两种水源的水质及其混凝效果对比

两种水源的水质及其混凝效果对比
陈蓓蓓;王绍祥
【摘要】Based on the qualities of raw water from the Yangtze River and Huangpu River,comparative analysis of qualities of raw water from the two sources was conducted for several water quality indexes including ammonia nitrogen and CODMn after coagulating sedimentation and effects of temperature on coagulation of turbidity,ammonia nitrogen and CODMn.The results showed that turbidity,ammonia nitrogen and CODMn of the raw water from Huangpu River were generally higher than that from the Yangtze River,but pH of the former was lower than the latter.After coagulation treatment,the proportional rate reached discharge standard of ammonia nitrogen and CODMn of Yangtze raw water was higher than that from Huangpu River raw water.There was a tendency that the removal rates of turbidity,ammonia nitrogen and CODMn from the two sources increased with water temperature.If the raw waters from the two sources need to be mixed to treat,to ensure the treated water quality,mixture ratio of raw water from Huangpu River to that from Yangtze River should not be less than 2∶8.%针对一年中长江原水和黄浦江原水的水质情况,进行了两种原水几种水质指标的对比分析,混凝沉淀后两种原水氨氮和CODMn的达标情况对比,以及不同水温对于两大原水浊度、氨氮和CODMn混凝效果的影响。

结果表明,黄浦江原水的浊度、氨氮和CODMn一般比长江原水高,pH比长江原水低,经过混凝沉淀处理后长江原水氨氮和CODMn的达标率比黄浦江原水高,两种原水的浊度、氨氮
和CODMn的去除率随水温的升高有增大的趋势,若两种原水进行混合,为保证其处理后水质达标,则黄浦江和长江原水的配比最好不能超过2∶8。

【期刊名称】《四川环境》
【年(卷),期】2011(030)005
【总页数】6页(P29-34)
【关键词】黄浦江水源;长江水源;浊度;氨氮;CODMn;混凝沉淀;水温
【作者】陈蓓蓓;王绍祥
【作者单位】上海城投原水有限公司,上海200050;上海城投原水有限公司,上海200050
【正文语种】中文
【中图分类】X522
1 前言
自20世纪80年代以来，上海以开发利用黄浦江上游水源为主。

由于黄浦江处于太湖流域的下游，为敞开式河道直接取水，受上游污染影响，水质较差且具有不稳定性。

所以，上海市取水水源的重心已从黄浦江水源向长江水源转移，形成“两江并举，三足鼎立”的供应格局［1］。

上海市新开辟的青草沙水源地位于长江口南支南北港分流口下游长兴岛西北侧水域，根据20世纪90年代长江口有关水域和青草沙水域长期全面系统的水质监测及其评价结果，并通过2004年对青草沙水域主要水质指标取样分析验证，青草沙水域水质总体上属Ⅱ类［2］。

但是由于青草沙水源地所处水域水动力条件十分复杂，并且长江口水质变化、咸潮入侵以及河势
演变等影响水库取水可靠性的因素较多，青草沙水源地也存在一些水质方面的问题，因此有必要针对这两大水源地的水质特点进行一定的分析。

2 材料与方法
2.1 试验材料与设备
本试验采用传统的混凝沉淀烧杯试验，TA6-1型程控混凝试验搅拌仪 (武汉恒岭科技有限公司)。

将水样置于搅拌仪上，在300r/min的转速下快速混合1min，然后在130r/min的转速下搅拌2min，85r/min下搅拌3min，45r/min下搅拌6min，最后静置30min，取上层清液进行分析。

试验采用水厂常见的混凝剂:硫酸铝 (比
重ρ=1.34g/mL，氧化铝含量8.06%)。

2.2 测试方法与仪器
主要测试指标为浊度、氨氮、CODMn、pH值。

测试方法如下:CODMn测定采用GB/T5750.7-2006酸性高锰酸钾滴定法，电热恒温水浴锅 (上海精宏实验设备有
限公司)加热;浊度:HACH 2100AN浊度仪;氨氮:721分光光度计，上海蒲光显微镜仪器有限公司;pH值:雷磁PHS-3C精密pH计。

3 结果与分析
3.1 两种水源常规指标的对比
本试验的黄浦江原水均取自黄浦江上游，长江原水均取自青草沙水域的中央沙水库。

水样的采集均按照地表水采样方法进行，采样点的地理位置见图1。

试验周期从2009年11月底开始至2010年10月结束，期间跨越了冬、春、夏、秋四季，平均每月采水2到3次，水样具有一定的代表性。

从以往两大水源的历史数据来看，对混凝效果有影响且差别较为显著的水质指标是浊度、pH、氨氮、CODMn，因
此本试验主要着重从这几项指标入手展开研究。

试验期间黄浦江和长江原水的浊度见图2。

图1 两种水源的采样点Fig.1 Sampling sites of two water sources
图2 试验期间黄浦江和长江原水的浊度Fig.2 Turbidity of raw waters from Huangpu River and Yangtze during the test
由图2可见，在整个试验周期中，冬春季黄浦江原水浊度较高，平均浊度为
36.8NTU，长江原水浊度较低，平均为7.2NTU。

其原因是长江原水取自中央沙水库，其在水库内有一定的停留时间，水库相当于一个巨大的天然沉淀池，长江原水经此预沉淀过程后，其浊度总体上比潮汐流的黄浦江原水低。

不过随着夏季的来临，特别是在进入高藻期之后，长江原水浊度逐步升高，平均升至21.5NTU，而黄浦
江原水由于受上游来水量的影响，包括灌溉用水以及雨水等作用，其浊度显著降低［3］，平均降低至26.4NTU。

图3 试验期间黄浦江和长江原水的pHFig.3 pH of raw waters from Huangpu River and Yangtze during the test
pH值用来表示水中酸、碱的强度，是水分析中最重要和最经常进行的项目之一，是评价水质的一个重要指标。

试验期间黄浦江和长江原水的pH值见图3。

从图3可看出，黄浦江水的pH值全年均比长江水低，两者的年平均值分别为7.5和8.2，并且pH值无明显季节性变化。

图4 试验期间黄浦江和长江原水的氨氮及其分类Fig.4 Ammonia nitrogen and quality level of raw waters from Huangpu River and Yangtze during the
test
黄浦江原水的氨氮随季节性变化比较明显，冬季氨氮较高，2009年12月至次年
3月氨氮的平均值达到1.75mg/L，随着天气转暖，黄浦江水的氨氮也随之降低，从5月份开始氨氮值降到0.5mg/L左右，见图4。

按照地表水环境质量标准
GB3838-2002中的规定，本年度所测得的黄浦江原水的氨氮73.3%在Ⅲ类～Ⅴ类及劣Ⅴ类。

长江原水的氨氮一直都较低，全年来看基本不超过0.5mg/L，本年度
所测得的长江原水的氨氮90%处于地表水Ⅰ～Ⅱ类。

原水中较高的氨氮浓度预示着水体遭到新的污染，氨氮的存在使氯消毒剂投量提高，而大量的氯气与水中有机物反应会产生消毒副产物和不良嗅味，若得不到有效去除，存在于饮用水中的氨氮可导致管网末梢的亚硝酸盐问题和嗅味问题［4］。

试验期间黄浦江和长江原水的CODMn及其分类见图5。

图5 试验期间黄浦江和长江原水的CODMn及其分类Fig.5 CODMnconcentration and quality level of raw waters from Huangpu River and Yangtze during the test
高锰酸盐指数CODMn常被作为水体受还原性有机物质污染程度的综合指标。

从
图5可看出黄浦江原水的CODMn全年在5.0～7.2mg/L之间，无明显的季节性
变化，按照地表水环境质量标准GB3838-2002中的规定，本年度试验所测的黄浦江原水的CODMn浓度100%在Ⅲ类～Ⅳ类之间。

长江原水的CODMn在冬春季节比黄浦江原水低，2009年12月至次年5月平均仅为3.6mg/L，从6月份开始，CODMn明显升高，6～10月的平均值为5.8mg/L，全年的CODMn最大值出现在夏季，秋季次之。

长江原水的CODMn在夏秋季节升高的主要原因是中央沙库
区港汊纵横，外界原水从水库底层进入库区，取水条件很差，水质受到影响，同时水体自身存在着富营养化的现象。

总体看来本年度试验所测的长江原水CODMn
浓度90%在Ⅱ类～Ⅲ类之间。

水中亚铁及亚硝酸盐等占耗氧量的份额很少，而由于地质的原因进入水体的腐殖酸则占耗氧量份额较多，粪便及生活污水、工业废水对水体的污染也是耗氧量增加的重要原因，为此耗氧量是水质受有机物污染的重要指标之一，耗氧量具有重大的卫生学意义［5］。

3.2 混凝剂最佳投加量下两种原水氨氮和CODMn的处理情况
黄浦江原水的氨氮存在着枯水期污染较为严重，丰水期浓度下降的情况。

混凝沉淀虽然对氨氮有一定的去除作用，但是效果有限。

如图6所示，本年度的试验中，
只有36.7%的黄浦江原水经过混凝沉淀后氨氮能够达标。

上海市以黄浦江为水源
的各大水厂对处理较高浓度的氨氮已有一定的经验，比如采用生物预处理、臭氧生物活性炭等方法等。

造成氨氮浓度过高的根本原因是由于城市人口集中和城市污水处理能力相对不力，以及农业生产大量使用化学废料，使地表水体中的氨氮达到了较高的浓度。

解决饮用水中氨氮污染的根本方法是控制水源的污染。

由于长江水在一年中氨氮浓度一直较低，几乎不超过0.5mg/L，经过混凝沉淀的
去除作用后，氨氮的浓度进一步降低，其值在0～0.43mg/L之间，完全符合生活饮用水卫生标准GB5749-2006的要求，因此可以认为单纯使用长江水作为原水进行生产时，氨氮这一项可以达标。

图6 两种原水经混凝沉淀后的氨氮和CODMnFig.6 Ammonia nitrogen and CODMnin the waters from the two sources after coagulating sedimentation
黄浦江原水的CODMn的问题一直较为严重，全年都处在较高的水平，见图6。

本年度试验中其CODMn经混凝沉淀后的达标率仅为3.3%。

有研究表明黄浦江水源耗氧量平均在6mg/L左右，由于大部分是相对分子质量在1000以下的溶解性
小分子有机化合物，目前的常规处理工艺很难去除［6］。

因而出厂水耗氧量基本在3～4mg/L，难以达到国家标准，这与本试验研究结果较为一致。

长江原水的CODMn在一年中的夏秋季节存在明显超标的现象，虽然冬春季节的CODMn浓度较低，经过混凝沉淀后浓度可以达到国标中规定的3mg/L的要求，但是夏秋季节由于中央沙取水条件的限制致使CODMn大幅度升高，其经过处理
后的浓度也不能达标，本年度长江原水CODMn经混凝沉淀后的达标率为80%。

因此在使用长江水作为原水进行生产时，也要注意防范CODMn突发升高的情况，以便采取必要的应急措施，比如粉末活性炭的投加等手段。

3.3 温度对混凝沉淀的影响
两水源水温冬春两季温度较低，夏秋季较高，这在一定程度上会对混凝沉淀效果产生影响。

理论上低温会造成水的粘度上升，阻碍混凝剂的扩散和絮体沉降，而且会影响水解动力学平衡，降低离子积常数从而降低水中氢氧根的浓度，从而影响金属氢氧化物的形成。

此外，低温还可能造成形成的絮体密实度较低、絮体较小，导致分离效果较差，因此浊度的去除效果受到影响。

图7 不同水温下混凝对两种原水浊度的去除效果Fig.7 Turbidity removal effect of coagulation for raw waters from two sources at different temperature
如图7所示，在混凝剂最佳投加量下，长江原水的浊度去除率随温度升高的较为
明显，从5℃时的90.4%升至到20℃时的97.6%以及25℃时的96.6%，黄浦江
原水浊度的去除效果也受水温的影响，去除率略有增加，去除率从5℃时的97.0%升至25℃时的98.2%。

温度因素在氨氮去除的过程中起到了至关重要的作用。

因为低温条件下，与氨氮去除密切相关的浊度去除、微生物硝化作用以及氯化作用等均受到不利影响，这也是较低温度下氨氮去除百分率平均只有26.1%左右的原因所在。

如图8所示，两种原水的氨氮的去除率随水温的升高呈现增大的趋势，在水温为5℃，长江和黄浦江两种原水的氨氮去除率分别为41.7%和10.5%，当水温为25℃时，去除率分别增加到62.7%和47.8%。

黄浦江氨氮的去除率比长江水略低，原
因可能是黄浦江的氨氮的初始浓度较高造成的。

图8 不同水温下混凝对两种原水氨氮的去除效果Fig.8 Ammonia nitrogen removal effect of coagulation for raw waters from two sources at different temperature
温度对水中有机物的去除有两个方面，一方面，高温有利于絮凝剂的水解、与污染物的相互作用，有机物去除率也就越高;另一方面，温度影响水体中微生物的生长，温度越高，微生物生长越旺盛，水体的有机物从溶解态转化为颗粒态，较容易混凝
去除。

如图9所示，两种原水的CODMn的去除率随温度成增大的趋势，在水温为5℃时，长江和黄浦江两种原水的CODMn去除率分别为15.3%和20.3%，当水温为25℃时，去除率分别增加到43.1%和31.3%。

黄浦江CODMn的总体去除率比长江水略低，原因是黄浦江CODMn的初始浓度较高，可能对去除效果有一定的影响。

图9 不同水温下混凝对两种原水CODMn的去除效果Fig.9 CODMnremoval effect of coagulation for raw waters from two sources at different temperature
理论认为浊度的去除对氨氮、耗氧量的去除均具有积极意义。

本试验通过对浊度、氨氮、耗氧量这几个指标的考察，发现当原水水温低时，浊度的去除率较低，氨氮和耗氧量的去除率也比较低，而随着水温的升高，由于浊度的去除率升高，氨氮和耗氧量的去除率也略有提升。

3.4 沉淀水可达标的长江水和黄浦江水的配比
本试验模拟了生产过程中出现的两种水源水混合的情况，因黄浦江水的超标指标主要是氨氮和耗氧量两项，长江水与之混合后，冬季黄浦江水氨氮浓度较高，此时若使处理后的水达到国标，则黄浦江水和长江水混合比例不能超过3∶7［7］，见图10。

随着气温的升高，黄浦江水的氨氮指标逐渐降低，当降至0.5mg/L左右时，黄浦江水和长江水以任意配比混合，其氨氮指标均能达标，直至次年冬季黄浦江氨氮污染再次来临。

对于CODMn来说，黄浦江原水的CODMn全年都较高，根据本年度的多次混合试验表明，若要CODMn出水达标，则黄浦江水和长江水比例全年最好不能超过2∶8。

图10 混凝沉淀后氨氮和CODMn可达标的混合水比例Fig.10 Ratio of waters from two sources in the mixture of which CODMnand ammonia nitrogen
after coagulation reached discharge standard
黄浦江原水和长江原水混合后并不会发生水质的突变，混合后原水的水质是介于两者之间的，基本随配比比例呈线性变化。

因为这些水质指标归根到底是一个浓度值，所以可以看做是一种低浓度的溶液和一种高浓度的溶液混合的情况。

4 结论
4.1 试验一年过程中所检测黄浦江和长江原水的水质指标表明，冬春季节黄浦江原水的浊度较高，平均浊度为36.8NTU，长江原水的浊度较低，平均为7.2NTU，
夏秋季节黄浦江原水平均浊度降低至26.4NTU，而长江原水平均浊度升至
21.5NTU;黄浦江原水冬季氨氮污染较为严重，长江原水氨氮浓度一直都较低，基
本不超过0.5mg/L;黄浦江原水CODMn全年处于Ⅲ类～Ⅳ类之间，而长江原水的CODMn在夏秋季节会明显升高，全年处于Ⅱ类～Ⅲ类之间;黄浦江原水pH全年
平均为7.5，低于长江原水的8.2。

4.2 黄浦江原水进行混凝沉淀处理后，氨氮在冬季会出现超标，全年达标率为
36.7%，CODMn的全年达标率为3.3%;长江原水进行混凝沉淀处理后全年氨氮均能够达标，CODMn在夏秋季节会出现超标现象，其全年达标率为80%。

4.3 两种原水的浊度、氨氮和CODMn经混凝沉淀后的去除率均随水温的升高而
有一定程度的增大。

4.4 用两种原水进行混合后，冬季黄浦江水和长江水配比达到3∶7及以上时，沉淀水氨氮浓度就会超标，而黄浦江与长江水的比例达到2∶8及以上时，沉淀水CODMn就会超标。

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