饮用水中黑色颗粒物产生与去除

陈 阳，高云鹤，张亚峰

饮用水中黑色颗粒物产生与去除

陈 阳，高云鹤，张亚峰

（沈阳水务集团有限公司， 辽宁 沈阳 110002）

认真分析与检验了某市供水系统中出现的黑色颗粒物，指出了黑色颗粒物产生原因，并提出应对措施。实践表明，采取的措施简单、易行、有效。

黑色颗粒物；二氧化锰；氯胺消毒

S市某区域供水系统建成于1981年，以地下水为取水水源，共计有取水井15眼，其中两眼为备用。采用液氯消毒工艺，清水池调节容积6 000 m3，无其它水处理设施。区域内居民供水普遍采用二次加压，一般为市政管网水先进入二次加压调节水池，二次泵站自调节水池吸水加压送至用户。自2008年开始，个别居民小区发现水中含有黑色颗粒物，并且有逐步扩大的趋势。鉴于为其供水的水厂建成投产于1981年，为什么在水源、市街管网均没有改变的情况下突然开始出现黑色颗粒？对此我们进行了研究分析，并提出初步解决对策。

1 基本情况

为该区域供水水厂原水水质指标如下。

表1 水厂原水水质

经现场调查，黑色颗粒物的产生有如下特征：

（1） 仅发生在新建居民小区，一般为供水一年左右的时间出现。如某二次供水泵站同时供给新旧两个住宅小区，在新建小区水中时常出现黑色颗粒物，但在旧小区则极少发现；

（2） 黑色颗粒现象多为偶发出现，早晨第一次用水发生频率较大。同一单元不同用户未必同时发现；低层用户较高层用户发现频次较多；

（3） 多发生在PE管材区，在铸铁管材区极少发现；

（4） 黑色颗粒物粒径大致0.1~0.5 mm，结构松散，易于沉淀。

经我们对二次供水贮水池检查，在贮水池内部没有发现颗粒物沉淀的迹象，同时由市街管网直接供水的用户也没有发现问题，因此可以确定颗粒物产生于二次供水管路。通过对发现问题的二次供水小区管路多次断管、消火栓放水取样，在管网中发现带有弧度的大片黑色片状物质(约2 mm×2 mm)，并在管壁发现管垢脱落迹象。黑色片状物质结构松散，经手碾压即成粉状物，确定黑色颗粒物系管垢脱落后致成。脱落的管垢多聚集在住宅入户管与立管转弯处，在适当的水力条件下（如流速突变）带入立管，并被水流剪切破碎，在用户水龙头流出。

2 原因分析

根据水中碳酸盐的平衡关系，应用饱和指数法计算碳酸钙水垢析出的可能性，即：

IL=pH0- pHs

多次测定结果，IL= 0，即水质处于碳酸盐平衡状态，可以判断水垢的主要成分非碳酸盐析出。

通过对黑色沉淀物组成成分分析，二氧化锰含量最大，占42%，氧化铁含量5%，其余为二氧化硅、碳酸钙等。由此可以判定，黑色颗粒物主要系水中锰的氧化物与水中其他杂质的共沉物。在加氯消毒情况下，溶解性低价锰被游离余氯氧化，形成二氧化锰，并与其它杂质共沉，反应式为：

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

通过现场观察分析，这种共沉物在铸铁管材与PE管材的管垢生长环形式不完全一致，在铸铁管材上形成的管垢生长环以粘性堆积物为主，在PE管材上形成的生长环在粘性堆积物下有一层致密管垢。正是由于这种差异，在铸铁管材上形成的管垢不宜脱落，而在PE管材上形成的管垢或因管壁光滑，在达到了一定厚度后在水力剪切作用下积垢脱落而形成黑色颗粒物。但因现场条件，取样的PE管材运行时间一般为2~4年，铸铁管材运行时间大于10年。

3 解决措施

我国北方大部分地区的地下饮用水中含有过量的锰，严重影响着当地人民的生活[1]。当锰的含量大于0.3 mg/L时，水会产生异味；自来水中含有过量的锰时，洗涤的衣物上会成锈斑[2]，人体长期摄入过量的锰可导致慢性中毒[3]，诱发地方病[4]。因此，必须采取措施将其从饮用水中去除，确保饮用水安全。

解决黑色颗粒物的根本措施是彻底解决出厂水含锰问题，但需要较大的资金投入。在此情况下提出缓解措施。

3.1 投加铵盐

消毒是给水处理的必需工艺单元，利用消毒剂对出水进行应急处理，经济便捷[5]。一般认为，游离性余氯能把水中二价锰氧化为高价锰，当水中有铵盐存在时投氯量需要增加到铵盐全部氧化、水中出现游离性余氯（折点以后）。因为化合性余氯不能氧化二价锰。

按照这一原理，我们将消毒改为氯氨消毒，在投氯点之前投加适量的氨，氯氨比控制在4:1。消毒工艺改造后经我们检验，新建小区的黑色颗粒问题大大缓解。

3.2 管线冲洗

对已形成管垢的小区管线应用旋流冲洗法（高压旋转气体夹带少量砂砾的冲洗方式）进行冲洗，结果表明，只要冲洗方式得当（控制单次冲洗长度），可以将PE管材内壁的结垢清洗干净。

3.3 限制PE管材的使用

在管垢形成机制尚不十分清楚的情况下，限制 PE管材的使用。

通过以上措施，目前这一问题已得到初步缓解。

[1] 马晓春. 应用生物滤层去除地下水铁锰的实验研究[J]. 环境保护与循环经济，2008，（09）：42-43.

[2] 叔贵新，王海臣. 地下水中的铁锰对供水管井及输供水管近的危害[J]. 西南给排水，2000（4）：23-26.

[3] 姜义，张吉库. 地下水中铁、锰的存在形式及去除技术探讨[J]. 环境保护科学，2003,（01）：32-34.

[4] 荆俊杰，谢吉民. 微量元素锰污染对人体的危害[J]. 广东微量元素科学，2008,15（2）：6-9.

[5] 刘静，郭海莲，史勇. 受锰污染的地表水应急处理生产实践[J]. 给水排水，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

陈阳（1960-），男，高级工程师，辽宁省沈阳市人，1982年毕业于沈阳农业大学，研究方向：水务管理。

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1004-0935（2017）05-0505-02