综合分析pH值对饮用水处理过程及传输的影响芮呈1周建平 于正丰1许嘉炯1雷挺1高乃云2 （1．上海市政工程设计研究总院第一设计研究院200092；2．同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室，上海．200092） 摘要：由于饮用水处理和传榆过程受水中pH值的影响较大，pH值被认 为是水处理化学中最重要的指标之一．在饮用水处理中，不同处理工 艺受pH的影响和工艺优化运行对pH值的范围要求不完全相同，影响机 理较为复杂，均需要有合适的pH值达到处理和传输效果的优化.由于 净水工艺的连续性和相关性，雎及投资成本的考虑，不可能将所有工 艺的pH值调配到最优运行务件，应按照原水水质特点以及出水总体要 求，参考水的pH值对工艺处理效果的影响机理，扬长避短，有的放矢, 通过试验验证合理调配好pH值，在减少浪费的前提下达到最佳效果. 关键词： pH 值 饮用水处理工艺优化水质稳定处理1．引言饮用水处理是由不同的工艺单元组成，在各处理工艺中影响处理效果 的因素有很多，其中pH值的影响早已引起人们的注意在饮用水水质 要求逐渐提高的今天，为了提高工艺单元的处理效率，更好得到优质 饮用水，在水厂处理和饮用水传输过程中必须更加充分认识pH值的影 响及pH值在处理工艺中合理调配的重要性。
随着饮用水处理技术的发展和水质标准的提高，水厂处理工艺单元逐 渐增加，不同工艺受pH值的影响和工艺优化运行对pH值的范围要求不 完全一致．本文从水厂常规和深度处理工艺单元要求出发，综合分析 讨论pH值对各工艺单元的影响情况和影响机理，给出合理建议，为自 来水厂工程设计和日常运行管理提供可靠参考2.原水及饮用水中pH值2．1原水的酸度和碱度大部分的原水偏酸，具有一定酸度，即）H值低于7. 0.这一方面由于 自然因素，例如水中含有较多的溶解性C02或从腐殖质中分离出的有 机酸所导致，另一方面，河流湖泊的水体常常受到酸性工业废水的污 染，这大大降低了原水的pH值总体来讲，碱度与酸度正好相反，例如，一般随着pH的增加酸度减小, 碱度增加但更严格的来说，水体碱度是由重碳酸盐、碳酸盐和钙、 镁、钠和钾的氢氧化物所组成由于重碳酸根离子能存在与pH值低于 7. 0的条件下，因此有资料表明在pH低于4. 5的偏酸性水中仍能够测 得水样的碱度.水体碱度对水中pH值变化起到了缓冲效应，同时也是 决定水是否具有腐蚀性的关键因素之一WHO（世界卫生组织）没有规 定饮用水中碱度的最大值，有国家（如英国）的水质标准规定了软化水 或海水淡化出水的碱度最低值。
2. 2饮用水的pH值pH值（H+浓度倒数的log值）反映了水体的酸碱性，由于饮用水处理和 传输过程受水中pH值的影响较大，其被认为是水处理化学中最重要的 指标之一未受污染水的pH值主要由水中C02浓度和碳酸盐或重碳酸 之间的关系所决定，天然水体的pH值一般在4〜9的范围里水处理构筑物，尤其是混凝和消毒工艺.需要有合适的pH值以达到处 理效果的最优化，同时，进入管网的水的pH值也需经过合理调配以减 少其对管网的腐蚀几乎所有的水质标准对饮用水pH值仅仅给出了一 个较宽的范围，我国水质标准《城市供水水质标准》(CJ/T206-2005) 规定pH值为6. 5〜8. 5： WHO建议用氯消毒时pH值小于8. 0；英国水 质标准规定用户水龙头出水pH值为6, 5〜9. 5； USEPA(美国国家环保 局)定的饮用水pH值范围为6. 5〜8. 53. pH值对饮用水各处理单元的影响3. 1 pH值对原水预处理的影响预处理技术通常是指常规处理工艺前面,采用适当处理方法,对水中 污染物进行初级去除,以发挥水处理工艺整体作用,减轻常规处理的 负担,提高对污染物的去除效果目前在国内水厂中大规模应用的预 处理技术主要为原水生物预处理和原水化学预氧化。
3. 1. 1 pH值对原水生物预处理的影响生物预处理在欧洲被认识有30多年的历史,在德国和荷兰,生物预处 理长期采用慢滤池： 国内主要研究和应用集中在生物接触氧化工艺和生物陶粒滤池工艺 方面2NJI； + 3Q t 2NO； + 4//4 + 2比 能量 (I 】2NO；+OZ T 2NO「+能僵 ⑵利用生物法去除微污染原水中的氨氮是生物预处理最重要的任务之 一，因此进水的pH值要适应微生物特别是去除氨氮的硝化细菌的生 长硝化细菌对水的pH值较为敏感，有试验表明硝化最佳条件下的pH 值为8， O〜8. 4范围内式(1)〜(2)表现的是生物预处理去除氨氮的 主要机理，首先，NH4+-N被亚硝化细菌氧化成N02_-N,然后进一步被 硝化细菌氧化生成N03-N由式(1)可以看出在硝化过程中产生了H+,会使原水的pH值降低以悬浮填料 床生物预处理和生物陶滤池为代表，实际的生产运行试验表明：生物 陶粒对水中有机物和氨氮降解效率最高时的pH为7. 0〜8. 5之间，悬 浮填料床生物预处理最佳的pH值也为中性和偏碱性悬浮填料床生物 预处理在实际运行中与进水相比，出水pH值并没有向理论分析一样均 明显降低，当在氨氮负荷较低的工况下，实际出加H值比进水高，在 氨氮浓度比较高时，产生H+后，出水pH值才明显下降。
在低负荷条 件下，出水DH值不降反升的原因主要有两点：①曝气作用不断地将原 水中原有的C02吹脱，这就引起pH不断的上升②好氧降解了原水中 的有机酸3. 1. 2 pH值对原水预氧化的影响 化学氧化预处理技术是指依靠氧化剂的氧化能力，分解破坏水中污染 物的结构，达到转化或分解污染物的目的，另一方面化学预氧化工艺 通过破坏胶体颗粒表面的有机涂层，降低胶体颗粒表面负电荷和双层 排斥作用，达到有利于颗粒问的碰撞效果，使水中胶体颗粒易于脱稳， 从而达到助凝作用目前水厂主要采用的氧化剂有氯气、高锰酸钾和 臭氧等原水中的预氯化导致氯与水中的腐殖酸及其它有机物反应，生成大量 的不能被后续单元去除的有机卤化物等三致物质有试验证明，三氯 甲烷等物质在中性和碱性条件下的生成量比酸性条件要多.出于对人 体键康的考虑，预氯化原水的PH值不能太高，采用预氯化工艺的水最 好偏酸性高锰酸钾是一种强氧化剂，其氧化还原电位在酸性条件下为1. 70V, 在碱性条件下为0 59V,酸性条件氧化性能高于中性和碱性，但对高 锰酸钾的一系列应用研究表明，pH值对高锰酸钾预氧化反应有很大影 响，在中性及偏碱性条件下，对多种微量有机物具有良好的去除效果， 能够显著地降低水的致突变活性，明显优于酸性与强碱性条件。
从机 理上分析其原因，高锰酸钾去除水中微量有机物是通过两种途径，一 是高锰酸钾对微量有机物的氧化作用，在中性或弱碱性条件下，高锰 酸钾的氧化能力虽然不是处于最强的状态，但是它却可以有效地去除 受污染水源水中的微量有机物，如在中性条件下，高锰酸钾对长短链 烷烃类化合物有较高的去除效率，可氧化全部短链烯烃，部分氧化某 些长链烯烃，对酚类化合物高锰酸钾能将其去除至检出限以下二 是高锰酸钾在中性和偏碱性条件下与水中各种还原性无机物和有机 物反应后产生一种新的固相一水合二氧化锰，这种水合二氧化锰对微 量有机物有吸附作用，且还可对高锰酸钾与有机物间的反应起催化作 用，通过吸附与催化等作用提高了对水中微量有机污染物的去除效 果水中pH值对预臭氧化的影响与对后臭氧化的影响相似,在后续讨论中 进行分析3. 2 pH值对混凝沉淀效果的影响水的pH值是混凝沉淀过程中的一个重要影响因素，所需最小PH值是能 满足絮凝剂水解所对应的PH值，最适宜的PH值是指水解产物的溶解度 最小时对应的PH值水的pH值对混凝效果的影响程度，视混凝剂品种 和所需达到的抛凝效果有关opH值直接影响到抛凝剂阳离子的水解聚 合反应，影响到水解产物的存在形式，表l反应的是主要水厂用商品 混凝剂在使用过程所需提供的pH值范围。
蟲1儿种商品渥凝卿所需水的pH值范卿一驚一.钢 螯酸子分式1( 2 囲XH3-/H ◎卩 J C文 英X ha 巾S.5T.559:6 -中文佚 硫铁 此子分式J iH 礼两一3英文 屯称feC craL值F4.>从表1可以看出，总体上三价铁盐作为混凝剂时pH值应大于4,应用铝 盐时水体pH值在5. 5〜7. 5范围内有资料表明，当以去除浊度为主 要目的时，使用铝盐最佳的浊度去除发生在pH为6〜7. 5范围内：而 需要强化去除水中有机物和色度时，采用强化混凝技术，使用铁盐和 铝盐的水的pH值应分别为4. 5和5. 0左右 当采用铝盐和铁盐混凝荆对，由铝盐和铁盐水解反应可知，水解过程 中不断产生H+，导致水的pH值下降，为了使pH值保持在浊度去除所需 的最佳范围以内，水中应有足够的碱性物质与H+中和当原水中天然 碱度不足或混凝剂投加量很高时，水的pH值大幅度下降以致影响混凝 剂继续水解，且过低的混凝pH值会导致水中铝离子和铁离子浓度过 高，此时，应适当投加碱以中和混凝剂水解过程中所产生的!+当采 用高分子混凝剂时，其混凝效果受水的pH值影响较小，因为高分子混 凝剂在投入水中前聚合物形态基本确定，故对水的pH值变化适应性较 强。
33 pH值对水厂砂滤过滤效果的影响pH值对水厂砂滤机械截流效果影响不大目前，国内外对无预氯化水 厂流程中砂滤工艺的生物作用关注较多，有研究表明，一些普通砂滤 池有生物滤池的特性，有明显的硝化作用，在去除浊度的同时对氨氮 也具有较好的去除效果如果要利用砂滤的生物作用，就要考虑到水 中pH值的影响微生物生长最佳的pH—般在6〜8之间，pH超过这个范 围将会对微生物的活力产生影响在前面pH值对原水生物预处理的影 响中分析到中性和偏碱性有利于微生物特别是去除氨氮的硝化细菌 的生长，因此，建议考虑生物作用砂滤的进水为中性或偏碱性3. 4 pH值对水厂臭氧氧化的影响 臭氧作为强氧化剂用在净水过程中的各个阶段，主要为预臭氧化、中 问臭氧化和最终的消毒在大型水厂的深度处理工艺中常常应用预臭氧化及和生物活性炭相 结合的中间臭氧工艺臭氧分子的氧化还原电位与pH值有关，在酸性 溶液中，氧化电位为2. 07V；在碱性溶液中氧化性降低，氧化电位为 1. 24V，但pH值升高时臭氧分子容易分解生成氧化性能更强的自由基 （• OH，氧化电位为2. 8V），在水溶液中，臭氧的氧化就通过臭氧分 子直接进攻和臭氧分解形成的自由基（• OH）的反应这两种方式所实 现。
研究结果表明，在pH值为5. 6〜9. 8,水温0〜39°C范围内.臭 氧的氧化效力不受影响 目前，臭氧的氧化产物如溴酸盐对人体的影响越来越引起人们的关 注，我国水质标准《城市供水水质标准》(CJ / T206-2005)规定溴酸 盐小于0. 01mg/L臭氧化时水中pH值是影响溴酸盐产生的非常重要 的影响因素之一，因为它直接从机理上决定了溴酸盐浓度的大小，降 低pH值能减少溴酸盐的生成，原因主要有两方面：一是降低pH值改变 了次溴酸的电离平衡，减少了溶液中与臭氧分子直接反应的OBr-浓 度，从而降低了经直接反应途径的溴酸盐生成量：二是降低pH值提高 了水中臭氧分子相对于自由基的比例(Rct二[03] / [OH])[,经OH与 HOBr反应生成的溴酸盐量减少有试验证实，臭氧接触量为10(mg/ L).min时，pH由8降低到6可以使溴酸盐生成量减少60%3. 5 pH值对生物活性炭的影响 生物活性炭对水中pH值的要求与原水生物预处理和考虑生物作用的 砂滤池的要求相似，为了有利于微生物特别是硝化细菌的生长，生物 活性炭进水最好为中性或偏碱性3. 5 pH值对。