城市供水管网铁稳定性控制研究进展

—y城市供水管网铁稳定性控制研究进展·研究与探讨·刘昌宏张克峰杨晓亮宋武昌贾瑞宝(1．山东建筑大学市政与环境工程学院山东济南250101；2．山东省城市供排水水质监测中心，【lJ东济南250021)摘要：针对当前城市供水管网中铁释放引发的管网水质问题，重点阐述了供水管网中铁释放的机理，总结了管网水力条件、生物因素~L4-L学因素对铁释放的影响规律及管网水铁释放控制技术措施，并对城市供水管网铁稳定性控制的研究方向进行展望。关键词：供水管网“黄水”铁释放腐蚀机理控制技术引言现阶段给水管网中铁稳定性问题已成为影响我国饮用水水质安全性的普遍问题，铁释放将会造成管网水的二二次污染，导致龙头出水恶化，浊度、色度升高，产生“黄水”现象⋯。已有的研究和案例表明，不同水源切换时有可能打破供水管网内长期所彤成的管垢／水之间的平衡，引起管网水中铁腐蚀产物的释放量增加，导致用户端水质恶化，如浊度和色度升高、产生异臭味等问题对饮用水安全造成严重的危害。国内外在调剂pH，水源调配以及缓蚀剂投加等方向，通过利用铁释放机理，对控制管材腐蚀取得了相当进展．1．供水管网铁释放机理连续运行多年的供水管网，其管网水、铁质管道和管垢之间构成_r一个独立的小系统循环，铁元素在i者之间相互转化。供水管网中铁的释放是个复杂的反应过程，根据形成腐蚀的原因不同，腐蚀可以分为生物腐蚀、化学腐蚀和电化学腐蚀，生物腐蚀是指由微生物引起的腐蚀或受微生物影响所引起的腐蚀。微生物腐蚀也是一种电化学腐蚀，所不8O城镇供水NO．32016同的是介质中腐蚀微生物的繁衍和新陈代谢改变了与之相接触的界面的某些化性质、I大j此电化学腐蚀是最为普遍的一种腊蚀火H乜化学腐蚀的机理J，目前普遍认同以下理沦：氧化沦，过轼化理论和微腐蚀电池理沦。其tff’氧化论嘤指因水中碳酸的作用，铁变成碳酸亚铁，碳酸业铁冉被水中的溶解氧氧化生成氢氧化铁。过氧化理论足铁与水反应生成氢氧化业铁，产牛的氢气卡u水1的氧生成过氧化氢，然后氢氧化业铁被过氧化氢氧化生成氢氧化铁。其中反心过程的化学程式如卜：Fe+2H20——}Fe(OH)2+H2(1—1)H2+()2一+H2()2(1—2)2Fe(OH)2+H2()2一+21'e(Ort)(1-3)微腐蚀电池理论建立的基础是金属和金属身有的杂质之间的电位差，在水的介质中，形成』很多微腐蚀电池。以铸铁管为例，存金属表向，铁失太电子后形成阳极而被腐蚀，生成氢氧化亚铁，氰氧化业铁再被水中的溶解氧氧化生成氢氧化铁，从I铁锈肜成，沉淀于供水管内表面，由于内表面腐蚀速率小同，铁锈表面凹凸小平，最后形成铁腐蚀瘤·研究与探讨·2．供水管网铁释放影响因素造成管网腐蚀的原因有生物因素、化学因素和水力条件，生物因素主要为微生物的影响；化学因素主要为水质的化学指标：pH值、硅酸盐和磷酸盐碱度、硫酸根和氯离子、硝酸根离子、溶解氧和消毒剂、氧化还原电位等[3；水力条件包括管网中的流速、流态、流向、停留时间、水温和管材材质。2．1水力条件2．1．1流速对铁释放的影响流速对铁释放的影响，1960年Copson讨论了铁和其他金属的腐蚀速率受流速的影响，并且他指出，流速对不同金属的影响应该使用不同的研究方法】。因为pH值、溶解氧浓度、电流耦合、极化和不同的电极电位，对腐蚀速率的影响是随流速变化而变化的。1956年Eliassen研究流速对钢管腐蚀速率的影响，发现腐蚀速率随流速增加而增加。1958年，Remeo，Skrinde和Eliassen在研究中发现雷诺数、流速、管壁直径及表面条件和长度是影响腐蚀速率非常重要的因素【5]。测量腐蚀速率在不同的水力条件下与简单地考虑流速所得结果是不一致的】。近年来，无论使用年限长、短的管道都考虑了停滞时间所带来的影响，通常认为是在停滞和小流量条件下会导致腐蚀速率无规律性。2．1．2流态对铁释放的影响实际供水管网中的流态是十分复杂的，流态即流体在管内流动的形态。管内的流态可按照无因次准数一雷诺数的大小划分为层流、湍流及其间的过渡区三个区域。流态不同时，产生阻力的原因和影响阻力大小的因素也不同。因为管道内同时存在大量的空气和水，势必造成气水两相流、水锤作用的经常发生，尤其是供水管网末端龙头，由于龙头阀门的经常开关而引起供C1TYATOWNWATERSY00镯瀚■鼹辩澜—疆主三NDUPPL飘水管路中有空气存在，引起水锤作用造成管道振动，使供水管道内铁垢表面较疏松的腐蚀物落入水中，造成水中铁浓度的超标，产生“黄水”问题；当管路中空气被排出，没有水锤作用时，此时漂浮在水中的腐蚀物便随水流流动并渐渐在重力影响下开始沉淀，由于重力影响大于铁释放速率，从而造成水中铁浓度下降口]。2．1-3停留时间对铁释放的影响在管网实际运行中，由于运行管理的疏忽或因城市建设而导致市政地下管道设计不合理，供水管网中经常