詹旭丹
普宁市供水管理局
摘要：随着我国的经济在快速的发展，社会在不断的进步，水源切换工程可能会造成供水管网中水质指标如铁、浊度、色度超标的黄水问题，严重影响人们的日常生活。本文研究了水源切换对供水管网水质稳定性的影响及控制技术。
关键词：源切换；"黄水"；控制
引言
随着社会和经济的发展,人们对于水资源特别是饮用水资源的需求日益增加.原水经水厂处理后达标进入输配水系统,对于大型管网,水在管网中停留时间较长,并与管道内壁发生一系列化学、生物反应.如果输水管道稳定性较差,则管网水会因二次污染而水质恶化,造成用户龙头出水细菌、浊度、总铁等超标,甚至出现"黄水"(redwater)现象,严重影响人们正常生活.
1概念
供水管网是连接水厂与用户的重要环节。这是一个非常复杂的配水系统。在中国，由于人口密度高，水在管网中停留几个小时到几天。为了进一步确保饮用水管网等的水质方面稳定问题，整个行业基于理论研究，提出了管网水质稳定的概念。意在保证供水管网输配过程中水质方面的稳定性。供水管网水质化学稳定性的定义是管网水质传输和分配过程中各种化学反应对水质的影响，包括管网的腐蚀/侵蚀水管，水中的不溶性物质迁移，溶解和释放的管壁腐蚀产物和在水中消毒副产物生成和积累。在中国34个主要城市中，只有21%的地表水水质基本稳定。目前，有两种水质指标可以用来评价管网中铁的稳定性。
2材料与方法
2.1水质监测
对新水源和原有水源水质指标进行检测,水质指标包括pH、硫酸盐、氯离子、电导率、碱度、总硬度、钙离子等.对发生黄水问题的用户龙头隔夜初始水水质进行近3个月的连续跟踪监测,水质指标包括pH、温度、余氯、溶解氧(DO)、电导率、浊度、色度、总铁、溶解性铁、硫酸盐、氯离子、碱度、总硬度、钙离子等,具体指标和监测方法。
2.2实验方法
(1)实验水样实验所用水样有两种，分别取自北方某市A水厂（地下水为水源，发生"红水"区域管段原供水水源）和切换水源水（地表水为水源），在水源切换过程中，监测管网水质变化情况。(2)水源切换引起的水质腐蚀性变化切换水源水质的特点：电导率高，约在700~800m/cm；硫酸根浓度高；200~230mg/l；氯离子浓度略高，43mg/l左右。
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2.3管垢分析
从发生黄水问题地区的 DN100 铸铁管段内取得管垢样品,放入充满氮气的瓶中干燥后,分别进行XRD(X Ray Diffraction, BRU KER2P4 型 X 射线单晶衍射仪)、SEM (Scanning Electron Microscope , JSM-6460LV 型 扫 描 电 镜)和 EDS (Energy DisperseSpectroscopy ,JSM-6460LV 型, 分析元素 Be ～ U)分析 ,测定管垢表观形态、元素组成 、晶体结构等.
3结果与分析
3.1原水水质
原水部分水质指标检测结果见表2,出现黄水问题区域以往季节性切换使用地表水源A和地下水源B.新水源硫酸盐、氯离子、电导率、总硬度、钙离子高于原水源,碱度低于原水源,其中硫酸盐浓度是原水源的5～6倍.水源切换后新水源的使用比例情况见图2.水源由原水源A切换为新水源,切换后第5d新水源使用比例增加到50%,个别用户出现黄水问题;第10～14d使用100%新水源,黄水问题加剧,随后降低新水源的使用比例,第19d开始维持在20%新水源和80%原水源A混合使用;第39d开始,原80%的原水源A更换为原水源B;第57～67d之间,因施并逐渐稳定.
3.2管垢分析结果
分别对出现黄水问题管段的管垢外观特征、微观形态、元素组成、晶体结构等进行了分析测试.该管垢呈片状.管垢与管壁接触的一面(内层)和与水相接触的一面(外层)相比,更加疏松多孔.为了进一步了解管垢特征,对其微观形态进行分析,利用扫描电镜分别观察管垢内外层的形态.内层呈疏松多孔;外层相对致密,并且表面覆盖的晶体物质为goethite.
4讨论
4.1管垢组成与铁释放现象
管段腐蚀后,腐蚀产物在管道内壁形成管垢,管垢具有分层的结构特征,对出现黄水问题管段的管垢特性分析结果表明,管垢内外层组成成分和特性存在较大差异.(1)管垢表面是一层较薄的由三价铁氧化物例如α-FeOOH等组成的表面沉积层.(2)表面沉积层下面是一层坚硬、致密的壳层,主要成分是α-FeOOH(goethite,针铁矿)和Fe3O4(magnetite,磁铁矿).(3)壳层与管材基质之间的管垢内层是以二价铁为主的疏松多孔的半固体物质,但是在管段样品制备和检测过程中,二价铁很容易被空气中的氧化成三价铁,因此利用XRD等技术对管垢内部物质进行检测,一般情况下较难直接测定出二价铁的化合物.测定管垢内层主要成分为:γ-FeOOH(lepidocrocite,纤铁矿)、α-FeOOH(geothite)、FeCO3(sidetite,菱铁矿)等.出现"黄水"问题的地区主要是在水源切换前长期使用硫酸盐、氯离子浓度较低的地下水的地区,并位于管网末梢,管网水中余氯、溶解氧浓度较低,使得该地区管垢致密壳层较薄并且脆弱,当水质条件发生变化时易被破坏.铁释放现象是腐蚀产物(管垢)或金属以溶解的或者颗粒的形式向水中输送铁,它是腐蚀、水力冲刷以及管垢的溶解三者累积作用效果.
4.2水源切换出现黄水问题的成因分析
由实际管网监测数据、试验室模拟试验以及上述分析,可以确定这次水源切换造成管网部分地区用户龙头出现黄水问题的原因是:水源切换后水源水化学组分发生了很大的改变,特别是硫酸盐浓度大幅度增加,打破了供水管网中管道内的管垢与原有水质之间的平衡,高浓度硫酸盐会使管垢铁锈发生溶解,破坏表面钝化层,造成管垢过量铁释放,从而在管垢表面钝化层较为薄弱的地区产生了黄水问题,自来水管道和入户管中管壁上原有的铁锈部分溶出,有的用户家中出现了自来水发黄发浑的现象.由于隔夜滞留时间较长,并且在停滞水的低溶解氧和低余氯条件下铁释放现象更为严重,因此早晨初期龙头水水质超标现象严重.为了解决黄水问题,水厂通过降低新水源使用比例降低硫酸盐浓度,并且使用碱度较高的地下水进一步降低拉森指数.但是由于管垢钝化层被破坏后,即使水质恢复到原有情况,建立新的平衡仍需要较长时间,因此用户水质超标现象仍持续了2～3个月.
结语
(1)水源切换造成管网中浊度、pH值上升，色度、总铁含量明显增大，电导率、总溶解性固体、余氯下降，水质恶化发生"红水"现象，这都是因为切换水源（地表水）和原水源（地下水）水质不同造成的。新水源具有电导率高，硫酸根浓度高，氯离子浓度略高，水的腐蚀性较强。(2)网管水中总铁浊度相关性较好，可知水源切换引起管网水质的恶化，浊度的升高，"红水"的发生主要是管网中铁的释放引起的。(3)由于地表水和地下水水质差异较大，并且与管网腐蚀机理并不相同，在进行水源切换时，地表水源和地下水源尽量不要掺混。(4)根据以上结果提出针对切换水源过程管网水质恶化的一些建议，提高pH值、增加碱度、投加缓蚀剂及严格保证出厂水指标等可控制管网水质稳定性，减轻"红水"现象。
参考文献
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论文作者:詹旭丹
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第21期
论文发表时间:2019/11/26
标签：水源论文; 水质论文; 管网论文; 硫酸盐论文; 浓度论文; 浊度论文; 碱度论文; 《中国西部科技》2019年第21期论文;