飲用水中黑色顆粒物產生與去除

陳 陽，高云鶴，張亞峰

飲用水中黑色顆粒物產生與去除

陳 陽，高云鶴，張亞峰

（沈陽水務集團有限公司， 遼寧 沈陽 110002）

認真分析與檢驗了某市供水系統中出現的黑色顆粒物，指出了黑色顆粒物產生原因，并提出應對措施。實踐表明，采取的措施簡單、易行、有效。

黑色顆粒物；二氧化錳；氯胺消毒

S市某區域供水系統建成于1981年，以地下水為取水水源，共計有取水井15眼，其中兩眼為備用。采用液氯消毒工藝，清水池調節容積6 000 m3，無其它水處理設施。區域內居民供水普遍采用二次加壓，一般為市政管網水先進入二次加壓調節水池，二次泵站自調節水池吸水加壓送至用戶。自2008年開始，個別居民小區發現水中含有黑色顆粒物，并且有逐步擴大的趨勢。鑒于為其供水的水廠建成投產于1981年，為什么在水源、市街管網均沒有改變的情況下突然開始出現黑色顆粒？對此我們進行了研究分析，并提出初步解決對策。

1 基本情況

為該區域供水水廠原水水質指標如下。

表1 水廠原水水質

經現場調查，黑色顆粒物的產生有如下特征：

（1） 僅發生在新建居民小區，一般為供水一年左右的時間出現。如某二次供水泵站同時供給新舊兩個住宅小區，在新建小區水中時常出現黑色顆粒物，但在舊小區則極少發現；

（2） 黑色顆粒現象多為偶發出現，早晨第一次用水發生頻率較大。同一單元不同用戶未必同時發現；低層用戶較高層用戶發現頻次較多；

（3） 多發生在PE管材區，在鑄鐵管材區極少發現；

（4） 黑色顆粒物粒徑大致0.1~0.5 mm，結構松散，易于沉淀。

經我們對二次供水貯水池檢查，在貯水池內部沒有發現顆粒物沉淀的跡象，同時由市街管網直接供水的用戶也沒有發現問題，因此可以確定顆粒物產生于二次供水管路。通過對發現問題的二次供水小區管路多次斷管、消火栓放水取樣，在管網中發現帶有弧度的大片黑色片狀物質(約2 mm×2 mm)，并在管壁發現管垢脫落跡象。黑色片狀物質結構松散，經手碾壓即成粉狀物，確定黑色顆粒物系管垢脫落后致成。脫落的管垢多聚集在住宅入戶管與立管轉彎處，在適當的水力條件下（如流速突變）帶入立管，并被水流剪切破碎，在用戶水龍頭流出。

2 原因分析

根據水中碳酸鹽的平衡關系，應用飽和指數法計算碳酸鈣水垢析出的可能性，即：

IL=pH0- pHs

多次測定結果，IL= 0，即水質處于碳酸鹽平衡狀態，可以判斷水垢的主要成分非碳酸鹽析出。

通過對黑色沉淀物組成成分分析，二氧化錳含量最大，占42%，氧化鐵含量5%，其余為二氧化硅、碳酸鈣等。由此可以判定，黑色顆粒物主要系水中錳的氧化物與水中其他雜質的共沉物。在加氯消毒情況下，溶解性低價錳被游離余氯氧化，形成二氧化錳，并與其它雜質共沉，反應式為：

Mn2++ Cl2+ 4OH-= MnO2+2Cl-+2H2O

通過現場觀察分析，這種共沉物在鑄鐵管材與PE管材的管垢生長環形式不完全一致，在鑄鐵管材上形成的管垢生長環以粘性堆積物為主，在PE管材上形成的生長環在粘性堆積物下有一層致密管垢。正是由于這種差異，在鑄鐵管材上形成的管垢不宜脫落，而在PE管材上形成的管垢或因管壁光滑，在達到了一定厚度后在水力剪切作用下積垢脫落而形成黑色顆粒物。但因現場條件，取樣的PE管材運行時間一般為2~4年，鑄鐵管材運行時間大于10年。

3 解決措施

我國北方大部分地區的地下飲用水中含有過量的錳，嚴重影響著當地人民的生活[1]。當錳的含量大于0.3 mg/L時，水會產生異味；自來水中含有過量的錳時，洗滌的衣物上會成銹斑[2]，人體長期攝入過量的錳可導致慢性中毒[3]，誘發地方病[4]。因此，必須采取措施將其從飲用水中去除，確保飲用水安全。

解決黑色顆粒物的根本措施是徹底解決出廠水含錳問題，但需要較大的資金投入。在此情況下提出緩解措施。

3.1 投加銨鹽

消毒是給水處理的必需工藝單元，利用消毒劑對出水進行應急處理，經濟便捷[5]。一般認為，游離性余氯能把水中二價錳氧化為高價錳，當水中有銨鹽存在時投氯量需要增加到銨鹽全部氧化、水中出現游離性余氯（折點以后）。因為化合性余氯不能氧化二價錳。

按照這一原理，我們將消毒改為氯氨消毒，在投氯點之前投加適量的氨，氯氨比控制在4:1。消毒工藝改造后經我們檢驗，新建小區的黑色顆粒問題大大緩解。

3.2 管線沖洗

對已形成管垢的小區管線應用旋流沖洗法（高壓旋轉氣體夾帶少量砂礫的沖洗方式）進行沖洗，結果表明，只要沖洗方式得當（控制單次沖洗長度），可以將PE管材內壁的結垢清洗干凈。

3.3 限制PE管材的使用

在管垢形成機制尚不十分清楚的情況下，限制 PE管材的使用。

通過以上措施，目前這一問題已得到初步緩解。

[1] 馬曉春. 應用生物濾層去除地下水鐵錳的實驗研究[J]. 環境保護與循環經濟，2008，（09）：42-43.

[2] 叔貴新，王海臣. 地下水中的鐵錳對供水管井及輸供水管近的危害[J]. 西南給排水，2000（4）：23-26.

[3] 姜義，張吉庫. 地下水中鐵、錳的存在形式及去除技術探討[J]. 環境保護科學，2003,（01）：32-34.

[4] 荊俊杰，謝吉民. 微量元素錳污染對人體的危害[J]. 廣東微量元素科學，2008,15（2）：6-9.

[5] 劉靜，郭海蓮，史勇. 受錳污染的地表水應急處理生產實踐[J]. 給水排水，2007,3（1）：23-24．

Formation and Removal of Black Particles in Drinking Water

（Shenyang Water Group Co., Ltd., Liaoning Shenyang 113001，China）

The black particles in the water supply system of a city were analyzed and tested, the causes of forming the black particles were pointed out, and the measures were put forward. The practice results show that the measures are simple, easy and effective.

black particles；manganese dioxide；chloramine disinfection

2016-04-18

陳陽（1960-），男，高級工程師，遼寧省沈陽市人，1982年畢業于沈陽農業大學，研究方向：水務管理。

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1004-0935（2017）05-0505-02