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699net必赢:供水企业如何做好原水水质风险预警的感知层建设?

2020-11-12 15:11作者:699net必赢 来源:水务加作者:699net必赢科技 

导语


供水企业的智慧化建设工作中,不可避免涉及智慧决策模块。其中水质风险是该模块的重点关注问题。如何做好原水水质风险预警的感知?需要了解以下两个核心工艺技术问题:

  1. 哪些指标持续上升易引发水质问题?

  2. 不同风险指标,现行常用检测方式和检测能力如何?

风险预警建立的技术逻辑

生活饮用水卫生标准GB5749-2006中,对出厂水106项指标进行了限值要求。哪些指标持续上升易引发水质问题,是建立水质风险预警机制的核心问题。

风险指标的筛选需要通过全面深入分析所在地多年原水、出厂水及管网水水质数据,结合水质日常监测情况,提取重要水质指标的预警指导值。

结合不同指标现行的检测方式和检测能力,制定多级监测频率。在此基础上,确定水质出现风险时的相应监测方案和针对性解决措施。

风险预警建立的指标

01

浊度

浊度是一个综合性水质指标,与水的外观、色、嗅和味等其他水质指标紧密相关。

作为净水厂处理的主要对象之一,浊度是一种广泛用于控制和监测水处理厂运行中颗粒物去除率的替代参数,其波动对水厂的生产会造成较大的冲击。因此,建议将浊度作为原水水质波动风险的预警指标。

原水浊度波动可能主要受降雨和水源的影响,季节性泄洪或调配也会造成影响。

降雨导致水中大量的泥沙翻滚,使原水浊度明显升高;水库水源的水相对较为静态和稳定,浊度比较稳定,值较低;而河流水源的水一般不太稳定且处于流动状态,浊度变化相对较大。

不同水厂的水源地类型,呈现不同变化规律。

比如河流性水源地、水库型水源地会呈现出不同的变化范围。不同供水企业应当根据水源地三年内监测结果,确定浊度的常规范围。

以深圳某水库型水源地为例,常规范围与河流型有显著不同:水库水源小于30NTU;河流水源低于100NTU。与此对应出水的浊度均符合国家标准,这说明水厂的现行的工艺和参数基本是与原水相适应的。

因此,浊度作为预警指标时,需根据历史数据分析出常规范围。然后根据出水质量,判断现行工艺应对水质波动的能力。进而确定预警限值。

图1a 某水库水源的原水浊度变化示例

图1b 某河流水源水厂的原水水浊度变化示例

浊度的检测目前市场上有成熟的在线检测装置,也有成熟的手持便携式检测装置,装置配件损耗少,综合来讲,此指标的检测难度和成本较低,建议供水企业创造条件,保持较高监测频率。

02

pH

pH值反映水的酸碱性,pH过低的水具有腐蚀性和侵蚀性,会造成管网锈蚀,水质发黄,另外pH超出一定范围也会对人体健康产生影响,对水质处理工艺运行效果有显著影响。

因此,水的pH必须控制在合理的范围内,国家标准为6-9,根据水质处理工艺效果的要求,需要进行阶段性必要调控。

pH在混凝、消毒等水处理工艺中是一个重要的控制因素,比如pH会影响混凝沉淀中胶体和藻类的电荷,控制水中化学反应动力学;决定混凝剂的水解速度和水解产物类型、浓度和电荷;控制金属氢氧化物沉淀在水中的溶解度等。

不同反应对pH的要求是有差异的,同时化学反应的结果又会一定程度的改变pH值。

因此,pH需要在一个比较平衡的范围,才不会对工艺过程产生显著的影响,一般认为,原水pH在6.5-8.5之间时,工艺不需要做太大调整。

图2a是深圳多个水厂的历史原水pH值的情况。

图2a 某多水厂原水pH变化示例

各水厂原水pH基本在6.5-7.5间,平均pH值为7.07,最大值为8.65;出水的pH为7.0-8.0,弱碱性。

各供水企业应对水厂原水历史数据进行相似分析,以提取常见范围,评估工艺运行效率。

图2b 某多水厂出水pH变化示例

pH的检测难度和成本与浊度情况类似,且对多个工艺运行效果有显著影响,建议供水企业创造条件,保持较高监测频率。

03

嗅味

嗅味是人类最能直接感受得到的饮用水水质指标之一,也是用户敏感的感官指标之一。

水中嗅味问题异常复杂,嗅味来源物质多样,嗅味种类往往也差别较大。

图3是深圳历史上多个水厂检测出的原水嗅味情况。

图3 多水厂原水嗅味变化情况

从图中看出,嗅味是长期以来原水一直存在的水质现象,而且异常嗅味等级从0到3均有一定频率地出现。当嗅味等级达到3时,用户会有较多关注。且普通的工艺难以控制达标,属于防控措施较复杂的指标。

由于嗅味是感官性指标,检测存在个体感知差异,同时却是用户较敏感的水质指标。

市面上暂无机械性定量检测工具,需要建立专业检测人员团队实施检测。检测方法的专业程度能将检测人员的主观误差保持较低水平。

建议供水企业视能力范围,以用户体验为导向,尽量提高监测频率。

04

溶解氧

水的溶解氧与受污染程度密切相关,当水体受到有机物污染,耗氧严重,溶解氧得不到及时补充,水中有机物会发生腐败而使水体变黑、发臭,从而产生色度和嗅味异常的问题。

另外溶解氧也会影响铁、锰去除效果,当溶解氧偏低时,铁、锰去除率降低,存在铁、锰超标风险。

图4是深圳历史上多个水厂的溶解氧情况,基本在5-10mg/L之间变动,当溶解氧低于5mg/L时,水体受到的污染应予以关注。

图4 某多水厂原水溶解氧变化示例

此指标的检测方法为化学氧化法,市面上也存在成熟的便携式检测工具。建议企业保持较高监测频率。

05

氨氮

水中的氨氮主要来源于生活污水中含氮有机物的初始污染,受微生物作用,可分解成亚硝酸盐氮,继续分解最终成为硝酸盐氮。

水中的亚硝酸盐氮过高,饮用此水将和蛋白质结合形成亚硝胺,是一种强致癌物质,长期饮用对身体极为不利。

此外,氨氮的高低会对氯消毒工艺产生影响(加氯量和加氯点),操作不当会引起消毒副产物的问题。

图5表示了多水厂原水氨氮的示例,水厂原水氨氮含量大部分时候在0.05-0.35mg/L之间变动,偶有受到生活污水的污染的风险,但总体仍在水厂处理可控范围之内。

图5 多水厂原水氨氮变化示例

因此,根据水源地水质情况,以地表水Ⅱ类标准0.5mg/L建立氨氮突变水质的预警和应急调控。当氨氮超过该值时,应调整工艺,保证出水水质。

此指标的检测一般使用分光光度法,需要购置分光光度计和专用化学检测药剂,并由专业检测人员进行检测。

06

高锰酸盐指数(CODMn)

高锰酸盐指数反映了水受有机物污染的程度。

水体中的耗氧有机物来源较多,排放量大,是一种普遍性的污染。耗氧有机物一般不具有毒性,且易为微生物所利用分解。

但这类有机物在氧化分解时会消耗水体中大量的溶解氧从而引起水质的恶化,破坏水体功能;水中耗氧有机物的分解常常释放出营养物质——氮、磷、硫等,引起水体中藻类的大量繁殖,容易引起水体的富营养化。

图6分别为原水和处理出水的高锰酸盐指数情况。从数据看出,原水的CODMn一般在1-3mg/L之间,去除率为20%-65%。

图6a 原水高锰酸盐指数示例

图6b 相应去除率

虽然出水CODMn始终<3mg/L,符合国家生活饮用水标准。但应看到,水厂常规处理工艺对CODMn去除率有限,现有工艺很难满足饮用水处理要求。

因此,此案例中CODMn应作为水厂原水水质突变的预警指标,预警值为小于3mg/L。“一厂一策”,供水企业需要根据历史原水及出水水质情况,评估原水水质风险及现行工艺处理能力。

此指标的检测一般使用化学滴定法,所需购置的仪器和药剂成本低,但需要专业检测人员进行操作。建议企业保持一定的监测频率。

07

总锰

锰易引发“黄水”问题,导致用户投诉。水源为地表水的,总锰含量相对不高,但易出现季节性变化。地下水则相应较高。

图7为深圳历史多水厂的原水和总锰去除率情况。

图7a 原水总锰变化情况

图7b 总锰去除率

从图中看出,原水总锰含量一般都小于0.1mg/L,但也存在大于0.2mg/L的情况;锰去除率为40%-90%,出厂水含量一般小于0.02mg/L,低于饮用水卫生标准中对锰的要求(低于0.1mg/L)。

根据我司原水正常锰含量范围,原水总锰预警值定为小于0.2mg/L。“一厂一策”,供水企业需要根据历史原水及出水水质情况,评估原水水质风险及现行工艺处理能力。

此指标的检测可采用原子分光光度法或化学分光光度法,需购置对应仪器和药剂,对专业检测人员的操作水平要求较高。

在线监测仪器的检出限值较高,需要进行比对和仪器维护。建议企业保持一定的监测频率。

08

2-MIB(二甲基异茨醇)和土臭素(二甲基萘烷醇)

MIB和土臭素是饮用水中的最为普遍的致嗅物质,是一种由地表水中蓝藻(蓝绿藻)和放线菌(细菌)产生的一种天然萜烯醇化合物。

在水中的溶解度不高,是微极性脂溶性化合物。

它们在室温下呈半挥发性,在含量低时分别为霉味和土臭味,人的嗅觉对其极为敏感,嗅阈值仅为ng级别。

因此,2-MIB和土臭素经常成为研究关注的对象。

研究表明,传统的工艺对于2-MIB和土臭素的去除虽有部分效果,但并不理想(仅达到50%),还需依赖其他深度处理工艺。

研究显示,人类嗅觉对土臭素感知浓度为30ng/L。

其检测方法一般需要使用GC-MS仪器,所需仪器成本较高,对检测操作人员的专业程度要求也较高。建议企业视能力范围进行外委检测。

09

藻类

南方湿热气候,每年的4、5月和7、8月份都会发生水源藻类大量繁殖的情况。由于藻类爆发会引起一些问题:

(1)部分藻类分解或腐烂时会产生异嗅物质,比如土臭素、二甲基异莰醇等;

(2)藻类及其可溶性代谢产物是Ames试验氯化致突变前体物;

(3)增加预氧化剂、混凝剂及消毒剂的投加量;

(4)藻细胞密度过高,或某些具有聚集性能的藻类会引起滤池严重堵塞,严重影响水厂的供水能力。

引起滤池堵塞的藻类以硅藻为主,由于硅藻有坚硬的外壳,不能被一般的氧化剂灭活和破坏,在滤池表面不断积累后,形成一层厚厚的毯状物覆盖在滤池表面。导致滤池堵塞的硅藻一般没有产毒素能力。

(5)微囊藻、鱼腥藻等蓝藻在腐烂或分解时,会产生毒性很强的藻毒素。我国现行的饮用水水质标准规定,藻毒素含量不能超过10μg/L。北方地区季节性变化明显。

藻类主要是通过增加水处理难度间接影响其它水质指标,因此将其列入预警指标。当超过1×107个/L时易出现水质问题,因此,预警指导值定为不大于1×107个/L。

深圳历史原水藻类基本低于1×107个/L,如图9所示。

图9 原水藻类变化示例

10

桡足类浮游动物

国内外大量研究发现浮游动物体表和体内含有大量的细菌等病原体,由于其生命顽强,且有游动性,易穿过水处理工艺设施进入城市管网,对饮用水安全构成了潜在威胁。

剑水蚤为代表的桡足类浮游动物具有坚硬的甲壳,抗氧化性强。较大的剑水蚤肉眼可见,似白色肉虫,其在饮用水中出现,给用户的感官印象非常差,而且剑水蚤类浮游动物是血吸虫等致病生物的中间宿主,是疾病传播的途径之一,会给饮用水安全带来潜在威胁。

剑水蚤繁殖能力强,游动性大,容易穿透滤池进入管网;它还具有较强的抗氧化性,常规水处理的消毒工艺难以将其杀灭。

以往,以剑水蚤为代表的桡足类浮游动物已在许多城市水源特别是水库、湖泊类水源水中出现。

剑水蚤等在常规给水处理工艺过程还可能发生二次繁殖,使得出厂水的剑水蚤增加。主要原因可能有:

(1)当残余剑水蚤流人沉淀池后,会随形成的絮凝体沉淀下来,但在排泥周期较长情况下,污泥沉积区为沉降下来的剑水蚤提供了良好的生活场所,剑水蚤得以大量繁殖,并游动到上部清水层,使沉淀池出水剑水蚤增加。

(2)在过滤过程中,剑水蚤由于其个体较大一般会被滤池截留,但滤料为截留的剑水蚤提供了良好的栖息场所,使剑水蚤得以增殖,增殖的蚤卵或幼虫有堵塞滤池甚至穿透滤料可能,滤池反冲洗水废水再次回流进水处理系统中,也会使滤池中剑水蚤富集。

由于以剑水蚤为代表的桡足类浮游动物的这种二次繁殖的能力,我们需要对水厂原水进行充分的预防和监控,一般认为,当发现桡足类(数量超过1000个/100L),应启动预警机制,调整工艺应对。

此指标的检测需要对取样点进行挂网,肉眼检测即可。且用户敏感度高,因此建议企业保持较高监测频率。


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作者:699net必赢 来源:水务加


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