地下水供水區(qū)域水源切換腐蝕產(chǎn)物釋放控制技術(shù)

李玉仙，顧軍農(nóng)，王敏，林愛武

(北京市自來水集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)研究院，北京100012)

為解決北方某市面臨的水資源短缺問題，構(gòu)建了“引江、引黃、引冀水入境，并與本地10座水庫、6處水源地統(tǒng)一配置”的水源保障格局，擬建立以“本地水源支撐，外調(diào)水保障，備用水源應(yīng)急”的多水源、互聯(lián)互調(diào)、安全可靠的水源系統(tǒng)。繼南水北調(diào)水源和河北水源之后，黃河水源成為又一具有戰(zhàn)略意義的水源。但是，由于黃河水源的水質(zhì)與當(dāng)?shù)厮�源水質(zhì)差別較大，尤其是硫酸鹽與氯化物濃度大大高于當(dāng)?shù)厮�源，有可能破壞管壁腐蝕產(chǎn)物層與水相之間的平衡，并增加發(fā)生“黃水”的風(fēng)險。

有研究結(jié)果表明，水源切換時，地下水供水區(qū)由于管垢較為薄弱，更易發(fā)生“黃水”現(xiàn)象。為了解決這一問題，筆者針對當(dāng)?shù)氐叵滤�供水區(qū)域管段進(jìn)行試驗(yàn)，擬通過調(diào)節(jié)管段進(jìn)水的余氯與溶解氧濃度，調(diào)控管垢的穩(wěn)定性，以減少鐵離子釋放，避免“黃水”現(xiàn)象發(fā)生。

1 試驗(yàn)條件

1.1 試驗(yàn)方法和裝置

采集某地下水廠供水區(qū)域管段，管材為DN100的鑄鐵管，長度為3 m，進(jìn)行管垢調(diào)節(jié)試驗(yàn)和水源切換模擬試驗(yàn)，試驗(yàn)分三個階段進(jìn)行。

第一階段：切換地下水廠供水區(qū)域管段的供水水源為黃河水源，考察沒有進(jìn)行養(yǎng)護(hù)的管段水源切換后腐蝕產(chǎn)物釋放規(guī)律。

第二階段：使用原地下水廠出廠水作為試驗(yàn)用水，通過提高出水余氯和溶解氧濃度來快速氧化水廠供水區(qū)域管段，促使管垢由脆弱轉(zhuǎn)向穩(wěn)定。監(jiān)測運(yùn)行后的濁度變化和余氯衰減情況，掌握管段是否達(dá)到穩(wěn)定期；水廠出廠水DO為6~7.5 mg/L，通過在進(jìn)水儲水罐中攪拌后DO達(dá)到7.5~9 mg/L，水廠出廠水余氯為0.5 mg/L，經(jīng)過調(diào)整使試驗(yàn)管段進(jìn)水氯濃度為1.0 mg/L左右。

第三階段：在所養(yǎng)護(hù)管段出水基本達(dá)到穩(wěn)定后，將管段運(yùn)至黃河水源中試基地（鄭州市某水廠），基地水處理工藝為“混凝-沉淀-過濾-活性炭”，出水加氯后作為管段模擬系統(tǒng)的進(jìn)水，系統(tǒng)白天循環(huán)運(yùn)行、夜間停滯，第二天更換新鮮水。監(jiān)測水源切換之后管段出水的濁度、總鐵等濃度的變化情況。

1.2 試驗(yàn)水質(zhì)條件

本地地下水廠和黃河水源中試系統(tǒng)出水水質(zhì)見表1�？梢姡�黃河水源的LR指數(shù)為原地下水廠LR指數(shù)的6倍。

表1 本地地下水廠和黃河水源中試系統(tǒng)出水水質(zhì)

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 管段養(yǎng)護(hù)期間水質(zhì)變化情況

圖1為管段養(yǎng)護(hù)期間進(jìn)、出水余氯和濁度的變化情況。

圖1 管段養(yǎng)護(hù)期間進(jìn)、出水水質(zhì)變化

從圖1可見，管段養(yǎng)護(hù)期間耗氯量逐漸減小，在初始運(yùn)行時耗氯量為0.2~0.3 mg/L，管垢穩(wěn)定后耗氯量為0.1~0.15 mg/L;管垢穩(wěn)定前管段出水濁度較進(jìn)水有升高的趨勢（升高0.2 NTU），管垢穩(wěn)定后管段進(jìn)、出水濁度變化不大。

從耗氯量減少和出水濁度變化情況來看，提高加氯量2個月后，管段管垢基本穩(wěn)定。

2.2 管段養(yǎng)護(hù)對管段腐蝕產(chǎn)物釋放的影響

2.2.1 白天循環(huán)運(yùn)行時管段出水水質(zhì)變化情況

圖2為管段養(yǎng)護(hù)前后水源切換為黃河水源后出水總鐵、濁度、ＤＯ的變化情況。可見，管段養(yǎng)護(hù)前由于地下水供水區(qū)域管垢不穩(wěn)定，水源切換后總鐵超過0.3 mg/L，最高達(dá)到1.15 mg/L，在運(yùn)行半個月后總鐵濃度基本穩(wěn)定；養(yǎng)護(hù)后的管段在切換水源之后出水總鐵濃度初期達(dá)到0.5 mg/L，運(yùn)行5 d后出水總鐵濃度降至0.3 mg/L以下。未經(jīng)養(yǎng)護(hù)管段在水源切換初期管段出水濁度為2~8 NTU，運(yùn)行半個月后出水濁度基本穩(wěn)定小于1 NTU；養(yǎng)護(hù)后的管段水源切換初期濁度略有升高，僅一次濁度>1 NTU，但很快趨于穩(wěn)定。水源切換時管垢是否穩(wěn)定對出水DO影響不大。

圖2 白天循環(huán)運(yùn)行時管段出水水質(zhì)的變化

管段養(yǎng)護(hù)前后出水總鐵、濁度、溶解氧見圖3。

圖3 夜晚停滯管段出水水質(zhì)的變化

從圖3可以看出，隔夜停滯后的管段出水總鐵和濁度偏高。水源切換時管段養(yǎng)護(hù)后的出水總鐵和濁度較養(yǎng)護(hù)前管段略有降低。運(yùn)行3個月后，停滯管段的出水水質(zhì)指標(biāo)一直未能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

3 結(jié)論

① 針對地下水供水區(qū)域管垢不穩(wěn)定的情況，采用增加消毒劑用量和溶解氧濃度的方式來提高管垢穩(wěn)定性。白天循環(huán)運(yùn)行時，未養(yǎng)護(hù)管段水源切換后，出水總鐵和濁度在運(yùn)行15 d之后降至水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定限值，即總鐵<0.3 mg/L，濁度<1 NTU。養(yǎng)護(hù)后管段切換水源之后，出水濁度略有升高（基本小于1 NTU），運(yùn)行5 d后出水總鐵<0.3 mg/L。

② 白天循環(huán)運(yùn)行時，養(yǎng)護(hù)后的管段“黃水”程度減輕，“黃水”持續(xù)時間大大縮短。

③ 養(yǎng)護(hù)后管段隔夜浸泡后出水仍然出現(xiàn)濁度、總鐵較大幅度升高的“黃水”現(xiàn)象，管段是否經(jīng)過養(yǎng)護(hù)對停滯運(yùn)行的管段出水水質(zhì)影響不大；建議水源切換期間加大管網(wǎng)末梢用戶的用水量，減少管網(wǎng)水的停滯狀態(tài)。

④ 地下水供水區(qū)域管段提前養(yǎng)護(hù)2個月，也只能減小“黃水”的程度，并不能杜絕“黃水”現(xiàn)象的發(fā)生。因此黃河水仍需與其他源水調(diào)配使用，控制拉森指數(shù)，以降低水源切換時突發(fā)“黃水”的風(fēng)險。

（本文發(fā)表于《中國給水排水》雜志2014年第20期“給水深度處理及飲用水安全保障技術(shù)交流會專題”欄目）

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