一般原水氨氮大于0.5 mg/L时选择化合氯消毒,如要采用游离氯消毒,过折点氨氯比一般需要1∶10,因而如原水氨氮0.5 mg/L就要加注5 mg/L氯,才能形成游离氯消毒,故一般不会选择这样的消毒工艺。

当原水耗氧量高时,说明水中微量有机物较多,如采用游离氯消毒,消毒副产物就会偏高或超标。如果原水耗氧量大于3 mg/L,夏天采用游离氯消毒,三卤甲烷就有可能超标,原水中加氨后采用化合氯消毒较合理。

总之,水厂消毒必须根据原水水质合理选择消毒工艺。

目前上海70%水厂使用长江陈行水库、青草沙水库的水作为原水,大部分水厂仍使用常规处理工艺,原水氨氮一般在0.1 mg/L以下,耗氧量2.0～2.5 mg/L,大部分老水厂清水库前没有消毒接触池,清水库停留时间也很短,研究消毒方式,重点在于确保微生物指标合格的情况下降低消毒副产物。主要是利用沉淀池1.5 h的停留时间,完成部分消毒,而新建、深度处理改造水厂均有消毒接触池,可以完成消毒。

根据长江水源特点,经过研究和试验,采用游离氯消毒、化合氯出厂的消毒工艺。游离氯消毒效果好,缺点是消毒副产物易偏高或超标,消毒副产物生成与游离氯浓度和温度均有密切关系。冬天水温10 ℃以下,沉淀池出口游离氯浓度0.5 mg/L,三卤甲烷总量可以控制在国标限值1/2以下,然后加0.2～0.3 mg/L氨,一般氯氨比控制在4∶1左右,出厂时调整到化合氯1.0 mg/L左右。夏天反应速度加快,沉淀池出口游离氯浓度一般只能控制在0.15 mg/L,满足消毒CT≥15情况下,同样加注0.2～0.3 mg/L氨,氯氨比也为4∶1左右,进清水库后调整出厂化合氯1.0 mg/L左右。出厂时以一氯胺为主,管网水中亚硝酸盐不会很快升高,如超过4∶1可能会产生二氯胺,导致异味。

深度处理活性炭后,小分子质量有机化合物大量减少,不会有较高三卤甲烷生成,但活性炭池后直接进清水库,这样有很大风险,因而深度处理水厂炭池后要有消毒接触池,一般有30 min接触时间,游离氯浓度0.5 mg/L,满足CT≥15,然后才进入水库。

表1～表4是2017年、2018年不同季节消毒副产物三卤甲烷控制情况(1～3月每月检测2次,7～9月每周检测1次)。

1～3月水温较低,反应速度也较慢,生成消毒副产物相对较少,因而水厂沉淀池出口游离氯浓度可以达0.5 mg/L,然后加0.2～0.3 mg/L氨,再加氯形成化合氯1.0 mg/L出厂。

7～9月气温、水温较高,消毒时氯与微量有机物反应速度大大加快,生成消毒副产物三卤甲烷速度也大大加快,因而沉淀池出口游离氯浓度控制在0.15 mg/L左右,满足消毒CT≥15,然后在滤池出口加0.2～0.3 mg/L氨,氯氨比控制在4∶1左右。

根据以上数据分析,夏天水温很高时,如控制好沉淀池出口游离余氯,出厂时再调整为化合氯,三卤甲烷最高值能控制在国标限值1/2以下,平均值也能控制在国标限值1/3以下。

深度处理水厂应建消毒接触池,满足消毒要求,三卤甲烷能控制在较低水平。一般深度处理水厂活性炭池出水直接进清水库,消毒效果不理想,清水库水位是根据用户需求变化,而且清水库有短路现象,因而利用清水库作为消毒接触池不妥当。和设计单位商定,在活性炭池下放置消毒接触池,一般停留30 min,因游离氯浓度控制在0.5 mg/L,30 min接触,可以做到CT≥15,经过生物活性炭后,水中小分子质量微量有机物大量减少,控制游离氯浓度高些,三卤甲烷也不会很高,一般是常规处理的1/2左右。2017～2018年深度处理水厂三卤甲烷(总量)情况见表5和表6。

A水厂3年前换过炭,B水厂炭使用7～8年,目前正在换炭,数据略高。表5和表6中数据监测频率1～3月每月检测2～3次; 4～12月每月检测4次。深度处理水厂均有消毒接触池,一般接触30 min以上,因而不论什么季节采用游离氯0.5 mg/L以上,消毒满足CT≥15要求,然后再加氨0.2～0.3 mg/L,基本氯氨比4∶1左右,出厂前再调整到1.0 mg/L化合氯出厂。由于深度处理水厂采用臭氧活性炭工艺,小分子质量有机物大量减少,即使游离氯浓度0.5 mg/L以上,消毒副产物三卤甲烷总量基本能控制在国标限值1/3以下,与常规处理水厂相比,三卤甲烷平均值减少40%左右。

表7是某水厂每月出厂水和对应管网末梢水三卤甲烷总量变化情况。采用游离氯消毒、化合氯出厂,在管网中三卤甲烷总量变化很小,1年平均值基本没有变化,说明化合氯出厂水在管网中消毒副产物三卤甲烷基本没有变化。

水厂一般化合氯出厂水在管网中消耗氯,氨就升高,遇到管网生物膜等还原物质,氨就会生成亚硝酸盐,一般氯氨比控制在4∶1左右,这样的混合余氯管网中亚硝酸盐生成的可能性较小(见表8和表9)。

管网水亚硝酸盐升高,说明管网水质不稳定。一般夏季、秋季管网亚硝酸盐升高程度与管网壁上生物膜有关。WHO第四版明确指出,如管网水中亚硝酸盐较长时间达到0.2 mg/L,说明管网水质不稳定,微生物复苏的可能较大,因而上海管网水质总体较稳定。上海市地方标准亚硝酸盐限值为0.15 mg/L,当管网水亚硝酸盐超过0.10 mg/L时就需要放水冲洗,加快该区域水体流动。

上海中心城区有15家水厂,主要出厂水管有36根,按要求每根出厂管每4 h检测1次菌落总数、总大肠菌群,每月出厂水样品6 480个,每年77 760个,近3年出厂水微生物指标均100%合格。

净水工艺消毒永远是第一位的,关系到饮用水安全问题,能阻止传染病通过水体传播,因而水厂应在消毒合格的情况下,尽可能降低消毒副产物。

上海中心城区厂外有54座泵站,其中水库泵站34座,库容约73万m³,增压泵站20座。原设计中水库泵站有补氯设施,但增压泵站并没有补氯设施,5年前要求所有增压泵站也要有补氯设施,这样管网微生物指标才有保障,也可以适当降低出厂余氯,管网余氯也能较平稳,同时也可以改善由于余氯偏高带来的口感问题。但目前大多数泵站有补氯设施,没有补氨设施,这样很难补氨,如氨降低,很有可能补氯后变成游离氯,投加量要很大,而且管网中余氯不稳定。目前,正在完善泵站补氨设施,要求补氯的同时补氨,并在所有增压水库泵站安装浊度、余氯在线检测仪表,使泵站出水余氯保持稳定。

中心城区有500多个采样点,供水企业按国标要求每月检测2次,市调度监测中心每月检测1次,年样品量6 000多个。表10为上海市供水监测中心检测数据。

上海要在确保微生物指标合格的情况下严格控制消毒副产物。目前正在采取精准加氯、出厂水余氯做直线等管理措施,提高管理水平。采用余氯中心度考核,如出厂水余氯0.9 mg/L中心度, 要求余氯在0.8～1.0 mg/L,目前95%都能在要求范围内。近3年来,管网水500多个采样点每个点余氯不能小于0.3 mg/L,因为上海二次供水仍有10多万个水箱,在水箱要停留2天时间,需确保进用户余氯不小于0.05 mg/L,目前基本能做到每月管网水余氯小于0.3 mg/L的仅有几个水样。同时,上海又在开展降低管网余氯,改善余氯带来的口感问题,2018年管网平均余氯0.85 mg/L,2019年起每年管网余氯降0.05 mg/L,至2021年上海管网平均余氯降至0.70 mg/L,因为余氯在0.70 mg/L以下,余氯带来的口感问题可以基本解决。在确保微生物指标合格的情况下,合理选择消毒工艺,严格控制消毒副产物,精准确加氯,降低出厂水余氯,采用管网补氯平稳管网余氯、改善余氯带来的口感等问题,是一个系统工作,只有精细管理、提高管理水平,才能做好这些工作,确保供水水质更安全。