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一、供水水质现状问题
中国供水水质面临着从“源头"到“龙头"的多重挑战,主要包括水源污染、净水处理工艺不足、管网二次污染及区域性差异等问题。
1. 水源受到污染
水源地是水厂供水的源头,随着社会经济的发展,当前水源地面临工业点源污染、农业面源污染、生活污染源、内源污染等众多污染源。
1) 工业点源污染
主要来自矿山开采、金属加工、化工、印染、电子等企业废水排放,代表的有害组分包括重金属 (如 Cd, Cr, As, Hg, Pb)、化学需氧量 (COD)、持久性有机物等
2) 农业面源污染
主要来自化肥、农药过量使用,水土流失,农田径流,产生代表的有害组分包括总氮 (TN)、总磷 (TP)、氨氮 (NH₃-N)、硝酸盐、农药残留等。
3) 生活污染源
主要来自城镇生活污水、农村分散生活污水、生活垃圾淋滤液、餐饮旅游业等经营和日常活动中,产生代表的有害组分包括总氮 (TN)、总磷 (TP)、氨氮 (NH₃-N)、硝酸盐、农药残留
4) 内源污染
季节性的藻类爆发,例如蓝藻(如微囊藻)在富营养化水体中大量繁殖时会产生藻毒素(如微囊藻毒素),具有肝毒性,严重威胁饮用水安全。
2. 净水处理工艺不足
传统水厂的工艺核心仍然停留在数十年前的“混凝-沉淀-过滤-消毒"(俗称“老四样")常规处理阶段,这套工艺是为处理相对清洁的常规水源(如未受污染的江河湖库)而设计的。面对当前严峻的水源污染和更高的水质标准,这套传统工艺显得力不从心。具体表现在
1)对新兴污染物去除能力有限,传统工艺主要针对悬浮物、胶体、细菌和部分有机物,但对于水源中日益增加的微量、难降解的新兴污染物,去除效率很低。
2)过度依赖氯消毒及其副产物风险,氯消毒成本低、效果可靠,能保证管网末梢的余氯含量以防止细菌再生,但这也带来了具有“三致"风险(致癌、致畸、致突变)的消毒副产物(DBPs),另外过量氯消毒会导致自来水有明显的“氯味"或“漂白粉味",影响口感和用户体验。
3)当水源水质发生突然恶化时,例如水源地发生突发性污染事故(如化学品泄漏)、季节性藻类爆发(带来藻毒素和嗅味问题)、暴雨带来的高浊度水等。传统工艺的参数(如混凝剂投加量)是基于常规水质设定的,自动化程度不高。面对突发情况,调整滞后,往往导致一段时间内出水水质超标,甚至不得不被迫停产,威胁供水安全。
3. 供水管网二次污染
供水厂出水后要进入供水管网和二次供水设施(水箱、水泵)最终 到达用户水龙头。当前供水管网的二次污染情况严重,主要现象包括
1)管道材质老化,许多城市大量使用铸铁管、镀锌钢管,多年使用后,内壁发生腐蚀和结垢,形成的铁锈是水垢和铁细菌沉积物,最终导致供水污浊、金属超标和细菌超标
2)二次供水设施管理不善,二次供水设施中的水箱和水池存在密封不严(进入灰尘、昆虫)、排气孔无防护、长期不清洗消毒(法规要求至少每半年一次),就会成为泥沙堆积、细菌滋生。
3)当当水泵开启/关闭、阀门操作、消防用水时,管网中的水流方向和速度会突然改变,产生巨大的剪切力,冲刷并剥离管道内壁的锈垢和生物膜,导致短时间内“黄水"、“黑水"现象。
4. 区域性水质问题
中国不同地区的水质问题各有特点,不同的区域的净水工艺并没有根据原水特点采取相应的措施。例如华北地区的地下水超采严重,水质常呈现高硬度和高硝酸盐的“双高"特征,长三角地区的工业密集,水源面临重金属污染和有机污染的双重压力,珠三角地区,检出多种抗生素残留及“鸡尾酒式
二、供水全流程水质检测标准
原水可能受到意外或故意的污染,也可能因天气变化或季节更替而受到影响。对进水水质进行监测,有助于预测处理工艺所需的变化,以应对风暴、藻类大量繁殖、工业排放、化学品泄漏、污水泄漏以及其他自然或人为事件。通过有效监测有机物和无机物来来降低运营成本,比如电费、化学药剂费和污泥处理费。保持混凝剂的正确投加量以及相应的 pH 值调整。检测诸如总有机碳(TOC)、TOC 分析仪、碳分析仪、水中的细菌和异养菌等参数。
原水的水源主要包括地下水、地表水两类
GB/T14848—2017《地下水质量标准》规定了I-V共5类水质,其中I-III类水适用于作为集中式生活饮用水水源。IV类水经过适当处理后可做生活饮用水
对地下水进行监测,以检查其中是否存在有害污染物,并进行消毒处理。对水源进行监测能够帮助净水设施优化处理流程,并有效应对各种不确定性,从而有助于降低运营成本并提高饮用水质量。地下水的监测指标如表所示
表2.1 地下水水源监测参数一览
GB/T14848—2017III类限值 | GB/T14848—2017IV类限值 |
≤15度 | ≤15 |
≤3.0mg/L | ≤10.0 mg/L |
6.5≤pH≤8.5 | 5.5≤pH≤9. |
≤3NTU | ≤10NTU |
≤0.50 mg/L | ≤1.50 mg/L |
≤450 mg/L | ≤650 mg/L |
≤1000 mg/L | ≤2000 mg/L |
≤0.3 mg/L | ≤2.0 mg/L |
≤0.10 mg/L | ≤1.5 mg/L |
≤1.0 mg/L | ≤2.0 mg/L |
≤20.0 mg/L | ≤30.0 mg/L |
≤1.00 | ≤4.80 mg/L |
≤250 | ≤350 mg/L |
GB3838—2002《地表水质量标准》规定了I-V共5类水质,其中I-III类水适用于作为集中式生活饮用水水源。
由于地表水会受到自然和人为因素的影响,因此其更容易受到各种污染物质的侵袭,其中包括那些会导致消毒副产物形成的有机物质。通过分析测试,通过对地表水只的在线监测,根据您特定的水源情况确定最佳的消毒策略,根据水源状况实时控制处理过程,建立用于追踪消毒副产物去除情况的基准,优化混凝/絮凝过程。
表2.2 地表水质量标准一览
检测参数 | GB5794-2022《生活应用水卫生标准》适合做生活饮用水源的限值 |
pH值 | 6-9 |
溶解氧 | ≤6 mg/L |
高锰酸盐指数 | ≤10 mg/L |
COD | ≤20 mg/L |
氨氮 | ≤1.0 mg/L |
总磷 | ≤0.2 mg/L |
总氮 | ≤1.0 mg/L |
总硬度 | ≤450 mg/L |
铁 | ≤0.3 mg/L |
锰 | ≤0.1 mg/L |
氯化物 | ≤250 mg/L |
硫酸盐 | ≤250 mg/L |
硝酸盐 | ≤10 mg/L |
供水厂的净水工艺过程为“混凝→沉淀→过滤→消毒→出水"等过程,如下下图所示。GB5794-2022《生活应用水卫生标准》规定了97项检测指标,其中包括43项常规指标和54项扩展指标。常见在线监测指标如表所示
表2.3 供水水质质量标准
检测参数 | GB/T14848—2017III类出厂水质限值 |
pH值 | 6.5-8.5 |
浊度 | ≤1NTU |
氨(以N计) | 0.5 mg/L |
高锰酸盐指数(以O2计) | ≤3 mg/L |
TDS | ≤1000 mg/L |
总硬度(以CaCO3计) | ≤450 mg/L |
铝 | ≤0.2 mg/L |
游离氯 | 2 mg/L≥出厂水余量≥0.3mg/L 2 mg/L≥末梢水余量≥0.05mg/L |
总氯 | 3 mg/L≥出厂水余量≥0.5mg/L 3mg/L≥末梢水余量≥0.05mg/L |
臭氧 | 0.3 mg/L≥出厂水余量≥0.5mg/L 0.3mg/L≥末梢水余量≥0.02mg/L |
二氧化氯 | 0.8 mg/L≥出厂水余量≥0.1mg/L 0.8mg/L≥末梢水余量≥0.02mg/L |
铁 | ≤0.3 mg/L |
锰 | ≤0.1 mg/L |
氯化物 | ≤250 mg/L |
硫酸盐 | ≤250 mg/L |
硝酸盐 | ≤10 mg/L |
供水工艺段的水质监测需求分别如表2.4所示、2.5所示
表2.4 工艺段水质监测需求
工艺名称 /水质参数 | 取水 | 混凝沉淀 | 过滤 | 消毒 | 出厂 |
氨 | ○ | ○ | ● | ● | ● |
氯 | ○ | ○ | ● | ● | ● |
电导率 | ● | ● | ● | ● | ● |
溶解氧 | ● | ● | ● | ● | ● |
氟化物 | ○ | ○ | ● | ● | ● |
硝酸盐 | ○ | ○ | ○ | ||
臭氧 | ○ | ○ | ● | ● | ● |
pH | ● | ● | ● | ● | ● |
磷酸盐 | ○ | ○ | ● | ● | ● |
ORP | ● | ● | ● | ● | ● |
SAC254 | ○ | ● | ● | ● | ● |
浊度 | ● | ● | ● | ● | ● |
表2.5 工艺段水质监测需求
工艺名称 /水质参数 | 取水 | 混凝沉淀 | 过滤 | 消毒 | 出厂 |
铁 | ● | ● | |||
锰 | ● | ● | |||
铝 | ● | ||||
氨 | |||||
氯 | |||||
总硬度 | ● | ● | |||
臭氧 | ● | ||||
余氯 | ● | ● | |||
二氧化氯 | ● | ● | |||
电导率 | ● | ● | |||
溶解氧 | |||||
氟化物 | |||||
硝酸盐 | ● | ● | |||
磷酸盐 | ● | ● | |||
pH | ● | ● | ● | ● | |
悬浮物 | |||||
TOC | |||||
ORP | |||||
SAC254 | ● | ● | ● | ● | |
浊度 | ● | ● | ● | ● | ● |
根据CJJT271-2017城镇供水水质在线监测技术标准
监测位置 /水质参数 | 供水干管 | 供水交汇区域 | 加压泵站 |
pH | ● | ● | ● |
电导率 | ● | ● | ● |
浊度 | ● | ● | ● |
色度 | ● | ● | ● |
消毒剂余氯 | ● | ● | ● |