黄河自然沉淀水水质特性及处理对策

吕启忠 张可欣
郑州市自来水总公司 450007

　　提要: 水源的水质状况是影响城市供水质量的关键因素。笔者通过对柿园水厂水源近三年的原水水质监测分析，得出了该水源水质的变化规律，提出了相应的处理措施和对策，为保证水处理效果，提高出厂水质量提供了科学的依据。

　　近年来，随着工业的发展，黄河水的污染也日益严重，加之黄河流量随季节变化的不均衡性，洪水期和枯水期的流量悬殊较大，尤其进入冬季黄河流量明显减少，水体自净能力降低，水源污染异常严重。黄河中下游，以黄河水作为城市供水水源的地区(如：郑州、开封)，因受高含砂量的影响，其处理工艺多以滩区自然沉砂为主，经予沉后的原水再进入厂区进行常规处理。黄河水经过滩区自然沉砂后，虽然解决了高含砂量的问题，但因原水在沉砂池中的停留时间过长，为藻类的繁殖提供了条件，从而导致原水的二次污染。
　　西流湖作为郑州市柿园水厂的调蓄（沉砂）水源，其原水取自黄河，经沉砂后进入水厂处理，其水质状况则直接影响出厂水的质量。因此，探索原水的水质特性及处理对策，加强水厂工艺管理，保证各工艺环节合理、优化运行，对提高供水水质，降低药耗，具有十分重要的意义。

1、原水水质状况

　　西流湖始建于七十年代初期，始建库容150万m3,根据九四年的实测统计资料表明：西流湖现有库容49万m3，按柿园水厂目前35万m3/d的供水规模计算，西流湖已起不到应有的调蓄作用，但其二次污染却在逐年加重。根据统计资料分析，原水有机污染指标，仍有逐年上升之势。氨氮指标95年最高0.85mg/l、96年最高1.50mg/l、97年最高2.60mg/l、98年最高2.60mg/l。以98年为例原水的主要污染指标如表一:

98年原水主要污染指标含量统计表(表一) NH₃—N(mg/l) NO^-₂—N(mg/l) 高锰酸盐指数(mg/l) 藻类(万个/L) 浊度(NTU) 色度(度) 一月 最高值 2.1 0.05 7.2 46 31 22 平均值 1.5 0.03 5.2 42 20 17 二月 最高值 2.6 0.06 7.6 114 32 22 平均值 1.8 0.04 6.4 80 19 17 三月 最高值 1.8 0.066 8.6 258 60 25 平均值 1.0 0.05 5.0 128 29 20 四月 最高值 0.86 0.18 5.2 180 62 25 平均值 0.55 0.078 4.1 121 37 19 五月 最高值 0.55 0.18 6.3 456 59 25 平均值 0.33 0.106 5.2 217 38 20 六月 最高值 0.48 0.11 6.9 465 69 30 平均值 0.27 0.057 4.4 228 45 20 七月 最高值 0.93 0.089 4.3 202 84 35 平均值 0.37 0.083 3.9 137 46 20 八月 最高值 0.76 0.083 5.0 530 350 25 平均值 0.38 0.035 4.0 146 46 20 九月 最高值 0.6 0.19 4.8 283 76 35 平均值 0.35 0.060 4.4 128 39 18 十月 最高值 0.77 0.202 5.2 507 63 29 平均值 0.43 0.084 4.52 149 47 23 十一月 最高值 1.4 0.238 8.2 172 74 30 平均值 0.88 0.146 6.2 111 53 24 十二月 最高值 0.9 0.10 9.6 159 45 35 平均值 0.71 0.05 6.5 75 26 26 全年度 最高值 2.6 0.238 9.6 507 350 35 水质类型 Ⅰ—Ⅴ Ⅰ—Ⅲ Ⅲ—Ⅴ

　　原水水质除受污染的影响因素以外，也随水温的变化而发生规律性的变化。根据95年9月6日到97年8月11日之间的原水水质监测结果分析(如图)：藻类、氨氮指标随水温的变化而明显变化；高锰酸盐指数随水温的变化不太明显，但同样也有一定的规律。藻类随水温的升高，繁殖能力增强，含量增高；而氨氮指标则随着水温的升高而下降，高锰酸盐指数在水温较低或水温较高时(冬、夏两季)，则含量较高。

　　　　

　　藻类含量较高期集中在5、6、7、8四个月份，累计平均286.61万个/升，是其他月份平均值的2.47倍，氨氮含量较高期集中在11、12、1、2、3五个月份，累计平均1.22mg/l，最高2.60mg/l，是其他月份平均值的2.96倍。
　　高锰酸盐指数含量较高期集中在6、7、8、12、1、2、3七个月份，累计平均6.75mg/l，最高8.4mg/l，是其他月份平均值的1.40倍。由此可见，原水有机污染指标随水温的变化而具有明显的变化规律。

2、水处理状况

　　依靠优良的净水药剂，高效、可靠的净水工艺设施，强化水厂工艺管理，采用净水过程全面质量控制，是保证和提高供水水质的关键；但在以上条件相对确定的前提下，原水水质的好坏，则是影响供水质量的重要因素。针对柿园水厂的原水水质状况，原水中氨氮、藻类、高锰酸盐指数是影响水处理难易与否的关键因素。
　　原水中氨氮、藻类、高锰酸盐指数增加，一方面对水处理带来困难，另一方面使混凝剂、消毒剂的消耗大量增加，使制水成本升高。面对水源水质的变化,常规饮用水处理工艺已显得力不从心。国内外的实验研究和实际生产结果表明，受污染水源水经常规的混凝、沉淀及过滤工艺只能去除水中有机物20%-30%，且由于溶解性有机物存在，不利于破坏胶体的稳定性而使常规工艺对原水浊度去除效果也明显下降（仅为50%--60%）^［1］。
　　根据多年的运行情况分析，其三者的去除率也同样与水温有一定的关系。以氨氮的去除率为例：其去除率随水温的提高而逐步提高，最高去除率可达到73％，最低去除率为5％；水温在25℃以上时去除率可达50％-70％，水温降到15℃以下，氨氮去除率为5％-10％。

3、措施与对策

　　要保证城市供水质量，除加强水源保护，防治水质污染以外，作为城市供水企业，则必须根据原水水温及水质的变化，采取不同的处理措施。
3.1 强化常规处理工艺
　　强化常规处理工艺，主要是降低浊度、合理加氯和改进运行管理三个环节。降低出水浊度，不仅水中的细菌、病毒及有机物将随着浊度的降低而降低，而且可去除50％的消毒副产物前体物。根据生产运行情况分析：沉淀池出水浊度在6.0NTU以内，是比较经济的控制指标。
　　根据以上结果，在水温较高的5、6、7、8四个月份，藻类含量较高，可采取予氯化的处理方法，使大部分藻类在沉淀池中去除，以减轻滤池等后续处理构筑物的负荷，提高出厂水的质量。而在水温较低的11、12、1、2、3五个月份，氨氮及高锰酸盐指数含量较高，则不宜采用予加氯处理，以减少氯与水中存在的有机物质形成三卤甲烷(THM3)等对人体有害的可疑致癌物可能，而采用粉末活性炭，是处理微污染原水的最有效的方法。
3.2 不同季节 (不同原水水温)，不同原水水质条件下采取不同的处理措施
　　在常规工艺处理的基础上，增加深度处理工艺，是解决原水有机污染、提高供水水质的良好举措。但就我市目前的经济实力而言，还没有能力完全进行深度处理。因此，在目前的条件下，要提高出厂水质量，必须根据不同季节不同原水水质条件，采取不同的处理措施。
　　根据生产试验结果：通过对聚合硫酸铁、硫酸铝等混凝剂的生产性投加试验对比，聚合硫酸铁适用于低温、低浊且原水有轻微污染的水质；聚合铝则适用于原水水温和浊度相对较高的季节，比如每年的6、7、8等月份。
　　前已述及：在原水藻类较高期，采用予氯化处理，可以取得较好的处理效果，但在原水有机污染较重，高锰酸盐指数在6.0mg/l以上，氨氮含量在1.0mg/l以上时则不宜采用予氯化处理。2000年5月～2001年6月在郑州市柿园水厂进行除藻剂(FL45C)的投加试验，投加量1.0～1.5mg/l，沉淀池出水藻类去除率达70％～80％，出厂水藻类去除率达90％～95％，取得了良好的处理效果。
3.3 进行予处理及深度处理
　　加强工艺管理，保证各工艺环节合理、优化运行，可以降低水中有机物含量。但在原水有机污染严重的情况下，只有进行深度处理，才是保证供水水质的有效途径。
　　经过近两年多的生产试验证明，应用粉末活性炭处理微污染原水具有良好的效果，可大幅度降低水中的色、嗅及致突变活性。在低温低浊期进行的试验中，发现投加粉末活性炭，对水中的有机污染指标高锰酸盐指数具有良好的去除效果，投加量在15mg/l时，去除率可达75％，同时可使出厂水嗅阀值降低到0级。今后除继续搞好粉末活性炭的生产试验以外，还应逐步开展生物处理-臭氧、活性炭及常规处理组合工艺的试验研究。
3.4加强原水水质监测
　　原水水质监测的及时率和准确性，是保证水处理各工艺环节安全、合理运行的基础。要使供水水质真正达到指标要求，必须能正确分析规定的水质项目，并进行确切的评价，找出供水水质存在的问题，从而提出对策^［2］。《城市供水行业2000年技术进步发展规划》从水源水质、水质处理、配水管网等几个方面论证了实现水质目标的必要性和可行性，为我们加强水质监测分析提出了目标和方向。
总之，实行完善的原水水质监测体系，提高监测资料的统计分析水平，探讨原水水质的变化规律及对水处理的影响，是实现全面质量管理的一项重要保证。

参考文献
1： 王占生 刘文军， 微污染水源饮用水处理 ， 中国建筑工业出版社 1999
2： 汪光焘等， 城市供水行业2000年技术进步发展规划， 中国建筑工业出版社 1993