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節劑調節pH值，由于取水源水質偏酸性，加上工藝自身原因，導致出廠水pH一直較低，易導致管網被腐蝕。為提高水質pH，該自來水廠改造在原有的工藝基礎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，結果說明，若不斷增加石灰投加量會導致水質余鋁升高，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，工藝調節pH更加靈活，并且可以節約成本。

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。其化學穩定性差，原水經投混凝劑處理和投氯消毒后，水的pH一般還會進一步降低，經各加壓站補加氯后，再供至鄉鎮、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被腐蝕，增強水質的生物穩定性和化學穩定性，該自來水廠所在地區市政要求出廠水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 生產原材料來源

石灰，興安山源非金屬礦產品加工廠，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

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《混凝沉淀燒杯試驗方法》CEC130-2001采用標準燒杯攪拌試驗，在六聯電動攪拌器(ZR4-6型，深圳市中潤水工業技術發展有限公司)上進行，取水樣1000mL，投加混凝劑、酸堿調節劑等水處理藥品，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。混合轉速500r/min，時間120s；絮凝轉速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，說明要調節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，濁度數值雖出現波動，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升高發生水解，當石灰投量至6mg/L，余鋁有明顯的數值變化。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。石灰容易導致水質濁度高，發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，加一點點調節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

該自來水廠設計共有兩期，一期設計供水規模30萬m3/d；二期設計有跌落，設計供水規模45萬m3/d。改造后原水通過計量泵投加混凝劑、酸堿調節劑后經管道充分混合進入網格絮凝池，流經平流沉淀池，停留時間為1h，然后水質流入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節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后待系統穩定時第1次取樣，之后每隔1h取樣1次，連續檢測7天后改變投藥。投產試驗共分設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：各組數據中水源水的pH、濁度、氨氮均較為接近，說明數據具有可研究性。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致水質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、七組數據中看出，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pH調節作用不大，與混凝燒杯試驗pH結果不符，可能平流池中除了混凝沉淀作用，還發生生物膜的硝化反應，產生H+，降低pH[3]；相同的投堿量下，二期出廠水pH比一期的高，說明先投加堿調節pH再投加氯氣消毒對水質調節pH效果更好。

表1 生產試驗不同的石灰與氫氧化鈉投加量搭配組合的pH結果

表2 生產試驗不同的石灰與氫氧化鈉投加量搭配組合的濁度/NTU結果

表3 生產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。

從表3數據可得，無論投加量如何搭配，待濾水氨氮數值較一致，水質過濾后，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

成本數據來自于該水廠2012年、2014年和2015年的統計所得。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上，單從物料的投入中發現，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 結語

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

(2)實際投產中增加石灰的投加量對水質調節pH效果作用不大，投加氫氧化鈉時先投加氫氧化鈉調節pH再投加氯氣消毒的方式對水質調節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，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節pH的成本低，因此該水廠改造的工藝能節省成本，可值得借鑒。

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何曉欣(1987- )，女，廣東東莞人，環境科學助理工程師，理學學位，主要研究方向：水廠制水工藝，水質研究。