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厄尔尼诺气候下水库低水位原水风险研判及水厂全流程水质保障处置方案

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2026年全球厄尔尼诺事件持续发展,叠加全球气候变暖大背景,我国南方多地出现高温持久、降水时空分布极度失衡的极端气象特征:区域降雨总量大幅偏少、蒸发量急剧攀升,作为城镇核心饮用水源的各大水库水位持续断崖式走低,普遍进入极低水位枯水运行状态 。水库水体库容压缩、水体流动性近乎停滞,水体分层彻底被打破,表层富营养化爆发、底层厌氧底泥大量上翻释放污染物,直接造成水厂取水原水藻类爆发、低温低浊、铁锰超标、腐殖质与嗅味物质(二甲基异莰醇、土臭素)激增、高锰酸盐指数波动剧烈等一系列水质难题,取水深度不足、取水口裸露、进水量不足等供水水量风险同步凸显,常规净水工艺参数全面失效,城镇供水水质安全与供水稳定性面临前所未有的双重考验。

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供水安全是民生底线、城市运转的生命线。为积极应对厄尔尼诺引发的水库低水位水质、水量双重危机,精准识别枯水期水库水质异变核心问题,优化取水管控、前端预处理、常规净化、深度处理、消毒全工艺流程,补齐应急管控短板,构建“源头防控—工艺强化—监测预警—长效保障”一体化保障体系,切实守住出厂水、管网末梢水达标红线,特形成本分析与处置方案。

一、厄尔尼诺干旱引发水库极低水位的核心水质与取水问题

(一)取水端:水量不足、取水层被迫下移,水质先天恶化

1.取水空间受限,取水口被迫取用底层厌氧水体

水库水位持续降低,原设计取水层裸露,水厂只能下放取水设施抽取水库底部水体。水库底层长期处于缺氧厌氧环境,底泥中的二价铁、二价锰、氨氮、总磷、有机质、硫化物持续溶解释放,造成原水铁锰、氨氮、色度、嗅味指标全面抬升,常规混凝沉淀工艺难以一次性去除,极易出现出厂水发黄、发腥、口感异常等群众投诉问题。

2.水体库容锐减,自净能力完全丧失

水库水域面积大幅收缩,水域生态承载力急剧下降,水体置换周期从数天拉长至数十天,污染物不断富集累积,水体几乎丧失天然稀释、降解能力,一点外源污染即可造成全库水质波动,水源抗风险能力极度薄弱。

3.表层水温飙升,藻类大面积爆发

高温静水环境下,水体光照充足、氮磷营养盐浓缩,蓝藻、绿藻、硅藻大量繁殖。一方面藻类细胞会堵塞滤池、大幅缩短滤料运行周期、增加反冲洗水耗与能耗;另一方面藻类代谢、死亡分解会释放大量藻毒素、土霉味物质,常规液氯消毒不仅无法彻底去除异味,还会与水体腐殖质结合生成三卤甲烷、卤乙酸等致癌消毒副产物,带来次生水质风险 。

(二)原水水质呈现典型枯水期复合污染特征,常规工艺适配性极差

1.低温低浊常态化,混凝絮凝效率大幅下滑

枯水期雨水径流减少,水体悬浮物含量极低,原水浊度长期稳定在1~5NTU区间,胶体颗粒细小、颗粒碰撞凝聚概率极低,常规聚合氯化铝(PAC)投加后难以形成密实矾花,沉淀池出水细小絮体穿透,造成滤池负荷陡增、出水浊度波动,甚至出现出厂水铝残留超标问题 。

2.高锰酸盐指数居高不下,有机物负荷超标

底泥释放、藻类衰亡带来大量天然有机质,直接拉高原水高锰酸盐指数,不仅增加消毒副产物生成潜力,还会消耗消毒药剂,导致消毒效果不足,微生物指标管控压力陡增。

3.水质昼夜、单日波动极大,工艺调节滞后

早间底层水体上翻、午后表层藻类活性最强,原水浊度、pH、溶解氧、嗅味指标数小时内即可发生明显变化,固定化药剂投加、工艺运行模式完全无法适配水质动态变化,极易出现短时出水不达标。

(三)水厂工艺段衍生连锁运行问题

一是沉淀池排泥负荷激增,底泥带入水厂后沉淀池积泥速度加快,排泥频次不足会出现污泥上浮、出水带泥;二是砂滤池堵塞加速、反冲洗频次翻倍,滤料板结、泥球滋生;三是消毒系统药剂投加精准度难以把控,余氯波动大,管网末端微生物超标风险提升;四是应急物资、设备长期高负荷运转,故障概率上升,供水连续性存在隐患。

二、全维度针对性处置措施,筑牢水质水量双重防线

(一)源头取水优化:科学分层取水,从源头筛选优质原水

1.改造取水设施,实现灵活分层取水

对固定式取水头部进行应急改造:加装浮筒式取水装置、延伸取水管道至水库6~7米稳定深水区,设置上、中、下多层取水口,根据每日水质监测数据切换取水层:白天避开藻类密集的表层水体,夜间尽量减少底层厌氧水体抽取,优先选取中层水质相对稳定水体,从源头降低藻类、铁锰、有机质进入水厂的总量 。若水位持续走低,启动三级浮筒泵提水围堰方案,保障取水水量充足,杜绝取水口断供风险 。

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2.联合水务、水利、生态部门开展水库内源治理

划定水源一级、二级保护区,全面禁止库区养殖、农业面源排污、生活垃圾倾倒;在水库浅水区布设控磷、抑藻生态浮岛;采用局部精准预氧化方式投放高锰酸钾复合药剂,抑制底泥污染物释放,禁止全库大范围药剂投放造成水体二次污染;定期开展库区清淤疏浚,削减底泥污染物存量。

3.构建多水源应急互补体系

梳理周边备用水库、地下水应急井、河道应急取水点,制定枯水期水源联动调度方案,主水库水质突发恶化、水量枯竭时,第一时间切换应急水源,保障供水底线。

(二)前端预处理强化:预氧化精准破局藻类、铁锰、嗅味难题

1.高锰酸盐复合药剂活化预氧化(核心工艺)

在取水口至水厂配水井管道中投加高锰酸钾+硫酸锰、氯化钙复合活化粉剂,利用七价锰强氧化性氧化二价铁、二价锰,破坏藻类细胞壁、分解土臭素、二甲基异莰醇等致嗅物质;控制投加量0.3~0.8mg/L,反应时间不少于20min,生成二氧化锰絮体同步作为晶核,解决低温低浊矾花难以成型的痛点,一举实现除藻、除铁锰、降COD、改善混凝四大作用。

2.备选二氧化氯预氧化

针对藻毒素、消毒副产物管控严格时段,采用二氧化氯前端预氧化,氧化性广谱且不会大量生成卤代消毒副产物,精准控制投加量,避免药剂过量造成管网腐蚀。

3.增设粉末活性炭应急吸附单元

在絮凝池前端投加饮用水级4~8目椰壳颗粒活性炭,吸附水体小分子致嗅物质、微量有机物、藻毒素;根据水质波动动态调整投加量10~30mg/L,吸附饱和后随矾花沉淀去除,弥补常规工艺对微量异味物质去除能力不足的短板。

(三)中端混凝沉淀系统精细化调控,攻克低温低浊难题

1.优化药剂体系与投加策略

以烧杯搅拌试验为依据,动态调整PAC投加量,搭配投加活化硅酸、阴离子PAM助凝剂,提升矾花密实度;适度回流10%~15%沉淀池排泥水至前端混合池,增加水体颗粒浓度,提升胶体碰撞絮凝效率,彻底解决低浊水混凝失效问题,严控出厂水铝残留指标 。

2.优化水力工况与排泥制度

调整折板絮凝池流速梯度,延长絮凝反应时间至25~30min;缩短沉淀池排泥周期,由每日1次改为每日2~3次,采用间歇式高强度排泥,防止池底污泥厌氧发酵上浮污染出水;刮泥机24小时值守巡检,杜绝积泥死角。

(四)过滤、深度处理与消毒全流程升级

1.滤池精细化运维,保障过滤截留效果

提高滤池巡检频次,根据进水浊度缩短反冲洗周期,采用“气冲+水冲”联合反冲洗模式,彻底清洗石英砂滤料;定期补充、更换表层滤料,防止滤料板结、破碎穿透;条件允许增设活性炭深度滤池,进一步截留残余有机物、异味物质。

2.采用组合消毒模式,严控消毒副产物

摒弃单一液氯消毒:前端采用预氧化替代预氯化,减少腐殖质氯化反应;滤后水采用次氯酸钠为主、二氧化氯为辅的组合消毒;严格把控出厂水余氯0.3~0.5mg/L,管网末梢余氯不低于0.05mg/L,在保障微生物杀灭效果的前提下,最大限度降低消毒副产物生成量。

(五)搭建24小时智慧监测预警体系,实现水质动态闭环管控

1.加密水质检测频次

将原水、沉淀池出水、滤后水、出厂水常规指标(浊度、pH、氨氮、DO、色度、嗅味、余氯)由每日1次检测提升至每小时在线监测+每2小时人工复核;每日开展高锰酸盐指数、铁锰、藻类计数专项检测,每周开展一次全项水质分析,建立水质台账,做到数据可追溯、异常可溯源 。

2.布设水源地在线监测设备

在水库取水口安装多参数水质在线监测仪、水位雷达监测设备,水质、水位一旦超出预警阈值,系统自动报警,运行人员30分钟内完成工况研判、工艺参数调整,实现风险前置处置。

(六)完善应急管理与长效保障机制

1.修订干旱低水位专项应急预案

明确藻类爆发、铁锰超标、取水断供、嗅味异常等各类突发状况的响应等级、岗位职责、处置流程;每月开展1次应急演练,提升班组应急处置熟练度。

2.足额储备应急物资与备品备件

常备足量高锰酸钾、粉末活性炭、各类混凝剂、消毒剂、备用泵组、管道配件、移动应急取水设备,定期盘点物资有效期,确保紧急情况下可随时调配使用。

3.强化人员培训与岗位管控

针对枯水期特殊水质开展专项技能培训,提升运行人员药剂调配、工艺微调、设备故障处置能力;严格执行24小时双人值班制度,关键工艺岗位专人值守,杜绝人为操作失误引发水质事故。

结尾

厄尔尼诺引发的极端干旱、水库低水位水质恶化,是气候变化背景下水务行业长期面临的常态化挑战,短期依靠取水调整、药剂优化、工艺强化、监测加密等应急手段,可快速化解当前原水污染带来的供水风险,保障现阶段出厂水质全面达标、城镇供水连续稳定。从长远发展来看,水务单位需以本次极端气候事件为契机,跳出“事后补救”的被动模式:一方面持续完善水源地生态长效保护、多水源互联互通工程,提升水资源调配冗余度;另一方面加快水厂工艺智慧化、深度化升级改造,构建韧性更强、适配极端水质的现代化净水体系。民生供水无小事,水质安全大于天,唯有以源头管控为根基、工艺优化为抓手、应急保障为底线,多措并举、精准施策,才能从容应对各类气候与水质风险,持续为城乡居民输送安全、洁净、稳定的饮用水,牢牢守住民生用水安全底线。

(来源:金波水处理技术)