本期摘要

原水中的淡水壳菜附着于原水管网系统中，会消耗原水中的溶解氧，对水厂进水水质产生影响，而且淡水壳菜的大量附着会大量侵占管道内空间，降低管道的输水能力，对供水水量也可能产生影响。本文针对实际问题，具体研究了如何抑制、灭活和预防淡水壳菜的控制措施，初步形成了一套具有实践可行性的控制方案，可以为相似原水问题的原水输水工程提供参考。

溶解氧是指以分子状态溶存于水中的氧气单质。水体中溶解氧可作为指示水体污染状态的重要指标。溶解氧降低可能是由于物理、化学、生物消耗影响，其中化学消耗主要包括有机物及无机物的氧化，生物消耗主要包括动植物及微生物维持新陈代谢所耗的氧气。

据对某水源厂集水井原水溶解氧的长期监测结果显示，2009年至2014年溶解氧持续降低，2014年夏季集水井溶解氧达到最低值3.8 mg/L，而在集水井前端相距2510米的取水口的溶解氧为6.14 mg/L。该水源厂取水设计规模为100万m³/d，取水头部位于离岸3千米的湖心处。取水头部是外形为菱形的桶状钢结构，侧面开设进水孔，孔口处设格栅阻挡漂浮物。2根2510米长的DN2600自流管与4根230米长的DN1600虹吸管采用集水井形式相连。DN2600自流管进集水井处设圆闸门，控制取水；集水井进水面上设4处闸门，起到远、近取水口切换取水的作用。

图1 某水源厂取水头部及取水管示意图

导致原水溶解氧降低的原因是什么？

通过研究分析历史数据，投运后的两年，水源厂集水井原水与湖区年平均溶解氧基本一致，然从2011年开始，差值逐年增大。为进一步了解这一现象，统计了从2011年至2014年9月（即集水井DO低未得以解决）水温、自流管运行工况（管道内流速）以及取水口、集水井内DO差值的逐月对比情况。在水温较低的情况下，无论自流管内流速快慢，取水口和集水井溶解氧都基本不存在差值；但在气温较高的月份，差值较大。

水源厂在清理调节池等构筑物中曾发现，池壁内附着一些类似贝类生物。根据上述现象分析推测，在自流管中极有可能存在类似贝类的水生生物，如淡水壳菜、河蚬等，其生长过程可消耗大量溶解氧。这种淡水壳菜属于耗氧生物，对水中溶解氧影响较大，在繁殖生长期间内，水温、溶解氧是幼体的主要影响因素，生长过程可消耗大量溶解氧，同时成熟个体的死亡也加速了溶解氧的下降速度。越高的种群密度，越能加快溶解氧整体的下降速度。

水源厂取水口的格栅无法拦截成年淡水壳菜，对极小的淡水壳菜幼虫（体长只有数百微米）更是无可奈何，淡水壳菜幼虫能顺利进入管道，附着在内壁生长。因此，造成集水井内原水低于取水口水体溶解氧的主要原因是管壁内零散分布淡水壳菜群落等好氧微生物水温合适时大量繁殖，过度耗氧；此外，自流管管道流速过低，加剧了这一过程，为此出现了图2统计出的现象。即水厂生产过程中出现阶段性的水体中溶解氧过低，且在没有实施任何措施的情况下，自流管内水体的溶解氧随着时间的推移将愈来愈低，给供水水质安全带来挑战；另外，管壁内淡水壳菜等耗氧生物的生长和繁殖也必然会减小管道的过水断面，增大管道糙率，从而降低管道输水能力，虽然目前的取水量较小，淡水壳菜等好氧生物的生长尚不满1 cm，尚未出现此现象；但随着附着好氧生物的生长加厚，会影响设计负荷下的生产运行。

面对淡水壳菜，水厂可以怎么做？

目前对淡水壳菜的控制方法主要有生物、物理及化学方法三种。鉴于水源厂集水井原水与湖区水质DO值相差较大，考虑在取水头部投加药剂，抑制生物生长繁殖等活动，以消除或减小水质差异。

结合已有的试验研究成果与调研情况，考虑可操作性与实施性，选定次氯酸钠氧化剂。考虑淡水壳菜杀灭效率，同时减少消毒副产物的形成，尽可能少地增加水的致突变活性，方案设计最大投加量定为2mg/L，具体根据每次投加时运行实际与小样试验等确定。

确定措施方案

方案一：厂内投加，主要内容是在水源厂内建设次氯酸钠投加系统（根据现状，需新建储液池，增设计量泵），铺设总长约3200米的加药管道至取水头部，考虑投加的稳定可靠，管道设置两根。

方案二：取水头部投加（建设平台），即在离岸3公里处设置一座永久性固定平台，在平台上建设次氯酸钠投加系统，进行投加。

方案三：取水头部投加（租用船只），将方案二中需要设置的平台部分，改租用船只进行。为避免碰撞取水头部，选择取水口保护桩外一警示牌处为船只停靠位置，搭建简易可靠加氯平台，并从该位置敷设管道至取水头部。

表1 三种方案的比较

经调研与咨询，每年的淡水壳菜繁殖期和夏季，在水源厂取水管道头部连续投加一周以上的药剂，基本可消除取水管道前后的水质差异。据此，综合实际应用需求与施工现场诸多因素，选用方案三，主要工程内容有：在水源厂取水口保护桩外的一警示牌处搭建加氯平台，从该位置铺设两根DN80的管道至两个取水头部，管长东侧245 m，西侧240 m，管材使用不锈钢管（316）。

图2 投加管道铺设示意图

为确保管道内壁的冲刷效果，确保流速保持在0.6 m/s以上。

方案实施

（1）药剂投加时期：在淡水壳菜类好氧生物大量繁衍前约一周开始投加，一般为5月中旬，最终结合每年度的天气水温情况进行确定。并且考虑到温度升高，反应速度加快，产生的消毒副产物三卤甲烷总量升高很快，应尽量避免7、8月温度较高时在取水头部投加次氯酸钠。持续投加时间根据投加实际进行调整，一般在一个月之内。

（2）药剂投加方式：在运行初期采用间歇式，初期投加4小时，集水井余氯按照0.3 mg/L的控制要求调整投加初始浓度（2.5~3mg/L）。一方面避免了初期因药剂投量大，引起管道内淡水壳菜杀死和排出数量过多，堵住管道，甚至出现水质恶化的现象；另一方面利于突发事件的应对。在后续运行中，除投加船上料、避风等情况停止投加外，采用全天投加。另外每年根据排出的贻贝生物情况及数量、水质数据，适当调整投加方式、投加量、持续时间。

（3）运行控制：如水源厂两根自流管内流速小于0.6 m/s，实施单管运行，并交替进行，这样，保证冲刷效果的同时可防止停运管道内的水质恶化。

（4）水质检测：前期通过监测pH、水温、溶解氧、藻类等水质参数，判断淡水壳菜群体生长繁殖的状况和规律。通过观察淡水壳菜平均壳长变化，推测出种群繁殖的时期。药剂投加时期，除原水常规指标外，增加余氯指标与相应频次，同时采样检测水中消毒副产物浓度。

（5）构筑物清理：在氧化剂和水力冲刷双重作用下，管道内贻贝类生物会排入厂内集水井，为保证集水井内水质，投药期间定期清理集水井底的生物，在投药过程中，观察提升泵房的旋转滤网，生物较多时，及时清理。集水井内、旋转滤网清理出的贻贝类生物清理后运送至适当地方。

实施效果

随着次氯酸钠投加量增大，集水井和旋转滤网共清大量贻贝类生物（11.5~19.1吨），有效减缓并抑制了取水管道内淡水壳菜群落等好氧微生物大量繁殖，溶解氧在取水管道内的衰减变缓，管道前后水质溶解氧差异未进一步扩大，集水井内溶解氧浓度未出现过低现象（基本在5 mg/L及以上），为确保供水稳定安全优质增添了前道屏障。建议投加时间可以考虑在5月中下旬开始投加。需特别关注水温在20℃以上的5~10月初。

取水头部投加次氯酸钠，可以抑制好氧生物的过度耗氧，但对水体水质会带来消毒副产物增加的风险。为此，在实施期间，尽量控制集水井内余氯保持在0.1~0.5 mg/L之间；同时，对后续各工艺阶段消毒副产物产生情况进行跟踪。

因水源厂与净水厂距离较远，为控制藻类等，水源厂出厂设置加氯工艺，净水厂采用多点加氯手段。当取水头部未投加次氯酸钠时，水源厂集水井基本未检出三卤甲烷；当取水头部投加次氯酸钠后，集水井中三氯甲烷、二氯一溴甲烷、一氯二溴甲烷和三溴甲烷均有检出，且水源厂出厂水中消毒副产物含量有所上升，但三卤甲烷比值基本在0.7及以下。净水厂出厂水三卤甲烷比值并未大幅增加，说明净水厂后续工艺（含深度处理）对消毒副产物有较好的处理效果。由此可见水源厂取水头部投加次氯酸钠未对后续净水厂的工艺造成负担。此外，考虑到温度升高，反应速度加快，三卤甲烷总量升高很快，因此，应考虑在水温较低的情况下投加次氯酸钠以排除管道内好氧生物。