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石灰在处理水库水中的助凝作用分析郑晨 （浙江黄岩自来水公司, 浙江 黄岩 318020）摘 要 石灰在水库水处理中的助凝作用分析是一个具有创新研究价值的课题。本文主要运用氢氧化钠与石灰投加的对比方法，对石灰助凝作用进行深入讨论分析。结果表明：石灰具有提高水质PH和助凝双重作用，能有效降低水体浊度，助凝效果优于氢氧化钠。同时论述了黄岩水厂石灰运行，能控制出厂水浊度在0.04NTU左右，PH控制在7.2左右。最后对水厂絮凝剂选择做了进一步讨论。关键词 石灰；氢氧化钠；助凝；浊度；PH；絮凝剂Limestone in the water reservoir to help deal with the role of analysis of condensateZheng Chen( Zhe Jiang Province Huang Yan Running-water Company,Huang Yan 318020)Abstract Lime water in the reservoir to help in setting the role of analysis is a subject of the value of innovative research. In this paper, the use of sodium hydroxide and lime dosing comparison of methods of setting the role of lime to help conduct an in-depth discussion and analysis. The results showed that: improve the quality of lime with PH and their dual role of setting, can effectively reduce the water turbidity, help is better than sodium hydroxide condensate. At the same time on the water plant lime Huangyan operation can be controlled in the finished water turbidity 0.04NTU around, PH control in about 7.2. Finally, Flocculant Water Treatment Plant to discuss further options.Keywords Lime; sodium hydroxide; help condensate; turbidity; PH; Flocculant随着人民生活水平的提高，人民对生活饮用水的要求也越来越高，但由于江河水污染日益严重，很多自来水厂都开始以水库水为水源。水库水具有低温、低浊度、PH偏低等特点，国内很多采用水库水为水源的水厂，相继采用加碱的水处理技术，通过选择一些合适的碱性药剂来有效的调节水体PH。从国内水处理行业调查情况看来，一般在给水处理中应用比较多的是石灰和烧碱NaOH，其中石灰一般是粉体，而烧碱可以是采用固体或30%NaOH的液体。很多水厂刚开始一般用投加NaOH来调整水的PH值，但后来发现NaOH存在投加量大，成本太高，不安全等问题。一些采用石灰投加的水厂，发现石灰既能提高PH，又能改善混凝沉淀效果，而且提高了出厂水的化学稳定性，减少管网黄水现象发生1，但存在反应杂质比较多容易造成管道、泵堵塞，投加不方便的问题。为解决石灰在水处理中存在的问题，现国内已经有石灰生产厂家，生产的石灰Ca(OH)2含量大于95%，杂质含量少，并具有涉及饮用水卫生安全的卫生许可证，能够很好的解决了石灰投加反应后杂质多，造成管道和泵堵塞的问题；石灰投加系统的应用也解决了以往人工投加石灰困难的问题。所以在加碱的水处理技术中，水厂用石灰取代NaOH投加将越来越普遍。浙江省是国内最早提出现代化水厂标准（PH：7.0-8.5）的省份。浙江省大多自来水厂水源取自水库，为达到现代化水厂标准，许多自来水厂相继采用石灰投加系统调节PH值，改善混凝沉淀效果。黄岩水厂水源取自长潭水库，PH常年低于7.0，水厂选择石灰来提高出厂水的PH值。在实际使用过程中，发现石灰不仅起到提高PH的作用，而且还起到助凝作用。本文主要针对石灰在处理水库水中起到的助凝作用做深入的分析探讨。1 试验部分1.1 化验试剂与仪器试剂：石灰 Ca（OH）295%，游离H2O1.0%，酸不溶物0.3%；氢氧化钠 NaOH %30%，碳酸钠0.4%，氯化钠4.7%，三氧化二铁0.005%；聚合氯化铝 溶液浓度质量分数为1%。仪器：8362sc高纯水用PH分析仪 美国哈希公司； JJ-4六联电动搅拌器 江苏金坛市顺华仪器有限公司； ACCU4/T53低量程浊度分析仪 美国哈希公司1.2 石灰作用机理1.2.1 石灰及其作用石灰的主要成分为氢氧化钙，是一种微细的白色粉末状物体，属于微溶解物质，20水温仅溶解度仅为0.165%，水溶液呈强碱性，粉尘具有一定的挥发性。投加石灰的主要作用是调节水体的PH，同时石灰对水体中的胶体微粒能起助凝作用。作为颗粒核增重剂，石灰具有加速不溶物的沉淀分离、提高改善混凝沉淀效果、增加水体的化学稳定性的作用。1.2.2 助凝剂及作用机理助凝剂是用于调节或改善混凝条件，促进凝聚作用所添加的药剂或为改善絮凝体结构的高分子物质。其作用是为了改善絮凝体的结构，促使细小而松散的絮粒变得粗大而密实，作用机理是分子物质的吸附架桥。目前水厂内常用的助凝剂有：骨胶、石灰、聚丙烯酰胺及其水解产物、活化硅酸、海藻酸钠等。从广义上讲，凡能提高或改善混凝剂作用效果的化学药剂都可以称为助凝剂，当原水碱度不足而使铝盐混凝剂水解困难时，可投加碱性物质以促进混凝剂水解反应2。1.3 实验方法（1） 在6个盛有1L原水的杯中投加一定质量分数的助凝剂（石灰、氢氧化钠）溶液，测定PH。（2） 通过搅拌机以50r/min速度，搅拌30秒。（3） 在6个盛有1L原水的杯中分别投加一定质量分数的混凝剂（聚合氯化铝、硫酸铝）溶液。（4） 按照设定程序(GT值参照水厂实际数据)进行搅拌试验。（5） 运行结束后，测定沉淀后水的浊度。1.4 分析方法浊度是水体中由于存在细微、分散的悬浮颗粒而使其透明度降低的一种度量3。本次研究，根据处理后水体的浊度大小，在一定程度上间接反映出石灰对自来水的助凝效果。我们进行了氢氧化钠和石灰对比投加试验，探究石灰对于处理低温低浊水的助凝作用机理，以及两者水处理的效果对比。对比投加试验分为实验室试验对比和现场实际对比。2 实验结果与讨论2.1 实验室试验对比2.1.1 试验一：原水中投加NaOH溶液和聚合氯化铝溶液。原水情况：浊度为1.96NTU， PH为6.92， 温度12。实验结果见表1。表1 投加NaOH溶液和聚合氯化铝溶液对原水浊度影响杯号1#2#3#4#5#6#NaOH投加量0.2 ml0.2 ml0.2 ml0.2 ml0.2 ml0.2 ml聚合氯化铝投加量0.2 ml0.3 ml0.4ml0.5 ml0.6 ml0.7 ml沉后水浊度NTU0.8090.4050.3450.3470.4510.5922.1.2 试验二：原水中投加石灰溶液和聚合氯化铝溶液。原水情况：浊度为1.94NTU， PH为6.96，温度12。实验结果见表2。表2 投加石灰溶液和聚合氯化铝溶液对原水浊度影响杯号1#2#3#4#5#6#石灰投加量0.4 ml0.4 ml0.4 ml0.4 ml0.4 ml0.4 ml聚合氯化铝投加量0.2 ml0.3 ml0.4ml0.5 ml0.6 ml0.7 ml沉后水浊度NTU1.230.4750.3120.2820.3160.4422.1.3 试验三：在原水中投加石灰溶液和硫酸铝溶液，硫酸铝作混凝剂去除浊度时，合适的PH范围为6.57.54。 原水情况：浊度为1.91NTU， PH为6.90，温度13。实验结果见表3。表3 投加石灰溶液和聚合氯化铝溶液对原水浊度影响杯号1#2#3#4#5#6#石灰投加量0.4 ml0.4 ml0.4 ml0.4 ml0.4 ml0.4 ml硫酸铝投加量0.2 ml0.3 ml0.4ml0.5 ml0.6 ml0.7 ml沉后水浊度NTU1.240.4540.2760.1990.0890.2032.1.4 试验四：在原水中投加聚合氯化铝溶液。原水情况：浊度为1.88NTU， PH为6.86，温度13。化验结果见表4。表4 投加聚合氯化铝溶液对原水浊度影响杯号1#2#3#4#5#6#聚合氯化铝投加量0.2 ml0.3 ml0.4ml0.5 ml0.6 ml0.7 ml沉后水浊度NTU1.020.6020.5530.8710.9361.262.1.5四种实验结果比较四种实验结果浊度去除效果图00.20.40.60.811.21.4123456杯号浊度-NTU氢氧化钠和PAC效果石灰和PAC效果石灰和硫酸铝效果PAC效果 图1 四种实验结果浊度出除效果图实验结果分析与结论：试验一和二中，1#和2#杯的效果比较，两者的浊度都比较高，但氢氧化钠的效果要优于石灰，这是因为混凝剂聚合氯化铝量不够，影响混凝效果，而石灰的悬浮颗粒造成浊度偏高；而3#、4#、5#、6#杯，两者的浊度都比较低，石灰的效果要优于氢氧化钠，这是因为混凝剂足够时，石灰的悬浮颗粒增加了混凝剂水解产物的凝结中心，提高颗粒碰撞速率并增加絮凝体密度，提高了混凝效果。试验二和试验三比较，石灰和硫酸铝在处理低温低浊水的效果优于石灰和聚合氯化铝投加效果。试验四中，混凝剂聚合氯化铝量不够和过量时，效果均不佳，适量投加时，出水浊度效果还是较好，但比不上再投加石灰和氢氧化钠后的效果。从实验室试验数据来看，石灰和氢氧化钠在处理低温低浊水方面，都起到了提高PH和助凝的双重作用。在助凝方面，氢氧化钠通过提高PH使絮凝剂更有效发挥作用；而石灰不仅利用提高PH的方式使絮凝剂作用更有效，另外其悬浮颗粒起到聚凝核心的作用，增加颗粒碰撞速率，增加絮凝体密度，加速不溶物的沉淀分离，提高混凝效果。而且采用石灰和硫酸铝投加，能进一步降低水的浊度。2.2 生产试验对比因为实验室试验和生产情况有些不同，如生产中先为液氯投加，而实验室无法投加液氯。我们又进行了氢氧化钠投加生产试验。投加点为原石灰投加点，氢氧化钠为含量96%的食品级产品，投加后使反应池水体PH值控制在8.4左右，混凝剂聚合氯化铝量投加量不变，经过半个月的试验，对比结果如下表5所示：原水情况：浊度1.89NTU左右，均小于2NTU，温度12，PH为6.68左右。表5氢氧化钠与石灰生产试验对比结果药剂组合沉淀池出水浊度絮凝效果石灰和聚合氯化铝组合投加稳定在0.250.35矾花颗粒较多且粗大。比较容易沉淀。氢氧化钠和聚合氯化铝组合投加稳定在0.30.5矾花颗粒较多，颗粒大小相对于石灰效果稍微细小一些，反应效果还是较好。沉淀时间较长。由生产试验可知：提高原水的PH值，有助于提高聚合氯化铝在低浊度水中的混凝效果，这一点氢氧化钠和石灰的作用基本相同。但在相同的条件下，在处理低温低浊水中，石灰的助凝效果要优于氢氧化钠，能更进一步降低水的浊度。这是由于石灰水是一种悬浮乳液，其溶液中含有悬浮颗粒，增加了混凝剂水解产物的凝结中心，提高颗粒碰撞速率并增加絮凝体密度，提高了混凝效果。并且这些颗粒是易沉淀的，从而增加了水处理中的混凝和沉淀效果，使沉淀池出水浊度进一步降低。在成本方面，省内某水厂作过这方面的实验，氢氧化钠的用量是石灰用量的2-2.4倍，且与投加氢氧化钠相比，投加石灰能大幅度降低水厂制水成本，更具经济效益5。3 黄岩水厂石灰运行情况黄岩水厂在运行初期，石灰设备还没开始进行投加，此时单独投加混凝剂聚合氯化铝，沉淀后浊度都是大于1.0NTU，出厂水的PH值一般在6.56.8之间。2007年，在单独投加混凝剂聚合氯化铝，当原水低于2.0NTU的情况下统计，聚合氯化铝平均投加量为4.5Kg/KT，沉淀后出水浊度控制1.0NTU左右。2008年石灰稳定投加后，聚合氯化铝平均投加量为3.6Kg/KT，石灰平均投加量为3.92Kg/KT，沉后水浊度控制0.35NTU以下。现黄岩水厂药剂投加流程情况如图2所示：原水取水泵房折板絮凝、平流沉淀池V型滤池清水池送水泵房出厂水黄岩水厂流程图一次加氯加石灰 加矾加高锰酸钾补加氯二次加氯图2 黄岩水厂药剂投加流程图黄岩水厂通过在原水进入反应池之前的管道上投加药剂，根据对现场实际运行情况的分析，发现水体的pH对絮凝效果影响非常明显，具体效果见表6。表6 黄岩水厂石灰投加絮凝效果原水PH值pH7pH=78pH=8.4左右pH大于9混凝效果处理效果不是很理想，其去浊效果不明显，矾花细小，沉降效果差。处理效果较好，絮体生成快，矾花大，浊度去除率也较高。去除效果最好，上清液最清澈，此时达到最佳状态。去除效果也不是很好，矾花细小，沉降效果差。黄岩水厂目前将原水的PH值控制在8.4左右，使折板反应池的矾花效果明显提高，基本能稳定地将沉淀池出水的浊度控制在0.35NTU以下、出厂水浊度控制在0.04NTU左右、出厂水的PH值控制在7.2左右。4 结果与讨论（1）石灰和氢氧化钠在处理低温低浊水方面，都起到了提高PH和助凝的双重作用。在助凝方面，氢氧化钠通过提高PH使絮凝剂更有效发挥作用；而石灰不仅利用提高PH的方式使絮凝剂作用更有效，另外其悬浮颗粒起到聚凝核心的作用，增加颗粒碰撞速率，增加絮凝体密度，加速不溶物的沉淀分离，提高混凝效果。（2）相同条件下，在处理低温低浊水实验室试验中，投加石灰水体浊度从1.94NTU降到0.282NTU，降低了6.8倍