二氧化氯與次氯酸鈉消毒對管網末梢水色度指標影響的實踐經驗探討

柳元輝 王春雷 黃炳峰

(深圳市大工業區水務有限公司，廣東 深圳 518122)

二氧化氯與次氯酸鈉兩種化學藥劑因具有良好的氧化性，被廣泛應用于自來水廠水質氧化消毒工藝，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雜，二氧化氯需要購買化學原材料氯酸鈉、雙氧水、硫酸(或鹽酸)，使用二氧化氯發生器現制現用循環投加。因此，定期對二氧化氯投加系統進行預防性維修保養，降低設備故障率是水廠平穩投加二氧化氯消毒的關鍵環節。本文對大工業區自來水廠二氧化氯投加系統維修保養期間，切換使用次氯酸鈉消毒是否會引起管網末梢水水質色度超標、水質發黃的問題進行實踐論證，可為自來水廠多種消毒藥劑聯合投加使用提供參考。

1 水廠基本情況

深圳大工業區自來水廠占地7.96hm2，設計供水能力為一期10萬m3/d，二期為15萬m3/d，遠期總規模為60萬m3/d，是深圳市十四五規劃中坪山區主力供水廠。一期于2008年初建成并調試運行，同年3月8日正式對外供水，采用“折板絮凝+平流沉淀+翻板過濾+二氧化氯”常規水處理工藝(見圖1)，原水取水以及各制水工藝單元均為重力自流并預留預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m3。

圖1 常規水處理工藝流程

2 水廠原水情況

大工業區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區支線水源，備用水源為松子坑水庫水源，兩路水源均采用DN2600管道接入水廠原水結合井,最大取水量可達80萬m3/d，滿足遠期60萬m3/d自來水廠取水需求。兩路水源水質均符合《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)中Ⅱ～Ⅲ類地表水水質，原水主要風險為季節性高藻、高濁、鐵錳超標給水廠生產和供水安全帶來的風險。

3 消毒方式及水質感官指標基本情況

常規消毒采用二氧化氯前預氧化+濾后出廠消毒方式，原水季節性高藻、鐵錳指標超標的情況通過水廠凈水工藝處理得到有效控制。2010年配套設置了次氯酸鈉備用投加系統，以滿足二氧化氯發生器檢修保養期間的水質消毒需求，自次氯酸鈉備用投加系統啟用以來，水廠水質消毒能力進一步加強，更有效地保障了水廠供水水質安全。自正式對外供水運營以來，出廠水各項水質指標均保持優良狀態，部分感官水質指標長期優于國家和地方標準限值要求(見表1)。

表1 2010—2020年出廠水常規5項感官和一般化學性指標統計

4 實驗驗證

由于供水量的逐年增加，主消毒劑二氧化氯發生器的負荷顯著上升，為保證供水水質消毒不受影響，水廠提高了二氧化氯發生器的維保次數，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，針對長時間、頻繁切換使用兩種消毒藥劑消毒是否會引起管網末梢水色度指標波動和水質發黃問題，本文從“實驗室小試”以及“實際生產投加實踐”兩個階段，分步驟，系統、安全地進行了驗證。

4.1 實驗室小試

分別采取長期使用次氯酸鈉消毒的坑梓自來水廠供水轄區管網末梢水樣，及使用二氧化氯消毒的大工業區自來水廠供水轄區管網末梢水樣各4000mL，依據《生活飲用水標準檢驗方法》(GB/T 5750—2006)，測得的兩個水樣渾濁度、pH值、色度、顯色金屬離子鐵和錳5個水質指標均為優良狀態。

使用500mL的量筒分別將兩個水樣按10%～90%的比例混合成10個300mL的新水樣，檢測結果顯示混合后的10個水樣5項水質指標無明顯變化，且靜置觀察24h，混合水樣“色度”指標檢測值仍小于5度，并未出現水質發黃或色度檢測值上升的現象，檢測數據見表2。

表2 兩種不同消毒藥劑的管網末梢水混合后的色度水質指標檢測對比情況

4.2 實際生產投加實踐

當二氧化氯發生器需要停機檢修養護時，以往均短時間(小于12h)臨時切換備用消毒藥劑次氯酸鈉進行消毒，檢修完畢后重新投加二氧化氯，管網末梢水未出現水質發黃等異常現象。本次實驗模擬“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末梢水色度指標變化情況，檢測數據見表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末梢水質檢測記錄

續表

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末梢水質檢測記錄

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末梢水質檢測記錄

續表

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末梢水質檢測記錄

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次實踐及檢測結果表明，切換使用上述兩種消毒藥劑消毒，管網末梢水色度及低價鐵、錳顯色金屬離子均小于《生活飲用水標準檢驗方法》(GB/T 5750—2006)的最低檢出限值。

5 結果分析

由上述小試及實踐結果可知，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，并未引起管網末梢水色度超標。就藥劑本身而言，無論理論上還是實際應用中均不會造成水質色度超標。

由于大工業區自來水廠使用東江水源，東江上游贛州、河源地區土壤鐵、錳含量較高，常年超地表水環境質量標準限值，故引起水中色度偏高的主要因素是鐵、錳金屬離子(見表7)。由于對凈水工藝過程的有效管控，大工業區自來水廠自投產以來未出現鐵、錳金屬離子超標造成的出廠水和管網水色度超標事件。

表7 2010—2020年大工業區自來水廠原水常規感官和一般化學性指標統計

供水管網長時間使用，內壁逐漸形成腐蝕和生物性結垢，外觀呈凸起狀，單體呈葡萄球形，松軟垢質主要是水中懸浮鐵質及碳酸鈣鹽的沉積，它是造成管網水質發黃的主要原因，而Fe3+是導致水質發黃的根本因素。管道內含氯消毒藥劑與水中Fe2+和Mn2+發生氧化還原反應，分別生成穩定的Fe3+和MnO2，周而復始沉積于管壁，也是引起管網末梢水發黃色度異常的重要原因。下列因素可加劇結垢沉積物溶解，造成末梢水色度超標：?管道內結垢，使過水斷面減小，局部流速增大，加劇對結垢體的沖刷；?管網末梢局部出現死水，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，如供水日變化系數波動較大的時段，易出現黃水；?由于供水管網搶修或其他原因，管道中水流方向發生改變，逆向水流沖刷使管內壁相對穩固的鐵銹及污垢脫落，造成水質發黃，色度指標嚴重超標。

6 結 語

引起自來水廠管網末梢水水質發黃問題的主要因素是出廠水水質、管網潔凈程度、水流方向變化、供水壓力和水量的波動等。因此，供水企業在日常工作中應該首先確保出廠水水質合格；其次按規范定期對供水管網進行沖洗、排放，保持管道內壁潔凈；同時，加強供水管網運營維護管理，減少因維修施工、供水加壓等原因引起的管網末梢水質波動。