供水企業(yè)如何做好原水水質(zhì)風(fēng)險預(yù)警的感知層建設(shè)？

導(dǎo)語

生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)GB5749-2006中，對出廠水106項指標(biāo)進(jìn)行了限值要求。哪些指標(biāo)持續(xù)上升易引發(fā)水質(zhì)問題，是建立水質(zhì)風(fēng)險預(yù)警機(jī)制的核心問題。

風(fēng)險指標(biāo)的篩選需要通過全面深入分析所在地多年原水、出廠水及管網(wǎng)水水質(zhì)數(shù)據(jù)，結(jié)合水質(zhì)日常監(jiān)測情況，提取重要水質(zhì)指標(biāo)的預(yù)警指導(dǎo)值。

結(jié)合不同指標(biāo)現(xiàn)行的檢測方式和檢測能力，制定多級監(jiān)測頻率。在此基礎(chǔ)上，確定水質(zhì)出現(xiàn)風(fēng)險時的相應(yīng)監(jiān)測方案和針對性解決措施。

濁度是一個綜合性水質(zhì)指標(biāo)，與水的外觀、色、嗅和味等其他水質(zhì)指標(biāo)緊密相關(guān)。

作為凈水廠處理的主要對象之一，濁度是一種廣泛用于控制和監(jiān)測水處理廠運行中顆粒物去除率的替代參數(shù)，其波動對水廠的生產(chǎn)會造成較大的沖擊。因此，建議將濁度作為原水水質(zhì)波動風(fēng)險的預(yù)警指標(biāo)。

原水濁度波動可能主要受降雨和水源的影響，季節(jié)性泄洪或調(diào)配也會造成影響。

降雨導(dǎo)致水中大量的泥沙翻滾，使原水濁度明顯升高；水庫水源的水相對較為靜態(tài)和穩(wěn)定，濁度比較穩(wěn)定，值較低；而河流水源的水一般不太穩(wěn)定且處于流動狀態(tài)，濁度變化相對較大。

不同水廠的水源地類型，呈現(xiàn)不同變化規(guī)律。

比如河流性水源地、水庫型水源地會呈現(xiàn)出不同的變化范圍。不同供水企業(yè)應(yīng)當(dāng)根據(jù)水源地三年內(nèi)監(jiān)測結(jié)果，確定濁度的常規(guī)范圍。

以深圳某水庫型水源地為例，常規(guī)范圍與河流型有顯著不同：水庫水源小于30NTU；河流水源低于100NTU。與此對應(yīng)出水的濁度均符合國家標(biāo)準(zhǔn)，這說明水廠的現(xiàn)行的工藝和參數(shù)基本是與原水相適應(yīng)的。

因此，濁度作為預(yù)警指標(biāo)時，需根據(jù)歷史數(shù)據(jù)分析出常規(guī)范圍。然后根據(jù)出水質(zhì)量，判斷現(xiàn)行工藝應(yīng)對水質(zhì)波動的能力。進(jìn)而確定預(yù)警限值。

圖1a 某水庫水源的原水濁度變化示例

圖1b 某河流水源水廠的原水水濁度變化示例

pH值反映水的酸堿性，pH過低的水具有腐蝕性和侵蝕性，會造成管網(wǎng)銹蝕，水質(zhì)發(fā)黃，另外pH超出一定范圍也會對人體健康產(chǎn)生影響，對水質(zhì)處理工藝運行效果有顯著影響。

因此，水的pH必須控制在合理的范圍內(nèi)，國家標(biāo)準(zhǔn)為6-9，根據(jù)水質(zhì)處理工藝效果的要求，需要進(jìn)行階段性必要調(diào)控。

pH在混凝、消毒等水處理工藝中是一個重要的控制因素，比如pH會影響混凝沉淀中膠體和藻類的電荷，控制水中化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)；決定混凝劑的水解速度和水解產(chǎn)物類型、濃度和電荷；控制金屬氫氧化物沉淀在水中的溶解度等。

不同反應(yīng)對pH的要求是有差異的，同時化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果又會一定程度的改變pH值。

因此，pH需要在一個比較平衡的范圍，才不會對工藝過程產(chǎn)生顯著的影響，一般認(rèn)為，原水pH在6.5-8.5之間時，工藝不需要做太大調(diào)整。

圖2a是深圳多個水廠的歷史原水pH值的情況。

圖2a 某多水廠原水pH變化示例

各水廠原水pH基本在6.5-7.5間，平均pH值為7.07，最大值為8.65；出水的pH為7.0-8.0，弱堿性。

各供水企業(yè)應(yīng)對水廠原水歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行相似分析，以提取常見范圍，評估工藝運行效率。

圖2b 某多水廠出水pH變化示例

嗅味是人類最能直接感受得到的飲用水水質(zhì)指標(biāo)之一，也是用戶敏感的感官指標(biāo)之一。

水中嗅味問題異常復(fù)雜，嗅味來源物質(zhì)多樣，嗅味種類往往也差別較大。

圖3是深圳歷史上多個水廠檢測出的原水嗅味情況。

圖3 多水廠原水嗅味變化情況

從圖中看出，嗅味是長期以來原水一直存在的水質(zhì)現(xiàn)象，而且異常嗅味等級從0到3均有一定頻率地出現(xiàn)。當(dāng)嗅味等級達(dá)到3時，用戶會有較多關(guān)注。且普通的工藝難以控制達(dá)標(biāo)，屬于防控措施較復(fù)雜的指標(biāo)。

由于嗅味是感官性指標(biāo)，檢測存在個體感知差異，同時卻是用戶較敏感的水質(zhì)指標(biāo)。

市面上暫無機(jī)械性定量檢測工具，需要建立專業(yè)檢測人員團(tuán)隊實施檢測。檢測方法的專業(yè)程度能將檢測人員的主觀誤差保持較低水平。

水的溶解氧與受污染程度密切相關(guān)，當(dāng)水體受到有機(jī)物污染，耗氧嚴(yán)重，溶解氧得不到及時補(bǔ)充，水中有機(jī)物會發(fā)生腐敗而使水體變黑、發(fā)臭，從而產(chǎn)生色度和嗅味異常的問題。

另外溶解氧也會影響鐵、錳去除效果，當(dāng)溶解氧偏低時，鐵、錳去除率降低，存在鐵、錳超標(biāo)風(fēng)險。

圖4是深圳歷史上多個水廠的溶解氧情況，基本在5-10mg/L之間變動，當(dāng)溶解氧低于5mg/L時，水體受到的污染應(yīng)予以關(guān)注。

圖4 某多水廠原水溶解氧變化示例

水中的氨氮主要來源于生活污水中含氮有機(jī)物的初始污染，受微生物作用，可分解成亞硝酸鹽氮，繼續(xù)分解最終成為硝酸鹽氮。

當(dāng)水中的亞硝酸鹽氮過高，飲用此水將和蛋白質(zhì)結(jié)合形成亞硝胺，是一種強(qiáng)致癌物質(zhì)，長期飲用對身體極為不利。

此外，氨氮的高低會對氯消毒工藝產(chǎn)生影響（加氯量和加氯點），操作不當(dāng)會引起消毒副產(chǎn)物的問題。

圖5表示了多水廠原水氨氮的示例，水廠原水氨氮含量大部分時候在0.05-0.35mg/L之間變動，偶有受到生活污水的污染的風(fēng)險，但總體仍在水廠處理可控范圍之內(nèi)。

圖5 多水廠原水氨氮變化示例

因此，根據(jù)水源地水質(zhì)情況，以地表水Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)0.5mg/L建立氨氮突變水質(zhì)的預(yù)警和應(yīng)急調(diào)控。當(dāng)氨氮超過該值時，應(yīng)調(diào)整工藝，保證出水水質(zhì)。

此指標(biāo)的檢測一般使用分光光度法，需要購置分光光度計和專用化學(xué)檢測藥劑，并由專業(yè)檢測人員進(jìn)行檢測。

高錳酸鹽指數(shù)反映了水受有機(jī)物污染的程度。

水體中的耗氧有機(jī)物來源較多，排放量大，是一種普遍性的污染。耗氧有機(jī)物一般不具有毒性，且易為微生物所利用分解。

但這類有機(jī)物在氧化分解時會消耗水體中大量的溶解氧從而引起水質(zhì)的惡化，破壞水體功能；水中耗氧有機(jī)物的分解常常釋放出營養(yǎng)物質(zhì)——氮、磷、硫等，引起水體中藻類的大量繁殖，容易引起水體的富營養(yǎng)化。

圖6分別為原水和處理出水的高錳酸鹽指數(shù)情況。從數(shù)據(jù)看出，原水的CODMn一般在1-3mg/L之間，去除率為20%-65%。

圖6a 原水高錳酸鹽指數(shù)示例

圖6b 相應(yīng)去除率

雖然出水CODMn始終<3mg/L，符合國家生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)。但應(yīng)看到，水廠常規(guī)處理工藝對CODMn去除率有限，現(xiàn)有工藝很難滿足飲用水處理要求。

因此，此案例中CODMn應(yīng)作為水廠原水水質(zhì)突變的預(yù)警指標(biāo)，預(yù)警值為小于3mg/L。“一廠一策”，供水企業(yè)需要根據(jù)歷史原水及出水水質(zhì)情況，評估原水水質(zhì)風(fēng)險及現(xiàn)行工藝處理能力。

錳易引發(fā)“黃水”問題，導(dǎo)致用戶投訴。水源為地表水的，總錳含量相對不高，但易出現(xiàn)季節(jié)性變化。地下水則相應(yīng)較高。

圖7為深圳歷史多水廠的原水和總錳去除率情況。

圖7a 原水總錳變化情況

圖7b 總錳去除率

從圖中看出，原水總錳含量一般都小于0.1mg/L，但也存在大于0.2mg/L的情況；錳去除率為40%-90%，出廠水含量一般小于0.02mg/L，低于飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中對錳的要求（低于0.1mg/L）。

根據(jù)我司原水正常錳含量范圍，原水總錳預(yù)警值定為小于0.2mg/L。“一廠一策”，供水企業(yè)需要根據(jù)歷史原水及出水水質(zhì)情況，評估原水水質(zhì)風(fēng)險及現(xiàn)行工藝處理能力。

此指標(biāo)的檢測可采用原子分光光度法或化學(xué)分光光度法，需購置對應(yīng)儀器和藥劑，對專業(yè)檢測人員的操作水平要求較高。

MIB和土臭素是飲用水中的最為普遍的致嗅物質(zhì)，是一種由地表水中藍(lán)藻（藍(lán)綠藻）和放線菌（細(xì)菌）產(chǎn)生的一種天然萜烯醇化合物。

在水中的溶解度不高，是微極性脂溶性化合物。

它們在室溫下呈半揮發(fā)性，在含量低時分別為霉味和土臭味，人的嗅覺對其極為敏感，嗅閾值僅為ng級別。

因此，2-MIB和土臭素經(jīng)常成為研究關(guān)注的對象。

研究表明，傳統(tǒng)的工藝對于2-MIB和土臭素的去除雖有部分效果，但并不理想（僅達(dá)到50%），還需依賴其他深度處理工藝。

研究顯示，人類嗅覺對土臭素感知濃度為30ng/L。

南方濕熱氣候，每年的4、5月和7、8月份都會發(fā)生水源藻類大量繁殖的情況。由于藻類爆發(fā)會引起一些問題：

（1）部分藻類分解或腐爛時會產(chǎn)生異嗅物質(zhì)，比如土臭素、二甲基異莰醇等；

（2）藻類及其可溶性代謝產(chǎn)物是Ames試驗氯化致突變前體物；

（3）增加預(yù)氧化劑、混凝劑及消毒劑的投加量；

（4）藻細(xì)胞密度過高，或某些具有聚集性能的藻類會引起濾池嚴(yán)重堵塞，嚴(yán)重影響水廠的供水能力。

引起濾池堵塞的藻類以硅藻為主，由于硅藻有堅硬的外殼，不能被一般的氧化劑滅活和破壞，在濾池表面不斷積累后，形成一層厚厚的毯狀物覆蓋在濾池表面。導(dǎo)致濾池堵塞的硅藻一般沒有產(chǎn)毒素能力。

（5）微囊藻、魚腥藻等藍(lán)藻在腐爛或分解時，會產(chǎn)生毒性很強(qiáng)的藻毒素。我國現(xiàn)行的飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，藻毒素含量不能超過10μg/L。北方地區(qū)季節(jié)性變化明顯。

藻類主要是通過增加水處理難度間接影響其它水質(zhì)指標(biāo)，因此將其列入預(yù)警指標(biāo)。當(dāng)超過1×107個/L時易出現(xiàn)水質(zhì)問題，因此，預(yù)警指導(dǎo)值定為不大于1×107個/L。

國內(nèi)外大量研究發(fā)現(xiàn)浮游動物體表和體內(nèi)含有大量的細(xì)菌等病原體，由于其生命頑強(qiáng)，且有游動性，易穿過水處理工藝設(shè)施進(jìn)入城市管網(wǎng)，對飲用水安全構(gòu)成了潛在威脅。

以劍水蚤為代表的橈足類浮游動物具有堅硬的甲殼，抗氧化性強(qiáng)。較大的劍水蚤肉眼可見，似白色肉蟲，其在飲用水中出現(xiàn)，給用戶的感官印象非常差，而且劍水蚤類浮游動物是血吸蟲等致病生物的中間宿主，是疾病傳播的途徑之一，會給飲用水安全帶來潛在威脅。

劍水蚤繁殖能力強(qiáng)，游動性大，容易穿透濾池進(jìn)入管網(wǎng)；它還具有較強(qiáng)的抗氧化性，常規(guī)水處理的消毒工藝難以將其殺滅。

以往，以劍水蚤為代表的橈足類浮游動物已在許多城市水源特別是水庫、湖泊類水源水中出現(xiàn)。

劍水蚤等在常規(guī)給水處理工藝過程還可能發(fā)生二次繁殖，使得出廠水的劍水蚤增加。主要原因可能有：

（1）當(dāng)殘余劍水蚤流人沉淀池后，會隨形成的絮凝體沉淀下來，但在排泥周期較長情況下，污泥沉積區(qū)為沉降下來的劍水蚤提供了良好的生活場所，劍水蚤得以大量繁殖，并游動到上部清水層，使沉淀池出水劍水蚤增加。

（2）在過濾過程中，劍水蚤由于其個體較大一般會被濾池截留，但濾料為截留的劍水蚤提供了良好的棲息場所，使劍水蚤得以增殖，增殖的蚤卵或幼蟲有堵塞濾池甚至穿透濾料可能，濾池反沖洗水廢水再次回流進(jìn)水處理系統(tǒng)中，也會使濾池中劍水蚤富集。

由于以劍水蚤為代表的橈足類浮游動物的這種二次繁殖的能力，我們需要對水廠原水進(jìn)行充分的預(yù)防和監(jiān)控，一般認(rèn)為，當(dāng)發(fā)現(xiàn)橈足類（數(shù)量超過1000個/100L），應(yīng)啟動預(yù)警機(jī)制，調(diào)整工藝應(yīng)對。

來源：水務(wù)加