高乃云1，李富生2，湯淺晶1，樂林生3，周云4
(1.日本國立岐阜大學流域環境研究中心，歧阜市柳戶1番1，501-1193；
2.日本國立岐阜大學工學部土木工學科,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，分別對其原水(長江、黃浦江水)和常規工藝的處理水進行顆粒計數和有機物測定，并對測定結果進行了分析和對比。原水中絕大部分的SS粒徑＜5 μm(長江占89.38%，黃浦江占94.68%)，經沉淀與過濾可去除98%左右的SS顆粒，平均每去除原水中10%的SS顆粒，相應于去除2%～5%的溶解性UV260和1%～2%左右的DOC。
　　關鍵詞：懸浮固體；顆粒粒徑分布；溶解性有機物；混凝；沉淀；過濾
　　中圖分類號：TU991.21
　　文獻標識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2001)11-0070-04

　　水中的懸浮物和膠體顆粒對自來水的生產和配水系統以及人類的健康都有嚴重危害，因此準確檢測水中懸浮固體(SS)顆粒的大小及其含量等，已經越來越受到人們的重視。對于給水處理行業，通過顆粒計數可靈敏、詳細和較全面地提供水中含有的懸浮物和膠體雜質顆粒數、大小和特征的信息，也可在線連續跟蹤處理工藝中顆粒動態的變化，比單純采用濁度指標更具體、更科學，且可根據顆粒的去除情況及時調整處理流程。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(單細胞原生動物賈第蟲的大小為7～11μm，賈第蟲孢囊為1～5 μm；隱孢子蟲為4～7 μm［1］)，故顆粒分布的計測，對預測各個處理工藝中病原體的流出狀況，及時調整混凝劑投加量、過濾速度等十分重要。隨著顆粒測定技術的進一步完善，預期未來的飲用水標準中會增加顆粒濃度控制這一指標。目前，美國正在研究如何提高顆粒計數的準確性和水工業中各種用水的顆粒濃度控制標準［2］。有的地方已經要求飲用水處理廠在測定濁度的同時，對顆粒數進行跟蹤計測。實踐逐漸證明［3］，濁度對水中許多顆粒無法顯示，且顆粒計數和電鏡觀察也已經表明，低濁度的水中仍存在著大量的顆粒物。日本由于面對飲用水可能出現被隱孢子蟲污染的問題，水質管理部門正在研究將微粒計數作為評價水廠濾后水水質指標的課題，并且做了大量的調查研究工作［4］。中國在這方面正處于發展階段，人們更注重經濟核算［5］。江蘇省鎮江市錦西水廠的在線自動控制，可對礬花顆粒的大小進行連續計測，為提高水質、節省藥耗、科學運行和管理提供了良好的條件。以上海市的兩個飲用水水源——長江和黃浦江原水及經常規工藝處理后的水為研究對象，對其中SS顆粒的粒徑分布和數量、溶解性有機物(DOC)的去除進行了評價和考察。

1　測定方法和設備

　　長江和黃浦江原水和常規處理后的水樣分別于4月中旬取自上海的兩座自來水廠。顆粒計數測定采用日本富士電機株式會社的“富士光遮斷式微粒子計數儀”。該儀器可測定1～40 μm粒徑范圍內的微粒子，分為8個粒徑段，每個粒徑段的顆粒數測定12次，最后取其平均值。

2　結果和討論

　　長江和黃浦江原水、沉淀(后)水、過濾(后)水和消毒(后)水中，各種粒徑的顆粒數分布狀況詳見圖1、2。測定結果給出了長江和黃浦江原水及其在常規處理的每一個凈化過程后的異同點。
2.1　原水
　　長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) 長江原水 黃浦江原水 原水 消毒水 原水 消毒水 顆粒濃度(個/mL) 百分率(%) 顆粒濃度(個/mL) 百分率(%) 顆粒濃度(個/mL)
百分率(%) 顆粒濃度(個/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 88 511 100 1526 100 270741 100 6221 100

　　從表1中可以看出，長江原水中粒徑為1～5 μm顆粒占總粒子數的89.38%，而1～10 μm顆粒占總數的99.23%；黃浦江原水中粒徑為1～30 μm的顆粒總數為270 739 個/mL(未包括粒徑＞30 μm的顆粒2 個/mL)，其中1～2 μm粒徑的顆粒占所測到粒子總數的52.90%(最多)，該比例比長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的94.68%，1～10 μm粒徑的顆粒占99.50%。因此，長江和黃浦江原水所含雜質顆粒的共同特點是絕大部分(長江原水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測定范圍內)，即原水中的雜質顆粒粒徑＜10 μm。同時，黃浦江原水中所測最小粒徑的比例大于長江原水。
　　黃浦江原水中所含的雜質顆?？倲凳情L江原水中的3倍。這是因為長江原水進入水廠之前，要先進入具有避開咸水期儲蓄淡水功能的陳行水庫，停留若干時間以后，再進入水廠。陳行水庫相當于一個巨大的天然沉淀池，長江原水經此已完成預沉淀過程，其濁度比黃浦江原水低得多。長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。據調查，取自陳行水庫的長江原水的濁度呈逐年上升趨勢，一是因為取水量的不斷增加導致長江水在庫中停留時間縮短，從而引發濁度增加；二是為了減少藻類繁殖，人為控制原水在水庫中的停留時間，使濁度保持在一定的范圍內。黃浦江原水濁度連續5年最高月平均為116 NTU，最低為43 NTU；雨季時由于雨水稀釋，使原水濁度降低，月總平均濁度為72 NTU，是長江原水的2.7倍。
2.2沉淀、過濾及消毒水
　　常規處理后的顆粒數與處理過程中的物理、化學等很多因素有關。該測定結果顯示，長江原水的沉淀池出水中含雜質顆?？倲禐?4 892 個/mL，沉淀去除了原水中粒子總數的26.68%。另對照各種粒徑的顆粒數及其去除率(圖1、4)可清楚地看到，沉淀池出水中，粒徑為1～2 μm的顆粒數為36 653 個/mL，反而比原水中同樣大小顆粒的數量增加了50.12%，沉淀池的總去除率也降至26.68%，其原因有待于進一步探討。粒徑為2～5 μm的顆粒數降至26 622個/mL，其去除率為51.33%；粒徑為5～10 μm的顆粒數為1 510 個/mL，去除率為82.67%?？梢?，過濾工藝過程可去除其原水顆?？倲档?0.47%，去除沉淀后水中所含顆粒數的96.11%。由于沉淀水中粒徑為1～2 μm的顆粒數反而比原水中增加，且在濾池內得到有效截留，故過濾對原水中粒徑為1～2 μm的顆粒的去除率便成為144.50%；濾池對粒徑為2～5μm顆粒的去除率為46.95%；對粒徑為5～10 μm顆粒的去除率為15.38%。對照圖2和圖5，黃浦江原水的沉淀池出水中含顆?？倲禐?5 658 個/mL，盡管原水中總顆粒數高于長江原水，但沉淀后剩余顆粒數反而低于長江原水的沉淀池，其去除率達到了94.22%，高出長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沉淀出水中顆粒的86.53%?？傮w而言，經沉淀和過濾后可將原水中98%左右的雜質顆粒去除。
　　長江原水的水廠消毒水中含有SS顆?？倲禐? 526 個/mL，去除了濾后水中顆?？倲档?9.49%；黃浦江原水的水廠消毒水中含有顆?？倲禐? 621 個/mL，而濾后水中的顆粒數為2109 個/mL，消毒使水中的SS顆粒增加195%。造成這種反?，F象的原因可能與取樣或清水池即將進行清洗等有關，其原因有待于進一步探討。

　　　

　　日本的26個以地表水和16個以水庫水為水源的水廠，其濾后水中粒徑分布和顆粒數的調查見表2［4］。將圖1、2中濾后水中的顆粒測定結果與表2對照比較，發現長江原水的水廠其濾后水中顆粒數較高(月平均濁度值＜0.7 NTU，而且大部分時間保持在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，其值雖然遠低于中國的飲用水水質標準，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查結果［4］ 水源名稱 粒徑范圍(μm) 平均濁度(NTU) 調查水廠(個) 2～5 5～10 10～15 15～20 20～25 25～50 微粒子數(個/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顆粒與有機物去除率的關系
　　原水經混凝沉淀、過濾和消毒處理后，長江原水的水廠常規工藝可去除所測1～30 μm的顆?？倲档?8.28%，相應的溶解性UV260和DOC的去除率見表3。

表3　常規處理對SS顆粒和DOC的去除率% 原水 SS顆粒 UV₂₆₀ DOC 長江 98.28 48.6712.60 　 黃浦江 97.70 28.00 20.98

　　根據表3的結果，可以估算出以長江原水和黃浦江原水經常規處理后對SS顆粒的去除率與有機物去除率的大致關系。對于前者，平均每去除10%的顆?？倲?，相應地去除溶解性UV₂₆₀為4.95%、DOC為1.28%。而對于后者而言(通過常規處理)，平均每去除10%的SS總顆粒數，可平均去除2.87%的UV₂₆₀和2.15%的DOC。

3　結論

　?、匍L江和黃浦江原水中絕大部分雜質顆粒的粒徑＜5 μm(長江占89.38%，黃浦江占94.68%)，但兩種原水中的雜質顆粒粒徑＜10 μm。黃浦江原水中的雜質絕大部分(99%)顆粒粒徑有部分小于長江原水。不同原水所含雜質顆粒大小和數量會不一樣，經沉淀和過濾兩個常規處理工藝過程可去除98%左右的SS顆粒。
　?、谒畯S平均每去除10%的SS顆粒總數，相應于UV₂₆₀平均被去除2%～5%，DOC平均被去除1%～2%左右。
　?、劭梢灶A期，隨著水工業的發展，采用顆粒計數儀測定水質會逐步普及，并會有相應的標準出臺，水中的顆粒計數測定將成為飲用水水質指標之一。
　　致謝：文中試驗數據由日本國立岐阜大學湯淺晶博士、李富生博士研究室的研究生幫助測定，在此表示感謝。

參考文獻：

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　　收稿日期：2001-07-12