浅谈常规工艺对消毒副产物的控制
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摘要：在上海市新的饮用水卫生标准（DB31/T 1091-2018）发布后，给传统工艺水厂出水消毒副产物控制带来新的挑战，本文开展相关试验研究，结果表明在传统工艺生产中可通过降低次氯酸钠投加量、沉淀池遮阳、辅助投加粉末活性炭三种应急方法，可降低出水消毒副产物（三卤甲烷）。
关键词：常规净水工艺；消毒副产物
上海作为国际化大都市，生活质量优于全国其他城市，饮用水作为最关键的生活物资之一，一直受到高度重视，2017年11月23日，上海市第十四届人民代表大会常务委员会第四十一次会议，通过了《上海市水资源管理若干规定》，明确提出：“本市应当推进自来水水厂实施深度净化处理工艺，保障公共供水水质优于国家标准的要求”。为达到这一要求，DB31/T 1091-2018于2018年10月1日起在上海市全市范围内开始生效执行[1]，这是全国第一个针对“生活饮用水卫生标准”制定的地方标准，较原先执行的GB5749-2006相比，部分指标被大幅度提升，其中出厂水三卤甲烷（总量）≤0.5，比現行GB 5749-2006三卤甲烷标准值1低一半，因此上海常规工艺水厂须通过新增深度处理工艺来解决这一控制难题，以“臭氧+生物活性炭”工艺来降低消毒副产物三卤甲烷（总量）生成，但深度处理项目短时期内无法完成，因此在深度处理项目实施期间，需通过优化常规工艺控制，以提高对消毒副产物的控制。上海南汇自来水有限公司惠南水厂于2012年10月切换使用青草沙原水为水源，水处理采用常规处理工艺混凝-沉淀-过滤-消毒（折板反应+平流沉淀池+V型滤池）。惠南水厂根据监测数据显示，水厂出水三卤甲烷约为0.4～0.5，水厂对这一指标的控制直接达到了临界位置。针对上述情况，惠南水厂在未深度处理提标改造前，开展常规工艺优化试验以应对已经实施的DB31/T 1091-2018标准。
1 水厂原水情况
惠南水厂以青草沙水库水源作为生产原水，该水库有效库容达4.35×108m3，设计供水规模7.19×106 m3/d，可在不取水的情况下连续供水68d，确保咸潮期的原水供应[2]，在不考虑总氮的影响时，其水质属于《地表水环境质量标准》GB3838-2002Ⅲ类以上，水质情况良好，但在实际生产中受藻类影响较大，水库库容大容易出现季节性藻类水华，夏季主要藻种为蓝绿藻，冬季主要藻种为硅藻，水厂往往通过传统的加氯消毒、混凝沉淀、过滤去除藻类，水库原水常年pH都呈碱性，特别在夏季8月至10月间由于水库容易藻类爆发，pH可高至8.7～8.8，会导致出厂水中铝离子偏高。原水公司在原水管道输送过程中会投加次氯酸钠和活性炭等，导致进厂原水三卤甲烷本底已经达到一定值，直接影响水厂对消毒副产物地控制，所以惠南水厂在新地标执行后，出水消毒副产物存在较大超标风险。因此惠南水厂在2018年8月起，开始进行相关实验，寻求解决方案。
2 研究方法
在净水工艺中加氯消毒是产生消毒副产物（三卤甲烷）最直接的原因，主要是水中有机物与氯产生反应生成氯代烃物质，必须控制两方面因素：一是控制加氯量，从而降低三卤甲烷（总量）的生成，但要在符合出水微生物达标要求的前提下，控制加氯；二是降低水中有机物，从而控制三卤甲烷（总量），通过投加粉炭来吸附有机物。
2018年8～10月从8组沉淀池中选一组作中试试验，具体实验方案如下：
①降低前加氯次氯酸钠投加量，检测水中微生物、游离氯和消毒副产物总数等。通过不断降低前加氯投加量，监测消毒副产物总数和灭菌效果，寻求最精确的投加量。
②沉淀池加盖遮阳布防止次氯酸钠见光受热分解，再通过降低实验用池前加氯，保证其沉淀池出口余氯满足消毒效果。
③同前置投加粉末活性炭吸附水中有机物，再通过降低实验用池前加氯，保证其沉淀池出口余氯满足消毒效果。
3结果与讨论
3.1降低次氯酸钠投加量试验
在8月～10月间，生产车间将一组生产用池的前加氯量降低，其他各组正常投加，由化验小组每天取样检测水中微生物、游离氯和三卤甲烷总数等。试验结果如表1所示，降低前加氯能减少三卤甲烷的产生，但是效果并不是很好，并且在遇到原水水质突变等情况下，过低的前加氯投加量不利于对微生物的控制，存在微生物超标和灭菌效果不佳的风险。
3.2沉淀池遮阳降氯试验
在降低前加氯的基础上，我们进一步优化方案。我们要解决在减少投加量的同时，如何保证消毒效果。消毒剂的消耗首先是由于水中灭菌效果来决定的，其次由于次氯酸钠受热易分解，见光易分解的物理性质，水温、光照等自然因素也会影响其消耗。我们通过在试验用池上加盖遮阳布，使其不再接受阳光，有效降低水温，减少其消耗。试验结果如表2所示，在前加氯投加相同时，试验用池的沉淀池出口余氯远高于其他常规用池。再通过降低试验用池前加氯，保证其沉淀池出口余氯满足消毒效果。经过监测一段时间后，发现试验用池的三卤甲烷有明显下降。
3.3 辅助粉末活性炭投加试验
试验结果如表3所示，在试验用池内投加2ppm的活性炭，与常规用池相比较，试验用池对消毒剂的消耗明显减少，根据这一试验现象，减少试验用池的前加氯，在保证消毒效果的同时，有效降低出水三卤甲烷。
4 结论
综合以上三种方法各有优缺点：只降低前加氯效果一般，但是影响出水消毒效果，其风险最大；沉淀池遮阳降氯试验效果良好，但在整个沉淀池上方加装遮阳顶棚，需要前期大量资金投入，同时也有一定风险；辅助粉末活性炭投加效果最好，但活性炭的投加成本较高。故在不考虑经济条件的情况下，将三种方案融合成一种，能有效提高传统制水工艺对消毒副产物（三卤甲烷）的控制。
参考文献
[1] 上海市卫生和计划生育委员会，上海市质量技术监督局.DB 31/T 1091-2018上海市生活饮用水水质标准[S]，2018.
[2]周超，高乃云，赵世嘏，楚文海.上海青草沙水库水质调查与评价[J].同济大学学报（自然科学版），2012，40（6）：894-899.
（作者单位：上海南汇自来水有限公司）
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