高乃云1，李富生2，湯淺晶1，樂林生3，周云4
(1.日本國(guó)立岐阜大學(xué)流域環(huán)境研究中心，歧阜市柳戶1番1，501-1193；
2.日本國(guó)立岐阜大學(xué)工學(xué)部土木工學(xué)科,岐阜市柳戶1番1,501-1193；
3.上海市自來水市北有限公司,上海200082；4.上海市自來水浦東有限公司,上海200127)

　　摘　要：以上海的兩座水廠為例，分別對(duì)其原水(長(zhǎng)江、黃浦江水)和常規(guī)工藝的處理水進(jìn)行顆粒計(jì)數(shù)和有機(jī)物測(cè)定，并對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行了分析和對(duì)比。原水中絕大部分的SS粒徑＜5 μm(長(zhǎng)江占89.38%，黃浦江占94.68%)，經(jīng)沉淀與過濾可去除98%左右的SS顆粒，平均每去除原水中10%的SS顆粒，相應(yīng)于去除2%～5%的溶解性UV260和1%～2%左右的DOC。
　　關(guān)鍵詞：懸浮固體；顆粒粒徑分布；溶解性有機(jī)物；混凝；沉淀；過濾
　　中圖分類號(hào)：TU991.21
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C
　　文章編號(hào)：1000-4602(2001)11-0070-04

　　水中的懸浮物和膠體顆粒對(duì)自來水的生產(chǎn)和配水系統(tǒng)以及人類的健康都有嚴(yán)重危害，因此準(zhǔn)確檢測(cè)水中懸浮固體(SS)顆粒的大小及其含量等，已經(jīng)越來越受到人們的重視。對(duì)于給水處理行業(yè)，通過顆粒計(jì)數(shù)可靈敏、詳細(xì)和較全面地提供水中含有的懸浮物和膠體雜質(zhì)顆粒數(shù)、大小和特征的信息，也可在線連續(xù)跟蹤處理工藝中顆粒動(dòng)態(tài)的變化，比單純采用濁度指標(biāo)更具體、更科學(xué)，且可根據(jù)顆粒的去除情況及時(shí)調(diào)整處理流程。此外，由于水中病原體的尺寸基本上在混凝處理SS顆粒的大小范圍內(nèi)(單細(xì)胞原生動(dòng)物賈第蟲的大小為7～11μm，賈第蟲孢囊為1～5 μm；隱孢子蟲為4～7 μm［1］)，故顆粒分布的計(jì)測(cè)，對(duì)預(yù)測(cè)各個(gè)處理工藝中病原體的流出狀況，及時(shí)調(diào)整混凝劑投加量、過濾速度等十分重要。隨著顆粒測(cè)定技術(shù)的進(jìn)一步完善，預(yù)期未來的飲用水標(biāo)準(zhǔn)中會(huì)增加顆粒濃度控制這一指標(biāo)。目前，美國(guó)正在研究如何提高顆粒計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確性和水工業(yè)中各種用水的顆粒濃度控制標(biāo)準(zhǔn)［2］。有的地方已經(jīng)要求飲用水處理廠在測(cè)定濁度的同時(shí)，對(duì)顆粒數(shù)進(jìn)行跟蹤計(jì)測(cè)。實(shí)踐逐漸證明［3］，濁度對(duì)水中許多顆粒無法顯示，且顆粒計(jì)數(shù)和電鏡觀察也已經(jīng)表明，低濁度的水中仍存在著大量的顆粒物。日本由于面對(duì)飲用水可能出現(xiàn)被隱孢子蟲污染的問題，水質(zhì)管理部門正在研究將微粒計(jì)數(shù)作為評(píng)價(jià)水廠濾后水水質(zhì)指標(biāo)的課題，并且做了大量的調(diào)查研究工作［4］。中國(guó)在這方面正處于發(fā)展階段，人們更注重經(jīng)濟(jì)核算［5］。江蘇省鎮(zhèn)江市錦西水廠的在線自動(dòng)控制，可對(duì)礬花顆粒的大小進(jìn)行連續(xù)計(jì)測(cè)，為提高水質(zhì)、節(jié)省藥耗、科學(xué)運(yùn)行和管理提供了良好的條件。以上海市的兩個(gè)飲用水水源——長(zhǎng)江和黃浦江原水及經(jīng)常規(guī)工藝處理后的水為研究對(duì)象，對(duì)其中SS顆粒的粒徑分布和數(shù)量、溶解性有機(jī)物(DOC)的去除進(jìn)行了評(píng)價(jià)和考察。

1　測(cè)定方法和設(shè)備

　　長(zhǎng)江和黃浦江原水和常規(guī)處理后的水樣分別于4月中旬取自上海的兩座自來水廠。顆粒計(jì)數(shù)測(cè)定采用日本富士電機(jī)株式會(huì)社的“富士光遮斷式微粒子計(jì)數(shù)儀”。該儀器可測(cè)定1～40 μm粒徑范圍內(nèi)的微粒子，分為8個(gè)粒徑段，每個(gè)粒徑段的顆粒數(shù)測(cè)定12次，最后取其平均值。

2　結(jié)果和討論

　　長(zhǎng)江和黃浦江原水、沉淀(后)水、過濾(后)水和消毒(后)水中，各種粒徑的顆粒數(shù)分布狀況詳見圖1、2。測(cè)定結(jié)果給出了長(zhǎng)江和黃浦江原水及其在常規(guī)處理的每一個(gè)凈化過程后的異同點(diǎn)。
2.1　原水
　　長(zhǎng)江和黃浦江原水中的SS粒徑分布及其比例見表1。

　

表1　SS的粒徑分布及其比例 粒徑分布(μm) 長(zhǎng)江原水 黃浦江原水 原水 消毒水 原水 消毒水 顆粒濃度(個(gè)/mL) 百分率(%) 顆粒濃度(個(gè)/mL) 百分率(%) 顆粒濃度(個(gè)/mL)
百分率(%) 顆粒濃度(個(gè)/mL) 百分率(%) 1～2 24415 27.58 1358 89.00 143229 52.90 4934 79.32 2～5 54704 61.80 153 10.02 113 110 41.78 1090 17.53 5～10 8717 9.85 10 0.66 13039 4.82 172 2.77 10～15 593 0.67 2 0.15 1 172 0.43 19 0.30 15～20 73 0.08 1 0.09 168 0.06 4 0.06 20～25 8 0.01 1 0.06 19 0.01 1 0.01 25～30 1 0.00 0 0.01 2 0.00 0 0.00 ＞30 0 0.00 0 0.01 2 0.00 0 0.00 合計(jì) 88 511 100 1526 100 270741 100 6221 100

　　從表1中可以看出，長(zhǎng)江原水中粒徑為1～5 μm顆粒占總粒子數(shù)的89.38%，而1～10 μm顆粒占總數(shù)的99.23%；黃浦江原水中粒徑為1～30 μm的顆粒總數(shù)為270 739 個(gè)/mL(未包括粒徑＞30 μm的顆粒2 個(gè)/mL)，其中1～2 μm粒徑的顆粒占所測(cè)到粒子總數(shù)的52.90%(最多)，該比例比長(zhǎng)江原水中同樣大小粒徑的顆粒所占的比例高25.32%；2～5 μm粒徑的占41.78%，比長(zhǎng)江原水同樣粒徑的顆粒所占比例低20.02%；5～10 μm粒徑的顆粒占4.82%。這樣，黃浦江原水中1～5 μm粒徑的顆粒占總粒子數(shù)的94.68%，1～10 μm粒徑的顆粒占99.50%。因此，長(zhǎng)江和黃浦江原水所含雜質(zhì)顆粒的共同特點(diǎn)是絕大部分(長(zhǎng)江原水99.23%；黃浦江原水99.50%)為1～10 μm粒徑的顆粒(原水粒徑在1～40 μm測(cè)定范圍內(nèi))，即原水中的雜質(zhì)顆粒粒徑＜10 μm。同時(shí)，黃浦江原水中所測(cè)最小粒徑的比例大于長(zhǎng)江原水。
　　黃浦江原水中所含的雜質(zhì)顆?？倲?shù)是長(zhǎng)江原水中的3倍。這是因?yàn)殚L(zhǎng)江原水進(jìn)入水廠之前，要先進(jìn)入具有避開咸水期儲(chǔ)蓄淡水功能的陳行水庫，停留若干時(shí)間以后，再進(jìn)入水廠。陳行水庫相當(dāng)于一個(gè)巨大的天然沉淀池，長(zhǎng)江原水經(jīng)此已完成預(yù)沉淀過程，其濁度比黃浦江原水低得多。長(zhǎng)江和黃浦江原水最近5年的濁度逐月平均變化見圖3。

　　從圖3中可見，長(zhǎng)江原水中的濁度變化不大，4月—7月濁度較低，8月—次年3月稍高?？倽岫仍缕骄鶠?7 NTU，最低月平均為10 NTU，最高月平均為79 NTU。據(jù)調(diào)查，取自陳行水庫的長(zhǎng)江原水的濁度呈逐年上升趨勢(shì)，一是因?yàn)槿∷康牟粩嘣黾訉?dǎo)致長(zhǎng)江水在庫中停留時(shí)間縮短，從而引發(fā)濁度增加；二是為了減少藻類繁殖，人為控制原水在水庫中的停留時(shí)間，使?jié)岫缺３衷谝欢ǖ姆秶鷥?nèi)。黃浦江原水濁度連續(xù)5年最高月平均為116 NTU，最低為43 NTU；雨季時(shí)由于雨水稀釋，使原水濁度降低，月總平均濁度為72 NTU，是長(zhǎng)江原水的2.7倍。
2.2沉淀、過濾及消毒水
　　常規(guī)處理后的顆粒數(shù)與處理過程中的物理、化學(xué)等很多因素有關(guān)。該測(cè)定結(jié)果顯示，長(zhǎng)江原水的沉淀池出水中含雜質(zhì)顆粒總數(shù)為64 892 個(gè)/mL，沉淀去除了原水中粒子總數(shù)的26.68%。另對(duì)照各種粒徑的顆粒數(shù)及其去除率(圖1、4)可清楚地看到，沉淀池出水中，粒徑為1～2 μm的顆粒數(shù)為36 653 個(gè)/mL，反而比原水中同樣大小顆粒的數(shù)量增加了50.12%，沉淀池的總?cè)コ室步抵?6.68%，其原因有待于進(jìn)一步探討。粒徑為2～5 μm的顆粒數(shù)降至26 622個(gè)/mL，其去除率為51.33%；粒徑為5～10 μm的顆粒數(shù)為1 510 個(gè)/mL，去除率為82.67%?？梢姡^濾工藝過程可去除其原水顆?？倲?shù)的70.47%，去除沉淀后水中所含顆粒數(shù)的96.11%。由于沉淀水中粒徑為1～2 μm的顆粒數(shù)反而比原水中增加，且在濾池內(nèi)得到有效截留，故過濾對(duì)原水中粒徑為1～2 μm的顆粒的去除率便成為144.50%；濾池對(duì)粒徑為2～5μm顆粒的去除率為46.95%；對(duì)粒徑為5～10 μm顆粒的去除率為15.38%。對(duì)照?qǐng)D2和圖5，黃浦江原水的沉淀池出水中含顆?？倲?shù)為15 658 個(gè)/mL，盡管原水中總顆粒數(shù)高于長(zhǎng)江原水，但沉淀后剩余顆粒數(shù)反而低于長(zhǎng)江原水的沉淀池，其去除率達(dá)到了94.22%，高出長(zhǎng)江原水沉淀池的去除率67.54%，即過濾可以去除黃浦江原水經(jīng)沉淀出水中顆粒的86.53%。總體而言，經(jīng)沉淀和過濾后可將原水中98%左右的雜質(zhì)顆粒去除。
　　長(zhǎng)江原水的水廠消毒水中含有SS顆?？倲?shù)為1 526 個(gè)/mL，去除了濾后水中顆?？倲?shù)的39.49%；黃浦江原水的水廠消毒水中含有顆?？倲?shù)為6 621 個(gè)/mL，而濾后水中的顆粒數(shù)為2109 個(gè)/mL，消毒使水中的SS顆粒增加195%。造成這種反常現(xiàn)象的原因可能與取樣或清水池即將進(jìn)行清洗等有關(guān)，其原因有待于進(jìn)一步探討。

　　　

　　日本的26個(gè)以地表水和16個(gè)以水庫水為水源的水廠，其濾后水中粒徑分布和顆粒數(shù)的調(diào)查見表2［4］。將圖1、2中濾后水中的顆粒測(cè)定結(jié)果與表2對(duì)照比較，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)江原水的水廠其濾后水中顆粒數(shù)較高(月平均濁度值＜0.7 NTU，而且大部分時(shí)間保持在0.1 NTU)，黃浦江原水的則較低(月平均濁度為0.8 NTU)。但消毒之后的情況就大不相同了，長(zhǎng)江原水的水廠消毒之后的水中顆粒減少，而黃浦江原水的水廠消毒后水中的顆粒則大大增加，其值雖然遠(yuǎn)低于中國(guó)的飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但與日本的水廠相比還有一定差距。

表2　日本水廠濾后水顆粒分布范圍調(diào)查結(jié)果［4］ 水源名稱 粒徑范圍(μm) 平均濁度(NTU) 調(diào)查水廠(個(gè)) 2～5 5～10 10～15 15～20 20～25 25～50 微粒子數(shù)(個(gè)/mL) 地表水 1～616 0～140 0～17 0～3 0 0 0.04 26 水庫水 5～469 0～54 0～14 0～6 0～3 0～1 0.08 16 地下水 50 6 1 0 0 0 0.09 1

2.3　SS顆粒與有機(jī)物去除率的關(guān)系
　　原水經(jīng)混凝沉淀、過濾和消毒處理后，長(zhǎng)江原水的水廠常規(guī)工藝可去除所測(cè)1～30 μm的顆?？倲?shù)的98.28%，相應(yīng)的溶解性UV260和DOC的去除率見表3。

表3　常規(guī)處理對(duì)SS顆粒和DOC的去除率% 原水 SS顆粒 UV₂₆₀ DOC 長(zhǎng)江 98.28 48.6712.60 　 黃浦江 97.70 28.00 20.98

　　根據(jù)表3的結(jié)果，可以估算出以長(zhǎng)江原水和黃浦江原水經(jīng)常規(guī)處理后對(duì)SS顆粒的去除率與有機(jī)物去除率的大致關(guān)系。對(duì)于前者，平均每去除10%的顆粒總數(shù)，相應(yīng)地去除溶解性UV₂₆₀為4.95%、DOC為1.28%。而對(duì)于后者而言(通過常規(guī)處理)，平均每去除10%的SS總顆粒數(shù)，可平均去除2.87%的UV₂₆₀和2.15%的DOC。

3　結(jié)論

　?、匍L(zhǎng)江和黃浦江原水中絕大部分雜質(zhì)顆粒的粒徑＜5 μm(長(zhǎng)江占89.38%，黃浦江占94.68%)，但兩種原水中的雜質(zhì)顆粒粒徑＜10 μm。黃浦江原水中的雜質(zhì)絕大部分(99%)顆粒粒徑有部分小于長(zhǎng)江原水。不同原水所含雜質(zhì)顆粒大小和數(shù)量會(huì)不一樣，經(jīng)沉淀和過濾兩個(gè)常規(guī)處理工藝過程可去除98%左右的SS顆粒。
　　②水廠平均每去除10%的SS顆?？倲?shù)，相應(yīng)于UV₂₆₀平均被去除2%～5%，DOC平均被去除1%～2%左右。
　?、劭梢灶A(yù)期，隨著水工業(yè)的發(fā)展，采用顆粒計(jì)數(shù)儀測(cè)定水質(zhì)會(huì)逐步普及，并會(huì)有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)，水中的顆粒計(jì)數(shù)測(cè)定將成為飲用水水質(zhì)指標(biāo)之一。
　　致謝：文中試驗(yàn)數(shù)據(jù)由日本國(guó)立岐阜大學(xué)湯淺晶博士、李富生博士研究室的研究生幫助測(cè)定，在此表示感謝。

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　　收稿日期：2001-07-12