優(yōu)質(zhì)地表水源突發(fā)污染后長距離輸水水質(zhì)穩(wěn)定性研究

汪 翔，劉立凡，王志紅，漆文光

（1. 廣東工業(yè)大學(xué) 土木與交通工程學(xué)院，廣東 廣州 510006；2. 廣州市自來水公司 南洲水廠，廣東 廣州 510600）

隨著生活水平的提高，人們對飲用水水質(zhì)的要求越來越高，直飲水被列入廣東省城市供水發(fā)展規(guī)劃. 河源市萬綠湖水域面積370 km2，蓄水量達到139億 m3，水質(zhì)常年保持在國家I類地表水標準，廣東省計劃利用長距離輸水工程將萬綠湖水引至深圳、東莞及廣州等地，為多個城市提供直飲水源. 2012年6月18日，廣州和河源兩市簽訂《萬綠湖直飲水工程合作協(xié)議》，標志著雙方從“協(xié)議商談期”進入啟動階段. 萬綠湖引水工程將為廣州市每年提供2億 m3的優(yōu)質(zhì)水源水.

國內(nèi)外長距離輸水工程有很多，如南水北調(diào)、引灤入津、廣州的西江引水工程等，雖然可以提供一定的借鑒，但輸水水質(zhì)相對較差、研究重點多集中在輸水管的腐蝕及壓力安全問題，以地表I類水作為水源關(guān)注長距離輸水水質(zhì)的研究較少.

近年由于污染物排放量增加，水源污染問題越來越嚴重，水源突發(fā)性污染的情況也越來越多[1-3]，常見的有藻類污染[4-6]、氨氮污染[7]. 另外受污水灌溉、生活污水和工業(yè)廢水滲漏等因素影響，多處出現(xiàn)亞硝氮污染的問題[8].

在長距離輸水管道中，管壁生物膜及水中各物質(zhì)之間存在多種生物化學(xué)作用引起水質(zhì)發(fā)生變化.趙樂樂發(fā)現(xiàn)長距離輸水管道作為“管道反應(yīng)器”對總有機碳(TOC)和總磷(TP)具有去除作用[9]. 張達研究發(fā)現(xiàn)輸水管道具有硝化作用，會引起水中含氮物質(zhì)的轉(zhuǎn)化[10]. 另外，水中溶解氧(DO)含量對生物作用有一定影響，高DO含量能保證生物膜的亞硝化和硝化作用，而當DO較低時更利于反硝化作用，造成亞硝氮大量累積，對飲用者身體健康有害[11-13].

萬綠湖水質(zhì)優(yōu)良，但存在遭受突發(fā)污染的潛在可能，在長距離輸送過程中水質(zhì)能否保持穩(wěn)定尚不明確. 因此，選取藻類、和3種常見污染源，研究長距離輸水過程的水質(zhì)變化情況，以期為保障輸水水質(zhì)安全提供依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗裝置及方法

如圖1所示，長距離輸水模擬試驗裝置采用管齡為3個月管長50 m的DN200 mm球墨鑄鐵管及附屬構(gòu)件組成. 裝置通水運行45 d使生物膜成熟后進行4組輸水試驗[14]，其中1組為萬綠湖原水作為空白試驗，另外3組為受污染試驗. 藻類污染試驗條件:小球藻濃度為25萬個/L，藻密度符合“藍藻水華評價分級標準”中規(guī)定的第3級要求[15]；氨氮污染試驗條件:投加氯化銨溶液，使初始濃度達到2.80 mg·L-1，適當超出地表V類水的限值(2.0 mg·L-1)；亞硝酸鹽污染試驗條件:投加NaNO2溶液，使?jié)舛冗_到0.38 mg·L-1，超出我國一類水司暫行水質(zhì)目標(0.10 mg·L-1).4組試驗均投加NaClO使氯濃度達到1.0 mg·L-1進行預(yù)氯化處理[16-17]. 輸水流速控制在0.6 m/s，最長輸水時間為100 h，輸水距離216 km.

1.2 進水水質(zhì)

萬綠湖原水水質(zhì)見表1，水溫在17.5～19 ℃之間.

1.3 分析方法

主要水質(zhì)檢測指標和檢測方法[18]見表2.

圖1 模擬裝置圖Fig.1 Schematic diagram of the simulator

表1 萬綠湖原水水質(zhì)Tab.1 Raw water quality of Wanlv Lake

表2 檢測指標、方法及主要儀器Tab.2 Detection indexes, testing methods and instrument

2 結(jié)果與分析

2.1 DO的變化情況

圖2 DO隨時間的變化情況Fig.2 Variation of DO with time

圖3 隨時間的變化情況Fig.3 Variation of with time

圖4 隨時間的變化情況Fig.4 Variation of with time

圖5 隨時間的變化情況Fig.5 Variation of with time

結(jié)合圖3、4、5，空白對照組在輸送100 h的過程中水質(zhì)保持穩(wěn)定，三氮含量基本無變化. 受污染試驗組三氮含量受到微生物的代謝作用互相轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化濃度受到多方面因素的影響，如微生物種類及含量、溶解氧含量、水體pH值大小等. 本實驗3個污染組N超出地表Ⅰ類水要求(0.15 mg·L-1)的限值，N含量都在0.1 mg·L-1左右，遠大于空白組數(shù)值.

2.3 余氯的沿程變化

余氯變化如圖6. 氯的衰減速率與水溫、有機物和菌落總數(shù)等多種因素有關(guān). 4組試驗均為沿程下降趨勢，其中藻污染組和氨氮污染組的余氯衰減速率稍微高于空白值，亞硝酸鹽污染組由于前面述及的含氧量較高的特點引起余氯衰減速率減慢. 因此，對于優(yōu)質(zhì)水源水，由于有機物含量少，余氯的衰減速率主要和時間有關(guān).

圖6 余氯隨時間的變化情況Fig.6 Variation of residual chlorine with time

3 結(jié)論

(1) 萬綠湖水在球墨鑄鐵管模擬系統(tǒng)中經(jīng)長距離輸送100 h過程中水質(zhì)穩(wěn)定性較高，出水水質(zhì)能保持在地表I類水水平.

(2) 長距離輸水管道對藻類造成的污染降解能力有限，輸水過程中NH4+-N、NO2--N和濁度均呈明顯升高趨勢.

(3) 模擬管道對低濃度的NH4+-N和NO2--N污染均有較好的去除效果，輸水100 h去除率可分別達到61.79%和68.05%.

(4) 藻類、氨氮、亞硝酸鹽污染均會對輸水管道水質(zhì)造成一定程度的NO2--N積累.