黄河水源净水厂处理工艺和药剂选型

梁晓宁

（宁夏水投清水源水处理科技有限公司，银川 750411）

银川城乡西线供水工程拟在青铜峡水库左岸新建黄河金沙湾泵站，引水通过5.3 km 压力管线进入西夏渠。改造西夏渠65 km，全年输水，并扩建西夏水库，作为银川市的沉沙调蓄水库，然后将以黄河水为原水的水库水引入净水厂，经净化处理后向银川市城区供水。本工程净水厂处理工艺的设计处理水量为50 万m/d，冬季，在低温低浊度进水的情况下，出水满足国标要求；夏季，该工艺能承受3 000 mg/L 的高浊度冲击，在高浊度下有短暂适应性，出水满足国标要求。

1 水处理工艺的选择

监测数据显示，冬季，宁夏以黄河水为原水的水库水温经常小于5 ℃，其属于较难处理的低温低浊度水；夏季，雨水较多，可能产生高浊度水。低温低浊度水有两大特点。一是水温较低，水分子运动较慢，碰撞概率较小；二是水浊度低，水中胶体颗粒少，运动能力低，碰撞机会少，混凝形成的絮体较轻、较细，沉淀速度较慢，不易下沉，悬浮在水中，很难通过沉淀从水中分离出去，导致出水超标。本工程的出水各项指标应满足《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2006）的要求，出水浊度要小于1.0 NTU。考虑到管道输送过程存在二次污染，本次设计将净水厂出水浊度控制在不大于0.5 NTU。

对于以黄河水为原水的水库水，通常采用常规饮用水处理工艺，即先投加混凝剂进行混凝、沉淀和过滤，然后投加次氯酸钠消毒。本工程的原水水质符合《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）的Ⅱ～Ⅲ类水标准，是较为理想的城市供水集中水源，经处理，出水可以满足《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2006）的要求。

2 混凝剂选择方案

混凝剂是给水处理中最重要的药剂之一，其对原水的适应性直接影响水处理工艺的运行效果和工程投资。目前，净水厂常选用聚合氯化铝（PAC）作为混凝剂，配合投加聚丙烯酰胺（PAM）作为助凝剂，加强对胶体颗粒的架桥和网捕作用，从而达到良好的混凝效果。

近年来，人们对低温低浊度条件下的混凝剂投加品种、方式和剂量做了大量研究。对比发现，聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDM）聚合有机混凝剂的使用剂量较低，去除效果优于PAC，但是其价格和来源容易受到限制；复合铝铁盐混凝剂的浊度去除效果优于铝盐，同时可以降低出水金属铝的含量；PAM 与PDM的复合比例越低、PDM 特征黏度越高，复合混凝剂的脱浊效果越好。本设计中，冬季单独投加高效絮凝剂（HACC），夏季单独投加PAC；另外，冬季可组合投加PAC 和PAM。

3 混凝剂投加调试情况

3.1 HACC 投加情况

净水厂自2019年11月6日开始调试，水源为西夏水库，调试时间为冬季。冬季水库水温经常小于5 ℃，浊度为2.0 ～4.5 NTU，其属于难以处理的低温低浊度水。为保证调试效果，采用HACC 作为调试药剂。HACC 是一种复合型无机高分子混合剂，该混合剂活性基团针对性强，基团活性及水解性能受温度影响小，其适用于北方冬季低温低浊度条件下的强化混凝处理，低温低浊度条件更能显现其高效的混凝效果。HACC 对有机物含量高的地表水源、富营养湖库水源的适应性强，去除有机物和藻类的效果突出。

自调试以来，制水506 万m，使用HACC（浓度10%）约580 t。调试期间，单位药耗为12 mg/L，沉淀池出水浊度可以控制在0.5 ～2.0 NTU，水厂出水浊度可以控制在0.1 ～0.3 NTU，满足设计要求。2020年1月12日开始给银川市民供水，日平均供水量约为6 万m，供水期间药耗约为10 mg/L。HACC在冬季低温低浊度条件下具有良好的适应性，但其造价较高，冬季过后气温逐渐升高，建议将混凝剂替换为PAC。

3.2 PAC 投加情况

进入2020年5月，随着气温的升高，水库水温逐渐上升，超过7 ℃。金沙湾泵站开机为西夏水库蓄水，水库水位逐渐升高，净水厂进水浊度变大，超过4 NTU，基本达到PAC 的投加条件。5月20日，混凝剂改为PAC，投加量为6 ～12 mg/L。

3.3 PAC 和PAM 组合投加

PAC 在我国北方低温低浊度原水地区有广泛的应用，尤其是黄河水源净水厂，其水解形态稳定，受低温影响较小，可充分发挥吸附架桥作用；PAM 作为助凝剂，国内大量净水厂有丰富实践经验，效果良好，投加PAM 可以明显减少铝盐混凝剂用量。PAM对低温低浊度水有良好的助凝效果，形成的矾花明显比无助凝剂时大。从剩余浊度来看，在少量PAM 存在的情况下，除浊效果明显好转。当PAC 单独投加，水质不理想时，可组合投加PAC 和PAM。目前单独投加PAC，出水已达到设计要求，投加量较小（约 7 mg/L），效果显著，冬季可采用组合投加方式。

3.4 药剂投加调试结果

根据2019年11月至2020年6月净水厂的运行情况，本文提出了3 种混凝剂投加方案，如表1 所示。一是净水厂混凝剂优先采用PAC，投加量控制在6 ～14 mg/L。净水厂化验室应每日进行烧杯试验，按照试验结论指导净水厂生产。二是单独投加PAC，药剂投加量超过14 mg/L，水质不能达到设计要求时，组合投加PAC 和PAM。三是冬季处理低温低浊度水，优先采用PAC 和PAM 组合投加方式，若处理效果不理想，则投加HACC，投加量约为10 mg/L。

表1 3种混凝剂投加方案优缺点对比

4 消毒剂投加调试情况

饮用水清毒剂须具有广谱杀菌能力、消毒性能持久、副产物少、使用安全方便的特性。目前，给水处理工艺普遍使用的消毒剂主要有液氯、氯胺、二氧化氯、臭氧和次氯酸钠，另外可采用紫外线（UV）消毒。本工程采用次氯酸钠+紫外线的组合消毒工艺。次氯酸钠溶液危险性较小，投加简单，同时能有效解决液氯、氯胺、二氧化氯等氯系消毒剂所存在的剧毒性，储存不方便等问题，消除安全隐患。其消毒效果好，操作安全，使用方便，易于存储，对环境无害。下面结合次氯酸钠消毒工艺，重点分析次氯酸钠投加调试情况。

4.1 次氯酸钠消毒工艺的选择

目前，次氯酸钠消毒有两种方式，一种为投加成品次氯酸钠溶液，另一种是用电解盐制取次氯酸钠溶液投加。本工程处理水量较大，消耗的次氯酸钠溶液较多，如采用成品次氯酸钠，涉及周期性的溶液补充，运行管理较为烦琐，特别是10%浓度成品次氯酸钠易挥发，浓度会随温度、使用时间降低，所以成品次氯酸钠的储存要求较高。但在线次氯酸钠发生器不会存在以上问题，0.8%浓度的次氯酸钠较为稳定，根据水量、投加量可随时调整生成量，运行维护管理便捷。另外，从运行成本分析可以看出，成品次氯酸钠消毒成本高于在线次氯酸钠发生器消毒成本。因此，通过综合比较，本工程采用在线次氯酸钠发生器。

4.2 药剂投加调试结果

净水厂按两级加氯设计，前加氯在进水总管上，主要用于灭活原水中的藻类等，后加氯有2 个投加点，一个在滤池前，一个在清水池进水总管上，以保证管网中的余氯量。前加氯按最大投加量2 mg/L 设计，可按原水藻类含量不定期投加；滤前加氯按最大投加量1 mg/L 设计，投加点位于滤池前渠道。后加氯按最大投加量1 mg/L 设计，通过清水池接触消毒。

经检测，西夏水库原水藻类含量较低，前加氯按照1.2 mg/L 投加，根据藻类变化情况增减，可基本消除藻类。后加氯按照0.7 mg/L 投加，根据出厂水质变化情况增减，经过清水池接触消毒后，水厂出水余氯可达到0.3 mg/L。滤前加氯暂时不开展，根据滤砂表面细菌含量确定是否投加。当反冲洗时间没有达到设定值时，滤池可能无法正常过滤，滤砂表面会产生白色固体，原因可能是高温天气投加高分子药剂使滤砂表面形成生物膜。如发现滤砂表面形成一层硬块，应对滤砂表面进行化验，若发现细菌含量很高，应在滤前进行加氯，可先按照0.5 mg/L 投加，但根据净水厂运行经验，结合宁夏黄河水的水质情况，出现这种情况的概率较低。

5 结论

运行调试初期，净水厂进水量为10 万m/d，后期实现满负荷运行，进水量为50 万m/d。运行期间，净水厂不断优化给水处理工艺，合理进行药剂选型，使出水浊度始终保持在0.5 NTU 以下，保证银川市城区正常供水，节省大量地下水资源。