某自来水厂增加投加氢氧化钠工艺的影响探究

何晓欣 唐冬云 刘丽(东莞市东江水务有限公司， 广东 东莞 523000)

某自来水厂增加投加氢氧化钠工艺的影响探究

何晓欣 唐冬云 刘丽(东莞市东江水务有限公司， 广东 东莞 523000)

南方某自来水厂原来的水处理工艺为混凝、沉淀、过滤、消毒，在混凝前投加石灰作为酸碱调节剂调节pH值，由于取水源水质偏酸性，加上工艺自身原因，导致出厂水pH一直较低，易导致管网被腐蚀。为提高水质pH，该自来水厂改造在原有的工艺基础上增添后投加碱工艺，即在待滤水后投加液体氢氧化钠。此文通过实验与实际运用研究改造工艺的必要性和改造后工艺的运行情况和运行成本，结果说明，若不断增加石灰投加量会导致水质余铝升高，必需在出厂水前再次补加液体氢氧化钠；改造工艺后系统运行情况正常，出厂水氨氮都＜0.02mg/L，浊度控制在0.50NTU以下，pH值能达到7.0～7.4范围，工艺调节pH更加灵活，并且可以节约成本。

石灰；氢氧化钠；混凝沉淀；工艺改造

南方某自来水厂水源取自东江南支流，其pH为6.7～7.1，总碱度为20—40mg/L(以碳酸钙计)，硬度一般为30-60mg/L，属低矿化度、低碱度、偏酸性水质。其化学稳定性差，原水经投混凝剂处理和投氯消毒后，水的pH一般还会进一步降低，经各加压站补加氯后，再供至乡镇、村庄的水中pH将进一步降低，水体的腐蚀性将不断增强。为确保制水过程中水中碱度足够和改善混凝效果并避免管网被腐蚀，增强水质的生物稳定性和化学稳定性，该自来水厂所在地区市政要求出厂水pH不低于7.0。为了提高消毒效果，控制水中pH不大于7.4是很重要的 。因此出厂水pH宜控制在7.0～7.4。

1 实验条件及分析方法

1.1 生产原材料来源

石灰，兴安山源非金属矿产品加工厂，氧化钙和氧化镁总含量大于70%；液体氢氧化钠，佛山市中诚联化工有限公司，总碱量(以NaOH计)为32%；固体聚合氯化铝，洛阳市誉龙净水材料有限公司，有效成分氧化铝含量30%，盐基度90%。

1.2 原水水质

实验用水取自自来水厂取水源——东江南支流。

1.3 分析方法与仪器

浊度：便携式浊度仪(Hach2100Q型，美国哈希公司)；余铝：紫外-可见分光光度计(UV-5300PC型，上海元析仪器有限公司)；pH：雷磁便携式pH计(PHB-4型，上海精密科学仪器有限公司)；氨氮：纳氏试剂目色比色法(GB/T 5750.5-2006)[8]。

1.4 混凝烧杯试验方法

依据《混凝沉淀烧杯试验方法》CEC130-2001采用标准烧杯搅拌试验，在六联电动搅拌器(ZR4-6型，深圳市中润水工业技术发展有限公司)上进行，取水样1000mL，投加混凝剂、酸碱调节剂等水处理药品，最佳水力条件模拟水厂实际运行。试验时用聚合氯化铝作混凝剂。混合转速500r/min，时间120s；絮凝转速50r/min，时间为15min；沉淀时间为30min。然后取液面下2～3cm处水样检测相关指标。

2 改造工艺的必要性

该水厂未改造工艺前日常石灰投加浓度为4-5mg/L，可以把出厂水的pH提高到6.9-7.0，如果要把出厂水的pH提高到7.0-7.4，则需要增加石灰的投加量。

混凝烧杯试验选取原水pH6.86，浊度27.4NTU，聚合氯化铝投加量为5mg/L的情况下测定，研究石灰投加量对原水絮凝沉淀效果的影响。实验结果如图1、图2、图3。

图1 不同石灰投加量的混凝烧杯试验pH变化情况

图2 不同石灰投加量的混凝烧杯试验浊度变化情况

图3 不同石灰投加量的混凝烧杯试验余铝变化情况

从图1可知，随着石灰投加量增加，pH不断升高，说明要调节pH，可以通过控制石灰的用量从而得到理想的pH值；从图2可看出，在不同的石灰投加量下，浊度数值虽出现波动，但均未超出待滤水要求(＜5.00NTU)，说明石灰投加量增加对浊度影响不大；图3可得，随着石灰投加量增加，余铝不断升高，可能由于聚合氯化铝随着pH升高发生水解，当石灰投量至6mg/L，余铝有明显的数值变化。因此石灰的投加量宜为5mg/ L以下。

因此，该自来水厂无法通过原有的工艺满足市政要求，有必要增加后投加碱点。石灰容易导致水质浊度高，发生堵塞输送管的问题，因此石灰不适宜用于后投加 。液体的氢氧化钠无色、清亮，完全溶于水，没有杂质，加一点点调节pH就有明显效果。使用后投加氢氧化钠非常必要。

3 改造后工艺影响

3.1 工艺流程图

改造工艺后，石灰投加点不变，在水质过滤后添加液体氢氧化钠，形成石灰和氢氧化钠可以互相配合投加的更灵活的工艺。如图4。

图4 南方某自来水厂改造后工艺流程图

3.2 自来水厂运行情况

该自来水厂设计共有两期，一期设计供水规模30万m3/d；二期设计有跌落，设计供水规模45万m3/d。改造后原水通过计量泵投加混凝剂、酸碱调节剂后经管道充分混合进入网格絮凝池，流经平流沉淀池，停留时间为1h，然后水质流入V型滤池，一期处理水加入氯气消毒后投加液体氢氧化钠调节pH；二期先投加液体氢氧化钠后加入氯气消毒，最后流入清水池。

3.3 投产影响

分别取原水、待滤水、滤后水、出厂水进行检测。每次改变投药2h后待系统稳定时第1次取样，之后每隔1h取样1次，连续检测7天后改变投药。投产试验共分设7组试验：

第一组：石灰投量0mg/L，氢氧化钠投量2mg/L；

第二组：石灰投量0mg/L，氢氧化钠投量3mg/L；

第三组：石灰投量0mg/L，氢氧化钠投量4mg/L；

第四组：石灰投量2mg/L，氢氧化钠投量2mg/L；

第五组：石灰投量2mg/L，氢氧化钠投量3mg/L；

第六组：石灰投量3mg/L，氢氧化钠投量2mg/L；

第七组：石灰投量4mg/L，氢氧化钠投量2mg/L。

从表1、表2、表3可看出：各组数据中水源水的pH、浊度、氨氮均较为接近，说明数据具有可研究性。分析表1无论何种搭配出厂水pH几乎能控制在7.0以上；一期待滤水经过V型滤池后，pH有所降低，由于V型滤池的生物膜分解作用和添加氯气消毒导致水质pH降低；二期滤后水pH没有降低反而升高，这是由于二期先投加氢氧化钠提高了pH再投加氯气消毒；从第五、六、七组数据中看出，随着石灰量的增加，一期和二期的待滤水pH变化不大，说明石灰对水质pH调节作用不大，与混凝烧杯试验pH结果不符，可能平流池中除了混凝沉淀作用，还发生生物膜的硝化反应，产生H+，降低pH[3]；相同的投碱量下，二期出厂水pH比一期的高，说明先投加碱调节pH再投加氯气消毒对水质调节pH效果更好。

表1 生产试验不同的石灰与氢氧化钠投加量搭配组合的pH结果

表2 生产试验不同的石灰与氢氧化钠投加量搭配组合的浊度/NTU结果

表3 生产试验不同的石灰与氢氧化钠投加量搭配组合的氨氮/mg/L结果

表2中，无论石灰和氢氧化钠投加量如何搭配，一期和二期的待滤水、滤后水、出厂水浊度比较一致，浊度影响变化不大，均在范围之内。

从表3数据可得，无论投加量如何搭配，待滤水氨氮数值较一致，水质过滤后，滤后 水、出厂水氨氮变化较大，均小于0.02mg/L，说明主要去除氨氮是由于滤池的生物膜消解作用，混凝沉淀作用对去除氨氮作用不大，因此石灰和氢氧化钠混搭投加不影响工艺对氨氮的去除。

综上所述，石灰和氢氧化钠的混合搭配主要影响水质是pH，改造后工艺能达到7.0以上，符合市政要求，且并不影响浊度、氨氮指标。

4 成本影响

成本数据来自于该水厂2012年、2014年和2015年的统计所得。2012年该水厂还未改造工艺，石灰单独投加；2013年该水厂开始投入氢氧化钠改造工艺，2014年开始正常运行石灰与氢氧化钠混合搭配投加工艺；2015年由于某种原因停止石灰投加，仅设氢氧化钠单独投加，工艺未有改变。该自来水厂购买石灰价格为730元/吨，氢氧化钠为850元/吨。

通过表4可以看出，在不算计人工、机械维护费、损耗等各种成本的基础上，单从物料的投入中发现，增添氢氧化钠投加工艺必然会增加成本，但石灰和氢氧化钠的混合投加比氢氧化钠单独投加成本能低差不多一倍。

表4 石灰、氢氧化钠单独投加与石灰和氢氧化钠搭配投加的成本对比

5 结语

(1)前投加增加石灰投加量可以提高水质pH，并且浊度不超出范围规定，但是pH过高会引起混凝剂聚合氯化铝水解，导致水中余铝偏高，因此应适当控制石灰的投加量，不能过多投入。

(2)实际投产中增加石灰的投加量对水质调节pH效果作用不大，投加氢氧化钠时先投加氢氧化钠调节pH再投加氯气消毒的方式对水质调节pH效果更好。

(3)水厂改造工艺后，石灰和氢氧化钠的混合投加达到市政要求，并且灵活将pH控制在7.0～7.4范围内，浊度、氨氮指标不受影响。

(4)水厂改造工艺后，混合投加成本增加一倍多，但是比氢氧化钠单独调节pH的成本低，因此该水厂改造的工艺能节省成本，可值得借鉴。

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何晓欣(1987- )，女，广东东莞人，环境科学助理工程师，理学学位，主要研究方向：水厂制水工艺，水质研究。