石灰在自来水厂应用成果报告
一、原水水质调查.
某水厂原水取自水库水。由于水库库容较大，自净能力强，上游水经水库长期自然沉淀后，原水水质较好，水库水质呈以下几个特点：
第一：浊度低。水质浊度低，常年小于5NTU，在2—4NTU之间。
第二：PH值低。水质变化幅度不大，但PH值较低，水深5米以下低时仅有6.3。统计供水近三年来的原水PH值变化情况，可见原水PH值基本在7.0以下，低时只6.4，统计结果如下表二：
表二、2001—2003年原水PH值情况
|
PH
|
1月
|
2月
|
3月
|
4月
|
5月
|
6月
|
7月
|
8月
|
9月
|
10月
|
11月
|
12月
|
|
2001
|
均值
|
6.83
|
6.77
|
6.87
|
6.9
|
6.85
|
6.76
|
6.68
|
6.65
|
6.71
|
6.73
|
6.73
|
6.76
|
|
最大
|
6.9
|
6.8
|
7
|
7
|
6.95
|
6.85
|
6.8
|
6.8
|
6.8
|
6.8
|
6.8
|
6.85
|
|
最小
|
6.6
|
6.7
|
6.75
|
6.9
|
6.8
|
6.7
|
6.6
|
6.6
|
6.65
|
6.7
|
6.7
|
6.6
|
|
2002
|
均值
|
6.75
|
6.92
|
6.91
|
6.88
|
6.75
|
6.57
|
6.52
|
6.46
|
6.47
|
6.69
|
6.84
|
6.83
|
|
最大
|
6.95
|
7
|
6.95
|
6.95
|
6.85
|
6.6
|
6.6
|
6.55
|
6.6
|
6.9
|
6.9
|
6.9
|
|
最小
|
6.6
|
6.85
|
6.8
|
6.85
|
6.6
|
6.5
|
6.4
|
6.4
|
6.4
|
6.45
|
6.75
|
6.8
|
|
2003
|
均值
|
6.85
|
6.92
|
6.93
|
6.83
|
6.69
|
6.59
|
6.51
|
6.49
|
----
|
----
|
----
|
----
|
|
最大
|
7
|
7
|
7.1
|
7
|
6.8
|
6.7
|
6.6
|
6.6
|
----
|
----
|
----
|
----
|
|
最小
|
6.75
|
6.8
|
6.85
|
6.75
|
6.6
|
6.4
|
6.4
|
6.4
|
----
|
----
|
----
|
----
|
取2002年数据绘制曲线图，见图一：
由上图表可知，原水PH值基本都在7.0以下，其中6、7、8、9四个月份最低，在6.5以下。
第三：稳定性差、溶解性好。水中矿化度低，电解质少，属于软水，其水质溶解性好，按稳定性指标（稳定指数IL和饱和指数IR）判定属高不稳定性水，即呈重腐蚀性。2002年，水厂对水库每月检测一次稳定性数据，其数据如下表三：
表三：原水稳定性指标
|
水样名称
|
朗氏饱和指数,LSI
|
稳定指数,RSI
|
LSI判断方法
|
RSI判断方法
|
原水稳定性判断
|
|
水库原水
|
平均值
|
平均值
|
LSI=0
|
水质稳定
|
4.0~5.0
|
严重结垢
|
腐蚀性强
|
|
-2.86
|
12.38
|
5.0~6.0
|
轻微结垢
|
|
最大值
|
最大值
|
LSI<0
|
腐蚀倾向
|
6.0~7.0
|
基本稳定
|
|
-2.56
|
12.67
|
7.0~7.5
|
腐蚀显著
|
|
最小值
|
最小值
|
LSI>0
|
结垢倾向
|
7.5~9.0
|
严重腐蚀
|
|
-3.06
|
12.09
|
9.0以上
|
极严重腐蚀
|
从上面的数据可以看出，水厂原水按照朗氏饱和指数（LSI）和稳定指数（RSI）判断时，原水属于腐蚀性强的水质，容易腐蚀管道，从而造成黄水。
第四：水体呈轻度营养化状况，且有发展趋势。
二、实验室试验
1、投加品种。
加碱试剂品种较多，一般在给水处理中应用较多的是烧碱NaOH、石灰、苏打等。从国内外水处理行业调查情况来看使用和投加石灰和烧碱占了绝大多数，其中石灰一般是固体，而烧碱可以是固体也可以采用30% NaOH的液体，下表是烧碱的成份。
表：一等品液碱成份烧碱（一等品液碱）
|
分子式
|
NaOH %
|
碳酸钠 %
|
氯化钠 %
|
三氧化二铁 %
|
|
NaOH
|
≥30.0
|
≤0.4
|
≤4.7
|
≤0.005
|
2、实验室小试
化验室配制0.2%的石灰和0.4%氢氧化钠，投加到沉淀水（PH为6.35）中，比较石灰和氢氧化钠的投加效果及投加量，见表五。
表五：两种药剂化验室对比数据表
|
实验序号
|
第一组
|
第二组
|
第三组
|
第四组
|
第五组
|
第六组
|
第七组
|
|
石灰
|
PH
|
6.35
|
6.95
|
7.4
|
7.9
|
8.65
|
8.9
|
9.4
|
|
投加量（mg/L）
|
0
|
2.5
|
3.75
|
4.75
|
6.25
|
7.0
|
8.5
|
|
氢氧化钠
|
PH
|
6.35
|
7.0
|
7.5
|
8.1
|
8.45
|
8.9
|
9.4
|
|
投加量（mg/L）
|
0
|
5
|
9
|
11.5
|
13.5
|
16
|
18
|
实验结果表明：
1）、碱剂包括石灰和氢氧化钠均能有效提高水中的PH值。
2）、每提高1个PH值不同的碱剂其投加量是不相同的，实验中烧碱的用量是石灰用量的2倍以上。统计实验中情况，以0.5个PH为一个单位，用石灰和氢氧化钠将沉淀水PH逐步调高，从上表的数据看，氢氧化钠的用量是石灰的用量的2---2 .4倍。
三、生产性试验情况
3.1、水厂工艺情况
3.2、生产试验情况
水厂利用现有生产运行工艺，在1＃水处理工艺采用投加30%浓度的液体烧碱，在4＃水处理工艺采用投加石灰工艺来进行对比试验，试验持续了六个月，其试验情况如下。
3.2.1、两种碱剂对水厂水质混凝效果的影响。
在试验期间，我们对水厂1＃和4＃运行工艺的运行数据进行详细的跟踪检测，现将有关数据统计列表如下(平均值):
表六：1＃和4＃运行工艺的水质检测数据统计表
水样
|
浊度NTU
|
色度
|
PH值
|
氨氮mg/L
|
耗氧量mg/L
|
氯化物mg/L
|
碱度mg/L
|
硬度mg/L
|
总铁mg/L
|
锰mg/L
|
石灰量kg/dam3
|
烧碱量kg/dam3
|
|
原水
|
2.2
|
13
|
6.4
|
＜0.05
|
1.7
|
2.8
|
18.6
|
30.1
|
＜0.05
|
＜0.05
|
|
|
|
1#工艺（投加烧碱）
|
0.6
|
＜5.0
|
7.1
|
＜0.05
|
1.1
|
4.8
|
26.3
|
30.6
|
＜0.05
|
＜0.05
|
|
20
|
|
4#工艺（投加石灰）
|
0.4
|
＜5.0
|
7.5
|
＜0.05
|
1.1
|
4.8
|
32.8
|
50.2
|
＜0.05
|
＜0.05
|
20
|
|
从上表知，在投加相同量的药剂后，与投加烧碱相比采用石灰，4＃沉淀池的出水浊度明显下降，下降了0.2NTU，下降幅度达50%。
原因分析：由于石灰水是一种悬浮乳液，其溶液中含有悬浮颗粒，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，使沉淀池出水浊度降低。
上述分析可知，投加石灰可以明显改善和提高水处理混凝效果。
3. 2、两种药剂对提高出厂水PH值的效果。
为对比两种药剂对提高出厂水PH值的效果，水厂统计了试验期间的两种药剂的消耗情况，并列表如下：
表七：两种药剂的实际生产使用情况
|
时间
|
原水PH
|
出厂水PH
|
制水量（吨）
|
碱剂总用量，（吨）
|
碱投加量(mg/L•⊿0.1PH)
|
|
2002年1—6月
|
6.8
|
6.95
|
39988983
|
氢氧化钠
|
464.64
|
7.75
|
|
2003年1—6月
|
6.8
|
7.0
|
45993737
|
石灰
|
287.426
|
3.13
|
从上表可以看出，在原水PH相同的情况下，每千吨水提高0.1PH时，氢氧化钠的用量是石灰用量的2.48倍，这一数据与实验室小试的数据基本一致，有很好的相关性。
3.3、两种药剂对出厂水稳定性的影响。
3.3.1、不稳定性概念：
水的不稳定性一般是水＿碳酸盐系统的一种行为表现，包括水的腐蚀性和结垢性。水中CaCO3过量饱和时，倾向于沉淀出CaCO3。这种水在管道中流动时，就会产生CaCO3沉淀，沉积在管道内，引起结垢，造成过水断面缩小，称之为结垢性的水。不稳定性的水在学术上一般以水温、ＰＨ值、碱度、硬度、溶解性固体等水质参数作为判断的指标，其中以稳定指数IL和饱和指数IR最为常见。
A: 朗氏饱和指数：LSI = PHa — PHs -----------------------------公式（1）
B: 饱和指数IR：IR＝2PHS－PH ------------------------公式（2）
其中：PHa =（ Pka2— PKs0 ）+ pCa + P（Alk）
式中符号分别代表：PHa ----水的实际PH值；PHs ----指在同样温度下，水—碳酸盐平稳状态下对应的理论PH值；Pka2— PKs0 -----水温及含盐量有关；pCa ----指钙离子含量的负对数；P（Alk）----指碱度的负对数。
按照朗氏饱和指数LSI和稳定指数对水质稳定性的判断方法是：
当LSI = 0，水质稳定；当LSI > 0，有结垢倾向；当LSI < 0，有腐蚀倾向。
一般IR =6.0~7.0为基本稳定的水，IR＜6.0为结垢的水，IR＞7.0为腐蚀性的水。
3.3.2、提高稳定性的药剂选择：
一般来说，提高稳定性的药剂有：能形成碳酸钙保护膜的试剂如石灰、能形成二氧化硅保护膜的试剂如硅酸盐、分散剂及阻垢剂如磷酸盐等。水厂从安全性考虑采用消石灰试剂，其成份见表七：
|
化学名
|
分子式
|
Ca(OH)2
|
游离H2O
|
酸不溶物
|
325目筛通过率
|
|
消石灰
|
Ca(OH)2
|
≥95%
|
≤1.0%
|
≤0.30%
|
≥90
|
2.3.3、实验数据统计及分析：
以下从实际生产数据来比较投加氢氧化钠和石灰对出厂水稳定性的影响（出厂水PH值、碱度及钙含量等三组数据分别用2002年上半年与2003年上半年出厂水相关参数的平均值，而水温及含盐量受加碱影响小，为了便于比较，此两组数据取固定值）：（注：水厂2002年上半年加氢氧化钠，而2003年上半年投加石灰），数据如表八：
表八：两种药剂对水质稳定性的影响
|
年 份
|
加碱 种类
|
水温（℃）
|
含盐量(mg/L)
|
碱度(mg/L
|
钙含量(mg/L
|
LSI
|
原水LSI年平均值
|
|
2002 上半年
|
氢氧 化钠
|
10
|
80
|
21.5
|
25.6
|
-2.76
|
2.86
|
|
2003 上半年
|
石灰
|
22.4
|
32.6
|
-2.59
|
按照上面提到的LSI判断方法，出厂水加碱后仍属于腐蚀性水，但从上表可以看出，出厂水加石灰，在成本已经明显下降的情况下，由朗氏饱和指数LSI所表示的水质稳定性也比原来加氢氧化钠效果好，腐蚀性有所降低。另外，加碱后的出厂水，其稳定性好于原水。
综上所述，当把出厂水PH调节到相同的值时，用石灰比氢氧化钠能节约资金。另外，还能提高水的稳定性。
2.3.4、加碱后管网变化的实证：
从2002年9月份水厂投加石灰后，管网运行比较平稳，管网水质投诉现象逐步下降。具体数据统计如下表八：
表八：：2002~2003年9月份水质投诉情况统计表
月份
年份
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
11
|
12
|
合计
|
|
2002
|
9
|
8
|
22
|
38
|
22
|
28
|
51
|
39
|
17
|
11
|
7
|
14
|
266
|
|
2003
|
18
|
11
|
13
|
22
|
12
|
9
|
18
|
|
|
|
|
|
134
|
可见，黄水现象自2002年9月份起有明显的降低。
由此可以说明，采用石灰不但可以提高出厂水PH值，更能有效提高出厂水的稳定性。
3.4、两种药剂的投加成本分析。
下表列出了某水厂2002年和2003年1—6月份的生产及相关的财务数据，如表十一：
|
时间
|
混凝剂
|
消毒剂
|
原水PH
|
出厂水PH
|
制水量（吨）
|
碱剂总用量，（吨）
|
碱单位费用, (元/⊿0.1PH•千吨)
|
|
2004年1—6月
|
聚合氯化铝，7—8mg/L
|
液氯，1.3—1.6mg/L
|
6.8
|
6.95
|
39988983
|
氢氧化钠
|
464.6
|
5.376
|
|
2005年1—6月
|
6.8
|
7.0
|
45993737
|
石灰
|
287.4
|
2.177
|
从上表可知，2003年上半年单位制水量，每提高0.1PH单位，碱的成本比2002年同期下降48.1 % 。
下面按当年水量（估计值）及全年出厂水需要提高的PH值，来估算节约的成本，见表十二：
|
碱剂种类
|
碱单位费用, (元/⊿0.1PH•千吨)
|
原水PH平均值
|
出厂水PH年平均值
|
⊿PH（出厂水与原水之差）
|
制水量(亿吨)
|
碱成本（万元）
|
节约（万元）
|
|
氢氧化钠
|
5.376
|
6.718
|
7.0
|
0.282
|
1
|
151.6
|
90.2
|
|
石灰
|
2.177
|
61.4
|
注：碱单位费用取自上一个表格；水量按1亿吨计算。
四、总结与建议。
通过对某水厂的原水分析，并通过实验室小试和生产性试验证实了投加石灰有明显的效果
1、有效提高水中的PH值。
2、与同类药剂相比，能大大降低投加碱剂的成本。
与投加烧碱相比，投加石灰能大幅度降低水厂制水成本，下降幅度在40 % 以上。按年供水量1亿吨计算，年节约成本在九十万元以上。
3、提高了出厂水的稳定性。投加石灰和烧碱均能有效提高PH值，但投加石灰能更有效地提高出厂水的稳定性，还可起到助凝的作用，并有效抑制了管网黄水现象的产生。
4、投加石灰有显著的经济效益和社会效益。
|
