物浮岛[5]在水库岸边或浅水区试验种植水生植物如凤眼莲、芦苇、狭叶香蒲、加拿大海罗地、多穗尾藻、丽藻、破铜钱等，根据当地气候条件和污染物的性质进行适宜的选栽。由于该水库水位变幅较大，适合种植水生植物的区域有限，还可以考虑生物浮岛技术。（2）种植遮光植物通过人造遮光植物，隔断藻类的光合作用，最终控制藻类生长。例如，在取水口局部种植水葫芦等植物，抑制该区域内藻类的繁殖，净化水体，改善取水水质。3.2.2原位曝气技术通过原位曝气，混合上下水层，破坏水体分层，将表层藻类向下层迁移，藻类到达下部无光区后，生长受到抑制甚至死亡；通过向下层水体充氧，改善水体缺氧状态，改善水质。原位曝气主要是河流补水进入水库的入口区域以及其它污染严重的区域，应与取水口保持一定距离，不影响取水。曝气可以采用太阳能或者风能曝气装置。（1）风力曝气装置风轮系统通过支架及增速系统直接带动散气叶轮进行曝气，散气叶轮可以通过空心轴直接连通到水面的空气，从而增加水体富氧，有效控制藻类生长，有利水体净化。（2）太阳能曝气装置利用太阳能板获得能量，通过微动力的方式解决水体自然分层问题，使表层高温富氧水扩散到底部，增加水体富氧，激发底层生物活性，提高水体自净能力，同时防止磷的厌氧释放。3.3水厂工艺改造通过水源治理和保护，若原水藻类含量仍较高，通过水厂内运行工艺优化不能满足处理要求时，应考虑水厂工艺改造。工艺改造措施包括增加气浮、膜深度处理、臭氧-生物活性炭