调节pH值和碱度对给水管网铁释放的控制作用

利用管段模拟反应器,定量分析了调节pH值和调节碱度技术对给水管网铁释放的控制作用。研究发现,提高pH值和增加碱度均可使管网铁释放速率、浊度和色度明显降低。调节pH值从7.6增加至8.2,15 d后管网铁释放速率降低了47%,浊度降低了54%,色度降低了46%;调节碱度从135 mg/L增加至260 mg/L(以CaCO3计),15 d后管网铁释放速率降低了50%,浊度降低了58%,色度降低了52%。对比评价了调节pH值和调节碱度技术的经济性,结果表明:调节出厂水pH值控制管网铁释放的经济成本适宜,可作为突发性管网"黄水"问题的应急控制技术。     

调节拉森指数和碳酸钙沉淀势对管网铁释放的影响

拉森指数(LR)和碳酸钙沉淀势(CCPP)是表征管网水质化学稳定性常用的指标,但这两个指标对给水管网铁释放的影响规律和机理目前并不清楚。从实际管网中挖取具有不同通水历史的无内衬铸铁管搭建了4套模拟管网中试装置,以投加不同药剂的方式调节管网进水的LR和CCPP,系统研究了不同水质参数调节方式对管网铁释放行为的影响。结果表明,尽管通过增加硫酸根和氯离子浓度的方式提高LR到同一水平时都会促进管网铁释放,但相同当量的氯离子对铁释放的促进作用明显大于硫酸根。当投加不同药剂提高管网进水的pH值、碱度、钙硬度以达到相同CCPP(17 mg/L)时,管网铁释放表现出较大的差异:投加强碱NaOH改变pH值时,不仅不能有效抑制铁释放反而会有促进作用;投加CaCl_2的方式由于氯离子的引入导致LR升高从而对铁释放有明显的促进作用;投加NaHCO_3、Ca(OH)_2以及Ca(OH)_2和CO_2联用提高CCPP时,由于同时降低了LR,因而对铁释放有明显的抑制作用。研究还发现,钙离子的实际沉淀量与CCPP并不直接相关,而与铁释放速率表现出显著的正相关性。     

淡化海水并网供水的管网铁释放控制技术研究

淡化海水由于具有较强的侵蚀性,并网供水后会对既有供水管网造成严重的铁释放现象和黄水问题。为了有效地控制管网铁释放,利用管段模拟反应器,定量研究了调节pH值、碱度、硬度和投加缓蚀剂对管网铁释放的控制效果。研究发现,提高pH值、增加碱度和硬度、投加磷酸盐缓蚀剂均可使淡化海水并网供水后造成的管网铁释放量明显降低。由此初步确定了控制淡化海水进入供水管网造成铁过量释放所需满足的水质条件为:管网水的pH值在7.70以上,碱度>80 mg/L,硬度>80 mg/L;必要时可选择投加0.25～0.50 mg/L的聚磷酸盐缓蚀剂。     

Ca(OH)2对低掺量水泥土的强度影响

用低掺量水泥加固3种不同的土进行室内试验研究,测试了不同Ca(OH)2掺量及不同龄期下3种水泥土的无侧限抗压强度。分析了随Ca(OH)2掺量的增加,不同龄期的3种水泥土无侧限抗压强度变化规律及原因。试验结果表明：水泥红粘土强度随Ca(OH)2掺量的增加提高最为明显,粉质粘土次之,砂土最弱。分析原因是由于土体的细度对水泥土强度影响较大。土体越细,土体中粘土矿物越多, Ca(OH)2掺量的增加促进了更多的离子交换作用和火山灰作用的发生,从而提高了水泥土强度。试验所用的3种土中红粘土最细,所以水泥红粘土强度随Ca(OH)2掺量的增加提高最为明显。     

模拟管网系统主体水浊度变化规律研究

以氯胺为消毒剂,炭滤后出水为实验用水,通过模拟管网系统中试实验,研究了水力工况、pH值、水温及铁释放对管网主体水浊度变化的影响。结果表明:水力工况、pH值、水温及铁释放对管网水浊度的变化影响显著。随着流速增加,浊度相应增加;水力工况的突然改变是引起浊度上升的主要原因;给水管网长时间以某一流速稳定运行时,部分引起浊度的物质会发生二次沉淀。pH越低,浊度上升速率越快。温度的急剧变化是引起管网水浊度短时期内突然上升的重要原因。相同时间段内,温度变化幅度越大,浊度上升幅度越大。管网水浊度与总铁含量存在一定的线性关系,浊度随总铁含量的增加而升高;铁的释放是导致管网水中色度、浊度等水质指标增加的重要原因。     

供水管网内部腐蚀的影响因素分析及控制方法的初探

给水管网的内部腐蚀是影响用户终端用水的主要原因。本研究在北京市第九水厂构建管网模拟系统及AR反应器,利用第九水厂滤后水作为试验原水进行管网内部腐蚀的模拟研究。结果发现:水质参数(温度、pH、余氯)对管网内部腐蚀均有一定的影响:温度越高,管道内壁腐蚀速率越快;pH值越高,管网模拟系统内部水质越稳定;余氯越高,管网模拟系统内部水质越不稳定。水力条件对管网内部腐蚀的影响同样不容忽视:流速越高,腐蚀速率越大;间歇运行的管网模拟系统的腐蚀速率要比连续运行的管网模拟系统高。对管网内部腐蚀方法的研究表明,通过控制管网水中的pH值及磷酸盐浓度以控制管网内部腐蚀,是比较经济可行的方法。     

基于氧化还原电位调节的管网铁释放控制特性

针对水源切换引发的供水管网铁释放问题,研究了基于游离氯和氯胺调节管网水氧化还原电位(ORP)对铁释放的控制特性。研究表明,ORP≥300 m V时,氧化还原电位与游离氯具有显著正相关性,而与氯胺无相关性。采用游离氯消毒时,在低氧化还原电位(ORP≤300 m V)条件下,管壁的铁锈垢发生还原反应,铁释放随着腐蚀性阴离子浓度的升高而显著增强;在高氧化还原电位(ORP≥400 m V)条件下,管壁的铁锈垢基本稳定,离子强度的升高对铁释放基本无影响。采用氯胺消毒时,管网水的ORP300 m V,管壁的铁锈垢易发生还原反应而引发铁释放,且离子强度越高,铁释放速率越快。可见,游离氯具有更高的氧化还原电位,对管网铁释放具有更优的控制效果。因此,当水源切换为有机物等耗氯物质含量显著降低的优质水源后,建议水厂将氯胺消毒切换为游离氯消毒。     

NaClO消毒条件下供水系统余氯指标控制的优化

以天津滨海新区某区域供水系统为研究对象,对次氯酸钠(NaClO)代替液氯消毒后引起的出厂水水质变化和供水管网余氯变化进行了分析,以实现对NaClO消毒工艺运行参数的优化控制。结果表明,NaClO代替液氯消毒仅导致出厂水的p H值略有增加;当NaClO平均投加量达到20 mg/L左右时,出厂水余氯范围可保持在0. 70~0. 90 mg/L,管网末梢余氯均满足≥0. 05 mg/L的国家标准要求;对长距离供水区域可采取单独补氯消毒,补氯后出厂水余氯范围应保持在0. 90~1. 10 mg/L,可有效提高该区域的管网末梢余氯。     

土样pH值对固化土抗压强度增长的影响研究

使用化学试剂改变土样的pH值,不同pH值的土样在等量水泥作用下,固化土抗压强度存在显著的差异。为解释上述试验现象,测定了相应固化土孔隙液中主要离子的浓度,并进行热力学计算。结果表明:在相同的水泥掺量作用下,pH值较低的土样形成的固化土孔隙液中Ca(OH)2不饱和,随土样PH值的增加,固化土孔隙液中Ca(OH)2浓度增加,水泥水化生成的胶凝性水化物的量也相应地增多,固化土抗压强度增量也随之提高;当固化土孔隙液中Ca(OH)2浓度由不饱和逐渐变为饱和后,固化土中胶凝性水化物能充分生成,固化土抗压强度达到最大值,且随土样pH值的增加固化土抗压强度基本保持恒定。     

给水管网中硝化作用的形成特性研究

采用4台BAR反应器串联对氯胺消毒管网中硝化作用的形成特性进行研究,并与实际管网中的水质变化加以比较.测定显示,BAR4中首先出现氨氧化菌(AOB)生长、氨氮降解和硝酸盐氮浓度升高现象;当AOB数量稳定后,模拟管网中的氨氮浓度沿程降低,生物膜及悬浮态AOB数量、亚硝酸盐氮浓度沿程升高到一定值后降低.发生严重硝化的实际管网末梢pH值较出厂水的降低了0.7,出厂水余氯(3.0 mg/L)已不能控制管网中的硝化作用.由于受AOB检测手段的限制,应综合考虑氨氮、余氯、pH值及不同管网点亚硝酸盐氮浓度的变化来判断管网中是否发生了硝化现象.研究表明,4台BAR反应器串联可以模拟发生硝化作用的实际管网中水质的变化.     

多水源供水管网余氯与节点水龄关系研究

为系统地研究多水源供水管网中余氯随节点水龄的变化规律,运用Microsoft Visual C++编程对某大城市局部供水管网进行供水区域划分,并结合MFC开发系统将每个供水区域以界面形式显示出来。运用EPANET 2计算管网节点水龄值和余氯值,并用实测余氯值进行参数率定。以每一个供水水源为起点、其供水区域内的管网末梢为终点,将每个节点余氯值和水龄值进行曲线拟合分析,得到拟合方程,这为进一步应用节点水龄评价管网水质提供了理论依据,也为水质安全保障及供水系统的调度管理提供了技术支撑。     

城市供水管网铁稳定性控制研究进展

针对当前城市供水管网中铁释放引发的管网水质问题,重点阐述了供水管网中铁释放的机理,总结了管网水力条件、生物因素及化学因素对铁释放的影响规律及管网水铁释放控制技术措施,并对城市供水管网铁稳定性控制的研究方向进行展望。     

水力条件对供水管网铁释放的影响研究

为了更好地指导管网水力模型在实际中的应用,提高科学调度水平,保障管网水的水质安全,从水力停留时间、流速和水流流向等3个方面,研究了水力条件对铁释放的影响。试验结果显示,随着水力停留时间的延长,管网中的铁释放量增加;在低流速范围内,流速变化对铁释放影响不大,超出一定临界值后,流速变大则铁释放量随之变大;水流方向的改变会在短时间内对铁释放产生剧烈的影响,造成铁浓度急剧升高,产生严重的"黄水"现象。     

城市供水管网铁稳定性控制研究进展

针对当前城市供水管网中铁释放引发的管网水质问题,重点阐述了供水管网中铁释放的机理,总结了管网水力条件、生物因素及化学因素对铁释放的影响规律及管网水铁释放控制技术措施,并对城市供水管网铁稳定性控制的研究方向进行展望。     

丹江口水源对北方某市管网铁释放影响的研究

针对丹江口水库水源调入北方某受水区城市后对管网水质可能造成的影响,开展了初步的模拟管网中试研究。从北方某受水区城市的实际管网中挖取了历史通水水源不同的4个地点的无内衬铸铁管并运输至丹江口中试基地,搭建了4套管网模拟系统,并在水源切换为丹江口水源水后对模拟管网进、出水水质进行了6个月的连续跟踪监测。中试结果表明:丹江口水库水的拉森指数在0.5左右,低于该北方受水城市的地表水但高于其地下水,具有微弱的腐蚀性。水源切换后,原通地下水的管道铁释放量最高,呈现"黄水"现象,切换75 d后逐渐达到稳定,"黄水"现象消失;而原通地表水为主的3套管道系统只在水源切换初期铁释放量较高,约30 d后铁释放趋于稳定并一直维持在较低的水平。管网水的铁释放量与出水浊度存在明显的正相关性。水源切换后伴随总铁释放量的增加,管网出水的pH值、总碱度、总硬度、溶解氧浓度明显降低。不同管道对水源切换响应的差异与其内壁的管垢特征不同有关,长期通地下水的管道内部管垢较薄且无明显分层特征,而长期通地表水的管垢较厚且多呈瘤状分布,具有明显的分层特征。     

多水源供水模式下管网腐蚀产物释放与应对措施初探

某市现有水源水质的Larson指数与应急调水水源1的Larson指数相差较大(后者为前者的4-5倍),从而造成腐蚀管网(铁制管材)表面稳定的致密层遭到破坏,内部腐蚀产物释放,引起管网水质发黄。相应的应对措施如下:调节pH在8.5-10之间时,可以有效控制管网内部腐蚀(药剂成本3.4分/m~3);投加磷酸盐缓蚀剂(浓度为0.4mg/L)时,也可以控制管网内部腐蚀(药剂成本1.02分/m~3);根据生产性试验发现,调节外调水和原地表水源的勾兑比例(2:8)也是控制管网腐蚀产物释放的一个可行方案,该方案不需要外加药剂,即保证了管网水质的安全性又节约了制水成本。     

水质变化对某市供水管网中铁释放的影响及控制作用研究

为研究某市供水管网中铁释放的控制技术措施,对管龄为20~30年的灰口铸铁管内壁的腐蚀瘤进行分析,主要组成物质为Fe_3O_4和FeOOH;利用实验室管段动态模拟反应器,选择腐蚀较严重的铸铁管进行浸泡试验,定量分析了水中无机化学水质参数的变化对水中铁释放能力的影响,并推导出该市管网铁临界释放速率。试验结果表明:铁释放速率与水中p H值、碱度浓度呈负相关性,与氯离子和硫酸根离子含量呈正相关性。对于此类水体,铁的临界释放速率为0.375mg/(m~2·h),控制铁稳定的条件为pH大于7.5,碱度大于250mg/L,氯离子浓度小于94mg/L,硫酸根离子小于146mg/L。     

碱性调节剂对磷石膏基石膏砂浆性能的影响

针对水泥、Ca(OH)_2、NaOH三种不同碱性调节剂对磷石膏基石膏砂浆凝结时间、水化热、力学强度和软化系数等性能的影响进行了研究。结果表明:在初始pH值相同条件下,掺加水泥会提高石膏砂浆的软化系数,但会使终凝时间偏长;掺加Ca(OH)_2的石膏砂浆凝结时间最佳,力学强度最高;掺加NaOH的石膏砂浆初凝时间偏短,力学强度最差,软化系数减小。综合凝结时间、水化热、强度和软化系数考虑,在磷石膏基石膏砂浆中加入Ca(OH)_2来调节pH值是比较好的选择,此时石膏砂浆的初终凝时间分别为82、112 min,抗压、抗折、抗拉强度分别为4.68、2.33、0.47 MPa,软化系数为0.40。     

水质化学组分变化对管道铁释放及管垢特征的影响

采集了北方某市长期通地下水区域的铸铁管道样品,应用响应面法研究了几个主要水质化学参数变化对管网铁释放的影响,并利用X射线衍射分析(XRD)、X射线荧光光谱分析(XRF)、比表面分析和扫描电镜能谱分析(SEM-EDX)等手段表征了管道内表面的管垢结构和组成特征,探讨了水质化学组分变化对管垢特征的影响。研究发现,该管道铁的释放量与水的拉森指数具有正相关关系,而与余氯水平无显著相关性。采集之初铸铁管的腐蚀产物包括Fe3O4(磁铁矿)、α-FeOOH(针铁矿)、γ-FeOOH(纤铁矿)、FeCO3(菱铁矿)和β-FeOOH(四方纤铁矿);通入拉森指数较高的水后,腐蚀产物中出现了Fe2O3(赤铁矿)和Fe6(OH)12CO3(绿锈)等新成分,并且管垢中Fe3O4的含量明显增加,α-FeOOH的含量明显降低,β-FeOOH消失。铁释放量较高管段中管垢的比表面积和孔容比铁释放量较低管段中管垢的大。     

环状管网模拟余氯衰减模型

在环状管网反应器中模拟配水管网余氯衰减模型，考察了初始氯浓度、流速、管径和pH对余氯衰减系数的影响。通过大量的试验数据经拟合比较发现，一级衰减模型可以很好地预测实测值，该模型预测余氯衰减的相关系数〉0．95，模拟精确度能够满足实际工程需要。初始氯浓度、管径、pH与衰减系数成反比，流速与衰减系数成正比。在普通铸铁管中，管径越大则衰减系数受流速的影响越小，受pH的影响越大；余氯的衰减主要发生在与管壁的反应中，pH是影响普通铸铁管中余氯衰减的主要因素，适当调节出厂水的pH值是改善管网水质的有效手段。