水厂加碱调节 PH 试验研究

1、水厂加碱调节 PH 试验研究陈明 巢猛 吴燕琴 刘建明 戴吉胜（ 广东省东莞市东江水务有限公司 东莞 523026 ）摘要：对于低碱度、低 PH 的原水，在水处理过程中通常投加碱调节剂，以提高出水的碱度和PH，从而增强出水的化学稳定性。本文通过烧杯搅拌试验、中试和生产性试验，对三种碱调节剂 石灰、氢氧化钠、碳酸钠进行了对比试验，以了解三种不同碱剂的投加效果，同时对三种碱剂的投加成本进行了对比分析。关键词：加碱 PH某水厂原水取自河流地表水，其 PH 为6.9 7.1，碱度为20 40mg/L(以碳酸钙计)之间，属低矿化度、低碱度、偏酸性。原水经常规工艺处理后其出厂水的PH 进一步降低，一般在6

2、.5 6.7 之间。因此，在水处理过程中有必要投加碱调节剂，以提高出水的碱度和PH，从而增强出水的化学稳定性。1、前投加碱试验前投加碱即在混凝反应前投加碱，以调节原水的PH。11 前投加碱烧杯混凝搅拌试验前投加碱烧杯混凝搅拌试验即在实验室利用六联搅拌试验机，模拟水厂生产中的混凝反应、沉淀过程。试验用水取自上述某水厂的原水，浊度为50 NTU 左右。试验时用聚合氯化铝作混凝剂，其投加量均为5mg/L（按商品量计，三氧化二铝有效含量约为30%左右），分别用石灰、氢氧化钠、碳酸钠作PH 调节剂，试验结果以下：从以上表 1、表2、表3 可以看到：1、投加碱调节剂，提高原水PH，经混凝沉淀后，PH 降低

3、。这主要的原因可能为聚合氯化铝水解后产生H+，消耗了水中的碱度。2、碱调节剂的投加量越大，混凝沉淀后PH 的下降率（相对于混凝前的PH）越大。主要的原因可能为聚合氯化铝在不同的PH 条件下生成不同的水解产物，不同的水解产物产生不同量的H+。3、在相同的聚合氯化铝的投加量条件下（5mg/L），碱调节剂的投加量越大，混凝沉淀后的PH 越大，余浊越小，但余铝浓度却呈增高趋势。主要的原因可能为：由于铝的化合物为两性化合物，在偏碱性的条件下，聚合氯化铝的水解产物的溶解度增加，从而增加了水中铝离子的浓度。12 前投加碱生产试验由于前投加碱烧杯混凝试验只能在实验室模拟实际生产的混凝沉淀部分，因此，要了解整个

4、前投加碱的效果，必须进行生产试验。由于生产条件所限，前投加碱生产试验只用石灰进行了生产试验。前投加碱生产试验选择在某水厂进行，其中分为独立运行的一、二期生产线，其工艺流程完全相同，即网格絮凝 平流沉淀-石英砂过滤。试验时选择一、二期进行对比，其中二期未投加石灰，一期在投加聚合氯化铝前投加不同量的石灰，以了解在不同量石灰下的投加效果，试验结果以下（表5 8 为依次增加石灰投加量的测试结果）：从以上表 4 至表8 可以看到：1、不管投加石灰与否，待滤水（沉淀池）经砂滤池过滤后，PH 进一步降低。这可能与滤砂表层的生物膜所发生的生物化学作用有关：（1） 水中的有机物一般分为含氮有机物和不含氮有机物。

5、不含氮有机物在嫌气条件下被微生物所分解而产生发酵作用，如糖类转化为洒精，其反应如下：C6H12O6 - C2H5OH + CO2在好气条件下，被微生物所分解而产生氧化作用，如乙醇转化为乙酸，其反应如下：C2H5OH + O2 - CH3COOH + H2O上述反应的产物CH3COOH 和CO2 均消耗水的碱度，使PH 降低。（2） 含氮有机物如受微生物等作用，能引起氮的转化，如尿素受微生物的作用，先分解成碳酸铵，再分解成氨。氨在亚硝酸菌的作用下进一步氧化成亚硝酸。从表 4 来看，待滤水的氨氮为0.50mg/L，滤后水的氨氮为<0.05mg/L,说明砂滤池对氨氮有较明显的去除作用，主要原因

6、为砂滤池表层的亚硝酸菌将氨氮氧化为亚硝酸（亚硝化作用）。亚硝酸的生成为滤后水PH 下降的另一主要原因。2NH3 + 3O2 - 2HNO2 + 2H2O2、石灰的投加量越大，待滤水的PH 越高，但经砂滤池过滤后滤后水的PH 下降率（相对于待滤水的PH）越大。主要原因可能为：在待滤水较高的PH 条件下，砂滤池表层的生物膜除了发生上述亚硝化作用外，还存在以下硝化作用：2HNO2 + H2O - 2HNO3为了证明上述推测，进行了以下对比试验：在二期未投加石灰时，待滤水的PH 为7.0，滤后水的亚硝酸盐氮含量为0.010mg/L；同时，在一期投加石灰时，待滤水的PH 为8.3，滤后水的亚硝酸盐氮含量

7、则为<0.001mg/L；这说明了在不同的待滤水的PH 条件下，砂滤池表层的生物膜发生不同的生物化学作用，从而进一步影响滤后水的PH。3、石灰的投加量越大，混凝沉淀后的PH 越高，但余铝浓度却呈增高趋势。这与烧杯混凝试验的结果吻合。4、石灰的投加量越大，混凝沉淀后的PH 越高，待滤水的余铝浓度呈增高趋势。但经砂滤池过滤后滤后水的余铝进一步降低。这可能为以下两方面的主要原因：a: 待滤水中的残余浊度所含的颗粒铝，经砂滤池过滤后得以去除。据有关实验证明：在待滤水的PH 为中性的条件下，铝主要伴随浊度的去除而去除。b: 由于铝的化合物为两性化合物，在偏碱性的条件下，聚合氯化铝的水解产物的溶解度

8、增加，从而增加了水中铝离子的浓度。偏碱性的待滤水经过砂滤池时，PH 降低至中性，聚合氯化铝的水解产物的溶解度降低，经砂滤池过滤后铝得以去除。13 前投加碱中试试验前投加碱中试试验即利用两组平行的中试装置，模拟水厂生产工艺，中试装置的工艺流程为：混凝反应 斜板沉淀 石英砂过滤。其中分A、B 两组。A 组所用的石英砂为水厂实际生产中所用的石英砂（即取自水厂滤池的石英砂），B组所用的石英砂为新的石英砂（即未使用过的石英砂）。从表 9 11 的中试结果来看，与生产性试验结果基本一致。当滤层存在生物膜时（A 组），滤后水的PH、氨氮、铝均有较明显的降低趋势。当滤层不存在生物膜时（B 组），则滤后水的PH

9、、氨氮、铝与待滤水基本相同。中试结果表明，滤后水PH 下降的主要原因为滤池表层生物膜作用的结果。2后投加碱试验后投加碱试验为滤后水加碱调节PH。由于条件所限，后加碱试验仅以出厂水进行了氢氧化钠和碳酸钠的烧杯投加试验。试验结果以下：从表 12、13 可以看到：将出厂水调到相同的PH，氢氧化钠的耗量远小于碳酸钠。3加碱调节PH 的成本核算31 前加碱调节PH 的成本从上述前投加石灰生产试验可以知道，要将出厂水的 PH 调至7.2 左右，则待滤水的PH 至少应为8.3 以上。另外从烧杯混凝试验结果（表1、2、3）可以查到，相应的三种碱调节剂的投加量为：石灰 6 mg/L，氢氧化钠5 mg/L，碳酸钠

10、 18mg/L。则可以计算出相应的投加成本：（1） 烧杯试验石灰的投加量为6mg/L 左右，实际生产投加量约为9mg/L，按生产投加量9 mg/L 计，以石灰的价格每吨550 元计，则前投加石灰的成本约为5.0 元/千吨水。（2） 烧杯试验氢氧化钠的投加量为5mg/L 左右，按食品级氢氧化钠的价格每吨3600 元计，则前投加氢氧化钠的成本为18.0 元/千吨水。（3） 烧杯试验碳酸钠的投加量为18mg/L 左右，按食品级碳酸钠的价格每吨2200 元计，则前投加碳酸钠的成本为39.6 元/千吨水。3后加碱调节PH 的成本核算后投加试验即在滤后水加氯消毒后投加。从表12、13 可以看到，要将出厂水的PH 调至7.2 左右，氢氧化钠的投加量为2.5 mg/L 左右，碳酸钠为 7mg/L 左右。则可以计算出相应的投加成本：（1） 烧杯试验氢氧化钠的投加量为 2.5mg/L 左右，按食品级氢氧化钠的价格每吨3600 元计，则后投加氢氧化钠的成本为9.0 元/千吨水。（2） 烧杯试验碳酸钠的投加量为 7mg/L 左右，按食品级碳酸钠的价格每吨2200 元计，则后投加碳酸钠的成本为15.4 元/千吨水。4. 结论（1）虽然前投加石灰调节PH 的成本较低，但由于前投加石灰受滤层生物膜的影响，滤后水的PH 进一步降低。因此，前投加石灰很