某水库型水源进厂原水pH下降的原因分析

某水库型水源进厂原水pH下降的原因分析陈卓君;马诗茜 【摘要】据近年来某水库型水源监测数据显示，其出水至各水厂厂前，水体pH有所 下降.该文通过小试及现场测试从水体混合情况、次氯酸钠投加和生物聚集等多方 面入手，分析水体pH的变化情况.结果显示，该水库原水输送过程中管道内淡水壳菜 的存在是pH降低的主要原因.【期刊名称】净水技术 【年(卷)，期】2016(000)0z2 【总页数】4页(P52-55) 【关键词】原水;pH;次氯酸钠;淡水壳菜【作者】陈卓君;马诗茜 【作者单位】上海城投原水有限公司，上海200125;上海城投原水有限公司，上海200125【正文语种】中文【中图分类】TU991水体pH是反应原水水质情况的重要指标之一，影响水体变化的因素有很多，如大 气中CO2分压增大会引起表层水体pH 一定程度下降，浮游植物的光合作用会消 耗水中游离CO2而使水体pH升高，水体中有机体的分解过程会积累CO2而使 pH降低。水体pH变化可能进一步影响相关水质指标，因此常被作为生态环境影 响因素来考虑。在水处理过程中，pH也是一个重要的影响因素。在混凝沉淀过程 中，pH直接影响混凝剂的水解聚合反应，从而影响水解产物的存在形式。在消毒 过程中，水体pH影响了氯水解生产的次氯酸浓度，从而影响消毒效果1-4。据对某水源型水库出水口 pH的长期监测结果显示，其pH呈现春夏季较高，秋冬 季较低的变化方式，其中春夏季pH约为8.48.9，主要受浮游植物及微生物影响 较大。该水库出水口距一级泵站总管距离约12.5 km，通过重力流需经过3.4 h左 右到达。后经由一级泵站分配至各二级泵站及水厂，各管路距离约为19-50 km , 输送时间约为3-17 h。通过与相关水厂厂前水体pH夏季监测结果进行比对，发 现通过原水管道输送至各水厂的厂前水体其pH都有不同程度的下降。本课题选取水库库内水体，通过实验室模拟试验，结合日常实际生产运行情况，分 析原水输送过程中水体pH下降的影响因素。据监测数据显示，水库水体pH呈季节性变化明显，春夏季普遍较高，秋季略低， 冬季最低，如图1所示。水库进水口 pH 般在8.0左右，而出水口 pH主要受到 浮游植物光合作用的影响，较进水有明显升高，局部时间段会超过8.5。近几年，春夏季库内藻类迅速增殖，为了保障原水水质安全，期间采取投加次氯酸 钠灭杀方式，降低其活性，便于后续工艺处理5-7。次氯酸钠属于强碱弱酸盐， 在pH 9.5的水体里可完全水解。由于次氯酸钠水解后呈碱性，经理论计算，向 水中投加后势必会增加水体pH。然而，经比对各水厂夏季厂前数据，结果显示， 经管网输送后，原水pH与水库日常检测pH相比有降低的趋势。这与理论计算数 据相比有明显差异。经过初步讨论分析，认为其变化因素可能受到水体pH垂直分布、次氯酸钠投加以 及管路生物影响。本课题根据此三方面制定试验方案，对pH下降原因进行了分析 讨论。本课题所涉及测量与试验具体内容如表1所示。3.1表层水体与底层水体pH情况分析在不同季节、不同气候条件下，对水库出水口附近水体pH分层情况进行多次测量， 根据测量平均值得到结果，如图2所示。由图2可知，不同季节，库内藻类情况 有所不同，但出水口附近水体pH皆表现垂向分布均匀，并不存在分层情况，那么 可以认为经水体流动至水库出水附近时，水体已充分混合均匀。因此，水体在输送 至各水厂前，不存在因表底层pH不同而导致其下降的情况。2.2次氯酸钠投加对水体pH的影响试验1为纯水空白试验，结果如图3所示。向1L纯水分别投加不同浓度次氯酸 钠后水体pH有明显的增加。随着投加浓度的提升，水体pH上升比率有所增大， 但整体上升趋势并不明显，即使加至1.2 mg/L,水体pH最大仅增加0.3。由此 可知，投加此数量级上的次氯酸钠对水体pH影响有限。鉴于地表水水体中所含物质与纯水有较大区别，选用水库原水进行试验2，试验结 果如图4所示。由图4可知，原水中投加次氯酸钠溶液后反应5 min,其pH变化并不明显。投加 0.6 mg /L及0.8 mg/L后，水体pH并没有变化；投加1.0 mg/L后，pH仅 有0.02的变化。待投加30 min后，再次进行测量，水体pH有略微下降，0.6 mg/ L时下降略微明显，下降值为0.04，唯有加至1.2 mg/L后，水体pH有略 微上升。总体而言，水体pH整体变化不明显。试验结果表明，在原水中投加该数 量级的次氯酸钠并不会对pH造成明显影响，水体pH虽有下降的可能性，但下降 程度有限。2.3藻类与次氯酸钠反应对水体pH的影响水体pH与藻类生长关系密切：其光合作用会将水中CO2转化为有机物，从而抑 制碳酸水解，增加水体pH ；其呼吸作用产生的CO2会溶于水而促进H+生成，从 而引起pH的下降6。根据研究显示，藻类的生长繁殖对水质的pH会产生定量 的影响，但此影响并不是无限制的，当pH达到一定数值后，将反过来限制藻类的 繁殖8。由试验1与试验2可知，当原水中投加次氯酸钠溶液后，水体pH变化并不明显， 与纯水投加效果有一定差距。试验3选取藻类生物密度约为千万级的原水，使用 玻璃纤维滤膜对其进行抽滤，并认为滤后水是无藻水体。将过滤后的水体进行pH 测试试验，试验结果如图5所示。由图5可知，通过玻璃纤维滤膜后，绝大部分藻类被过滤，抽滤前后水体pH基本 无变化，随着时间变化，原水与滤后水pH下降频率基本保持一致。向原水及滤后水体中同时投加0.8 mg/ L次氯酸钠溶液，结果如图6所示。由图 6可知，两者pH都呈下降趋势，但是下降程度都较小。由于抽滤前后水体在次氯 酸钠投加后pH较原水样只略微下降，且下降幅度相近，可认为藻类与次氯酸钠反 应之后对水体pH影响较小。2.4管路因素分析淡水壳菜属于淡水贻贝，足丝发达但壳质较薄，易碎，为群栖性软体动物，以滤食 水体中的硅藻、原生动物和有机碎屑等为生，常团簇生长并形成层叠群体9。近 几年，淡水壳菜广泛存在于长江中下游和珠江流域，根据现有情况所知，水库过江 管以及部分原水管道易受到淡水壳菜繁殖的影响。淡水壳菜可依靠足丝的附着能力 在硬物表面附着，从而在管道中大量生长繁殖，降低管道的输送能力10,11。除 了堵塞管道之外，对于水体pH的影响，通过多组试验进行研究。试验5结果如图7所示，无论在水体中投加何种质量淡水壳菜，水体pH随着时 间的增长而降低，且降低幅度明显。根据现水库输送管路生物现存量勘探结果，试 验选取在2 L原水中投放50、100、200 g淡水壳菜进行试验。以50 g淡水壳菜 样本为例，投加1.5 h后水体pH开始明显下降，4 h后下降幅度超过10%。200 g淡水壳菜样本则更为明显，投加1 h后水体pH开始明显下降，1.5 h后水体 pH降幅即可超过10%,4 h后水体pH可下降1.3。由此可见，随着水体中淡水壳菜数量的增多，对水体pH的影响速度更快，水体pH下降程度更为明显。试验过程中发现当水体pH下降至一定值后，下降幅度明显减少甚至不再下降。如 表2所示，随着时间增长至20 h以上，水体pH稳定在7.4左右。如图7所示， 淡水壳菜质量为100 g的原水样本在反应4 h后，水体pH即可下降至7.6左右， 而淡水壳菜质量为200 g的原水样本在反应4 h后，水体pH即可下降至7.4左 右。由此可见，淡水壳菜存在下水体pH不会无限制下降，在pH中性范围内保持 稳定。综上所述，淡水壳菜的存在对水体pH影响较大，随着反应时间的增长，pH下降 率急速上升，当水体pH在中性范围内时，其变化缓慢，并可长时间保持。根据试验分析结果所示，原水在输送过程中对pH影响较为明显的是管道内的生物 因素。试验发现，在淡水壳菜较为密集的状态下，仅通过3h左右的时间，水体 pH可下降10%以上；经过20 h以上，水体pH基本在中性范围内变化。水体流 动至出水附近处已基本混合均匀，不同季节也几乎不存在水体pH分层的情况。在 输送过程中为了抑制藻类繁殖而投加的次氯酸钠对水体pH整体影响较小，在 0.6 1.2 mg/ L活性氯条件下，水体pH上升效果远不及因生物影响而带来的 pH下降。【相关文献】1 黄珏玲，纪道斌，陈明瞩等.水体pH值对蓝藻水华生消的影响J.人民长江,2008,39(2):63-65.2 袁元,钟鸿雁.水生植物对水体pH值影响的原因探究J.江西化工,2008,24(2):62-64.3戴京晶.生活饮用水pH值与部分理化指标相关分析J.中国公共卫生,2000,16(3):257-257.4 丁彦.藻类生长对水质和工艺运行的影响及措施J.城镇供水,2015,35(3):22-24.5乔俊莲，董磊，董敏殷，等.次氯酸钠对微囊藻毒素释放及降解特性的研究J.供水技 术2009,3 (4):11-13.6 陈敏竹，莫建能，卢伟，等.高藻水处理方案探讨J .给水排水,2009,35 (7):28-32.7 刘春光，金相灿，孙凌，等.pH值对淡水藻类生长和种类变化的影响J.农业环境科学学 报,2005,24(2):294-298.8 张澎浪，孙承军.地表水体中藻类的生长对pH值及溶解氧含量的影响J.中国环境监 测,2004,20 (4) :49-59.9 张锐坚.原水管道附着沼蛤对浮游生物和水质的影响及机理研究D广州:华南理工大学,2015.10刘丽君涨金松，罗凤明，等.淡水壳菜在含氯水中的开闭壳行为与灭杀效果分析J.中国给排 水,2007,23(7):20-27。11 叶宝民，曹小武,徐梦珍，等.沼蛤对长距离输水工程入侵调查研究J .给水排水,2011,37(7):99- 103.