城市供水管网中的管垢及防治措施

本文主要阐述了管网中管垢的形成原因及影响。确定了管垢是影响管网水质和输水能力的重要因素。针对控制管垢的形成采取相应的防治措施。     

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.     

给水管网中污染物在管垢上的累积和释放

给水管网中,管垢是各种污染物的源和汇,但目前污染物在管垢中的累积释放特征尚缺乏系统研究.本文以实际的城市供水管网的球墨铸铁管和灰口铸铁管为对象,一方面采用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、晶体衍射结构分析(XRD)等手段对其管垢进行表征,另一方面运用管段滞流反应器研究了三氯甲烷、铅、锰和锌等污染物滞流状态下在管垢上累积和释放特征.结果表明:同为铸铁管,使用一定年限后,管垢成分有所差异,灰口管管垢量较大,具有明显的锈蚀和管瘤出现,成分以二氧化硅、金属复合氧化物为主,而球墨管管垢量较小,以二氧化硅为主;随着初始浓度的提高,管垢对污染物的累积量逐步提高,对于三氯甲烷,其吸附量和释放量都非常低,而对于Pb、Mn和Zn 3种金属,管垢的吸附量远大于释放量,说明在实验条件下它们易累积不易释放,但水质条件的改变有可能引起大规模释放.研究结果对饮用水管网生物化学安全提出了更高的要求,为管网的饮用水安全保障提供了理论依据.     

供水管网大口径管道管垢中污染物分布的径向差异

以管龄为11年的城市主供水管道上的DN300球墨铸铁管为研究对象,采用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、晶体衍射结构分析(XRD)等手段对其径向不同位置的管垢进行了表征,并分析了其各类金属与有机污染物的分布差异.结果表明:管道下部的管垢总量高,平均粒径大.重金属在空间上的分布明显不同,铁、锰、锌、铅、铜和铬在上部的管垢中含量最高,而下部管垢中,铝的含量最高,该分布与管垢中其来源密切相关.管垢中累积了多种的有机污染物,除了微生物代谢形成的烃类物质之外,还累积了藻类的代谢产物及外源有机污染物,不同位置上出现的有机污染物类型也有所差异.该研究结果对将来饮用水管网生物化学安全的研究方法提出了更高的要求,并为管网的饮用水安全保障提供了理论依据.     

pH值、硫酸根和温度对钢管管垢中铬释放的影响

以市政供水管网钢管管垢为研究对象,将垢层由外向内分为表层、硬壳层和疏松多孔层.利用SEM、BET、XRD、XPS和分形态提取等技术对预吸附Cr(Ⅵ)前后的各层管垢进行表征和分析,并探究了pH值、SO₄^2-浓度和温度对各层管垢中Cr释放的影响.结果显示,钢管各层管垢的主要成分均为α-FeOOH,吸附性能排序为表层>疏松多孔层>硬壳层,管垢中铁元素大多以三价和二价形式存在,具有一定还原性.Cr(Ⅵ)通过物理和化学吸附富集于管垢,主要以铁锰氧化物结合态存在,表层管垢富集量最大.酸性环境、SO₄^2-浓度和温度的升高均会促进Cr的释放.强酸性条件下表层Cr释放浓度为中性条件下的2.76倍;SO₄^2-浓度增加使各层管垢的Cr释放量增加0.1～0.4倍;温度升高20℃,表层管垢的Cr释放量增加26.74%.     

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.     

给水管网中管内壁腐蚀管垢特征分析

使用扫描电镜(SEM)、X荧光光谱分析(XRF)、X射线衍射分析(XRD)以及X光电子能谱(XPS)对给水管网中铸铁管和镀锌钢管上的管内壁腐蚀管垢进行微观形态、化学组成、晶体结构和化合物构成等物理化学特征分析.发现管垢外部平滑而致密,内部为多孔结构.铁是管垢最重要的化学组成,管垢基本上是含铁的化合物.外层管垢可能的化学组成是α-FeOOH、γ-FeOOH、α-Fe₂O₃、γFe₂O₃、FeCl₃等三价铁化合物,而内层管垢则为Fe₃O₄、FeCl₂、FeCO₃等二价铁及二价铁与三价铁共同存在的化合物.管垢的特征取决于管网水力条件、水质条件和管材本身特性.     

水中硫酸根及溶解氧质量浓度变化对管垢金属元素释放的影响

针对出厂水水质化学组分变化可能引起管垢成分释放进而导致管网"黄水"的问题,利用管段反应器,研究了硫酸根(SO24-)质量浓度变化对长期通地下水的铸铁管段总铁释放的影响,同时分析了硫酸根质量浓度变化可能造成的金属元素锰(Mn)、砷(As)、铬(Cr)、铜(Cu)、锌(Zn)和镍(Ni)的释放行为.研究表明,实验管段进水中SO24-质量浓度的升高能导致管垢总铁、Mn释放量显著增加,且当SO24->400 mg.L-1时,出水呈现明显的"黄水"现象.对实验管段进出水中微量金属元素的检测发现,尽管随着进水SO24-质量浓度的升高,出水中As、Cr、Cu、Zn和Ni质量浓度也随之增加,但其多数情况下低于进水质量浓度,说明管垢对这些微量元素具有吸附作用.增加水中溶解氧(DO)质量浓度对铁的释放具有明显控制作用,但当超过一定值时,其抑制作用反而降低.     

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.     

给水管网中重金属释放的控制方法研究

供水管网中重金属的释放和富集严重影响饮用水的水质,威胁居民的健康。介绍了管道物理清洗的5种方法和原理,并对河南省某市管网进行截管并分析其管壁内生长环的成分,在此基础上,利用小试试验模拟单向冲洗法和刮管法研究去除管道中重金属的方法和效果。研究结果表明:河南省某市自来水管道中有严重的腐蚀现象,成为影响管网水质稳定的潜在威胁,单向冲洗法和刮管法对管壁生长环中重金属的去除有很好的效果,可用于指导管网运营管理。     

给水管网建设工程对环境的影响与污染防治措施研究

管网工程对环境的影响主要表现为施工期。施工过程将对声环境、环境空气、生态环境、社会环境等产生不同程度的影响。供热管网施工过程中,由于管网铺设、开挖将可能破坏地表植被。同时,施工产生的临时弃土,若处理不当,将可能产生水土流失;同时工程拆迁及施工期各类污染物的排放影响居民生活质量,以及管线敷设管沟填埋前将对居民出行产生一定影响。结合给水管网建设工程的特点,从施工期分析给水管网建设项目对环境的影响及需采取的污染防治措施。     

基于贝叶斯网络的给水管网消毒副产物生成因素分析

给水管网消毒副产物(disinfection byproducts,DBPs)的生成受管网环境因素、微生物群落特征和水厂未完全去除的有机物等多指标共同影响.各指标间相互关联形成复杂的网络结构,导致影响DBPs在管网内生成的主控因子较难确定.以广州某高校给水管网系统为研究对象,于2021年1～2月开展终端水质调查,利用吹...     

供水管壁的磷释放对管网水质生物稳定性的影响

为了研究供水系统金属管壁磷释放及其对管网水质生物稳定性的影响,采用新旧有水泥涂衬球墨铸铁管,考察了管壁和水泥涂衬中磷的含量,管网水中可同化有机碳(AOC)、异养菌平板计数(HPC)及生物可利用磷(MAP)的变化规律.结果表明,在铸铁管金属管壁和水泥涂衬中均有磷元素及其他微生物生长所需微量元素存在.旧管和新管均可向悬浮水中释放磷元素并可被微生物吸收利用,旧管释放水平高于新管;同时旧管释放产生的AOC和旧管水中的HPC也明显高于新管;新管对水中pH值有明显影响,但随时间推移逐渐减弱.     

城镇污水处理厂低浓度进水原因分析及提升措施

城镇污水处理厂进水浓度偏低是污水治理提质增效的难题之一。以无锡市某污水处理厂为例,基于水质分析和调研资料,采用水量平衡三角法分析了进水浓度偏低的原因分析,提出了整治措施。分析结果表明:该厂进水中地下水或河水渗入量和雨水混入量比例分别为28.9%和9.8%;晴天时进水浓度偏低的原因为污水管网渗漏和低浓度工业废水纳管,雨天时进水浓度偏低的主要原因是小区管网雨水混入,COD和BOD₅降幅分别可达到65.4%和52.9%。针对上述问题,提出了完善排水管理体制、工业企业排水实行三管分设整改、细化管网渗漏的检测排查和有效修复、加强管网验收和质量监管、尽量降低管网水位4项整治措施。     

给水管网生物膜反应器及分子生物学研究方法进展

饮用水在经管道输送到用户的过程中,微生物附着到管网内壁生长形成生物膜。生物膜的存在会引起一系列水质问题如病原菌的生长、色度和浊度的变化、管道的腐蚀等,对人类饮用水安全构成威胁。而且生物膜对消毒剂有顽强的抗性,一旦形成就难以控制。所以生物膜一直是给水管网研究的热点和难点。但是给水管网中生物膜的实际采样研究比较困难,而且实际取样无法连续监测生物膜形成的动态变化过程,因此用反应器实验模拟研究生物膜显得尤为重要。另外,随着技术的进步,研究给水管网生物膜不仅仅局限于传统的培养方法,还出现了一些新手段如现代分子生物学技术和显微镜图像分析技术,以便更加科学、合理地了解给水管网生物膜,从而保障城市供水的安全。文章重点介绍几种常见的用于研究给水管网生物膜的反应器及生物膜的研究方法,并对其原理及优缺点作了简要的讨论。     

基于活性微生物特征的供水管壁生物膜生长特性

管网生物膜由各种活性微生物、微生物残体及有机无机杂质组成,管网生物膜的生长会导致机会致病菌寄居、管道腐蚀以及水质恶化等系列饮用水卫生问题.为研究供水管壁生物膜形成过程和附着生长活性微生物的分布特征,采用异养菌平板计数(HPC)、流式细胞术(FCM)和16S rRNA高通量测序对3种典型室内供水管材:聚氯乙烯(PVC)、无规共聚聚丙烯(PPR)、不锈钢(STS)内壁活性微生物的生长特性和群落多样性进行了分析.结果表明,PVC管壁生物量在第73 d最先达到峰值,3种管材内壁单位面积最大生物量、生物膜成熟时期生物量均呈现PVC PPR STS的规律. 3种管材表面活性细菌群落结构组成上,PVC管表面主要以硝化螺旋菌门为主,PPR和STS管以疣微菌门为主,其中STS管壁上生物膜物种丰富度最低、多样性最小,群落结构最简单. PVC和PPR管内壁表面相较STS管存在更多的蓝藻细菌和放线菌,在饮用水输配过程中更易引发饮用水嗅味问题.管材介质对管壁生物膜上微生物群落结构存在一定影响.     

烟囱直径对除尘系统的影响

分析了风机全压在除尘系统中的分配,以及烟囱直径对管网出口动压损失的影响,得出适当加大烟囱出口管径,降低管网出口气体的速度,可降低系统能耗,为风机烟囱设计和选型提供了参考。     

现代化大都市供水管网水质监测及评价——以国内某大城市为例

供水管网是影响供水水质的重要因素,特别是在拥有复杂供水管网的现代化大都市。以国内某现代化大都市供水管网为研究对象,该市拥有普通自来水供水系统和饮用净水供水系统,分别建立了水质监测系统,并根据提出的供水管网水质监测点布置原则确定了水质监测点的位置、数量及监测频率、指标;通过从2009年6月至2010年1月为期8个月的水质监测,共采集了560份水样数据,据其对该大都市的供水管网水质进行了分析评价。结果显示:供水管网对普通自来水及饮用净水水质都会产生不良影响;普通饮用水经过管网传输,细菌总数升高甚至超标,特别是在供水管网末梢及两水厂供水交界处;饮用净水的不合格项目为细菌总数和浑浊度,其在距离水厂越近的区域水质越好。     

流态变化对污水管网沉积污染物分布及转化的影响

为探明城市污水汇流管网流速变化对沉积层污染物及生物菌群演替的影响,通过控制污水管道中试系统中干管、支管流速,模拟了不同汇流条件下城市污水管网系统运行状态,探究了不同汇流条件下沉积层碳、氮、硫类污染物的分布特征以及微生物种群结构的分布规律.结果表明,在不同汇流条件下,COD、TN、NH₃-N、NO₃-N、硫酸盐含量沿沉积层深度方向均逐渐减小,而硫化物含量逐渐升高.当干管、支管流速均增加时,促进了汇流区域不同深度污染物的沉积富集,但由于DO、ORP环境因子的改变,以及流速的增大,将沉积层中原有的碳源基质剥离到污水中,减少了微生物可利用的营养物质,同时造成沉积层内部溶解氧含量的上升,沉积层中产甲烷菌（MA）中优势菌属Methanosaeta、硫酸盐还原菌（SRB）中优势菌属Desulfomicrobium、水解发酵菌（FB）中优势菌属Caldisericum的相对丰度逐渐降低,硫氧化细菌（SOB）中优势菌属Thiobacillus相对丰度增加,显著影响了沉积污染物的转化特性.污水管网汇流区域流态是改变污水水质及管道微生物系统的重要因素.     

浦东新区城市生活污水处理现状及对策探讨

在对浦东新区生活污水处理现状进行分析的基础上，肯定了目前污水纳管处理和地理式生化处理并存的过滤性措施的作用，并提出了要提高生活污水处理率，完善污水管网收集系统，加强对住宅小区生活污水处理设施的管理等建议。