二氧化氯與次氯酸鈉消毒對(duì)管網(wǎng)末梢水色度指標(biāo)影響的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)探討

柳元輝 王春雷 黃炳峰

(深圳市大工業(yè)區(qū)水務(wù)有限公司，廣東 深圳 518122)

二氧化氯與次氯酸鈉兩種化學(xué)藥劑因具有良好的氧化性，被廣泛應(yīng)用于自來水廠水質(zhì)氧化消毒工藝，兩種消毒藥劑中，二氧化氯的制取和使用條件相比次氯酸鈉而言更為復(fù)雜，二氧化氯需要購(gòu)買化學(xué)原材料氯酸鈉、雙氧水、硫酸(或鹽酸)，使用二氧化氯發(fā)生器現(xiàn)制現(xiàn)用循環(huán)投加。因此，定期對(duì)二氧化氯投加系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)防性維修保養(yǎng)，降低設(shè)備故障率是水廠平穩(wěn)投加二氧化氯消毒的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文對(duì)大工業(yè)區(qū)自來水廠二氧化氯投加系統(tǒng)維修保養(yǎng)期間，切換使用次氯酸鈉消毒是否會(huì)引起管網(wǎng)末梢水水質(zhì)色度超標(biāo)、水質(zhì)發(fā)黃的問題進(jìn)行實(shí)踐論證，可為自來水廠多種消毒藥劑聯(lián)合投加使用提供參考。

1 水廠基本情況

深圳大工業(yè)區(qū)自來水廠占地7.96hm2，設(shè)計(jì)供水能力為一期10萬(wàn)m3/d，二期為15萬(wàn)m3/d，遠(yuǎn)期總規(guī)模為60萬(wàn)m3/d，是深圳市十四五規(guī)劃中坪山區(qū)主力供水廠。一期于2008年初建成并調(diào)試運(yùn)行，同年3月8日正式對(duì)外供水，采用“折板絮凝+平流沉淀+翻板過濾+二氧化氯”常規(guī)水處理工藝(見圖1)，原水取水以及各制水工藝單元均為重力自流并預(yù)留預(yù)氧化處理及深度處理工藝用地和水頭。2020年最大日供水量突破12萬(wàn)m3。

圖1 常規(guī)水處理工藝流程

2 水廠原水情況

大工業(yè)區(qū)自來水廠原水采用雙水源取水，其中主供水水源為東江供水干線大工業(yè)區(qū)支線水源，備用水源為松子坑水庫(kù)水源，兩路水源均采用DN2600管道接入水廠原水結(jié)合井,最大取水量可達(dá)80萬(wàn)m3/d，滿足遠(yuǎn)期60萬(wàn)m3/d自來水廠取水需求。兩路水源水質(zhì)均符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)中Ⅱ～Ⅲ類地表水水質(zhì)，原水主要風(fēng)險(xiǎn)為季節(jié)性高藻、高濁、鐵錳超標(biāo)給水廠生產(chǎn)和供水安全帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

3 消毒方式及水質(zhì)感官指標(biāo)基本情況

常規(guī)消毒采用二氧化氯前預(yù)氧化+濾后出廠消毒方式，原水季節(jié)性高藻、鐵錳指標(biāo)超標(biāo)的情況通過水廠凈水工藝處理得到有效控制。2010年配套設(shè)置了次氯酸鈉備用投加系統(tǒng)，以滿足二氧化氯發(fā)生器檢修保養(yǎng)期間的水質(zhì)消毒需求，自次氯酸鈉備用投加系統(tǒng)啟用以來，水廠水質(zhì)消毒能力進(jìn)一步加強(qiáng)，更有效地保障了水廠供水水質(zhì)安全。自正式對(duì)外供水運(yùn)營(yíng)以來，出廠水各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)均保持優(yōu)良狀態(tài)，部分感官水質(zhì)指標(biāo)長(zhǎng)期優(yōu)于國(guó)家和地方標(biāo)準(zhǔn)限值要求(見表1)。

表1 2010—2020年出廠水常規(guī)5項(xiàng)感官和一般化學(xué)性指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

由于供水量的逐年增加，主消毒劑二氧化氯發(fā)生器的負(fù)荷顯著上升，為保證供水水質(zhì)消毒不受影響，水廠提高了二氧化氯發(fā)生器的維保次數(shù)，二氧化氯與次氯酸鈉兩種消毒藥劑切換使用的頻率隨之提高。因此，針對(duì)長(zhǎng)時(shí)間、頻繁切換使用兩種消毒藥劑消毒是否會(huì)引起管網(wǎng)末梢水色度指標(biāo)波動(dòng)和水質(zhì)發(fā)黃問題，本文從“實(shí)驗(yàn)室小試”以及“實(shí)際生產(chǎn)投加實(shí)踐”兩個(gè)階段，分步驟，系統(tǒng)、安全地進(jìn)行了驗(yàn)證。

4.1 實(shí)驗(yàn)室小試

分別采取長(zhǎng)期使用次氯酸鈉消毒的坑梓自來水廠供水轄區(qū)管網(wǎng)末梢水樣，及使用二氧化氯消毒的大工業(yè)區(qū)自來水廠供水轄區(qū)管網(wǎng)末梢水樣各4000mL，依據(jù)《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法》(GB/T 5750—2006)，測(cè)得的兩個(gè)水樣渾濁度、pH值、色度、顯色金屬離子鐵和錳5個(gè)水質(zhì)指標(biāo)均為優(yōu)良狀態(tài)。

使用500mL的量筒分別將兩個(gè)水樣按10%～90%的比例混合成10個(gè)300mL的新水樣，檢測(cè)結(jié)果顯示混合后的10個(gè)水樣5項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)無(wú)明顯變化，且靜置觀察24h，混合水樣“色度”指標(biāo)檢測(cè)值仍小于5度，并未出現(xiàn)水質(zhì)發(fā)黃或色度檢測(cè)值上升的現(xiàn)象，檢測(cè)數(shù)據(jù)見表2。

表2 兩種不同消毒藥劑的管網(wǎng)末梢水混合后的色度水質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)對(duì)比情況

4.2 實(shí)際生產(chǎn)投加實(shí)踐

當(dāng)二氧化氯發(fā)生器需要停機(jī)檢修養(yǎng)護(hù)時(shí)，以往均短時(shí)間(小于12h)臨時(shí)切換備用消毒藥劑次氯酸鈉進(jìn)行消毒，檢修完畢后重新投加二氧化氯，管網(wǎng)末梢水未出現(xiàn)水質(zhì)發(fā)黃等異?，F(xiàn)象。本次實(shí)驗(yàn)?zāi)M“投加次氯酸鈉消毒供水過程中切換使用二氧化氯消毒的供水工藝方案”，觀察分析投加次氯酸鈉消毒1天、7天、15天、30天后，再切換使用二氧化氯消毒的管網(wǎng)末梢水色度指標(biāo)變化情況，檢測(cè)數(shù)據(jù)見表3～表6。

表3 2020年11月18—19日切換使用次氯酸鈉與二氧化氯消毒管網(wǎng)末梢水質(zhì)檢測(cè)記錄

續(xù)表

表4 2020年11月21—27日切換使用次氯酸鈉與二氧化氯消毒管網(wǎng)末梢水質(zhì)檢測(cè)記錄

表5 2020年12月10—25日切換使用次氯酸鈉與二氧化氯消毒管網(wǎng)末梢水質(zhì)檢測(cè)記錄

續(xù)表

表6 2021年2月14日—3月16日切換使用次氯酸鈉與二氧化氯消毒管網(wǎng)末梢水質(zhì)檢測(cè)記錄

投加次氯酸鈉消毒1天、7天、15天、30天后，再切換使用二氧化氯消毒,4次實(shí)踐及檢測(cè)結(jié)果表明，切換使用上述兩種消毒藥劑消毒，管網(wǎng)末梢水色度及低價(jià)鐵、錳顯色金屬離子均小于《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法》(GB/T 5750—2006)的最低檢出限值。

5 結(jié)果分析

由上述小試及實(shí)踐結(jié)果可知，自來水廠供水過程中切換使用二氧化氯和次氯酸鈉兩種藥劑消毒，并未引起管網(wǎng)末梢水色度超標(biāo)。就藥劑本身而言，無(wú)論理論上還是實(shí)際應(yīng)用中均不會(huì)造成水質(zhì)色度超標(biāo)。

由于大工業(yè)區(qū)自來水廠使用東江水源，東江上游贛州、河源地區(qū)土壤鐵、錳含量較高，常年超地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)限值，故引起水中色度偏高的主要因素是鐵、錳金屬離子(見表7)。由于對(duì)凈水工藝過程的有效管控，大工業(yè)區(qū)自來水廠自投產(chǎn)以來未出現(xiàn)鐵、錳金屬離子超標(biāo)造成的出廠水和管網(wǎng)水色度超標(biāo)事件。

表7 2010—2020年大工業(yè)區(qū)自來水廠原水常規(guī)感官和一般化學(xué)性指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

供水管網(wǎng)長(zhǎng)時(shí)間使用，內(nèi)壁逐漸形成腐蝕和生物性結(jié)垢，外觀呈凸起狀，單體呈葡萄球形，松軟垢質(zhì)主要是水中懸浮鐵質(zhì)及碳酸鈣鹽的沉積，它是造成管網(wǎng)水質(zhì)發(fā)黃的主要原因，而Fe3+是導(dǎo)致水質(zhì)發(fā)黃的根本因素。管道內(nèi)含氯消毒藥劑與水中Fe2+和Mn2+發(fā)生氧化還原反應(yīng)，分別生成穩(wěn)定的Fe3+和MnO2，周而復(fù)始沉積于管壁，也是引起管網(wǎng)末梢水發(fā)黃色度異常的重要原因。下列因素可加劇結(jié)垢沉積物溶解，造成末梢水色度超標(biāo)：?管道內(nèi)結(jié)垢，使過水?dāng)嗝鏈p小，局部流速增大，加劇對(duì)結(jié)垢體的沖刷；?管網(wǎng)末梢局部出現(xiàn)死水，一旦來水，黃水問題凸顯；?隨著用水量的變化，管道中水的流速陡增或陡降，如供水日變化系數(shù)波動(dòng)較大的時(shí)段，易出現(xiàn)黃水；?由于供水管網(wǎng)搶修或其他原因，管道中水流方向發(fā)生改變，逆向水流沖刷使管內(nèi)壁相對(duì)穩(wěn)固的鐵銹及污垢脫落，造成水質(zhì)發(fā)黃，色度指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)。

6 結(jié) 語(yǔ)

引起自來水廠管網(wǎng)末梢水水質(zhì)發(fā)黃問題的主要因素是出廠水水質(zhì)、管網(wǎng)潔凈程度、水流方向變化、供水壓力和水量的波動(dòng)等。因此，供水企業(yè)在日常工作中應(yīng)該首先確保出廠水水質(zhì)合格；其次按規(guī)范定期對(duì)供水管網(wǎng)進(jìn)行沖洗、排放，保持管道內(nèi)壁潔凈；同時(shí)，加強(qiáng)供水管網(wǎng)運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理，減少因維修施工、供水加壓等原因引起的管網(wǎng)末梢水質(zhì)波動(dòng)。