南水北调水源切换后原水水质情况对比研究

引用文献：

康雅许月霞吴新平沙净王琰杨晓芳. 南水北调水源切换后原水水质情况对比研究[J]. 给水排水，2016，48（08）基金：国家水体污染控制与治理科技重大专项(2012ZX07404-004);.

. [J]. build，2016,48（08）基金：国家水体污染控制与治理科技重大专项(2012ZX07404-004);.

作者：康雅许月霞吴新平沙净王琰杨晓芳

单位：郑州自来水投资控股有限公司中国科学院生态环境研究中心

摘要：分析Z市南水北调水源切换完成后南水北调水源与原黄河地表水源的水质差异,介绍南水北调水源进入Z市城市供水系统后对地表水厂原有制水工艺带来的挑战及应对措施,为南水北调受水区相关城市供水提供建议。

关键词：南水北调水黄河地表水水质差异工艺适应性

作者简介：作者简介：康雅,E-mail:kangya@zzwater.com.cn;

基金：基金：国家水体污染控制与治理科技重大专项(2012ZX07404-004);

　　 Z市是南水北调中线工程主要受水城市之一,2014年底至2015年夏季,Z市三个主要地表水厂依次进行南水北调水源与当地水源的切换,由于水源的切换,对几个地表水厂原有的制水工艺带来了较大的挑战,引发了一系列的工艺适应性新问题。

1 南水北调水和黄河水水质指标对比

　　为了解南水北调通水后水源与原来黄河地表水源的水质差别,对原水进行了长期跟踪对比,数据采集时间为2014年12月份至2015年12月份,采样地点为进厂原水管。从浊度、pH等感官指标以及有机物、藻类等方面进行了对比,分析水质异同点,了解对工艺产生的影响并采取及时的应对措施^[1] 。

1.1 感官指标

　　南水北调原水浊度略低于黄河水,进厂黄河水浊度平均在10NTU以内,南水北调水进厂浊度1~4NTU;南水北调水pH为8.2~8.6,普遍高于黄河水,尤其是进入夏季5~9月,pH普遍高于8.4,如图1所示。

　　图1 黄河水和南水北调水pH对比

　　南水北调水pH普遍偏高的原因是由于南水北调长距离输送过程中,尤其是夏季水体藻类的迅速繁殖导致水体碱度过高,高碱度水使混凝过程pH过高,易造成颗粒铝的水解,从而导致出厂水残余铝含量升高^[4] 。

1.2 阴、阳离子等一般化学指标

　　南水北调水水中的氟化物、硝酸盐、氯化物、硫酸盐、溶解性总固体、总硬度等指标均低于黄河水的(见表1)。上述指标的降低,减少水垢的生成,提高了市民的饮水口感。

　　表1 黄河水和南水北调水阴、阳离子指标

1.3 氨氮、高锰酸盐指数、化学需氧量、总氮指标的对比

　　南水北调水氨氮和总氮指标要低于黄河水的氨氮和总氮指标;两种水源的高锰酸盐指数和化学需氧量指标值差别不大(见表2)。

　　表2 黄河水和南水北调水氨氮等指标

1.4 藻类及优势藻种的变化趋势

　　丹江水经过长距离迁移到达Z市,露天渠道及其水深较浅等都为藻类的繁殖提供了便利,受气温影响,藻类数量和种类随季节性变化明显。从年初气温开始回升,藻类随之开始大量繁殖,与黄河水体不同的是,南水北调水以脆杆藻群体出现,对目前的常规处理+臭氧活性炭处理工艺带来了诸多问题,如絮凝效果不佳、砂滤池堵塞等。为详细了解南水北调原水的藻类情况并与Z市原有水源黄河水进行对比,分别选取南水北调23#分水口门原水和黄河花园口进水闸原水进行为期一年的藻类监测,详细如图2和图3所示。

　　图2 南水北调23#分水口门藻类明细

　　图3 黄河花园口进水闸藻类明细

　　由图2和图3对比可知,南水北调水和黄河水的藻类数量差别不大,但优势藻种存在很大差异。黄河水的优势藻种以硅藻为主,藻种类季节性差异不明显,数量上显示秋季为最多。南水北调水优势藻种受季节影响变化显著,春季绿藻门的大型水绵藻突出,夏季以硅藻中的脆杆藻为主,且脆杆藻以群体形式联排出现,联排脆杆藻对混凝沉淀等净水工艺影响较大;秋季从8月份开始硅藻和绿藻数量开始增加,并且出现一些未知的其他藻类,虽然藻类数量增加,但是联排脆杆藻群数量减少,对混凝沉淀等工艺产生的不良影响减弱,工艺生产趋于稳定。两种水体的藻类对比及对工艺的影响见表3。

1.5 原水分子质量分布及有机物含量定性分析

　　为从微观机理上对黄河水和南水北调水进行区别分析,我们对两种原水进行了分子质量分布和有机物种类的测定,结果如图4和图5所示。

　　由图4和5可看出,黄河水和南水北调原水均以小分子为主,相对分子质量普遍小于10 000;从峰的数量相比,南水北调水的有机物种类多于黄河水。为进一步分析两种水源所含的有机物种类,又进行了三维荧光测定,结果如图6和7所示。

　　表3 2015年黄河水和南水北调水藻类及对工艺影响对比

　　图4 黄河水分子量分布(排阻色谱)

　　图5 南水北调水分子量分布(排阻色谱)

　　传统的检测手段只能反映溶解性有机物的总量,但对水中溶解性有机物分类分布就无能为力,然而溶解性有机物分类分布情况正是影响水处理工艺参数和出厂水质安全的重要因素,而三维荧光谱图分析作为一种新的检测手段能够揭示水中有机物的分类^[2] 。Lochmuller等人经过多年的研究总结了原水中常见的溶解性有机物的种类和其对应的荧光激发和发射波长,建立了溶解性有机物三维荧光的PARAFAC模型^[3] ,如图8所示。

　　图6 黄河水三维荧光等高线

　　图7 南水北调水三维荧光等高线

　　图8 三维荧光光谱图解析

　　图6和7为两种原水三维荧光谱图的等高线图,结合图8可分析得出黄河原水中可溶性有机物主要有三类:UV腐殖质A(eX/eM 250/400)、浮游植物生产力相关N(eX/eM 270/370)、蛋白质(色氨酸)T(eX/eM 220/340),三个荧光强度峰均为黄色,显示高度为600;南水北调原水中可溶性有机物主要有三类:UV腐殖质A(eX/eM235/400)、两种色氨酸蛋白质T(eX/eM270/330)和生物相关的色氨酸蛋白质(eX/eM 270/350),三个荧光强度峰均为绿色,显示强度为140。

　　综上分析可知,黄河水的主要荧光为蛋白质荧光,蛋白质荧光可表示水体是否受到污染及污染程度,说明黄河水具有受人类干扰水体特征。南水北调水的主要荧光为生物相关的色氨酸蛋白质荧光,说明长距离输送过程中生物代谢对该水体产生影响。黄河水的荧光强度明显大于南水北调水,说明南水北调水有机物污染程度较轻。

2 南水北调受水区城市供水应对建议

　　针对南水北调原水水质特征及存在的安全风险,结合Z市水司的应对经验对南水北调受水区城市供水提出以下建议:

　　 (1)针对藻类繁殖引发的絮凝效果不佳、砂滤池堵塞等问题,生产性试验证明,用ClO₂代替Cl₂预氧化可有效解决。建议在南水北调取水口门增设ClO₂投加设备,并及时检测原水藻类变化调整ClO₂投加量,通过ClO₂预氧化达到除藻目的。

　　 (2)针对南水北调原水碱度升高导致出厂水残余铝含量升高的问题,建议南水北调受水区城市供水重新尝试和探索适用于南水北调水的净水剂类型和投加方式,可根据自身生产情况采用铁盐混凝剂代替铝盐,有效降低出厂水铝残留。

3 结论和建议

　　 (1)通过对比原水切换后水质差异得出,南水北调水质在浊度、有机物含量、感官指标等方面总体优于黄河水,但是由于长途输送导致的藻类形态数量和pH的变化对水厂原有工艺产生了一定影响。

　　 (2)根据Z市水厂运行经验,提出二氧化氯预氧化除藻以及更换铁盐混凝剂的相关建议,为南水北调受水区相关城市供水生产提供参考。

参考文献参考文献
[1] GB/T 5749-2006生活饮用水卫生标准

[2] 吕洪刚,欧阳二明,郑振华,等.三维荧光技术用于给水的水质测定.中国给水排水,2005,21(3):91~93

[3] Chen W.Fluorescence excitation-emission matrix regional integration to quantify spectra for dissolved organic matter.Environ Sci Technol,2003,37:5701~5710

[4] 王志红,崔福义.pH值和水温对残余铝的影响试验研究.广东工业大学学报,2003,20(3):71~75

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