何曉欣 唐冬云 劉麗(東莞市東江水務(wù)有限公司， 廣東 東莞 523000)

某自來水廠增加投加氫氧化鈉工藝的影響探究

何曉欣 唐冬云 劉麗(東莞市東江水務(wù)有限公司， 廣東 東莞 523000)

南方某自來水廠原來的水處理工藝為混凝、沉淀、過濾、消毒，在混凝前投加石灰作為酸堿調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)pH值，由于取水源水質(zhì)偏酸性，加上工藝自身原因，導(dǎo)致出廠水pH一直較低，易導(dǎo)致管網(wǎng)被腐蝕。為提高水質(zhì)pH，該自來水廠改造在原有的工藝基礎(chǔ)上增添后投加堿工藝，即在待濾水后投加液體氫氧化鈉。此文通過實驗與實際運用研究改造工藝的必要性和改造后工藝的運行情況和運行成本，結(jié)果說明，若不斷增加石灰投加量會導(dǎo)致水質(zhì)余鋁升高，必需在出廠水前再次補加液體氫氧化鈉；改造工藝后系統(tǒng)運行情況正常，出廠水氨氮都＜0.02mg/L，濁度控制在0.50NTU以下，pH值能達到7.0～7.4范圍，工藝調(diào)節(jié)pH更加靈活，并且可以節(jié)約成本。

石灰；氫氧化鈉；混凝沉淀；工藝改造

南方某自來水廠水源取自東江南支流，其pH為6.7～7.1，總堿度為20—40mg/L(以碳酸鈣計)，硬度一般為30-60mg/L，屬低礦化度、低堿度、偏酸性水質(zhì)。其化學(xué)穩(wěn)定性差，原水經(jīng)投混凝劑處理和投氯消毒后，水的pH一般還會進一步降低，經(jīng)各加壓站補加氯后，再供至鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村莊的水中pH將進一步降低，水體的腐蝕性將不斷增強。為確保制水過程中水中堿度足夠和改善混凝效果并避免管網(wǎng)被腐蝕，增強水質(zhì)的生物穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，該自來水廠所在地區(qū)市政要求出廠水pH不低于7.0。為了提高消毒效果，控制水中pH不大于7.4是很重要的 。因此出廠水pH宜控制在7.0～7.4。

1 實驗條件及分析方法

1.1 生產(chǎn)原材料來源

石灰，興安山源非金屬礦產(chǎn)品加工廠，氧化鈣和氧化鎂總含量大于70%；液體氫氧化鈉，佛山市中誠聯(lián)化工有限公司，總堿量(以NaOH計)為32%；固體聚合氯化鋁，洛陽市譽龍凈水材料有限公司，有效成分氧化鋁含量30%，鹽基度90%。

1.2 原水水質(zhì)

實驗用水取自自來水廠取水源——東江南支流。

1.3 分析方法與儀器

濁度：便攜式濁度儀(Hach2100Q型，美國哈希公司)；余鋁：紫外-可見分光光度計(UV-5300PC型，上海元析儀器有限公司)；pH：雷磁便攜式pH計(PHB-4型，上海精密科學(xué)儀器有限公司)；氨氮：納氏試劑目色比色法(GB/T 5750.5-2006)[8]。

1.4 混凝燒杯試驗方法

依據(jù)《混凝沉淀燒杯試驗方法》CEC130-2001采用標準燒杯攪拌試驗，在六聯(lián)電動攪拌器(ZR4-6型，深圳市中潤水工業(yè)技術(shù)發(fā)展有限公司)上進行，取水樣1000mL，投加混凝劑、酸堿調(diào)節(jié)劑等水處理藥品，最佳水力條件模擬水廠實際運行。試驗時用聚合氯化鋁作混凝劑?；旌限D(zhuǎn)速500r/min，時間120s；絮凝轉(zhuǎn)速50r/min，時間為15min；沉淀時間為30min。然后取液面下2～3cm處水樣檢測相關(guān)指標。

2 改造工藝的必要性

該水廠未改造工藝前日常石灰投加濃度為4-5mg/L，可以把出廠水的pH提高到6.9-7.0，如果要把出廠水的pH提高到7.0-7.4，則需要增加石灰的投加量。

混凝燒杯試驗選取原水pH6.86，濁度27.4NTU，聚合氯化鋁投加量為5mg/L的情況下測定，研究石灰投加量對原水絮凝沉淀效果的影響。實驗結(jié)果如圖1、圖2、圖3。

圖1 不同石灰投加量的混凝燒杯試驗pH變化情況

圖2 不同石灰投加量的混凝燒杯試驗濁度變化情況

圖3 不同石灰投加量的混凝燒杯試驗余鋁變化情況

從圖1可知，隨著石灰投加量增加，pH不斷升高，說明要調(diào)節(jié)pH，可以通過控制石灰的用量從而得到理想的pH值；從圖2可看出，在不同的石灰投加量下，濁度數(shù)值雖出現(xiàn)波動，但均未超出待濾水要求(＜5.00NTU)，說明石灰投加量增加對濁度影響不大；圖3可得，隨著石灰投加量增加，余鋁不斷升高，可能由于聚合氯化鋁隨著pH升高發(fā)生水解，當石灰投量至6mg/L，余鋁有明顯的數(shù)值變化。因此石灰的投加量宜為5mg/ L以下。

因此，該自來水廠無法通過原有的工藝滿足市政要求，有必要增加后投加堿點。石灰容易導(dǎo)致水質(zhì)濁度高，發(fā)生堵塞輸送管的問題，因此石灰不適宜用于后投加 。液體的氫氧化鈉無色、清亮，完全溶于水，沒有雜質(zhì)，加一點點調(diào)節(jié)pH就有明顯效果。使用后投加氫氧化鈉非常必要。

3 改造后工藝影響

3.1 工藝流程圖

改造工藝后，石灰投加點不變，在水質(zhì)過濾后添加液體氫氧化鈉，形成石灰和氫氧化鈉可以互相配合投加的更靈活的工藝。如圖4。

圖4 南方某自來水廠改造后工藝流程圖

3.2 自來水廠運行情況

該自來水廠設(shè)計共有兩期，一期設(shè)計供水規(guī)模30萬m3/d；二期設(shè)計有跌落，設(shè)計供水規(guī)模45萬m3/d。改造后原水通過計量泵投加混凝劑、酸堿調(diào)節(jié)劑后經(jīng)管道充分混合進入網(wǎng)格絮凝池，流經(jīng)平流沉淀池，停留時間為1h，然后水質(zhì)流入V型濾池，一期處理水加入氯氣消毒后投加液體氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH；二期先投加液體氫氧化鈉后加入氯氣消毒，最后流入清水池。

3.3 投產(chǎn)影響

分別取原水、待濾水、濾后水、出廠水進行檢測。每次改變投藥2h后待系統(tǒng)穩(wěn)定時第1次取樣，之后每隔1h取樣1次，連續(xù)檢測7天后改變投藥。投產(chǎn)試驗共分設(shè)7組試驗：

第一組：石灰投量0mg/L，氫氧化鈉投量2mg/L；

第二組：石灰投量0mg/L，氫氧化鈉投量3mg/L；

第三組：石灰投量0mg/L，氫氧化鈉投量4mg/L；

第四組：石灰投量2mg/L，氫氧化鈉投量2mg/L；

第五組：石灰投量2mg/L，氫氧化鈉投量3mg/L；

第六組：石灰投量3mg/L，氫氧化鈉投量2mg/L；

第七組：石灰投量4mg/L，氫氧化鈉投量2mg/L。

從表1、表2、表3可看出：各組數(shù)據(jù)中水源水的pH、濁度、氨氮均較為接近，說明數(shù)據(jù)具有可研究性。分析表1無論何種搭配出廠水pH幾乎能控制在7.0以上；一期待濾水經(jīng)過V型濾池后，pH有所降低，由于V型濾池的生物膜分解作用和添加氯氣消毒導(dǎo)致水質(zhì)pH降低；二期濾后水pH沒有降低反而升高，這是由于二期先投加氫氧化鈉提高了pH再投加氯氣消毒；從第五、六、七組數(shù)據(jù)中看出，隨著石灰量的增加，一期和二期的待濾水pH變化不大，說明石灰對水質(zhì)pH調(diào)節(jié)作用不大，與混凝燒杯試驗pH結(jié)果不符，可能平流池中除了混凝沉淀作用，還發(fā)生生物膜的硝化反應(yīng)，產(chǎn)生H+，降低pH[3]；相同的投堿量下，二期出廠水pH比一期的高，說明先投加堿調(diào)節(jié)pH再投加氯氣消毒對水質(zhì)調(diào)節(jié)pH效果更好。

表1 生產(chǎn)試驗不同的石灰與氫氧化鈉投加量搭配組合的pH結(jié)果

表2 生產(chǎn)試驗不同的石灰與氫氧化鈉投加量搭配組合的濁度/NTU結(jié)果

表3 生產(chǎn)試驗不同的石灰與氫氧化鈉投加量搭配組合的氨氮/mg/L結(jié)果

表2中，無論石灰和氫氧化鈉投加量如何搭配，一期和二期的待濾水、濾后水、出廠水濁度比較一致，濁度影響變化不大，均在范圍之內(nèi)。

從表3數(shù)據(jù)可得，無論投加量如何搭配，待濾水氨氮數(shù)值較一致，水質(zhì)過濾后，濾后 水、出廠水氨氮變化較大，均小于0.02mg/L，說明主要去除氨氮是由于濾池的生物膜消解作用，混凝沉淀作用對去除氨氮作用不大，因此石灰和氫氧化鈉混搭投加不影響工藝對氨氮的去除。

綜上所述，石灰和氫氧化鈉的混合搭配主要影響水質(zhì)是pH，改造后工藝能達到7.0以上，符合市政要求，且并不影響濁度、氨氮指標。

4 成本影響

成本數(shù)據(jù)來自于該水廠2012年、2014年和2015年的統(tǒng)計所得。2012年該水廠還未改造工藝，石灰單獨投加；2013年該水廠開始投入氫氧化鈉改造工藝，2014年開始正常運行石灰與氫氧化鈉混合搭配投加工藝；2015年由于某種原因停止石灰投加，僅設(shè)氫氧化鈉單獨投加，工藝未有改變。該自來水廠購買石灰價格為730元/噸，氫氧化鈉為850元/噸。

通過表4可以看出，在不算計人工、機械維護費、損耗等各種成本的基礎(chǔ)上，單從物料的投入中發(fā)現(xiàn)，增添氫氧化鈉投加工藝必然會增加成本，但石灰和氫氧化鈉的混合投加比氫氧化鈉單獨投加成本能低差不多一倍。

表4 石灰、氫氧化鈉單獨投加與石灰和氫氧化鈉搭配投加的成本對比

5 結(jié)語

(1)前投加增加石灰投加量可以提高水質(zhì)pH，并且濁度不超出范圍規(guī)定，但是pH過高會引起混凝劑聚合氯化鋁水解，導(dǎo)致水中余鋁偏高，因此應(yīng)適當控制石灰的投加量，不能過多投入。

(2)實際投產(chǎn)中增加石灰的投加量對水質(zhì)調(diào)節(jié)pH效果作用不大，投加氫氧化鈉時先投加氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH再投加氯氣消毒的方式對水質(zhì)調(diào)節(jié)pH效果更好。

(3)水廠改造工藝后，石灰和氫氧化鈉的混合投加達到市政要求，并且靈活將pH控制在7.0～7.4范圍內(nèi)，濁度、氨氮指標不受影響。

(4)水廠改造工藝后，混合投加成本增加一倍多，但是比氫氧化鈉單獨調(diào)節(jié)pH的成本低，因此該水廠改造的工藝能節(jié)省成本，可值得借鑒。

[1]周暹.淺談城鄉(xiāng)一體化供水格局下出廠水pH偏低對管網(wǎng)水質(zhì)的影響[J].給水排水,2013,(s1):73-76.

[2]農(nóng)晉琦，張德明.城市給水處理中以氫氧化鈉代替石灰調(diào)節(jié)原水酸度的可行性及有關(guān)問題[J].西南給排水,1996,(2):25-26.

[3]蘭旭.出廠水pH值調(diào)節(jié)工藝的研究和工程應(yīng)用[J].市政技術(shù),2014,32(2):100-102.

[4]L Charerntanyarak.Heavy metals removal by chemical coagulation and precipitation[J].Water Science & Technology,1999,39(10–11):135-138.

[5] XU Qing-Dong.Application of lime coagulation and clarification treatment for waste water in power plant[J].Huadian Technology,2008,30(6):71-73.

[6]鄭晨.石灰在處理水庫水中的助凝作用[J].水處理技術(shù),2009,35(7):64-66.

[7]徐軍，江迎春，錢東.解決水庫水pH值低的對策研究[J].城鎮(zhèn)供水,2008,(3):17-19.

[8]國家環(huán)境保護總局.水和廢水監(jiān)測分析方法[M]．第4版．北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社.2002：96-97．

[9]武道吉,譚風(fēng)訓(xùn),張華.談混凝沉淀燒杯試驗標準的編制[J].工業(yè)水處理,2002,22(7)：36-38.

[10]中國工程建設(shè)標準化協(xié)會標準.cecs130-2001混凝沉淀燒杯試驗方法[M].第一版.北京:中國工程建設(shè)標準化協(xié)會出版社,2001.

[11]陳明.石灰、氫氧化鈉、碳酸鈉用于水廠調(diào)節(jié)PH的對比試驗研究[J].中國建設(shè)信息:水工業(yè)市場,2009,(11):15-18.

[12]余世銀.石灰、氫氧化鈉混合投加與氫氧化鈉單獨投加在制水工藝上的比較[J].基層建設(shè),2016,(14):436-438.

[13]盧金鎖,李少杭,盧啟峰,李強.自來水廠投堿量計算公式的推導(dǎo)及應(yīng)用[J].中國給水排水,2011,27(13)51-54.

[14]米子龍，鄔慧婷，張曉健，陳超，李越.低pH低堿度水源水引起供水管網(wǎng)黃水的控制措施[J].中國給水排水2014,(18):23-27.

[15]王淵，劉貝，趙向陽.投加熟石灰調(diào)節(jié)水庫水pH值的研究[J].廣東科技，2014,(6):159-160.

何曉欣(1987- )，女，廣東東莞人，環(huán)境科學(xué)助理工程師，理學(xué)學(xué)位，主要研究方向：水廠制水工藝，水質(zhì)研究。