9.13 水质稳定处理

式中：I_L——饱和指数，I_L＞0有结垢倾向，I_L＜0有腐蚀倾向；
          I_R——稳定指数，I_R＜6有结垢倾向，I_R＞7有腐蚀倾向；
         pH_O——水的实测pH值；
         pH_S——水在碳酸钙饱和平衡时的pH值。
    全国多座城市自来水公司的水质稳定判断和中南地区数十座水厂水质稳定性研究均使用上述两个指数。水中CaCO₃平衡时的pH_S，可根据水质化验分析或通过查索pH_S图表求出。
    在城市自来水管网水中，I_L较高和I_R较低会导致明显结垢，一般需要水质稳定处理。加酸处理工艺应根据试验用酸量等资料，确定技术经济可行性。
    防止结垢的处理主要方法有：
    (1)软化法：用化学或物理化学方法减少或除去水中含的钙、镁离子，如采用石灰软化法、石灰苏打法、苛性钠-苏打法、离子交换法、膜分离法等。
    (2)加酸法：把酸加入水中，控制pH值，使水中的碳酸氢钙不转化为溶解度小的碳酸钙，而转化为溶解度较大的钙盐。如向水中加硫酸，生成硫酸钙。
    (3)加二氧化碳法：把CO₂加入水中，往往是利用经过洗涤除尘的烟道气中的CO₂，使下式的化学反应向左进行，防止有碳酸钙析出：Ca(HCO₃)₂CaCO₃＋H₂O＋CO₂。
    (4)药剂法：把阻垢剂加入水中，通过螯合作用、分散作用或晶格畸变作用，使碳酸钙悬浮于水中，不形成硬垢。阻垢剂可分为天然阻垢剂、无机阻垢剂和有机阻垢剂三类。天然阻垢剂有丹宁、木质素、藻酸盐、纤维素、淀粉等，无机阻垢剂有聚磷酸盐、六偏磷酸钠等，有机阻垢剂有聚丙烯酸钠、聚甲基丙烯酸钠、聚顺丁烯二酸、有机磷酸酯、磷羧酸、磺化聚苯乙烯等。
    I_L＜-1.0和I_R＞9的管网水，一般具有腐蚀性，宜先加碱处理。广州、深圳等地水厂一般加石灰，国内水厂也有加氢氧化钠、碳酸钠的实例。日本有很多大中型水厂采用加氢氧化钠。
    中南地区地下水和地面水水厂资料表明，当侵蚀性二氧化碳浓度大于15mg/L时，水呈明显腐蚀性。敞口曝气法可去除侵蚀性二氧化碳，小水厂一般采用淋水曝气塔。
9.13.3 国内很多城市为多水源供水，水源切换过程中，无机离子浓度变化特别是氯离子、硫酸根离子、碱度、硬度等水质变化，会对裸露的金属管道内壁和管壁腐蚀产物产生影响，发生管道内铁稳定性破坏，管道受到腐蚀，用户龙头水出现浊度、色度以及铁超标的现象，即“黄水”问题。
    城市给水管道的铁稳定性一般用拉森指数L_R进行鉴别： 式中：[SO₄^2-]——硫酸根离子活度(mol/L)；
           [Cl^-]——氯离子活度(mol/L)；
           [HCO₃^-]——碳酸氢根离子活度(mol/L)。
    LR指数通常的判别标准为：L_R＞1.0，铁制管材会严重腐蚀；L_R＝0.2～1.0，水质基本稳定，有轻微腐蚀；L_R＜0.2，水质稳定，可忽略腐蚀性离子对铁制管材的腐蚀影响。
    水源切换时管网水质化学稳定性还与管壁腐蚀产物的性质相关，而管壁腐蚀产物的性质与原通水水质相关。国内有研究机构提出了水质腐蚀性判断指数WQCR(water quality corrosion index)，可结合L_R，评判水源切换时不同地区管网发生“黄水”的风险性，制定合理的水质稳定处理方案： 其中各项指标均为管网原通水水质指标，各离子浓度均以mol/L计。
    WQCR指数通常的判别标准为：WQCR＞1，原管道管壁腐蚀产物相对脆弱，水源切换之后无机离子变化可能产生“黄水”的险较大；WQCR＜1，原管道管壁腐蚀产物相对坚固，水源切换之后无机离子变化可能产生“黄水”的风险较小。
    国家”十五”重大科技专项“水污染控制技术与治理工程”和国家“十一五”科技重大专项“水体污染控制与治理”等研究，针对配水管网管垢的铁释放问题，确定了几种主要的处理工艺：
    (1)水源调配技术：根据拉森指数，通过试验，结合配水管网管垢性质(例如WQCR)，合理制定水源切换的调配计划。
    (2)加碱调控制技术：调节pH值和调节碱度是应对高氯化物引发配水管网铁不稳定的有效控制技术，可投加氢氧化钠等碱性药剂进行调节。水质调节可参考以下原则进行：调节pH值使I_L大于0，总碱度和总硬度之和不低于100mg/L(CaCO₃计)。
    (3)氧化还原调节控制技术：高氧化还原电位能够有效控制配水管网铁不稳定问题，可根据实际情况选择氧化还原电位更高的消毒剂或更换优质水源，适当增加出厂水中余氯和溶解氧浓度。对二次供水设施补氯等措施维持管网水高余氯浓度，以保障管网水质铁稳定性。
    (4)缓蚀剂投加控制技术：六偏磷酸盐和三聚磷酸盐等缓蚀剂能够有效控制因氯离子和硫酸根离子造成的管网“黄水”问题，投加量为0.1mg/L～0.5mg/L(以P计)，可作为应急控制对策。
9.13.4 本规定是依据国家“十五”重大科技专项“水污染控制技术与治理工程”和国家“十一五”科技重大专项“水体污染控制与治理”等研究成果而提出，其主要成果如下：
    (1)要实现管网水生物稳定性，结合目前净水厂处理工艺水平，需要AOC＝50μg/L，并且余氯量＞0.3mg/L。当出厂水中AOC＜150μg/L、余氯量0.3mg/L～0.5mg/L时，可有效控制管道内生物膜的生长。
    (2)原水耗氧量≤6mg/L时，“预氧化＋常规处理＋臭氧活性炭”工艺可保证出水耗氧量去除率50％以上，AOC去除率80％以上；原水耗氧量＞6mg/L时，“预氧化＋常规处理＋臭氧活性炭”工艺难以保证耗氧量和AOC的较高去除率，可在预氧化后接生物预处理单元以强化组合工艺对生物稳定性的控制。
9.13.5 本条为强制性条文，必须严格执行。由于给水水质稳定处理所使用的药剂大部分为酸碱性的化合物，对环境或工业生产具有一定的潜在危害，因此在选用时应避免产生危害。当需要投加磷酸盐缓蚀剂时，应分析评估对水环境可能带来的富营养问题。