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供水管網(wǎng)內(nèi)銹垢的成因及危害

論文類型 技術(shù)與工程 發(fā)表日期 1998-06-01
來(lái)源 《中國(guó)給水排水》1998年第6期
作者 袁一星,趙明
摘要 供水管網(wǎng)是給水系統(tǒng)重要的組成部分。原水經(jīng)處理達(dá)到國(guó)家水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),通過(guò)供水管網(wǎng)輸送后,有時(shí)在細(xì)菌學(xué)指標(biāo)、濁度、鐵錳含量、色度、有機(jī)物含量等方面超標(biāo),嚴(yán)重地影響了供水水質(zhì)。發(fā)生這種現(xiàn)象的原因就是水在供水管網(wǎng)內(nèi)有較長(zhǎng)的停留時(shí)間并受到了供水管網(wǎng)內(nèi)銹垢的二次污染。研究了銹垢的成因以及銹垢對(duì)水質(zhì)的影響、管網(wǎng)余氯的影響和管道通水能力的影響 。

出  自: 《中國(guó)給水排水》 1998年第6期第29頁(yè)
發(fā)表時(shí)間: : 1998-6


袁一星;趙明

( 哈爾濱建筑大學(xué))

  供水管網(wǎng)是給水系統(tǒng)重要的組成部分。原水經(jīng)處理達(dá)到國(guó)家水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),通過(guò)供水管網(wǎng)輸送后,有時(shí)在細(xì)菌學(xué)指標(biāo)、濁度、鐵錳含量、色度、有機(jī)物含量等方面超標(biāo),嚴(yán)重地影響了供水水質(zhì)。發(fā)生這種現(xiàn)象的原因就是水在供水管網(wǎng)內(nèi)有較長(zhǎng)的停留時(shí)間并受到了供水管網(wǎng)內(nèi)銹垢的二次污染。

1 銹垢的成因

  供水管網(wǎng)內(nèi)的銹垢主要由于水管受到化學(xué)腐蝕和生物腐蝕所形成 [1] 。對(duì)金屬管材而言,管道腐蝕主要受水中pH值和溶解氧的影響。首先,由于電化學(xué)作用,在管道內(nèi)壁形成氫氧化亞鐵,然后被水中溶解氧氧化,生成氫氧化鐵,以膜的形式附著在管道內(nèi)壁,在偏堿性水中,管壁被腐蝕的速度減慢,當(dāng)水的pH值變化時(shí),部分氫氧化鐵脫水形成鐵銹,沉積在管道內(nèi)表面,它質(zhì)地疏松,不能起保護(hù)作用,若水的pH值適宜,以上反應(yīng)不斷進(jìn)行,形成凹凸不平的銹垢。
  在特定條件下,管道內(nèi)壁是微生物繁殖生長(zhǎng)的場(chǎng)所。通過(guò)高倍顯微鏡觀察,在管道內(nèi)壁可發(fā)現(xiàn)微生物群集。管道內(nèi)微生物的滋生可加速金屬的腐蝕,微生物的代謝過(guò)程往往和電化學(xué)腐蝕同時(shí)發(fā)生。曾通過(guò)斷管試驗(yàn)檢查了管道內(nèi)壁銹垢表、中、里三層的細(xì)菌菌屬,均發(fā)現(xiàn)普遍存在著絲狀鐵細(xì)菌。鐵細(xì)菌是一種特殊的自養(yǎng)細(xì)菌,依靠鐵和氧生存和繁殖。該菌在管道內(nèi)壁上新陳代謝的結(jié)果,形成密集的銹瘤,同時(shí)產(chǎn)生黃褐色的絮狀物。銹瘤覆蓋的部位成為厭氧區(qū),為腐蝕性很強(qiáng)的硫酸鹽還原菌的生長(zhǎng)創(chuàng)造了條件,這種細(xì)菌可把硫酸鹽還原成硫酸鐵。水中的各種元素可以促進(jìn)微生物的代謝過(guò)程,某些微生物的代謝產(chǎn)物又成為另一種微生物的營(yíng)養(yǎng)源,這些過(guò)程都會(huì)導(dǎo)致管道腐蝕的加劇。
  水中的某些金屬離子、微絮凝體均能在管道中產(chǎn)生后沉淀現(xiàn)象。首先是水中鐵、錳、鈣、鎂離子的后沉淀,這些金屬離子在供水管網(wǎng)內(nèi)達(dá)到一定濃度后,隨著水的pH值、余氯量等因素的變化,沉積在管道內(nèi)壁上。其次是微絮凝體后沉淀,在給水處理中,原水濁度與所投加的混凝劑形成的絮凝體,絕大部分在沉淀和過(guò)濾時(shí)被去除,但仍有少量微絮凝體隨出廠水一同進(jìn)入管網(wǎng),沉積在管道內(nèi)壁上,形成具有粘性的沉積物,這種現(xiàn)象在水流速度小的供水管網(wǎng)末端更為明顯。
由上述分析可知,供水管網(wǎng)內(nèi)水的侵蝕、微生物的腐蝕和后沉淀現(xiàn)象是相互影響、相互促進(jìn)的。鋁鹽微絮凝體和鐵、錳的氫氧化物在管道內(nèi)壁上粘附,形成一層粘膜,這又為鐵細(xì)菌的繁殖創(chuàng)造了條件,而鐵細(xì)菌的繁殖又和電化學(xué)腐蝕同時(shí)發(fā)生,腐蝕的結(jié)果形成銹瘤。在以上過(guò)程中,水中的雜質(zhì)顆粒不斷粘附于管道內(nèi)壁。因此,隨著時(shí)間的增長(zhǎng),形成了沿管道內(nèi)壁下部較厚、上部較薄的銹垢。

2 銹垢對(duì)水質(zhì)的影響

  在我國(guó)許多城市,舊管道所占的比例較大,管內(nèi)銹垢對(duì)水質(zhì)的影響較為明顯,造成供水管網(wǎng)水質(zhì)惡化。表1列出了東北地區(qū)幾家自來(lái)水公司的水質(zhì)調(diào)查結(jié)果。
表1 出廠水質(zhì)與管網(wǎng)水質(zhì)比較

  此外,還從管內(nèi)銹垢析出13 種細(xì)菌,其中絲狀鐵細(xì)菌占優(yōu)勢(shì),還有腸道菌落、棲居菌落等。同時(shí)還發(fā)現(xiàn),銹垢的主要成分為鐵、錳、鋅等16種元素。
  為了消除銹垢對(duì)水質(zhì)的影響,對(duì)東北地區(qū)某市的供水管網(wǎng)進(jìn)行了沖洗前后的水質(zhì)考察,結(jié)果見(jiàn)表2。
  表2 管段沖洗前后水質(zhì)變化

  注 表中數(shù)據(jù)是三次測(cè)定平均值;括號(hào)內(nèi)為沖洗后值

3 銹垢對(duì)管網(wǎng)余氯的影響

  余氯在供水管網(wǎng)中的消耗速度可用下式表示:
  dC/dt=-KC或ln(C t /C 0 )=-K t
  式中 C t ——經(jīng)過(guò)t時(shí)間后的余氯濃度,mg/L
  C 0 ——余氯的初始濃度,mg/L
  K——余氯的消耗速度系數(shù),1/h
  余氯消耗速度系數(shù)K值與管材、水質(zhì)、水溫、管徑、管內(nèi)衛(wèi)生狀況有關(guān)。水溫7℃時(shí),對(duì)于直徑為150mm的新、舊鑄鐵管及沖洗前后的K值進(jìn)行了測(cè)定,結(jié)果見(jiàn)表3。
  表3余氯消耗速度系數(shù)K值(溫度:7 ℃)

  同時(shí),還測(cè)定了管內(nèi)余氯濃度隨時(shí)間的變化情況,見(jiàn)圖1。

4 銹垢對(duì)管道通水能力的影響

  供水管網(wǎng)內(nèi)銹垢會(huì)縮小管道的過(guò)水有效斷面,增加管道的阻力系數(shù),從而直接影響了管道的通水能力和供水壓力。當(dāng)前,國(guó)內(nèi)許多城市雖然水廠不斷擴(kuò)建,水量逐年增加,但供水管網(wǎng)低壓區(qū)卻不斷擴(kuò)大,有的自來(lái)水公司采用增大供水水泵揚(yáng)程的方法解決供水管網(wǎng)低壓區(qū)問(wèn)題,這會(huì)浪費(fèi)能量并增大供水管網(wǎng)漏失水量,導(dǎo)致供水成本的提高。
  對(duì)東北地區(qū)某市的供水管網(wǎng)進(jìn)行斷管分析,發(fā)現(xiàn)鋪設(shè)年代久的鑄鐵管,其有效直徑僅為新管直徑的30%~50%。
  根據(jù)供水管網(wǎng)水頭損失計(jì)算方法 [2] 和管道沖洗試驗(yàn)數(shù)據(jù),得出供水管網(wǎng)內(nèi)銹垢沖洗前后管道有效直徑或流量變化的一組數(shù)據(jù)。見(jiàn)表4。
  表4 管道沖洗前后有效直徑和流量的變化

  注 D 0 為管道直徑;d 1 、d 2 為管道沖洗前、后的平均有效直徑;Q 1 、Q 2 為管道沖洗前、后的流量;v、i為管道沖洗后的流速、水力坡度。
根據(jù)以上分析,可以認(rèn)為供水管網(wǎng)內(nèi)的銹垢是影響供水水質(zhì)和通水能力的重要因素,應(yīng)當(dāng)引起人們的重視。有關(guān)部門應(yīng)加大供水管網(wǎng)運(yùn)行和管理的投入,建立供水管網(wǎng)水質(zhì)和水壓的監(jiān)控系統(tǒng),有效地防止供水管網(wǎng)內(nèi)銹垢的形成和危害。

參考文獻(xiàn)

  1 吳紅偉等.配水管網(wǎng)中管垢的形成特點(diǎn)和防治措施.中國(guó)給水排水,1998;3
  2 嚴(yán)煦世等.給水管網(wǎng)理論和計(jì)算.中國(guó)建工出版社,1986

  作者通訊處:150008 哈爾濱市南崗區(qū)海河路202號(hào)
  哈爾濱建筑大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院
  (收稿日期 1998-07-09)

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