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城市供水系统中水质安全的技术管理和实践
来源: 发布时间:[2017-03-15]

蒋福春,康继民,赵世嘏

(苏州市自来水公司,苏州 215000)

要:供水水质新标准的实行对城市供水企业的水质管理工作提出了更高要求。管理的思路为:在做好水源地的保护工作的同时建设备用水源,保障供水安全;在对原水水质特点调查研究的基础上,选择合适工艺,通过加强工艺管理和工艺改造,提高出厂水水质;制定并严格执行原水突变时的应急预案;增强突发事件的应变能力;改进和提高供水管网建设与维护水平,及时维护二次供水设施,创新二次供水管理模式,避免水质的二次污染。

关键词:水质;管理;供水;安全

2005年建设部发布的《城市供水水质标准》(CJ/T 206-2005)与原国标《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-85)相比,将水质评价点从“出厂水”改为“龙头水”,这要求供水企业严格控制原水、水厂、输配水设施各个环节,以保障用户端的水质,而自2007年7月1日起实施的新国标(GB 5749-2006)中,将原来的35项指标增至106项,并对原标准35项中的8项进行了修订。联系到国内大部分水厂还在采用常规工艺的现状,这要求从优化工艺参数,增加预处理、深度处理环节等方面提高水处理的效果。以上表明新标准的实行对城市供水企业的水质管理工作提出了更高要求。

苏州市自来水公司供水设计能力90万立方米/日,供水服务面积近570平方公里。近年来公司为了保障供水安全,提高供水水质,不断加强管理,创新机制。笔者结合自身的研究成果和实践经验,总结了水质安全管理的各项措施,包括水源水管理,水厂管理和管网管理三方面内容。

1 水源水管理

太湖是苏州市最重要的供水水源,水量较为充沛,随着近年来太湖流域所受污染日趋严重,存在由蓝藻暴发、底泥泛起导致的水质风险,属于低浊、季节性高藻、有机微污染型的水体。为此,采取了取水口围栏,工程清淤和投放吃藻类的花涟鱼苗进行生物治理等一系列措施来保障水源地水质。取水泵房配备了高锰酸钾、粉末活性炭等应急投加装置,在实际运行中发挥着重要作用。管理上采取多种手段扩大监测范围,形成多道防线,提高水质预测预警能力,提升水源地安全保障系数:

(1)利用市气象局、环保局和水务局共同建立的“太湖蓝藻监测信息服务网”,及时掌握水源地和周围水域的水质情况。

(2)建立水源地 “全球眼”视频监控系统可以远程监控取水口及周围情况,为水源保护提供了又一道防线。

(3)通过共享环保局在水源地的原水水质在线监测站,实现对原水水质的多个关键参数实时监测。

建设了西塘河应急水源地,西塘河属长江支流,与同期太湖原水相比,色度、氨氮和耗氧量较高。为保证换用水源后出厂水的水质,尢志磊等[1]对应急水源进行了调试。结果表明:由于厂内的预处理和深度处理工艺对原水水质的变化有良好的适应性,出厂水各项指标均符合CJ/T 206-2005中要求。因药剂增加而导致制水成本上升约14.29元/103m3。尽管运行成本有所增加,但应急水源的建设极大提升了城市供水的安全性。

2 水厂管理

针对太湖原水小分子有机物多、容易暴发藻类的特点,在下辖的X水厂中增设了臭氧预处理,臭氧生物活性炭深度处理工艺。下文以X水厂的情况为例说明。

2.1 工艺管理

1)水厂工艺运行管理。

 

图1为太湖原水有机物分子量分布情况。可知原水中以小分子有机物为主,分子量小于10k的占58%。常规工艺对小分子有机物的去除效果有限,因此增设了臭氧预处理和臭氧活性炭深度处理工艺是十分必要的[2]。图2为2010年1月14日,原水有机物突然升高的处理实例,可以看到虽然原水CODMn高达7.56mg/L,经过预臭氧和常规工艺后迅速降低,砂滤池出水仅为2.38mg/L,再经深度处理可以有效保证水质。表明水厂工艺对原水变化具有较强的适应性。图3为工艺长期运行情况,可以看到砂滤池出水的浓度基本上都在2.5mg/L以下,经过后续深度处理对CODMn去除,炭滤池出水基本在2mg/L以下。出厂水平均浊度<0.10NTU,表明工艺运行状况良好。藻类高发期、西塘河水源切换期间,供水区域内水质零投诉。

 

工艺运行期间,控制臭氧投量(预臭氧+后臭氧)在1.0-1.5mg/L之间,炭滤池接触时间大于12min,炭滤池反冲洗周期为10-20天(生物量不超过300nmol/L)。为保证出水水质,对处理工艺采取了:①加强过程水的监测,及时调整工艺参数。②为降低使用臭氧带来的溴酸盐等消毒副产物风险,将水中余臭氧浓度控制在0.1mg/L。③对于生物炭带来的生物泄露的风险,加强对炭滤池出水细菌的监测,判断细菌泄露程度,以便及时调整冲洗模式和消毒参数等措施。

2)高藻期混凝药剂的比选。原水高藻期间,藻类代谢产生的有机物中的酸性物质与混凝剂的水解产物发生反应,生成的表面络合物附着在絮体颗粒表面,影响混凝效果。因此需在取水泵房投加高锰酸钾,投量为0.6-2.0mg/L。由于原水管线较长,反应时间达8h,可起到较好的预氧化作用[3-4]。对预氧化后的原水,按如表1所列出的6种技术方案进行混凝试验,效果如图4所示。

 

1 混凝技术方案

 

方案编号

1

2

3

4

5

6

硫酸铝(mg/L)

70

70

70

70

70

70

聚合氯化铝(mg/L)

1

2

0

0

0

0

聚丙烯酰胺(mg/L)

0

0

0.05

0.1

0

0

氢氧化钠(mg/L)

0

0

0

0

0.5

3

 

 

由图4可知,方案4出水浊度最低,同时pH也在理想范围内。所以确定投加聚丙烯酰胺强化硫酸铝混凝为最佳方案。另外,方案5出水浊度也比较理想,但方案6出水变差。得出可以通过投加适量的碱来调节pH值,改善混凝效果,但投量过大将导致沉后水的浊度上升且pH值也大幅度升高。生产实际中投加的聚丙烯酰胺在0.1mg/L以内,硫酸铝视原水变化而定,保证沉淀池出水浊度在1NTU以内。

3)出厂水浊度和余氯控制。浊度是最常用的感官性状指标,直接反应了水质情况。余氯是保证供水生物安全的一项重要指标。水中保持一定量的余氯,可以抑制微生物的生长,出厂水余氯实际控制范围0.6-1.2mg/L,浊度≤0.3NTU。

4)加强水质检测力度。目前已实现原水中浊度,氨氮,pH等指标的在线监测。同时公司建立了106项水质指标检测能力的水质监测中心,方便及时了解各工艺单体出水和出厂水的水质情况。

2.2 工艺改造

1)针对池壁上青苔滋生的改造。由于采用臭氧预处理,而臭氧在由纯氧的制备过程中效率在10%左右,意味着对水有一个充氧的作用,这种状况对藻类的生长非常有利。因此特别是在夏季光照充足的情况下,沉淀池出水槽和池壁上很容易有青苔滋生。而普通清扫后,由于表面变的粗糙,更易导致藻类的附着。可以采用清洁后在表面涂一层钝化膏的方式予以缓解。张雪等[5]发现绿光对藻类生长干扰作用明显,提出选择绿色玻璃盖来抑制沉淀池、滤池、活性炭池内青苔的生长,也是一条解决途径。

2)针对臭氧活性炭工艺可能产生的生物风险(脱落的生物膜,穿透滤池的成虫)。尝试了在炭滤池的出水口加装200目左右的不锈钢筛网;在活性炭层下增设30-50cm的细砂垫层;在滤池,碳池顶加装玻璃盖,以防摇蚊产卵等措施。

3)加氯系统的改造。由于X水厂分两期建设,清水池的建设考虑了部分二期工程,目前调蓄能力为30%。这样虽然增强了水厂应付突发事件的能力,但也导致清水在库中停留时间较长,水质容易发生变化。因此除了对炭滤池出水进行后道氯投加外,还对清水库出水进行补氯投加。存在不足为后加氯系统中无余氯探头,补氯系统中探头与投药点距离太近,不能正确反映水中余氯量。经过改造,增设后道氯的探头,并移动补氯探头位置,自控方面采用后道氯比例投加,补氯指定浓度的方式加以控制。

4)臭氧自动投加系统开发。根据进厂在线水质综合评价信息和臭氧接触反应过程模型预测输出,改变单位水体的臭氧投加量。自动控制软件于2009年7月正式投入使用,对比先前手动控制投加的处理效果,深度处理工艺出水水质更加平稳,臭氧接触池的余臭氧浓度控制精度更高,通过控制水中剩余臭氧浓度可以有效抑制溴酸盐的生成风险。

2.3 水质事故应急预案

水质安全不光体现在供水水质在使用中不应该给人体带来短期或长期的健康危害;同时也要求供水系统在原水水质发生突变时, 具有良好的应急功能。公司水源地可能发生的水质突变情况为:

1)藻类暴发。藻类暴发在夏季,供水的难点在于:由用户用水量大导致生产任务重,原水水质容易产生藻类暴发的问题;生产设备在夏季高温和雷雨条件下容易运作不正常,且一旦停水会造成极坏的社会影响。

从原水着手,加强对水源地的巡视及水草的打捞,如果太湖原水无法使用,可换用西塘河应急水源,为确保泵站设备正常运行,事先需进行调试。

从工艺上,密切关注原水水质在线监测系统中溶解氧(DO)的变化。如果藻类暴发,DO会有很明显的下降,则立即在取水泵房投加高锰酸钾,有利于后续混凝工艺中藻类的沉降去除,同时为保证混凝效果,还会加入助凝剂PAM。加强各工艺单体出水感官指标的检测,判断蓝藻影响水质程度,若水质仍不达标,需启用二次絮凝投加装置。水厂化验人员实时针对原水水质进行混凝剂和助凝剂的烧杯试验,确定最佳投量。

从物资准备上,为了确保藻类暴发应急预案能顺利执行:需核实各类应急药剂的库存,检查投加设备的情况。

从设备保障上,高温期间加强了对主要工艺单体的巡视力度,排查设备隐患。为确保设备在正常温度下工作,提高运行效率,开启了部分重要工艺单体的制冷空调或风扇。而对易遭雷击损坏的设备,需加装防雷模块。

2)氨氮突然升高。虽然水厂的深度处理工艺对氨氮有一定的去除效果,但主要靠的是微生物的氧化分解,高氨氮季节一般发生在3月左右,此时温度较低,微生物的降解效果不太理想,所以需要前加氯,氯与水中氨氮反应生成氯胺。同时为了避免氯对活性炭上生物膜的影响,需将砂滤池出水中余氯控制在0.1mg/L左右。也可考虑在取水泵房投加高锰酸钾以提高氧化去除氨氮的效果。

3)有毒化学品的泄露。苏州地区经济发达,人口稠密,一旦水源地发生有毒化学品的泄露事故,必须采取可靠有效的应急措施。可在取水泵房投加粉末活性炭(PAC)进行吸附。

应对水质突变事故,需要在最短的时间内采取有效措施。上面归纳了几种应对方法,而从管理制度上,也需要制定严格的信息传递制度 ,使水质信息及时准确传递 ,并在不同部门间实现信息共享,避免重大信息的缓报、漏报。

3 管网管理

根据公司水质检测中心和省市各级卫生主管部门提供的检测报告,X水厂出厂水水质全面达到了GB5749-2006中的106项要求。在出厂水水质不断提高的情况下,管网及屋顶水箱等输配水设施带来的二次污染已成为阻碍水质进一步改善的瓶颈。

3.1 管网建设管理

1)旧管网改造。公司上世纪80年代使用的灰口铸铁管内部没有采取涂衬防腐,造成内壁形成结垢层。不仅影响水质,还会使过水断面面积减小,造成供水压力下降。为保证用户水压,势必会加大二泵房电耗,同时增加管网漏损率。为此,公司有计划的开展了“老新村改造”等专项治理,将旧管道换为有水泥砂浆内衬防腐的球墨铸铁管等耐腐蚀新型管材。

2)管道施工管理。包括新排管道冲洗消毒验收,改排管道施工后的冲洗及开启消火栓清放浑水等措施。同时还包括管材质量,内外防腐,接口情况和水压试验等方面的监督。在停水操作中,认真审核阀门操作单,尽量避免改变管道中水流方向,将施工对水质的影响降到最低。

3.2 管网维护管理

公司的三个水厂分别在市区的北面、西北面和西南面,因而市区的东南端成为管网的最不利点,一方面是水压不稳定,还有就是其处于管网末梢,停留时间长,水质存在隐忧。实际抢修中也发现,东南端区域抢修大管径管道时,容易造成附近居民水龙头中放出黄水,这可能是因为抢修时局部水压变化,容易使死水移动。为此公司每年夏季高峰供水前都会组织力量对位于管网末梢区的消火栓和桥管落水阀进行集中开启,清放管网中浑浊的自来水。

3.3 二次供水管理

1)多层建筑的水箱维护。由于屋顶水箱内的水停留时间较长,余氯消耗光后微生物生长导致水质变差,夏天容易产生水质不达标的问题,为此每年会定期进行清洗,并与水质检测中心配合,高温时取水样化验分析,确保水质安全。而为了从根本上排除水质隐患,杜绝二次污染,在具备供水压力条件的区域都将陆续进行直供水改造。

2)二次供水管理模式。目前高层及小高层建筑的二次供水设施有的属于公司,有的属于用户。产权的多元化使得其日常清洗与维护的责任不明。经过对供水区域内的高层及小高层的二次供水设施进行调查[6],结果表明:蓄水池内平均水力停留时间约为11.5h,个别超过24h。水池性状为方形,底部和各面夹角易积淤泥。检测了56个水样中的11个指标(如表2所示)。超标严重的指标为浊度、锰、铁和锌。这些超标的指标严重影响了供水水质的感官,导致用户投诉。

2 二次供水水质检测结果

 

监测指标

最大值

最小值

限值

合格率/%

浊度(NTU)

5.2

0.21

≤1.0

68

余氯(mg/L)

0.46

0.02

≥0.05

86

色度

16

5

≤15

98

肉眼可见物

铁锈颗粒

95

嗅味

弱泥

无异味

无异味

98

pH

9.8

7

6.5-8.5

98

Mn(mg/L)

0.41

0.05

≤0.1

96

Zn(mg/L)

2.36

0.02

≤1.0

98

Fe(mg/L)

0.95

0.05

≤0.3

89

细菌总数(CFU/mL)

83

0

≤100

100

总大肠菌数(CFU/mL)

0

0

不得检出

100

 

针对这种情况,可以内部设置专门的管理机构。对于新建的高层住宅,由开发商与公司签订二次供水设施的建设,管理和运行协议,杜绝由结构设计不合理或材料不过关带来的水质隐患;对于已有设施,产权人可以将其转交给公司统一管理维护,从而保证用户龙头水的水质。

4 结语

水质管理是一项系统工程,要求供水企业严格控制生产、输送的各个环节,消除隐患。总体思路为:在做好水源地的保护工作的同时建设备用水源,保障供水安全;在对原水水质特点调查研究的基础上,选择合适工艺,通过加强工艺管理和工艺改造,提高出厂水水质;制定并严格执行原水突变时的应急预案;增强突发事件的应变能力;改进和提高供水管网建设与维护水平,及时维护二次供水设施,创新二次供水管理模式,避免水质的二次污染。供水企业只有长期不懈,严格执行管理上的各项措施,才能保证水质安全。

 

参 考 文 献

 

[1] 尢志磊,蒋福春,华伟. 西塘河应急水源工程建设与运行. 供水技术,2010,Vol. 4(4):56~58

[2] 尢志磊,陈玲瑚,蒋福春. 生物活性炭滤池初期运行效果评价. 中国给水排水,2009,Vol. 25(16):93~96

[3] 蒋福春,华伟,陈玲瑚等. 太湖流域含藻原水的处理技术及运行效果研究. 供水技术,2008,Vol. 2(3):24~28

[4] 蒋福春,施凯,陈健等. 聚丙烯酰胺选型及其助凝条件优化的中试研究. 水工业市场,2008,Vol. 11(1):42~45

[5] 张雪,蒋福春,李琴等. 光干扰法抑制净水构筑物上青苔的效果与机理研究. 给水排水,2010,Vol. 36(10):53~55

[6] 蒋福春,陈玲瑚,邹建萍. 苏州市二次供水状况调查及对策研究. 供水技术,2009,Vol. 3(5):62~64

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