城市供水管網(wǎng)鐵釋放特性及其風(fēng)險(xiǎn)管理.pdf

1、供水管網(wǎng)水質(zhì)安全是當(dāng)前供水行業(yè)的熱點(diǎn)問(wèn)題之一，隨著研究的逐步深入，供水管道鐵腐蝕和鐵釋放已變成了兩個(gè)意義不同的概念。本文首先進(jìn)行了城市供水管道腐蝕產(chǎn)物的物理化學(xué)特性和管道鐵釋放規(guī)律的研究，然后，從鐵形態(tài)學(xué)角度，進(jìn)行了管道中鐵的遷移轉(zhuǎn)化研究，之后，基于鐵釋放機(jī)理分析，建立了管道鐵釋放通量模型和城市供水管網(wǎng)鐵釋放風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系，最后提出了控制管道鐵釋放的管理措施。
　　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說(shuō)明城市舊有水源出廠水水質(zhì)腐蝕性較高，從而導(dǎo)致管段內(nèi)壁腐蝕嚴(yán)

2、重，形成了發(fā)達(dá)且分層的腐蝕管垢層。鑄鐵管和鍍鋅鋼管腐蝕產(chǎn)物的主要元素均為鐵和氧，兩種元素在鑄鐵管和鍍鋅鋼管腐蝕產(chǎn)物中的質(zhì)量百分比之和分別平均大于80％和90%。晶態(tài)鐵氧化物主要是磁鐵礦、針鐵礦、纖鐵礦、四方纖鐵礦、綠銹和菱鐵礦，但是，在不同的管道腐蝕產(chǎn)物中，晶態(tài)鐵氧化物的含量存在差異。
　　硫酸根濃度從30mg/L提高到195mg/L和氯離子濃度從10mg/L提高到190mg/L，管道鐵釋放速率均明顯上升；pH值從7.05提高到8

3、.25和堿度從125mg/L提高到185mg/L，管網(wǎng)鐵釋放均得到有效控制；溶解氧在8.0mg/L到16.0mg/L范圍內(nèi)變化，鐵釋放速率先下降后上升；余氯在0mg/L到1.9mg/L范圍內(nèi)變化，鐵釋放先抑制再促進(jìn)后趨于穩(wěn)定。
　　在管網(wǎng)的運(yùn)行管理中，水流方向的改變會(huì)在短時(shí)間對(duì)鐵釋放產(chǎn)生劇烈的影響；流速在超出一定臨界值之后，流速變大，鐵釋放量隨之變大；隨著水力停留時(shí)間的延長(zhǎng)，管道鐵釋放量增加程度明顯。
　　通過(guò)7~12月份長(zhǎng)

4、達(dá)140多天的長(zhǎng)期檢測(cè)管網(wǎng)鐵濃度變化和相關(guān)水質(zhì)指標(biāo)，分析發(fā)現(xiàn)溫度是影響管網(wǎng)季節(jié)變化中鐵釋放的重要因素。
　　硫酸根和氯離子對(duì)二價(jià)鐵氧化速率影響微弱；pH值從7.03提高到7.89，二價(jià)鐵氧化速率急劇上升；在恒定pH值條件下，溶解氧從2.49mg/L提高到8.46mg/L，二價(jià)鐵氧化速率變化不大；堿度提高，二價(jià)鐵氧化速率會(huì)變大；一氯胺在0～1.12mg/L范圍內(nèi)升高，二價(jià)鐵氧化速率隨之變大。
　　管網(wǎng)水體中鐵顆粒物與濁度存在正

5、相關(guān)性。硫酸根和氯離子分別在34~389mg/L和9~292mg/L變化，鐵顆粒物的形成量變化不大；pH值從7.03提高到7.89，鐵顆粒物的形成量上升；溶解氧從2.49mg/L提高到8.46mg/L，鐵顆粒物的形成量變化不大；堿度從118mg/L提高到247mg/L，鐵顆粒物的形成量上升；一氯胺在0～1.12mg/L范圍內(nèi)升高，鐵顆粒物的形成量隨之增加；隨著時(shí)間的累積，鐵顆粒物的形成量也會(huì)逐漸增加。
　　在管道鐵釋放較高階段，管

6、道腐蝕產(chǎn)物中的總鐵以及游離氧化鐵含量較高，不穩(wěn)定鐵化合物和過(guò)渡態(tài)鐵化合物含量會(huì)上升，隨著水溫下降以及溶解氧、pH、堿度等逐漸上升，管道鐵釋放水平下降，管道腐蝕產(chǎn)物中的總鐵以及游離氧化鐵含量也隨之降低，不穩(wěn)定鐵化合物和過(guò)渡態(tài)鐵化合物同時(shí)被緩慢氧化，形成穩(wěn)定的磁鐵礦和針鐵礦。
　　硫酸根在凈水工藝中基本沒(méi)有變化，氯離子只在預(yù)氯化和混凝階段略有增加，堿度在混凝階段有所下降，但是氯離子和堿度的變化均微弱。pH在混凝過(guò)程中會(huì)有所下降，溶解氧

7、會(huì)受到臭氧工藝的影響。拉森指數(shù)隨著混凝劑投加量的增加而上升；在研究期間的8月份到11月份，碳酸鈣沉淀勢(shì)CCPP在時(shí)間上呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，在工藝單元中變化微弱。
　　采用一維移流擴(kuò)散方程和物料平衡方法兩種方式，建立了城市供水管網(wǎng)鐵釋放通量模型，通過(guò)比較管道鐵釋放量的實(shí)測(cè)值與管網(wǎng)鐵釋放通量模型的預(yù)測(cè)值，兩者的絕對(duì)誤差在-0.008~0.019mg/L，相對(duì)誤差在-6.74~7.77%，該模型對(duì)管道系統(tǒng)的鐵釋放預(yù)測(cè)較為準(zhǔn)確。
　　基于

8、管網(wǎng)鐵釋放的不確定性，結(jié)合系統(tǒng)工程和運(yùn)籌學(xué)知識(shí)，建立了城市供水管網(wǎng)鐵釋放風(fēng)險(xiǎn)模糊評(píng)價(jià)體系，力求表達(dá)供水管網(wǎng)水體中鐵濃度存在的風(fēng)險(xiǎn)狀況，優(yōu)化日常鐵檢測(cè)取樣點(diǎn)位置和便于供水行業(yè)運(yùn)行管理。
　　針對(duì)南水北調(diào)中線工程通水后的天津市城市供水管網(wǎng)鐵釋放風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，從管道腐蝕產(chǎn)物的物理化學(xué)特性，水質(zhì)特點(diǎn)與水力條件三方面分析，在做好水源地水質(zhì)保護(hù)和長(zhǎng)距離輸水管渠水質(zhì)不被污染的前提下，城市供水管網(wǎng)不會(huì)發(fā)生大面積的“黃水”現(xiàn)象。但是，需要做好管網(wǎng)供水分