以簡便可靠的水質(zhì)在線監(jiān)測評估和管控供水廠活性炭有效性

江蘇省《城鎮(zhèn)供水廠生物活性炭失效判別和更換標準》（DB32/T 4245-2022）2022年9月1日開始實施。地標中提到截至2020年年底，江蘇省城鎮(zhèn)供水廠已基本實現(xiàn)深度處理工藝全覆蓋，其中97%以上的供水廠采用臭氧-活性炭深度處理工藝。在深度處理以及對供水廠深度活性炭的管理上，江蘇省無疑走在前列。此標準的實施，對臭氧-活性炭深度處理工藝的供水廠具有很實在的指導(dǎo)意義。

標準的基本規(guī)定

     《城鎮(zhèn)供水廠生物活性炭失效判別和更換標準》（DB32/T 4245-2022）的基本規(guī)定把“城鎮(zhèn)供水廠出水水質(zhì)應(yīng)達到《江蘇省城市自來水廠關(guān)鍵水質(zhì)指標控制標準》DB32/T 3701的要求（3.0.1）”當(dāng)作第一條！

另外，有幾條規(guī)定也值得重視：

一是，強調(diào)要“預(yù)留一定應(yīng)對水源水質(zhì)突發(fā)污染和水量突變沖擊的能力”，相信供水人在經(jīng)歷今年的長江中下游咸潮搶水事件中深有感觸！

二是，“生物活性炭進水中余臭氧濃度宜控制在0.1mg/l以下”，我想，在使用了艾晟特推薦的在線監(jiān)測水中余臭氧方案的水廠，這點應(yīng)該是已經(jīng)得到解決，而且已經(jīng)取得不錯的臭氧投加控制效果。

三是，“生化活性炭失效判別應(yīng)在優(yōu)化水廠全流程處理工藝的基礎(chǔ)上，綜合考慮運行工況、進水水質(zhì)和出水水質(zhì)目標進行判別”。顯然，“水質(zhì)”才是核心，這也是水廠的基本運行目標。

如何判別生物活性碳失效和評估運行

      “生物活性炭失效的判別應(yīng)以凈水效能為主要依據(jù)。（4.0.1）”

      除了活性炭的強度、顆粒均勻系數(shù)、碘吸附值（或亞甲藍吸附值）等活性炭物理性能，標準分別列舉了不同去除目標下需要更換活性炭的判別依據(jù)，如以耗氧量為主要去除目標時，生物活性炭單元對耗氧量的去除率≥15%的年度保證率達不到95%時，以控制消毒副產(chǎn)物生成量為主要目標時，因活性炭原因?qū)е孪靖碑a(chǎn)物時，以及以生物源致嗅物質(zhì)為主要去除目標等，都有一定判別依據(jù)。

      標準對生物活性炭運行的評估做出了指導(dǎo)，包括水廠基礎(chǔ)信息收集、評估的過程，以及評估的結(jié)論。筆者認為尤應(yīng)關(guān)注：水質(zhì)指標達標率和變化趨勢、抗沖擊負荷能力、活性炭物理性能、活性炭微生物性能。

      標準也給出了評估的最終落腳點——“城鎮(zhèn)供水廠生物活性炭運行評估建議跟蹤指標及頻次”。

（表格來源于：《城鎮(zhèn)供水廠生物活性炭失效判別和更換標準》,DB32/T 4245-2022）

      以艾晟特的經(jīng)驗來看，為了合理的運行管理臭氧-生物活性炭處理工藝并取得良好處理效果，對生物活性炭濾池進出水的CODmn、TOC/DOC、UV254、色度、消毒副產(chǎn)物前體預(yù)警指數(shù)（SUVA=100*UV254/DOC）等水質(zhì)參數(shù)的實時監(jiān)測，進而動態(tài)監(jiān)控生物活性炭濾池對工藝環(huán)節(jié)各參數(shù)的去除率,為活性炭濾池的反沖洗頻次、強度提供理論依據(jù)和控制依據(jù)有重要的意義。

需要改善的監(jiān)測難點有哪些

      標準給出了各工藝段水質(zhì)檢測項目的建議，但供水人應(yīng)該很有體會，其中一些監(jiān)測指標還是有一定的監(jiān)測難點的，特別是如果涉及到連續(xù)監(jiān)測，難度就更大了。

       究其主要原因，一方面是目前有些參數(shù)指標的監(jiān)測受制于監(jiān)測儀器本身，比如很多水廠使用的氨氮分析儀在測量值小于0.2mg/l時，測值準確度偏低；耗氧量的測值低于1.5mg/l，誤差偏大等；另一方面則是因方法的限制，有些參數(shù)的檢測（或者檢測儀器）對檢測人員有很高的技能要求，比如采用化學(xué)方法的高錳酸鹽指數(shù)分析儀；更有一些儀器運維工作量大，比如如果用試劑比色法測量亞硝酸鹽氮，維護工作量就很大。

       2022年12月21-23日“高品質(zhì)飲用水探索與實踐研討會暨《凈水技術(shù)》創(chuàng)刊40周年慶祝會議”期間，杭州水司的領(lǐng)導(dǎo)也提出臭氧活性炭系統(tǒng)主要不足的一點是儀表不足，特別提到最不給力的就是水中余臭氧檢測儀。

       精確控制水廠臭氧投加量，嚴格控制生物活性炭濾池進水余臭氧濃度很重要，關(guān)系到生物活性炭能否發(fā)揮作用，影響有機物去除效果和活性炭的使用壽命。然而，在建成的深度處理自來水廠中普遍存在水中余臭氧濃度監(jiān)測難、測不準的行業(yè)難點。究其主要原因是監(jiān)測儀器不適合水中低濃度余臭氧的檢測。慶幸的是，艾晟特響應(yīng)和解決了這個領(lǐng)域的監(jiān)測難題！

      另外，除了監(jiān)測本身，還有一點目前很多水廠也許并沒有完全意識到，那就是在線監(jiān)測儀表的集成度，高集成度不單單是可以解決成本問題，更可為水廠后續(xù)的智慧化發(fā)展提供支撐點。這一點也需要水廠在開展水質(zhì)監(jiān)測時充分考慮。

艾晟特的在線監(jiān)測方案

       如果說，對水中有機污染物、氯消毒副產(chǎn)物的前體物以及氨氮進行全過程的實時精準監(jiān)測，可以為水廠的精細化管理提供決策依據(jù)，進而為最終實現(xiàn)智慧水廠打下堅實基礎(chǔ)。

       那艾晟特公司運用免試劑、全光譜的在線分析儀器，在臭氧活性炭工藝中，可以在預(yù)臭氧環(huán)節(jié)非常迅速、準確的檢測濁度、色度、CODmn、DOC、UV254、硝酸鹽氮、余臭氧、葉綠素等參數(shù)。這些參數(shù)可以較全面的了解原水的進水情況，為預(yù)臭氧階段的臭氧的投加量提供前饋和反饋控制信息。

       在后臭氧環(huán)節(jié)可以檢測余臭氧、濁度、色度、CODmn、DOC、UV254、葉綠素等參數(shù)為后臭氧的投加提供反饋控制信息，并且對進入生物活性炭濾池的進水進行濁度、色度、CODmn、DOC、UV254、葉綠素等參數(shù)進行全面的實時檢測。

      在炭池的出水可以檢測濁度、色度、CODmn、DOC、UV254 、SUVA 等參數(shù)。其中SUVA（比紫外吸收率），通常被作為替代參數(shù)來評估天然有機物（NOM）的濃度和類型以及形成消毒物副產(chǎn)物（THMS）的傾向性。

圖2：全光譜在線分析儀的現(xiàn)場圖

       通過對炭池的進出水參數(shù)進行實時監(jiān)測，實時計算去除率，實時監(jiān)控生物活性炭濾池的性能，為活性炭濾池的反沖洗頻次、強度提供理論依據(jù)和控制依據(jù)。另外，通過檢測炭池的進出水實時的光譜圖，甚至可以為今后炭池的更換活性炭提供理論和決策依據(jù)。

圖3：炭池進出水全光譜指紋圖變化

       在加氯環(huán)節(jié)可以使用全光譜分析儀檢測一氯胺參數(shù)，結(jié)合現(xiàn)有的余氯、總氯、氨氮檢測儀，可以用一種快速且經(jīng)濟的實時監(jiān)控手段，來動態(tài)監(jiān)控水廠的氯、氨投加比例控制是否合理匹配。

      在出廠水環(huán)節(jié)可以檢測濁度、色度、CODmn、TOC、一氯胺、UV254、連續(xù)光譜等參數(shù)，為自來水出廠水提供更為全面、快捷、準確的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)。

表1：艾晟特在某水廠監(jiān)測點位和參數(shù)實例

艾晟特的在線監(jiān)測實例

監(jiān)測實例：水中余臭氧閉環(huán)控制實例

       艾晟特結(jié)合自來水深度處理需求，利用是能全光譜分析儀在線監(jiān)測水中余臭氧、CODMn、TOC/DOC、UV₂₅₄、SUVA、色度等參數(shù)的解決方案，在上海某現(xiàn)代化水廠已經(jīng)與臭氧發(fā)生器聯(lián)動參與了臭氧投加的閉環(huán)控制。

      具體實施情況如下：在炭池的進出水安裝了2套全光譜多參數(shù)檢測儀，進水監(jiān)測余臭氧、CODMn、TOC/DOC、UV₂₅₄、SUVA、色度、水溫等參數(shù)，炭池出水監(jiān)測CODMn、TOC/DOC、UV₂₅₄、SUVA、色度、水溫等參數(shù)。

圖4：艾晟特在某水廠實施的水中余臭氧監(jiān)測實例

       為了驗證全光譜分析儀的準確度、可靠性以及不同臭氧加注量對炭池進出水水質(zhì)變化的影響，艾晟特及水廠進行了多次測試比對工作。

       下圖是2021年8月13日測試過程中的后臭氧（炭池進水）水中余臭氧的變化趨勢。

圖5：艾晟特-是能在某水廠水中余臭氧監(jiān)測數(shù)據(jù)對比

監(jiān)測實例：氯消毒工藝的在線監(jiān)測實例

        艾晟特利用是能ISE氨氮分析儀，今年10月份以來在上海的應(yīng)急就地取水監(jiān)測中，表現(xiàn)非常好，靈敏度和準確度都很好，尤其是在水廠生產(chǎn)過程活性炭濾池出水的工藝節(jié)點上表現(xiàn)非常好。

圖6：艾晟特在某水廠炭池總氯、氨氮監(jiān)測實例

       總氯和氨氮結(jié)合起來看，可以發(fā)現(xiàn)消毒接觸池出水中總氯在炭池出水氨氮較高期間(12月8日-17日期間）變化的范圍非常大。這是由于在這個濃度區(qū)間，水廠仍采取了游離氯消毒的策略，按照過折點加氯的原理，氯氨比必須要超過8:1，所以水中0.1mg/l氨氮導(dǎo)致0.8mg/l的加氯量，水廠正常加氯量是1.5mg/l左右，采用半自動加氯的水廠在這期間就會很被動，導(dǎo)致消毒接觸池出水總氯發(fā)生劇烈波動，進而導(dǎo)致出廠水總氯劇烈波動，這期間消毒物副產(chǎn)物超標的風(fēng)險大增。

圖7：某水廠的全光譜分析儀及氨氮分析儀現(xiàn)場圖

結(jié)合艾晟特選用的全光譜分析儀：

1)可以監(jiān)測炭池出水的需氯量CLD、消毒物副產(chǎn)物前驅(qū)物SUVA，色度，CODmn/TOC，配合離子電極法氨氮儀還可以測定氨氮；

2)在消毒接觸池出水監(jiān)測一氯胺、CODmn/TOC、AOC、硝酸鹽、亞硝酸等；配合電化學(xué)探頭還可以監(jiān)測游離氨、游離氯、總氯、pH；結(jié)合比色氨氮儀還可以測定總氨、計算出二氯胺。