给水管网中铁释放现象的影响因素研究

在实验室静态试验下,定量分析了给水管网中无机化学水质参数对铁释放现象的影响,包括酸碱条件、氧化还原条件和无机离子等不同类别的水质参数.研究发现,铁释放速率都随着pH值、碱度和氧化剂浓度的升高而降低,随着氯离子浓度的升高而升高.根据管网的一般条件,提出了控制铁释放现象的理论临界释放速率计算公式.根据理论临界铁释放速率,达到控制管网铁释放现象的必要条件时,管网水质条件满足的要求为pH大于7.6,碱度大于150 mg/L,溶解氧浓度大于2 mg/L,氯离子浓度小于150 mg/L.     

供水管网铁释放的影响因素相对重要性分析

供水管网的铁释放问题近年来日益受到关注.影响供水管网铁释放的因素众多,本研究选取了pH、溶解氧(DO)、碱度(Alk)、硬度、氯离子(Cl~-)、硫酸根(SO_4~(2-))、温度(T)和水力停留时间(HRT)这8个影响因素,利用逐步回归和偏相关分析,建立了铁释放的非线性幂指数模型,并用标准化回归系数和偏相关系数比较了这些因素的相对重要性.结果表明,铁释放模型拟合效果良好;用标准化回归系数衡量影响因素相对重要性时,SO_4~(2-)、HRT、Cl~-和T是相对重要的因素,相对重要性排序为SO_4~(2-)≈HRTCl~-T;用偏相关系数衡量时,HRT、SO_4~(2-)、Alk、Cl~-和T是相对重要的因素,排序为HRTSO_4~(2-)AlkCl~-T.综合两种系数的分析结果,HRT、SO_4~(2-)和Cl~-是本研究条件下相对重要的因素,T和Alk的相对重要性视实际情况变动.     

上覆水环境因子对滨海水库沉积物氮磷释放的影响

为了解我国滨海水库富营养化过程,以北大港水库沉积物为研究对象,通过室内模拟试验,考察上覆水环境因子〔扰动、ρ(Cl-)、pH、温度、ρ(DO)〕对滨海水库沉积物氮、磷释放的影响.结果表明:①扰动促进氮、磷的释放,ρ(NH₃-N)、ρ(NO₃--N)、ρ(TN)和ρ(TP)增加了54.4%～230.8%,扰动对滨海水库沉积物TN、TP释放通量的促进作用比淡水沉积物强;②ρ(Cl-)升高促进氮、磷释放,ρ(Cl-)越高,促进效果越强,ρ(Cl-)为1 000和5 000 mg/L时,ρ(NH₃-N)、ρ(NO₃--N)、ρ(TN)和ρ(TP)分别增加了4.2%、3.2%、35.0%、11.9%和8.4%、4.8%、44.7%、23.8%;③与pH为7.0时相比,pH为8.5和10.0时,ρ(TP)增加了21.3%～42.6%,ρ(NH₃-N)降低了14.9%～18.6%,ρ(NO₃--N)和ρ(TN)基本没有变化,但NO₃--N释放通量增加了5.2%～10.3%,TN的释放通量降低了7.1%～21.5%;④温度升高促进了NH₃-N、TN和TP释放,抑制了NO₃--N释放,滨海水库沉积物中较高的盐度减弱了温度对TP释放的促进作用,25 ℃时,ρ(NH₃-N)、ρ(TN)和ρ(TP)比5 ℃时增加了37.3%～71.0%,ρ(NO₃--N)降低了34.0%;⑤好氧条件抑制了NH₃-N、TN和TP释放,促进了NO₃--N释放,好氧条件下ρ(NH₃-N)、ρ(TN)和ρ(TP)降低了54.2%～85.6%,ρ(NO₃--N)增加了20.5%.研究显示,上覆水环境因子会影响滨海水库沉积物氮、磷释放,其中以扰动、温度和ρ(DO)影响较大.      

水源更换对给水管网水质的影响研究

为了研究水源更换对给水管网水质的影响,对北方A市水源更换过程中管网水质理化指标进行了监测分析.通过33 h的监测发现,由于水源水质不同造成管网水质化学不稳定,管网水水质部分指标发生了明显的下降,pH从7.54降到7.18,碱度从188　mg·L^-1降到117 　mg·L^-1,氯化物从310 　mg·L^-1降到132 　mg·L^-1（以Cl^-计）,电导率从0.176　S·m^-1降到0.087 　S·m^-1,钙离子和镁离子略有下降分别为15 　mg·L^-1和11 　mg·L^-1,这些都是由于滦河水质与黄河水质不同造成的;余氯在换水过程中发生了较复杂的变化,主要是由于水源更换造成耗氯量增加以及夜间用水量少造成管网水输配时间长引起的;pH、碱度、余氯的变化使得管网水中铁的含量增加,最高达到0.4 　mg·L^-1,超出饮用水标准规定的0.3 　mg·L^-1.通过分析水源更换过程中水质的变化,提出了控制管网水质稳定的方法主要有提高pH、增加碱度、投加缓蚀剂和严格保证出厂水及管网水水质指标特别是余氯等.     

硫酸根对颗粒铁去除铬动力学影响研究

铁渗透反应格栅是铬污染地下水的有效去除技术,但地下水中SO42-对铁格栅长期运行性能影响还不清楚。文章采用批实验和柱实验的方法,分别研究了硫酸根离子浓度对颗粒铁从液相去除常量C(rVI)(20mg/L)的动力学影响及这种影响随时间的变化。批试验表明,随SO42-浓度的增加,C(rVI)的面积标准化速率系数kSA增加。柱试验采用三个平行柱实验系统连续输入含20mg/LC(rVI)的模拟地下水(含或不含SO42(-1000mg/L))。柱实验表明,运行100PV以前,SO42-显著增大颗粒铁对C(rVI)的面积标准化速率常数kSA,随后SO42-增强作用逐渐减弱,运行337PV时,SO42-没有明显的影响。硫酸根离子通过在铁表面形成配合物而加速铁的溶解,增加颗粒铁的表面活性,从而增强颗粒铁对C(rVI)的去除,生物作用不强时可以不考虑硫酸根对铁格栅长期运行性能的影响。     

酸雨中SO42-、NO3-、Ca2+、NH4+对红壤中重金属的影响

在实验室条件下连续浸泡污染红壤和黄红壤,研究模拟酸雨中阴离子、阳离子浓度对土壤中重金属解吸行为和化学形态分布的影响.结果表明,酸雨加速了土壤酸化,重金属活性增强.增加模拟酸雨中SO42-、NO3-或Ca2+、NH4+浓度对Cd、Zn解吸行为均产生明显促进作用,但对Cu影响不明显.增加模拟酸雨中SO42-、NO3-浓度,红壤和黄红壤交换态Cd、Zn百分率明显降低,交换态Cr百分率明显增加,交换态Cu百分率稍有提高,交换态Pb百分率变化不明显;增加模拟酸雨中Ca2+、NH4+浓度,红壤和黄红壤交换态Cd、Cu、Zn百分率明显降低,交换态Cr和活性形态Pb明显增加,但Cu的化学形态分布主要受模拟酸雨pH值的影响.     

环境因子对水库沉积物铁、锰释放的影响分析

在实验室模拟条件下,模拟了溶解氧、温度等环境因子对水库沉积物铁、锰释放的影响,结果表明厌氧环境能够促进铁、锰的释放,而好氧则会在一定程度上抑制铁、锰的释放;温度对水库铁、锰的释放也具有显著影响,通过升高温度能够促进铁、锰的释放。     

Na2SO4中毒SCR催化剂对SO3生成特性的影响

为研究Na₂SO₄中毒SCR催化剂（V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂）对SO₃生成特性的影响,采用湿式浸渍法制备w（Na）为3%的Na₂SO₄中毒SCR催化剂,并通过N₂物理吸附/脱附、XRD（X射线衍射）技术、SEM（扫描电镜）、XPS（X射线光电子能谱）分析技术对催化剂的物理化学特性进行表征.结果表明:①随着反应温度的升高,所有催化剂上的SO₃生成率逐渐增加.当温度升至490℃时,SCR催化剂上的SO₃生成率为0.85%,而3% Na₂SO₄中毒SCR催化剂上的SO₃生成率高达1.36%.SO₄2-的存在导致V-O-S增多,从而促进SO₃的生成.②随入口ρ（SO₂）的增加,SO₃生成率呈下降的趋势.当入口ρ（SO₂）为1 000 mg/m3时,3% Na₂SO₄中毒SCR催化剂上的SO₃生成率为1.02%,而SCR催化剂上仅为0.60%.ρ（SO₂）对SO₃生成率的影响主要依赖于温度和催化剂活性位点数等.③N₂物理吸附/脱附、XRD和SEM表征结果表明,与SCR催化剂相比,Na₂SO₄中毒SCR催化剂表面有Na₂SO₄的积聚,出现了裂纹和大孔隙,催化剂的比表面积和孔容下降,这些变化均不利于催化剂的催化性能;XPS结果表明,Na₂SO₄的加入提高了表面化学吸附氧含量,降低了活性组分中w（V4+）/w（V5+）的值.研究显示,相比于SCR催化剂,Na₂SO₄中毒SCR催化剂上的SO₃生成率大幅增加.      

铁锰双金属氧化物对过硫酸氢钾降解酸性橙7的催化效果

为了发挥均相体系中过渡金属元素对PMS(过硫酸氢钾)的催化效果,同时解决存在的金属离子污染的问题,以AO7(酸性橙7)为目标污染物,研究了采用溶胶-凝胶法(sol-gel method)制备Fe-MnO_x(铁锰双金属氧化物)催化剂催化PMS的效果及降解机理. 结果表明:ρ(Fe-MnO_x)由50 mg/L升至200 mg/L后,35 min时AO7降解率由53.74%升至96.65%;继续升高ρ(Fe-MnO_x),AO7降解率提升效果不明显. 随着ρ(PMS)₀(PMS初始质量浓度)的升高,AO7的降解率变化趋势与之相同;而随着ρ(AO7)₀(AO7初始质量浓度)的升高,AO7降解率有所下降. 分别投加EA(乙醇)、TBA(叔丁醇)这2种捕获剂来验证体系氧化物种时发现,55 min时AO7降解率分别为79.40%和91.33%,氧化体系的主要氧化物种为·SO₄-(硫酸根自由基)和少量·OH(羟基自由基). XRD(X射线衍射)和XPS(X射线光电子能谱)结果显示,Fe-MnO_x催化剂中的Fe、Mn主要以Fe3+、Mn2+、Mn4+ 3种形式存在,Fe、Mn、O 3种元素中,Fe3+、Mn2+、Mn4+、O2-和表面羟基氧的摩尔比分别为20.49%、26.46%、5.60%、32.51%和14.91%. 研究显示,Fe-MnO_x催化剂具有金属离子溶出量低、催化性能良好等优良性能,能够有效催化PMS生成自由基,对水中的污染物具有良好的降解效果.      

磷酸二氢钙和氯化钾对乌栅土氮素淋失的影响

利用土柱淋洗,研究了N、P、K共施对太湖乌栅土氮素(Urea-N、NH₄⁺-N和NO₃^--N)淋失的影响.结果表明,在不施尿素的条件下,N的淋失以NO₃^--N为主,占淋失总氮(Urea-N、NH₄⁺-N和NO₃^--N之和)的93.39%.施加尿素后,Urea-N、NH₄⁺-N和NO₃^--N的淋失量明显增加,三者占淋失N的比例分别为3.95%、15.25%和80.80%,占施入N的比例分别为0.26%、0.80%和2.54%.Ca(H₂PO₄)₂或KCl均可显著增加3种形态N的淋失,使3种形态N占淋失TN的比例分别为4.54%、24.11%、71.35%和3.45%、24.53%、72.02%,占施入N的比例分别为0.39%、1.86%、3.34%和0.32%、2.12%、4.06%.Ca(H2PO4)2和KCl共施对N素淋失存在着一定的交互作用,使3种形态N占淋失TN的比例分别达到4.10%、27.35%和68.55%,占施入N的比例分别为0.42%、2.60%和4.26%.不同形态N淋失的先后顺序为:Urea-N >NH₄⁺-N>NO₃^--N,而淋失总量的顺序为:Urea-N < NH₄⁺3^--N.     

水源切换引起给水管网黄水问题原因分析

针对水源切换造成黄水问题的原因开展试验研究.对水源切换前后原水水质进行分析,连续3个月跟踪监测出现黄水问题用户出水水质变化,利用XRD、SEM和EDS对出现黄水问题管段的管垢进行分析.利用试验室模拟反应器,比较不同水质下管材腐蚀速率及管垢铁释放速率.结果表明,水源切换后新水源水化学组分的较大变化,特别是硫酸盐浓度的大幅度增加是引发黄水问题的主要原因.拉森指数从原来的0.4左右增加到1.7～1.9,水源切换后数天内部分管网用户出水出现黄水问题.发生黄水问题地区的管垢致密壳层较为脆弱,在高浓度硫酸盐水质条件下,容易发生溶解破坏.通过反应器模拟试验,对于旧铸铁管,高浓度硫酸盐对管垢铁释放的影响要大于对管材基质腐蚀的影响.拉森指数与铁释放速率具有相关关系,随着拉森指数的增加,铁释放速率升高;对于旧铸铁管,其相关关系为非线性.由于出现黄水问题的管段管垢稳定保护层被破坏,即使随后管网水拉森指数降低到0.6左右,黄水问题仍持续较长时间.     

某市给水管网中铁释放现象影响因素与控制对策分析

针对某市管网水中铁浓度的变化规律进行了系统的研究,确定了管垢向管网水中释放出的铁是管网水中铁超标的主要原因.研究中发现铸铁管和镀锌钢管中管垢的主要化学组分为铁.在给水管网中,管网水的溶解氧和余氯浓度低时,对应的管网水中铁释放现象严重,其原因是还原条件使管垢表面的致密钝化层被破坏,造成二价铁的大量释放.根据试验结果提出了给水管网中铁释放和“红水”现象的控制对策.     

海水淡化水在既有管网输配的铁释放控制研究

由于具有强腐蚀性,海水淡化水在既有市政管网输配过程中往往会产生严重的"红水"现象,主要是由于管网中铁的释放.为了研究控制既有管网中铁释放的有效措施,对管龄为30～40 a的钢管和灰口铸铁管内壁的腐蚀瘤进行分析,主要组成物质为Fe3O4和FeOOH;选择腐蚀较严重的钢管进行静态浸泡试验,重点分析了自来水和淡化水的掺混比、pH值、碱度、氯离子和硫酸根离子对铁释放的影响,并以铁浓度为控制量,初步给出了海水淡化水在既有管网中安全输配所需满足的水质条件:自来水和淡化水的掺混比≥2∶1,pH值在7.6以上,碱度>200 mg.L-1.     

给水管网管壁铁细菌生长特性模拟及控制对策研究

利用AR反应器对管壁铁细菌的生长特性、影响因素以及悬浮铁细菌与管壁铁细菌的相关关系进行了研究.管壁铁细菌在反应器运行12 d后达到稳定生长,出水中铁细菌数量比进水增加1 lg,剪切力对于铁细菌达到稳定生长的时间有影响,但对稳定生长后挂片上的铁细菌数量没有明显的影响.稳定余氯0.3 mg/L可以有效控制悬浮和管壁铁细菌的生长,数量降低1 lg;对于管垢内的铁细菌即使余氯增加到1.0 mg/L仍无法杀灭;余氯浓度0.05 mg/L无法有效控制悬浮和管壁附着铁细菌的生长.对于稳定生长下的管壁铁细菌,增加余氯浓度至1.25 mg/L,可使管壁铁细菌数量降低2 lg~3 lg.稳定生长状态下,悬浮铁细菌与管壁铁细菌数量具有线性关系.并在试验基础上提出给水管网铁细菌生长控制对策:维持管网余氯0.3 mg/L;定期采用较高浓度消毒剂冲洗管道;采用新型防腐管材或加快旧管网改造,提高管网抗腐蚀性能等.     

我国典型钢铁行业主要工艺环节排放颗粒物源成分谱特征

鉴于我国钢铁行业排放颗粒物源成分谱数量不足,有待更新的现状,致力于服务精细化颗粒物源解析的需求,采用稀释通道系统对武汉市某钢铁公司的3个主要工艺环节(烧结、炼钢、炼铁)排放源进行了采样.构建了3类PM_(2.5)源成分谱及3类PM_(10)成分谱,对源谱主要化学组分特征进行了研究,并与国内其他区域已有的钢铁行业源谱研究进行了对比.结果表明:(1)烧结工艺源成分谱中,SO_4~(2-)、Al和NH_4~+等含量高,PM_(2.5)源谱中质量分数依次为22. 2%、4. 5%和3. 5%,PM_(10)源谱中依次为36. 0%、5. 2%和2. 7%,炼铁工艺Fe元素含量最高,在PM_(2.5)源谱和PM_(10)源谱中分别达到28. 3%和24. 5%,炼钢工艺源谱Ca、Fe元素等为主要组分;(2)元素组分中,烧结工艺S元素含量最高,地壳元素在PM_(10)源谱中含量更高,炼铁工艺Pb、Cr等重金属含量偏高,炼钢工艺Cr富集;(3)源谱之间分歧系数的计算显示,同类工艺粗细粒径源谱相似性偏高,烧结工艺与其他两类工艺源谱之间差异性较高,炼钢工艺与炼铁工艺差异性较低.同国内其他区域研究源谱相比,发现Fe、Si和Ca等为钢铁行业排放颗粒物中标识性组分,而碳组分和SO_4~(2-)等组分特征随生产方式、除污设备等不同表现出不同特征.     

不同环境因素下太湖中四环素的自然消减

四环素已经广泛应用于兽药生产和疾病治疗中,并通过禽畜粪便等途径进入环境中,基于四环素残留物的危害性,采用了模拟自然环境状态的实验方法,研究了四环素在不同环境状态(光照、底泥、重金属)下的自然消减过程.结果表明,四环素在自然光照下的消减不明显;未杀菌底泥水体中,四环素的消减速率大于杀菌底泥水体;实验初期,含硝酸铅水体中四环素消减缓慢,随着时间延长,消减速率加快,而在硝酸镉水体中四环素短时间内消减趋势已经十分明显,且消减速率大于硝酸铅水体;以0.08 mmol·L-1四环素为例,四环素在光照下各环境因素中的消减速率依次为:未杀菌底泥(87.2%)>杀菌底泥(70.37%)>硝酸镉水体(64.2%)>硝酸铅水体(32.3%)>空白组(6.6%),各环境因素均促进了四环素的消减.避光时,各环境因素中四环素的消减趋势与光照组相同,但消减速率较光照组小,表明光照对四环素的自然消减具有一定的促进作用.     

预臭氧与后臭氧-生物活性炭联用工艺研究

利用静态批量和动态连续试验初步研究了预臭氧及预臭氧与后臭氧-BAC组合工艺对南方某含溴离子水库水的处理效果和相应的处理条件.静态实验结果表明,预臭氧反应量在0.5～1.0mg/L范围内,在有效去除消毒副产物(DBPFP,主要包括THMFP和HAAFP)的同时,臭氧副产物溴酸可以控制在10μg/L以下,而继续增加臭氧反应量则会导致DBPFP的增加.当水中溴离子浓度达到96μg/L时,使用臭氧必须采取溴酸控制措施.连续动态实验结果表明,预臭氧与臭氧-生物活性炭组合工艺对于2μm以上颗粒物、COD_Mn、TOC等的去除均有明显的效果,可以进一步抑制DBPs的形成.