多水源供水管網(wǎng)中鐵釋放規(guī)律

1、第8卷第3期環(huán)境工程學(xué)報Vol8，No32014年3月ChineseJournalofEnvironmentalEngineeringMar2014多水源供水管網(wǎng)中鐵釋放規(guī)律黃廷林1戴雪峰1王旭冕1尚修竹1韓宏大2何文杰2(1西安建筑科技大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院，西安7100552天津市自來水集團(tuán)有限公司，天津300040)摘要針對水源切換而引起的水質(zhì)超標(biāo)現(xiàn)象，開展了多水源聯(lián)合供水條件下管網(wǎng)中鐵釋放規(guī)律的研究。分析了北方某城市2種水源(灤

2、河水和長江水)的水質(zhì)特點(diǎn)，利用實(shí)驗(yàn)?zāi)M反應(yīng)器分別研究了水源完全置換和供水分界線處水源混合區(qū)域的鐵釋放規(guī)律。結(jié)果表明，多水源供水管網(wǎng)的鐵釋放速率與水源水質(zhì)密切相關(guān)，特別是水中含高濃度SO2－4和氯化物時會加快鐵的釋放。不同水源之間的頻繁切換會破壞管垢表面的鈍化層，使鐵釋放速率迅速變化，隨后會有所緩解，但新的平衡的形成需要較長時間。供水分界線處的水源混合區(qū)域，由于水質(zhì)的不斷變化造成管垢表面很難形成穩(wěn)定的鈍化層，鐵釋放速率持續(xù)偏高，只有當(dāng)長江

3、水所占比例高達(dá)75%以上時才能得到抑制。關(guān)鍵詞多水源水源切換供水分界線鐵釋放供水管網(wǎng)中圖分類號TU991文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號16739108(2014)03083405LawofironreleaseinwatersupplywkwithmultiplewaterresourcesHuangTinglin1DaiXuefeng1WangXumian1ShangXiuzhu1HanHongda2HeWenjie2(1SchoolofEnv

4、ironmentalMunicipalEngineering，Xi’anUniversityofArchitectureTechnology，Xi’an710055，China2TianjinWaterwksGroupCo.Ltd.，Tianjin300040，China)AbstractThephenomenonthatwaterqualitydoesnotreachthestardalwaysoccurafterthewaterso

5、urceisswitched，theresearchoftheironreleaselawinwatersupplywkwithmultiplewaterresourceswarriedout.Waterqualityacteristicsofbothwaterresources(theLuanＲiverwatertheYangtzeＲiverwater)ofantherncitywereanalyzed，ironreleaseinth

6、ezoneofwatercompletelyreplacementwatersupplydividinglinewereresearchedrespectivelybytheexperimentalreact.Theresultshowsthattheironreleaserateiscloselyrelatedtothewaterquality.Especiallywhenthewatercontainshighconcentrati

7、onofSO2－4chlide，theironreleaseratewillspeedup.Thefrequentswitchingbetweenthedifferentwaterresourceswilldestroythepassivationlayeronthesurfaceofthepipescale，theironreleaseratewillrapidlychange，thenwillbeeased，butitrequire

8、salongertimetothefmationofanewequilibrium.Tothemixedwaterindividingline，itisdifficulttofmthestablepassivationlayerbecauseofthewaterqualitychangesconstantly，thecontinuedhighrateofironreleaseoccurs.Itcanbesuppressedonlywhe

9、ntheproptionoftheYangtzeＲiverwaterisashighas75%me.Keywdsmultiplewaterresourceswatersourceswitchingwatersupplydividinglineironreleasewatersupplywk基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(50978213)天津市科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(11ZCKFSF01700)收稿日期:2013－02－24修訂日期:20

10、13－04－01作者簡介:黃廷林(1963～)，男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事水處理及水資源保護(hù)研究。Email:huangtinglin@xauat.edu.cn通訊聯(lián)系人，Email:daixuefeng1988@163.com城市飲用水安全是保障城市安全、居民生活穩(wěn)定的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。目前，國內(nèi)各水廠所采用的處理技術(shù)和工藝一般均能保證出廠水水質(zhì)達(dá)到甚至超過現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)，然而水體的長距離輸送的過程中，由于一系列物理、化學(xué)及生物作用，水

11、體水質(zhì)出現(xiàn)惡化，嚴(yán)重影響居民使用。其中一個重要的原因就是鐵的釋放［13］。鐵的釋放現(xiàn)象是由管垢向水體中釋放鐵，造成管網(wǎng)水中鐵、濁度、色度等指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)。同時，鐵釋放現(xiàn)象的發(fā)生會破壞管垢結(jié)構(gòu)，加劇鐵質(zhì)管材的腐蝕，嚴(yán)重時就會出現(xiàn)“黃水”現(xiàn)象，嚴(yán)重影響供水水質(zhì)安全［49］。引起鐵質(zhì)管材的腐蝕和鐵釋放的原因較多，但由于水源的更換而引起的“黃水”問題頻頻出現(xiàn)。環(huán)境工程學(xué)報第8卷導(dǎo)率(電導(dǎo)率＞370μScm)，加快了離子和電子遷移轉(zhuǎn)化速率，使得電化

12、學(xué)腐蝕速率大大增加，加快了鐵的釋放速率。同時，有研究表明，SO2－4和氯化物能夠與管垢表面的FeOOH發(fā)生反應(yīng)，生成溶解度較高的(FeO)2SO4和FeOCl，從而促進(jìn)了鐵的釋放［16，17］。將進(jìn)水切換為長江水后，出水Fe濃度顯著降低，均小于0.25mgL，出水水質(zhì)得到明顯改善。分析長江水水質(zhì)，可以發(fā)現(xiàn)其拉森指數(shù)LＲ＜0.6，可見長江水腐蝕性較小。同時其SO2－4和氯化物濃度均明顯小于灤河水，電導(dǎo)率也大大降低(電導(dǎo)率＜210μScm)

13、，從而對管垢中的鐵釋放起到了明顯的抑制作用，降低了鐵的釋放速率。再次將進(jìn)水切換回灤河水后，出水Fe濃度再次顯著增加，從0.12mgL迅速增加到0.22mgL?？梢娝此|(zhì)的變化使得管垢表面已形成的平衡再次被打破，加速了管垢表面三價鐵轉(zhuǎn)化為二價鐵速率。分析總體變化過程，可以看出水源的每次切換都會引起鐵釋放速率的劇烈變化。第1次切換由灤河水變?yōu)殚L江水后，出水Fe濃度顯著降低，隨后幾日出水Fe濃度呈持續(xù)下降的趨勢。第2次切換由長江水變?yōu)闉春铀?/p>

14、后，出水Fe濃度顯著升高，隨后出現(xiàn)下降趨勢，最后保持穩(wěn)定。值得注意的是，再次切換灤河水后雖然水質(zhì)相差不大，但出水Fe濃度與初始時相差很大，鐵釋放速率明顯偏小。筆者分析后認(rèn)為，主要有2方面原因，一是這一時期灤河水水質(zhì)有所改善(堿度由124mgL升高到143mgL，氯化物由51mgL減低到47mgL，SO2－4由120mgL降低到110mgL)，堿度升高，拉森指數(shù)減小(由2.35減小到1.86)，水的腐蝕性有所降低另一方面是由于前期在長江水

15、條件下管垢表面形成了更為致密的氧化層，能夠在一定程度上抵御水質(zhì)變化的沖擊，因此在水源切換后鐵濃度連續(xù)2d上升，隨后才開始降低并趨于穩(wěn)定。從圖3和圖4中可以看出，水源水質(zhì)的變化均引起鐵釋放速率的變化，這一現(xiàn)象是伴隨水質(zhì)改變立刻發(fā)生的，均在切換后幾日逐漸減小，4d后趨于穩(wěn)定?？梢?，由于水質(zhì)變化會導(dǎo)致管垢表層特性的迅速破壞，引起鐵釋放速率的變化。在新的水質(zhì)條件下，新的平衡會逐漸形成，鐵的釋放速率逐漸減小，但這一過程需要較長的時間。22供水分界

16、線上鐵釋放規(guī)律以2種原水的混合水為進(jìn)水來模擬多水源供水圖2完全切換條件下24h后出水鐵濃度變化Fig2Changesofironconcentrationineffluentunderconditionofcompletelyswitchedafter24h圖3第1次切換后連續(xù)5d出水鐵濃度變化Fig3Changesofironconcentrationineffluentffivedaysafterthefirstswitch圖4第2