某自來(lái)水廠(chǎng)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)

某自來(lái)水廠(chǎng)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(lái)水廠(chǎng)原來(lái)的水處理工藝為混凝、沉淀、過(guò)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(chǎng)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(lái)水廠(chǎng)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(guò)實(shí)驗(yàn)與實(shí)際運(yùn)用研究改造工藝的必要性和改造后工藝的運(yùn)行情況和運(yùn)行成本，結(jié)果說(shuō)明，若不斷增加石灰投加量會(huì)導(dǎo)致水質(zhì)余鋁升高，必需在出廠(chǎng)水前再次補(bǔ)加液體氫氧化鈉；改造工藝后系統(tǒng)運(yùn)行情況正常，出廠(chǎng)水氨氮都＜0.02mg/L，濁度控制在0.50NTU以下，pH值能達(dá)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(lái)水廠(chǎng)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(jì))，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(huì)進(jìn)一步降低，經(jīng)各加壓站補(bǔ)加氯后，再供至鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村莊的水中pH將進(jìn)一步降低，水體的腐蝕性將不斷增強(qiáng)。為確保制水過(guò)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(qiáng)水質(zhì)的生物穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，該自來(lái)水廠(chǎng)所在地區(qū)市政要求出廠(chǎng)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(chǎng)水pH宜控制在7.0～7.4。

1 實(shí)驗(yàn)條件及分析方法

1.1 生產(chǎn)原材料來(lái)源

石灰，興安山源非金屬礦產(chǎn)品加工廠(chǎng)，氧化鈣和氧化鎂總含量大于70%；液體氫氧化鈉，佛山市中誠(chéng)聯(lián)化工有限公司，總堿量(以NaOH計(jì))為32%；固體聚合氯化鋁，洛陽(yáng)市譽(yù)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(shí)驗(yàn)用水取自自來(lái)水廠(chǎng)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(guó)哈希公司)；余鋁：紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)(UV-5300PC型，上海元析儀器有限公司)；pH：雷磁便攜式pH計(jì)(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(yàn)方法

依據(jù)《混凝沉淀燒杯試驗(yàn)方法》CEC130-2001采用標(biāo)準(zhǔn)燒杯攪拌試驗(yàn)，在六聯(lián)電動(dòng)攪拌器(ZR4-6型，深圳市中潤(rùn)水工業(yè)技術(shù)發(fā)展有限公司)上進(jìn)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(chǎng)實(shí)際運(yùn)行。試驗(yàn)時(shí)用聚合氯化鋁作混凝劑?；旌限D(zhuǎn)速500r/min，時(shí)間120s；絮凝轉(zhuǎn)速50r/min，時(shí)間為15min；沉淀時(shí)間為30min。然后取液面下2～3cm處水樣檢測(cè)相關(guān)指標(biāo)。

2 改造工藝的必要性

該水廠(chǎng)未改造工藝前日常石灰投加濃度為4-5mg/L，可以把出廠(chǎng)水的pH提高到6.9-7.0，如果要把出廠(chǎng)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(yàn)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(cè)定，研究石灰投加量對(duì)原水絮凝沉淀效果的影響。實(shí)驗(yàn)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(yàn)pH變化情況

圖2 不同石灰投加量的混凝燒杯試驗(yàn)濁度變化情況

圖3 不同石灰投加量的混凝燒杯試驗(yàn)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(shuō)明要調(diào)節(jié)pH，可以通過(guò)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(dòng)，但均未超出待濾水要求(＜5.00NTU)，說(shuō)明石灰投加量增加對(duì)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(dāng)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(lái)水廠(chǎng)無(wú)法通過(guò)原有的工藝滿(mǎn)足市政要求，有必要增加后投加堿點(diǎn)。石灰容易導(dǎo)致水質(zhì)濁度高，發(fā)生堵塞輸送管的問(wèn)題，因此石灰不適宜用于后投加 。液體的氫氧化鈉無(wú)色、清亮，完全溶于水，沒(méi)有雜質(zhì)，加一點(diǎn)點(diǎn)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(diǎn)不變，在水質(zhì)過(guò)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(lái)水廠(chǎng)改造后工藝流程圖

3.2 自來(lái)水廠(chǎng)運(yùn)行情況

該自來(lái)水廠(chǎng)設(shè)計(jì)共有兩期，一期設(shè)計(jì)供水規(guī)模30萬(wàn)m3/d；二期設(shè)計(jì)有跌落，設(shè)計(jì)供水規(guī)模45萬(wàn)m3/d。改造后原水通過(guò)計(jì)量泵投加混凝劑、酸堿調(diào)節(jié)劑后經(jīng)管道充分混合進(jìn)入網(wǎng)格絮凝池，流經(jīng)平流沉淀池，停留時(shí)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(chǎng)水進(jìn)行檢測(cè)。每次改變投藥2h后待系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)第1次取樣，之后每隔1h取樣1次，連續(xù)檢測(cè)7天后改變投藥。投產(chǎn)試驗(yàn)共分設(shè)7組試驗(yàn)：

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(shuō)明數(shù)據(jù)具有可研究性。分析表1無(wú)論何種搭配出廠(chǎng)水pH幾乎能控制在7.0以上；一期待濾水經(jīng)過(guò)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(méi)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(shuō)明石灰對(duì)水質(zhì)pH調(diào)節(jié)作用不大，與混凝燒杯試驗(yàn)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(chǎng)水pH比一期的高，說(shuō)明先投加堿調(diào)節(jié)pH再投加氯氣消毒對(duì)水質(zhì)調(diào)節(jié)pH效果更好。

表1 生產(chǎn)試驗(yàn)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(yàn)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(yàn)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(wú)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(chǎng)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(wú)論投加量如何搭配，待濾水氨氮數(shù)值較一致，水質(zhì)過(guò)濾后，濾后 水、出廠(chǎng)水氨氮變化較大，均小于0.02mg/L，說(shuō)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(duì)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(duì)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(dá)到7.0以上，符合市政要求，且并不影響濁度、氨氮指標(biāo)。

4 成本影響

成本數(shù)據(jù)來(lái)自于該水廠(chǎng)2012年、2014年和2015年的統(tǒng)計(jì)所得。2012年該水廠(chǎng)還未改造工藝，石灰單獨(dú)投加；2013年該水廠(chǎng)開(kāi)始投入氫氧化鈉改造工藝，2014年開(kāi)始正常運(yùn)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(dú)投加，工藝未有改變。該自來(lái)水廠(chǎng)購(gòu)買(mǎi)石灰價(jià)格為730元/噸，氫氧化鈉為850元/噸。

通過(guò)表4可以看出，在不算計(jì)人工、機(jī)械維護(hù)費(fèi)、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(huì)增加成本，但石灰和氫氧化鈉的混合投加比氫氧化鈉單獨(dú)投加成本能低差不多一倍。

表4 石灰、氫氧化鈉單獨(dú)投加與石灰和氫氧化鈉搭配投加的成本對(duì)比

5 結(jié)語(yǔ)

(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(guò)高會(huì)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(dāng)控制石灰的投加量，不能過(guò)多投入。

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

(3)水廠(chǎng)改造工藝后，石灰和氫氧化鈉的混合投加達(dá)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(biāo)不受影響。

(4)水廠(chǎng)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(dú)調(diào)節(jié)pH的成本低，因此該水廠(chǎng)改造的工藝能節(jié)省成本，可值得借鑒。

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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(chǎng)制水工藝，水質(zhì)研究。