水廠加堿調(diào)節(jié) PH 試驗(yàn)研究

1、水廠加堿調(diào)節(jié) PH 試驗(yàn)研究陳明 巢猛 吳燕琴 劉建明 戴吉?jiǎng)伲?廣東省東莞市東江水務(wù)有限公司 東莞 523026 ）摘要：對(duì)于低堿度、低 PH 的原水，在水處理過程中通常投加堿調(diào)節(jié)劑，以提高出水的堿度和PH，從而增強(qiáng)出水的化學(xué)穩(wěn)定性。本文通過燒杯攪拌試驗(yàn)、中試和生產(chǎn)性試驗(yàn)，對(duì)三種堿調(diào)節(jié)劑 石灰、氫氧化鈉、碳酸鈉進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，以了解三種不同堿劑的投加效果，同時(shí)對(duì)三種堿劑的投加成本進(jìn)行了對(duì)比分析。關(guān)鍵詞：加堿 PH某水廠原水取自河流地表水，其 PH 為6.9 7.1，堿度為20 40mg/L(以碳酸鈣計(jì))之間，屬低礦化度、低堿度、偏酸性。原水經(jīng)常規(guī)工藝處理后其出廠水的PH 進(jìn)一步降低，一般在6

2、.5 6.7 之間。因此，在水處理過程中有必要投加堿調(diào)節(jié)劑，以提高出水的堿度和PH，從而增強(qiáng)出水的化學(xué)穩(wěn)定性。1、前投加堿試驗(yàn)前投加堿即在混凝反應(yīng)前投加堿，以調(diào)節(jié)原水的PH。11 前投加堿燒杯混凝攪拌試驗(yàn)前投加堿燒杯混凝攪拌試驗(yàn)即在實(shí)驗(yàn)室利用六聯(lián)攪拌試驗(yàn)機(jī)，模擬水廠生產(chǎn)中的混凝反應(yīng)、沉淀過程。試驗(yàn)用水取自上述某水廠的原水，濁度為50 NTU 左右。試驗(yàn)時(shí)用聚合氯化鋁作混凝劑，其投加量均為5mg/L（按商品量計(jì)，三氧化二鋁有效含量約為30%左右），分別用石灰、氫氧化鈉、碳酸鈉作PH 調(diào)節(jié)劑，試驗(yàn)結(jié)果以下：從以上表 1、表2、表3 可以看到：1、投加堿調(diào)節(jié)劑，提高原水PH，經(jīng)混凝沉淀后，PH 降低

3、。這主要的原因可能為聚合氯化鋁水解后產(chǎn)生H+，消耗了水中的堿度。2、堿調(diào)節(jié)劑的投加量越大，混凝沉淀后PH 的下降率（相對(duì)于混凝前的PH）越大。主要的原因可能為聚合氯化鋁在不同的PH 條件下生成不同的水解產(chǎn)物，不同的水解產(chǎn)物產(chǎn)生不同量的H+。3、在相同的聚合氯化鋁的投加量條件下（5mg/L），堿調(diào)節(jié)劑的投加量越大，混凝沉淀后的PH 越大，余濁越小，但余鋁濃度卻呈增高趨勢(shì)。主要的原因可能為：由于鋁的化合物為兩性化合物，在偏堿性的條件下，聚合氯化鋁的水解產(chǎn)物的溶解度增加，從而增加了水中鋁離子的濃度。12 前投加堿生產(chǎn)試驗(yàn)由于前投加堿燒杯混凝試驗(yàn)只能在實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)際生產(chǎn)的混凝沉淀部分，因此，要了解整個(gè)

4、前投加堿的效果，必須進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)。由于生產(chǎn)條件所限，前投加堿生產(chǎn)試驗(yàn)只用石灰進(jìn)行了生產(chǎn)試驗(yàn)。前投加堿生產(chǎn)試驗(yàn)選擇在某水廠進(jìn)行，其中分為獨(dú)立運(yùn)行的一、二期生產(chǎn)線，其工藝流程完全相同，即網(wǎng)格絮凝 平流沉淀-石英砂過濾。試驗(yàn)時(shí)選擇一、二期進(jìn)行對(duì)比，其中二期未投加石灰，一期在投加聚合氯化鋁前投加不同量的石灰，以了解在不同量石灰下的投加效果，試驗(yàn)結(jié)果以下（表5 8 為依次增加石灰投加量的測(cè)試結(jié)果）：從以上表 4 至表8 可以看到：1、不管投加石灰與否，待濾水（沉淀池）經(jīng)砂濾池過濾后，PH 進(jìn)一步降低。這可能與濾砂表層的生物膜所發(fā)生的生物化學(xué)作用有關(guān)：（1） 水中的有機(jī)物一般分為含氮有機(jī)物和不含氮有機(jī)物。

5、不含氮有機(jī)物在嫌氣條件下被微生物所分解而產(chǎn)生發(fā)酵作用，如糖類轉(zhuǎn)化為灑精，其反應(yīng)如下：C6H12O6 - C2H5OH + CO2在好氣條件下，被微生物所分解而產(chǎn)生氧化作用，如乙醇轉(zhuǎn)化為乙酸，其反應(yīng)如下：C2H5OH + O2 - CH3COOH + H2O上述反應(yīng)的產(chǎn)物CH3COOH 和CO2 均消耗水的堿度，使PH 降低。（2） 含氮有機(jī)物如受微生物等作用，能引起氮的轉(zhuǎn)化，如尿素受微生物的作用，先分解成碳酸銨，再分解成氨。氨在亞硝酸菌的作用下進(jìn)一步氧化成亞硝酸。從表 4 來看，待濾水的氨氮為0.50mg/L，濾后水的氨氮為<0.05mg/L,說明砂濾池對(duì)氨氮有較明顯的去除作用，主要原因

6、為砂濾池表層的亞硝酸菌將氨氮氧化為亞硝酸（亞硝化作用）。亞硝酸的生成為濾后水PH 下降的另一主要原因。2NH3 + 3O2 - 2HNO2 + 2H2O2、石灰的投加量越大，待濾水的PH 越高，但經(jīng)砂濾池過濾后濾后水的PH 下降率（相對(duì)于待濾水的PH）越大。主要原因可能為：在待濾水較高的PH 條件下，砂濾池表層的生物膜除了發(fā)生上述亞硝化作用外，還存在以下硝化作用：2HNO2 + H2O - 2HNO3為了證明上述推測(cè)，進(jìn)行了以下對(duì)比試驗(yàn)：在二期未投加石灰時(shí)，待濾水的PH 為7.0，濾后水的亞硝酸鹽氮含量為0.010mg/L；同時(shí)，在一期投加石灰時(shí)，待濾水的PH 為8.3，濾后水的亞硝酸鹽氮含量

7、則為<0.001mg/L；這說明了在不同的待濾水的PH 條件下，砂濾池表層的生物膜發(fā)生不同的生物化學(xué)作用，從而進(jìn)一步影響濾后水的PH。3、石灰的投加量越大，混凝沉淀后的PH 越高，但余鋁濃度卻呈增高趨勢(shì)。這與燒杯混凝試驗(yàn)的結(jié)果吻合。4、石灰的投加量越大，混凝沉淀后的PH 越高，待濾水的余鋁濃度呈增高趨勢(shì)。但經(jīng)砂濾池過濾后濾后水的余鋁進(jìn)一步降低。這可能為以下兩方面的主要原因：a: 待濾水中的殘余濁度所含的顆粒鋁，經(jīng)砂濾池過濾后得以去除。據(jù)有關(guān)實(shí)驗(yàn)證明：在待濾水的PH 為中性的條件下，鋁主要伴隨濁度的去除而去除。b: 由于鋁的化合物為兩性化合物，在偏堿性的條件下，聚合氯化鋁的水解產(chǎn)物的溶解度

8、增加，從而增加了水中鋁離子的濃度。偏堿性的待濾水經(jīng)過砂濾池時(shí)，PH 降低至中性，聚合氯化鋁的水解產(chǎn)物的溶解度降低，經(jīng)砂濾池過濾后鋁得以去除。13 前投加堿中試試驗(yàn)前投加堿中試試驗(yàn)即利用兩組平行的中試裝置，模擬水廠生產(chǎn)工藝，中試裝置的工藝流程為：混凝反應(yīng) 斜板沉淀 石英砂過濾。其中分A、B 兩組。A 組所用的石英砂為水廠實(shí)際生產(chǎn)中所用的石英砂（即取自水廠濾池的石英砂），B組所用的石英砂為新的石英砂（即未使用過的石英砂）。從表 9 11 的中試結(jié)果來看，與生產(chǎn)性試驗(yàn)結(jié)果基本一致。當(dāng)濾層存在生物膜時(shí)（A 組），濾后水的PH、氨氮、鋁均有較明顯的降低趨勢(shì)。當(dāng)濾層不存在生物膜時(shí)（B 組），則濾后水的PH

9、、氨氮、鋁與待濾水基本相同。中試結(jié)果表明，濾后水PH 下降的主要原因?yàn)闉V池表層生物膜作用的結(jié)果。2后投加堿試驗(yàn)后投加堿試驗(yàn)為濾后水加堿調(diào)節(jié)PH。由于條件所限，后加堿試驗(yàn)僅以出廠水進(jìn)行了氫氧化鈉和碳酸鈉的燒杯投加試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果以下：從表 12、13 可以看到：將出廠水調(diào)到相同的PH，氫氧化鈉的耗量遠(yuǎn)小于碳酸鈉。3加堿調(diào)節(jié)PH 的成本核算31 前加堿調(diào)節(jié)PH 的成本從上述前投加石灰生產(chǎn)試驗(yàn)可以知道，要將出廠水的 PH 調(diào)至7.2 左右，則待濾水的PH 至少應(yīng)為8.3 以上。另外從燒杯混凝試驗(yàn)結(jié)果（表1、2、3）可以查到，相應(yīng)的三種堿調(diào)節(jié)劑的投加量為：石灰 6 mg/L，氫氧化鈉5 mg/L，碳酸鈉

10、 18mg/L。則可以計(jì)算出相應(yīng)的投加成本：（1） 燒杯試驗(yàn)石灰的投加量為6mg/L 左右，實(shí)際生產(chǎn)投加量約為9mg/L，按生產(chǎn)投加量9 mg/L 計(jì)，以石灰的價(jià)格每噸550 元計(jì)，則前投加石灰的成本約為5.0 元/千噸水。（2） 燒杯試驗(yàn)氫氧化鈉的投加量為5mg/L 左右，按食品級(jí)氫氧化鈉的價(jià)格每噸3600 元計(jì)，則前投加氫氧化鈉的成本為18.0 元/千噸水。（3） 燒杯試驗(yàn)碳酸鈉的投加量為18mg/L 左右，按食品級(jí)碳酸鈉的價(jià)格每噸2200 元計(jì)，則前投加碳酸鈉的成本為39.6 元/千噸水。3后加堿調(diào)節(jié)PH 的成本核算后投加試驗(yàn)即在濾后水加氯消毒后投加。從表12、13 可以看到，要將出廠水的PH 調(diào)至7.2 左右，氫氧化鈉的投加量為2.5 mg/L 左右，碳酸鈉為 7mg/L 左右。則可以計(jì)算出相應(yīng)的投加成本：（1） 燒杯試驗(yàn)氫氧化鈉的投加量為 2.5mg/L 左右，按食品級(jí)氫氧化鈉的價(jià)格每噸3600 元計(jì)，則后投加氫氧化鈉的成本為9.0 元/千噸水。（2） 燒杯試驗(yàn)碳酸鈉的投加量為 7mg/L 左右，按食品級(jí)碳酸鈉的價(jià)格每噸2200 元計(jì)，則后投加碳酸鈉的成本為15.4 元/千噸水。4. 結(jié)論（1）雖然前投加石灰調(diào)節(jié)PH 的成本較低，但由于前投加石灰受濾層生物膜的影響，濾后水的PH 進(jìn)一步降低。因此，前投加石灰很