飲用水中黑色顆粒物產(chǎn)生與去除

陳 陽，高云鶴，張亞峰

飲用水中黑色顆粒物產(chǎn)生與去除

陳 陽，高云鶴，張亞峰

（沈陽水務(wù)集團(tuán)有限公司， 遼寧 沈陽 110002）

認(rèn)真分析與檢驗(yàn)了某市供水系統(tǒng)中出現(xiàn)的黑色顆粒物，指出了黑色顆粒物產(chǎn)生原因，并提出應(yīng)對措施。實(shí)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(qū)域供水系統(tǒng)建成于1981年，以地下水為取水水源，共計(jì)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(diào)節(jié)容積6 000 m3，無其它水處理設(shè)施。區(qū)域內(nèi)居民供水普遍采用二次加壓，一般為市政管網(wǎng)水先進(jìn)入二次加壓調(diào)節(jié)水池，二次泵站自調(diào)節(jié)水池吸水加壓送至用戶。自2008年開始，個別居民小區(qū)發(fā)現(xiàn)水中含有黑色顆粒物，并且有逐步擴(kuò)大的趨勢。鑒于為其供水的水廠建成投產(chǎn)于1981年，為什么在水源、市街管網(wǎng)均沒有改變的情況下突然開始出現(xiàn)黑色顆粒？對此我們進(jìn)行了研究分析，并提出初步解決對策。

1 基本情況

為該區(qū)域供水水廠原水水質(zhì)指標(biāo)如下。

表1 水廠原水水質(zhì)

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，黑色顆粒物的產(chǎn)生有如下特征：

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

（2） 黑色顆?，F(xiàn)象多為偶發(fā)出現(xiàn)，早晨第一次用水發(fā)生頻率較大。同一單元不同用戶未必同時發(fā)現(xiàn)；低層用戶較高層用戶發(fā)現(xiàn)頻次較多；

（3） 多發(fā)生在PE管材區(qū)，在鑄鐵管材區(qū)極少發(fā)現(xiàn)；

（4） 黑色顆粒物粒徑大致0.1~0.5 mm，結(jié)構(gòu)松散，易于沉淀。

經(jīng)我們對二次供水貯水池檢查，在貯水池內(nèi)部沒有發(fā)現(xiàn)顆粒物沉淀的跡象，同時由市街管網(wǎng)直接供水的用戶也沒有發(fā)現(xiàn)問題，因此可以確定顆粒物產(chǎn)生于二次供水管路。通過對發(fā)現(xiàn)問題的二次供水小區(qū)管路多次斷管、消火栓放水取樣，在管網(wǎng)中發(fā)現(xiàn)帶有弧度的大片黑色片狀物質(zhì)(約2 mm×2 mm)，并在管壁發(fā)現(xiàn)管垢脫落跡象。黑色片狀物質(zhì)結(jié)構(gòu)松散，經(jīng)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(zhuǎn)彎處，在適當(dāng)?shù)乃l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(jù)水中碳酸鹽的平衡關(guān)系，應(yīng)用飽和指數(shù)法計(jì)算碳酸鈣水垢析出的可能性，即：

IL=pH0- pHs

多次測定結(jié)果，IL= 0，即水質(zhì)處于碳酸鹽平衡狀態(tài)，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(zhì)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(zhì)共沉，反應(yīng)式為：

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

通過現(xiàn)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(huán)形式不完全一致，在鑄鐵管材上形成的管垢生長環(huán)以粘性堆積物為主，在PE管材上形成的生長環(huán)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(dá)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(xiàn)場條件，取樣的PE管材運(yùn)行時間一般為2~4年，鑄鐵管材運(yùn)行時間大于10年。

3 解決措施

我國北方大部分地區(qū)的地下飲用水中含有過量的錳，嚴(yán)重影響著當(dāng)?shù)厝嗣竦纳頪1]。當(dāng)錳的含量大于0.3 mg/L時，水會產(chǎn)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(dǎo)致慢性中毒[3]，誘發(fā)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(jìn)行應(yīng)急處理，經(jīng)濟(jì)便捷[5]。一般認(rèn)為，游離性余氯能把水中二價錳氧化為高價錳，當(dāng)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(xiàn)游離性余氯（折點(diǎn)以后）。因?yàn)榛闲杂嗦炔荒苎趸r錳。

按照這一原理，我們將消毒改為氯氨消毒，在投氯點(diǎn)之前投加適量的氨，氯氨比控制在4:1。消毒工藝改造后經(jīng)我們檢驗(yàn)，新建小區(qū)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(qū)管線應(yīng)用旋流沖洗法（高壓旋轉(zhuǎn)氣體夾帶少量砂礫的沖洗方式）進(jìn)行沖洗，結(jié)果表明，只要沖洗方式得當(dāng)（控制單次沖洗長度），可以將PE管材內(nèi)壁的結(jié)垢清洗干凈。

3.3 限制PE管材的使用

在管垢形成機(jī)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(yīng)用生物濾層去除地下水鐵錳的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)，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(shù)探討[J]. 環(huán)境保護(hù)科學(xué)，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(xué)，2008,15（2）：6-9.

[5] 劉靜，郭海蓮，史勇. 受錳污染的地表水應(yīng)急處理生產(chǎn)實(shí)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(yè)于沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)，研究方向：水務(wù)管理。

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1004-0935（2017）05-0505-02