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摘要：在给水管网的使用过程中，管壁一般会积存大量的管垢，管垢的主要成分是管网在使用中存在的多种污染物的集合，但是，当前在管网的研究和发展中，技术人员尚未对管垢中污染物的累积和释放过程有系统性的研究。本文通过多种实验方法，对城市供水管网中铸铁管线中管垢污染物的累积和释放过程进行了研究，分析了污染物的积累和释放特征，为给水管网的用水安全提供了理论上的依据。
关键词：给水管网；污染物；管垢；累积与释放
引言：当前在城市给水管网的建设中使用的大都是铸铁管道，铸铁管在使用一定时间之后，会由于饮用水中杂质或是其他污染物的积累而出现管垢，不同材质的铸铁管在管垢成分上也具备一定的区别，灰口铸铁管的管垢产生量较大，且在使用中会出现较为明显的锈蚀和管瘤，这些管垢的成分一般是二氧化硅以及金属氧化物，而球墨铸铁管产生的管垢量较少，主要成分为二氧化硅，且随着管垢的增加，其对于管网污染物的累积效率会逐步提升，管垢产生量会逐渐增加。
一、研究概述
1、研究目的
给水管网设计和使用的主要目的是对经过处理和净化的饮用水进行输送，以保证城市居民生活用水需求。在当前的发展背景下，生活用水处理技术不断提升，因此出厂水质也不断得到改善。但是，在生活用水的实际输送过程中，还是时常会出现管网水质不达标现象，在饮用水中出现超过使用标准的金属含量或是细菌数量，影响了人们的正常使用。这些现象都是由于给水管网之中存在管垢，使得饮用水的使用出现问题。管垢主要是管道老化以及饮用水中金属物质的积累造成的可，且随着给水管网的使用时间延长，管网老化更是增加了管垢的含量。因此，使用实验对管垢中污染物的积累和释放过程进行研究可以保证管网技术人员对污染过程有更深的认识，避免出现管网二次污染现象。
2、材料和方法
（1）实验材料
本文实验过程中使用的管段和管垢样品均来自北方某市的给水管网之中，实验过程中为了保证数据具备代表性，实验人员在不同的供水区域中选择了多个采样点，取得实验管垢样品的管段样品共49个，其中包括地表水水源管段样品和地下水水源管段样品。截取实验管段之后，实验人员使用刮刀等实验器材将管垢进行密封保存，并进行标记方便后续实验使用。实验管段的参数如下：
（2）水样的采集
采集管垢的过程中，实验人员还需要对管道之中的水样进行采集，以便于对管道的工作状态和环境条件进行分析。在水样的采集过程中，实验人员会在水样之中添加硝酸来进行保存，可以在后续的实验之中对水样中的金属离子进行检测。除了对水样中的离子进行检测之外，在采样现场，实验人员就需要对水样中的氯含量以及氧含量进行检测并记录。
（3）实验装置
完成样品的制备之后，实验人员要完成的是实验装置的组装。实验人员会截取0.30m长的实验管段组装称反应装置，在实验中，反应器的上盖和底座都是由有机玻璃所制造而成，其上盖为了实验进行方便，通常带有取样口，上盖、底座以及管段的下部一般有一个圆形的玻璃片，在装置的使用过程中通常使用锡箔纸来进行密封，防治光线照射影响实验的正常进行，由于管道中管垢积累是在无光环境中进行的，因此，实验也应当在无光且密闭的环境中进行。实验中使用的原位水一般是在实验区段的水龙头处取得，取水时间一般在管段截取之前。
（4）实验方法
在实验过程中，首先要进行的是原位水的释放实验，实验人员会在管段开挖区域截取管道，并将其制作成反应器，并在其中加入原位水，使用原位是方法来研究和模拟在用水过程中污染物在管垢上的最大积累和释放速率以及浓度，并定期在反应器之中取出水样，测定其中污染物的浓度，制作成释放曲线并对数据进行分析。
完成原位水释放实验之后，技术人员还需要进行连续累积释放实验，实验中进行连续累积释放实验一般包括四个连续阶段，实验一般在管段滞流反应器之中进行，每个实验阶段都包括累积和释放过程，将实验中截取的管段组合成滞流反应器之后，实验人员会向反应器的内部加布一定浓度的污染物溶液，之后定时从反应器中抽取一定水样并测定污染物的浓度，并制作管垢污染物的累积曲线，实验结束后，将反应器中溶液取出，加入浓度更高的目标污染物溶液，进行连续累积实验。实验人员可以使用顶空气相法进行测定；针对管道中的金属污染物，实验人员可以使用原子吸收仪来测定管垢中金属离子的浓度。
二、实验结果
本实验所采用的灰口铸铁管和球墨铸铁管来源于同一个城市给水管网系统中的两个不同区域，管网水来自同一水厂，灰口铸铁管腐蚀状况更为明显，一方面可能是管材对锈蚀的影响，另一方面较大的管龄(17年)也使得其锈蚀相对严重．管垢的颜色(有着明显的差异，球墨铸铁管管垢的颜色呈灰白色，而灰口铸铁管管垢则是红褐色，有可能是铁元素含量较高所致．两组管道的背景参数有所差异，灰口铸铁管管道水中的硫酸盐浓度略低于球墨铸铁管，而溶解氧水平略高一些，这可能是灰口铸铁管锈蚀相对严重的一个因素。
给水管网中的消毒副产物(DBPs)主要包括以三卤甲烷(THMs)为代表的挥发性物质和以卤乙酸(HAAs)为代表的非挥发性物质．在THMs中，三氯甲烷(TCM)占总量的75%以上，加上TCM具有很强的挥发性以及较高的致癌风险，容易影响管网水水质，因此本文以TCM为DBPs的代表，研究其在管垢中的累积释放情况．原位水释放的实验结果可知:释放实验刚开始时，TCM浓度变化显著增加，后期增加速率逐渐放缓，在300min后，TCM的释放量趋于平缓．灰口铸铁管中TCM最高浓度可超过23．00μg•L－1，明显高于管网水本底值(4．88μg•L－1)，但未超过饮用水水质标准(60．0μg•L－1)．球墨铸铁管的TCM浓度明显低于灰口铸铁管，这主要是灰口铸铁管管垢量较大造成的．
给水管网入户管道的腐蚀常是多种因素综合作用的结果。与流速相对稳定的输水干管不同，入户管道中水的流速和停留时间等水力条件容易受到管径和用户使用习惯的影响而表现出较大差异性。变化的水力条件一方面会影响溶解氧、余氯的输送和消耗，另一方面会影响生物膜在管壁的粘附生长，进而影响金属管道的腐蚀过程。相对于出厂水，３个地区自来水的自由氯都有不同程度的衰减，其中湖里和非矿地区相对较低，这说明给水输送过程中，部分水质参数会可能发生明显改变，从而导致不同地区管道腐蚀的差异性。但是管道腐蚀是管网水长期作用的结果，单次采样、分析可能缺乏代表性，因而需要对用户出水水质进行长期监测。
结语：管垢中针铁矿的含量与碱度和钙离子有显著的相关性，磁铁矿的含量与水的拉森指数有显著的相关性，而纤铁矿的含量与所分析的水质参数没有显著的相关性。是地表水的硫酸根浓度较高、碱度较低和拉森指数较高，而地下水的硫酸根浓度较低、碱度较高、拉森指数较小。通地表水管段的管垢发达，多为腐蚀瘤状垢。
参考文献：
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论文作者:章贵华,程东方
论文发表刊物:《基层建设》2018年第3期
论文发表时间:2018/5/16
标签：管网论文; 污染物论文; 浓度论文; 管道论文; 过程中论文; 反应器论文; 人员论文; 《基层建设》2018年第3期论文;