二氧化氯与次氯酸钠消毒对管网末梢水色度指标影响的实践经验探讨

柳元辉 王春雷 黄炳峰

(深圳市大工业区水务有限公司，广东 深圳 518122)

二氧化氯与次氯酸钠两种化学药剂因具有良好的氧化性，被广泛应用于自来水厂水质氧化消毒工艺，两种消毒药剂中，二氧化氯的制取和使用条件相比次氯酸钠而言更为复杂，二氧化氯需要购买化学原材料氯酸钠、双氧水、硫酸(或盐酸)，使用二氧化氯发生器现制现用循环投加。因此，定期对二氧化氯投加系统进行预防性维修保养，降低设备故障率是水厂平稳投加二氧化氯消毒的关键环节。本文对大工业区自来水厂二氧化氯投加系统维修保养期间，切换使用次氯酸钠消毒是否会引起管网末梢水水质色度超标、水质发黄的问题进行实践论证，可为自来水厂多种消毒药剂联合投加使用提供参考。

1 水厂基本情况

深圳大工业区自来水厂占地7.96hm2，设计供水能力为一期10万m3/d，二期为15万m3/d，远期总规模为60万m3/d，是深圳市十四五规划中坪山区主力供水厂。一期于2008年初建成并调试运行，同年3月8日正式对外供水，采用“折板絮凝+平流沉淀+翻板过滤+二氧化氯”常规水处理工艺(见图1)，原水取水以及各制水工艺单元均为重力自流并预留预氧化处理及深度处理工艺用地和水头。2020年最大日供水量突破12万m3。

图1 常规水处理工艺流程

2 水厂原水情况

大工业区自来水厂原水采用双水源取水，其中主供水水源为东江供水干线大工业区支线水源，备用水源为松子坑水库水源，两路水源均采用DN2600管道接入水厂原水结合井,最大取水量可达80万m3/d，满足远期60万m3/d自来水厂取水需求。两路水源水质均符合《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中Ⅱ～Ⅲ类地表水水质，原水主要风险为季节性高藻、高浊、铁锰超标给水厂生产和供水安全带来的风险。

3 消毒方式及水质感官指标基本情况

常规消毒采用二氧化氯前预氧化+滤后出厂消毒方式，原水季节性高藻、铁锰指标超标的情况通过水厂净水工艺处理得到有效控制。2010年配套设置了次氯酸钠备用投加系统，以满足二氧化氯发生器检修保养期间的水质消毒需求，自次氯酸钠备用投加系统启用以来，水厂水质消毒能力进一步加强，更有效地保障了水厂供水水质安全。自正式对外供水运营以来，出厂水各项水质指标均保持优良状态，部分感官水质指标长期优于国家和地方标准限值要求(见表1)。

表1 2010—2020年出厂水常规5项感官和一般化学性指标统计

4 实验验证

由于供水量的逐年增加，主消毒剂二氧化氯发生器的负荷显著上升，为保证供水水质消毒不受影响，水厂提高了二氧化氯发生器的维保次数，二氧化氯与次氯酸钠两种消毒药剂切换使用的频率随之提高。因此，针对长时间、频繁切换使用两种消毒药剂消毒是否会引起管网末梢水色度指标波动和水质发黄问题，本文从“实验室小试”以及“实际生产投加实践”两个阶段，分步骤，系统、安全地进行了验证。

4.1 实验室小试

分别采取长期使用次氯酸钠消毒的坑梓自来水厂供水辖区管网末梢水样，及使用二氧化氯消毒的大工业区自来水厂供水辖区管网末梢水样各4000mL，依据《生活饮用水标准检验方法》(GB/T 5750—2006)，测得的两个水样浑浊度、pH值、色度、显色金属离子铁和锰5个水质指标均为优良状态。

使用500mL的量筒分别将两个水样按10%～90%的比例混合成10个300mL的新水样，检测结果显示混合后的10个水样5项水质指标无明显变化，且静置观察24h，混合水样“色度”指标检测值仍小于5度，并未出现水质发黄或色度检测值上升的现象，检测数据见表2。

表2 两种不同消毒药剂的管网末梢水混合后的色度水质指标检测对比情况

4.2 实际生产投加实践

当二氧化氯发生器需要停机检修养护时，以往均短时间(小于12h)临时切换备用消毒药剂次氯酸钠进行消毒，检修完毕后重新投加二氧化氯，管网末梢水未出现水质发黄等异常现象。本次实验模拟“投加次氯酸钠消毒供水过程中切换使用二氧化氯消毒的供水工艺方案”，观察分析投加次氯酸钠消毒1天、7天、15天、30天后，再切换使用二氧化氯消毒的管网末梢水色度指标变化情况，检测数据见表3～表6。

表3 2020年11月18—19日切换使用次氯酸钠与二氧化氯消毒管网末梢水质检测记录

续表

表4 2020年11月21—27日切换使用次氯酸钠与二氧化氯消毒管网末梢水质检测记录

表5 2020年12月10—25日切换使用次氯酸钠与二氧化氯消毒管网末梢水质检测记录

续表

表6 2021年2月14日—3月16日切换使用次氯酸钠与二氧化氯消毒管网末梢水质检测记录

投加次氯酸钠消毒1天、7天、15天、30天后，再切换使用二氧化氯消毒,4次实践及检测结果表明，切换使用上述两种消毒药剂消毒，管网末梢水色度及低价铁、锰显色金属离子均小于《生活饮用水标准检验方法》(GB/T 5750—2006)的最低检出限值。

5 结果分析

由上述小试及实践结果可知，自来水厂供水过程中切换使用二氧化氯和次氯酸钠两种药剂消毒，并未引起管网末梢水色度超标。就药剂本身而言，无论理论上还是实际应用中均不会造成水质色度超标。

由于大工业区自来水厂使用东江水源，东江上游赣州、河源地区土壤铁、锰含量较高，常年超地表水环境质量标准限值，故引起水中色度偏高的主要因素是铁、锰金属离子(见表7)。由于对净水工艺过程的有效管控，大工业区自来水厂自投产以来未出现铁、锰金属离子超标造成的出厂水和管网水色度超标事件。

表7 2010—2020年大工业区自来水厂原水常规感官和一般化学性指标统计

供水管网长时间使用，内壁逐渐形成腐蚀和生物性结垢，外观呈凸起状，单体呈葡萄球形，松软垢质主要是水中悬浮铁质及碳酸钙盐的沉积，它是造成管网水质发黄的主要原因，而Fe3+是导致水质发黄的根本因素。管道内含氯消毒药剂与水中Fe2+和Mn2+发生氧化还原反应，分别生成稳定的Fe3+和MnO2，周而复始沉积于管壁，也是引起管网末梢水发黄色度异常的重要原因。下列因素可加剧结垢沉积物溶解，造成末梢水色度超标：ⓐ管道内结垢，使过水断面减小，局部流速增大，加剧对结垢体的冲刷；ⓑ管网末梢局部出现死水，一旦来水，黄水问题凸显；ⓒ随着用水量的变化，管道中水的流速陡增或陡降，如供水日变化系数波动较大的时段，易出现黄水；ⓓ由于供水管网抢修或其他原因，管道中水流方向发生改变，逆向水流冲刷使管内壁相对稳固的铁锈及污垢脱落，造成水质发黄，色度指标严重超标。

6 结 语

引起自来水厂管网末梢水水质发黄问题的主要因素是出厂水水质、管网洁净程度、水流方向变化、供水压力和水量的波动等。因此，供水企业在日常工作中应该首先确保出厂水水质合格；其次按规范定期对供水管网进行冲洗、排放，保持管道内壁洁净；同时，加强供水管网运营维护管理，减少因维修施工、供水加压等原因引起的管网末梢水质波动。