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深圳市城市交通規(guī)劃設計研究中心股份有限公司 廣東 深圳 518002

南山水廠位于深圳市南山區(qū)，一二期總體規(guī)模為120萬m3/d，其中一期規(guī)模為20萬m3／d，于2008年12月正式建成投產(chǎn)；二期在建中，新增規(guī)模100萬m3/d，并新增一期20萬m3/d深度處理,預計2025年建成。建成后南山水廠除供給原一期服務范圍外，將與福田、寶安新安片區(qū)供水互聯(lián)互通，成為近期深圳市供水規(guī)模最大、服務范圍最廣的自來水廠。

1 概述

1.1 水源水質(zhì)

南山水廠的水源為混合原水，水源包括經(jīng)深圳水庫調(diào)蓄的東江引水、西麗水庫、鐵崗水庫。根據(jù)原水水質(zhì)檢測資料，深圳水庫、西麗水庫、鐵崗水庫水質(zhì)均為地表水Ⅲ類，表現(xiàn)低濁、高藻等水庫水特征[1]。

1.2 處理工藝

南山水廠采用預處理→強化常規(guī)處理→臭氧活性炭深度處理→消毒工藝。預處理采用臭氧（O3）+高錳酸鉀（PPC）復合氧化，強化常規(guī)處理為在常規(guī)處理的基礎上增投絮凝劑（PACl）、助凝劑（PAM）、熟石灰、粉末活性炭（PAC）。消毒工藝采用多點投氯法，消毒劑為液氯（Cl2）。工藝流程見圖1。

1.3 氣候條件

深圳位處中國東南沿海，屬南亞熱帶季風氣候，年降水量平均為1932.9mm。按氣象學劃分標準，及深圳市30年氣象記錄（1991~2020年）統(tǒng)計各季平均狀況，深圳市四季大致歸納為：2-3月為春天（10-22°C），4-10月為夏天（＞22°C），11-12月為秋天（10-22°C），1月為冬天（＜10°C）。本次分析以四季更替代替氣溫區(qū)間變化。

2 指標選定與分析

2.1 數(shù)據(jù)來源

深圳市水務局近年依據(jù)《生活飲用水衛(wèi)生標準》，在深圳市水務局官網(wǎng)統(tǒng)一向社會公布各供水企業(yè)水質(zhì)月檢檢測結(jié)果。本篇論文中所使用的出廠水水質(zhì)數(shù)據(jù)即出自深圳市水務局官網(wǎng)。

2.2 指標選定

造成渾濁度的懸浮物和憎水膠體通常為細菌、病毒和其他有毒有害物質(zhì)的載體。渾濁度作為感官性狀指標，不僅與居民用水感官相關，亦與用水安全存在相當程度上的關聯(lián)，渾濁度高低可直接反映水質(zhì)安全與否。分析指標首先選定渾濁度。

原水經(jīng)過“混凝-沉淀-過濾”為主體的處理流程后，無法全部殺滅病原微生物，消毒是生活飲用水安全的最后保障，《室外給水設計標準》規(guī)定,生活飲用水處理工藝流程中，必須設置消毒工藝。出廠水消毒劑剩余，包括少量Cl2、HOCl、OCl-，稱為游離性余氯（以下簡稱“游離氯”）。出廠水保留一定濃度的游離氯是抑制出廠水殘余病原微生物重新繁殖、控制二次污染的有效措施。同時，游離氯對提示管網(wǎng)存在二次污染與否具有重要意義，選定游離氯作為第二個分析指標。

混凝是處理工藝流程中非常重要的一環(huán)。影響混凝效果的因素較多，如水的物理、化學性質(zhì)，水中雜質(zhì)的物理、化學性質(zhì)，絮凝劑的選擇、反應器的選擇及其水力條件等。其中pH值與水、水中雜質(zhì)的性質(zhì)均有關聯(lián)，又是絮凝劑液態(tài)聚氯化鋁(PACl)一項重要指標[5]，本次分析將pH值作為第三個分析指標。

同時，降雨量、溫度對原水的水質(zhì)與水量、給水處理效果均有影響，對本次分析選取2020年4月至2022年4月的檢測結(jié)果，對照月均降雨量、季節(jié)變化，對其中的渾濁度、游離氯、pH值進行分析。

2.3 統(tǒng)計學分析

所有數(shù)據(jù)采用SPSS 23.0統(tǒng)計軟件包進行分析。數(shù)據(jù)比較用單樣本t 檢驗，單變量方差分析。單變量方差分析三類數(shù)據(jù)是否具統(tǒng)計學意義，并以渾濁度作為因變量，游離氯、pH作為協(xié)變量，月均降雨量作為隨機因子，分析渾濁度、游離氯、pH三者交互關系，以顯著性P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

表1 南山水廠出廠水渾濁度、游離氯、pH檢測結(jié)果（2020.04~2022.04）

統(tǒng)計分析結(jié)果顯示，渾濁度均值為0.110±0.016，F(xiàn)=1222.404，P=0.000；游離氯均值為0.660±0.065，F(xiàn)=2613.600，P=0.000；pH均值為3.744±3.674，F(xiàn)=25.968，P=0.000。三者數(shù)據(jù)均有顯著性差異，具統(tǒng)計學意義。渾濁度、游離氯、pH三者交互作用F=15.997，P=0.001，有顯著性差異，具統(tǒng)計學意義。

表2 渾濁度、游離氯、pH單樣本t檢驗結(jié)果

表3 渾濁度、游離氯、pH單變量方差分析結(jié)果

2.4 討論

出廠水中的游離氯、渾濁度、pH值檢測結(jié)果，參照月均降雨量、四季變化，同步關系見圖2。

2.4.1 單項分析

本次所取時間段游離氯平均值為0.66 mg/L，符合標準。2020.04~2022.01出廠水游離氯維持在0.6~0.7mg/L，2021年內(nèi)波動次數(shù)較多，2022.03~04升高至0.8mg/L，應與當年“平均氣溫歷史最高，階段性干旱重”，[4]原水水質(zhì)、水量情況較往年差別大，藥劑量多次調(diào)試有關。表現(xiàn)為春、秋季游離氯高，夏、冬季游離氯低。

本次所取時間段渾濁度平均值為0.11，符合標準。數(shù)據(jù)所示存在兩處高值，渾濁度達到0.14~0.15，均發(fā)生在夏季。其余月份均＜0.12。

pH值從2021.04開始公布。本次所取時間段平均值為7.2，符合標準。2021.04~2021.11期間約為7.0，2021.12~2022.04，出廠水pH維持在7.4。總體來說，春秋季節(jié)pH稍高，水質(zhì)偏堿，夏季pH為7，水質(zhì)呈中性。

2.4.2 交互關系

渾濁度夏季升高，秋冬春季相對穩(wěn)定。月均降雨量超過320mm時，渾濁度出現(xiàn)峰值，呈現(xiàn)與當月月均降雨量極強相關，達到0.13~0.15。pH值在有數(shù)據(jù)的2021年10月降低，與渾濁度呈反相關。根據(jù)黃萍對某水庫水質(zhì)的研究，[6]降雨量與原水水質(zhì)pH變化無對應關系。由此可推斷2021年10月pH值的變化源于降低原水渾濁度。

PACl水解反應過程是不斷產(chǎn)生H+的過程，反應式如下：[5]

H+的增加導致pH值不斷下降，為保證PACl的聚合度，保證絮凝效果，應加藥調(diào)節(jié)。

pH值是水中HOCl與OCl-的相對比例決定因素之一[7]。南山水廠選用的消毒劑液氯在水中同時發(fā)生Cl2水解、HOCl離解兩個反應，反應式如下：

HOCl的離解隨著H＋的積聚，反應左移，HOCl濃度增加。反之，如OH-增加，H+消耗增加，反應右移，HOCl濃度減小。Fukuzaki 等[8]研究表明，當pH 為7.5 的時候，有效氯中45%為次氯酸，pH 為6.5 時則95%為次氯酸。pH越高，起主要消毒作用的HOCl[9]越易離解為OCl-。當pH=7.54時，HOCl與OCl-大致相當。因此原水經(jīng)處理-消毒后如不加藥調(diào)節(jié)，pH值在 6.5~6.7之間，呈弱酸性[10]。

南山水廠pH調(diào)節(jié)劑采用熟石灰，當游離氯濃度高時，pH值也在高值。2022年3月，游離氯達到最高值0.8mg/L時，pH同時在最高值7.4。提高游離氯的濃度可弱化pH升高對HOCl濃度影響，避免降低管網(wǎng)內(nèi)消毒效能[11]。

3 結(jié)論

1、南山水廠現(xiàn)階段出廠水水質(zhì)較穩(wěn)定，各項指標滿足《生活飲用水衛(wèi)生標準》，其中渾濁度、游離氯、pH值存在一定交互關系，并受降雨量及季節(jié)變化影響。

2、二期建成后，南山水廠供水范圍增大，管網(wǎng)流程加長，現(xiàn)階段出廠水游離氯濃度處于標準限值（0.3~2.0mg/L）中等偏低段，應適當提高游離氯濃度，同時降低pH值，保障管網(wǎng)末端水質(zhì)安全。

3、建議針對原水風險建立預警機制，制定應急預案，結(jié)合管網(wǎng)末端檢測點水質(zhì)數(shù)據(jù)，利用正態(tài)分布原理確定不同等級的渾濁度、游離氯、pH預警值，以應對極端氣候、氣象等因素造成的原水水質(zhì)、水量變化對水處理系統(tǒng)的沖擊。