地下水供水区域水源切换腐蚀产物释放控制技术
地下水供水区域水源切换腐蚀产物释放控制技术
李玉仙,顾军农,王敏,林爱武
(北京市自来水集团有限责任公司技术研究院,北京100012)
为解决北方某市面临的水资源短缺问题,构建了“引江、引黄、引冀水入境,并与本地10座水库、6处水源地统一配置”的水源保障格局,拟建立以“本地水源支撑,外调水保障,备用水源应急”的多水源、互联互调、安全可靠的水源系统。继南水北调水源和河北水源之后,黄河水源成为又一具有战略意义的水源。但是,由于黄河水源的水质与当地水源水质差别较大,尤其是硫酸盐与氯化物浓度大大高于当地水源,有可能破坏管壁腐蚀产物层与水相之间的平衡,并增加发生“黄水”的风险。
有研究结果表明,水源切换时,地下水供水区由于管垢较为薄弱,更易发生“黄水”现象。为了解决这一问题,笔者针对当地地下水供水区域管段进行试验,拟通过调节管段进水的余氯与溶解氧浓度,调控管垢的稳定性,以减少铁离子释放,避免“黄水”现象发生。
1 试验条件
1.1 试验方法和装置
采集某地下水厂供水区域管段,管材为DN100的铸铁管,长度为3 m,进行管垢调节试验和水源切换模拟试验,试验分三个阶段进行。
第一阶段:切换地下水厂供水区域管段的供水水源为黄河水源,考察没有进行养护的管段水源切换后腐蚀产物释放规律。
第二阶段:使用原地下水厂出厂水作为试验用水,通过提高出水余氯和溶解氧浓度来快速氧化水厂供水区域管段,促使管垢由脆弱转向稳定。监测运行后的浊度变化和余氯衰减情况,掌握管段是否达到稳定期;水厂出厂水DO为6~7.5 mg/L,通过在进水储水罐中搅拌后DO达到7.5~9 mg/L,水厂出厂水余氯为0.5 mg/L,经过调整使试验管段进水氯浓度为1.0 mg/L左右。
第三阶段:在所养护管段出水基本达到稳定后,将管段运至黄河水源中试基地(郑州市某水厂),基地水处理工艺为“混凝-沉淀-过滤-活性炭”,出水加氯后作为管段模拟系统的进水,系统白天循环运行、夜间停滞,第二天更换新鲜水。监测水源切换之后管段出水的浊度、总铁等浓度的变化情况。
1.2 试验水质条件
本地地下水厂和黄河水源中试系统出水水质见表1。可见,黄河水源的LR指数为原地下水厂LR指数的6倍。
表1 本地地下水厂和黄河水源中试系统出水水质
2 试验结果
2.1 管段养护期间水质变化情况
图1为管段养护期间进、出水余氯和浊度的变化情况。
图1 管段养护期间进、出水水质变化
从图1可见,管段养护期间耗氯量逐渐减小,在初始运行时耗氯量为0.2~0.3 mg/L,管垢稳定后耗氯量为0.1~0.15 mg/L;管垢稳定前管段出水浊度较进水有升高的趋势(升高0.2 NTU),管垢稳定后管段进、出水浊度变化不大。
从耗氯量减少和出水浊度变化情况来看,提高加氯量2个月后,管段管垢基本稳定。
2.2 管段养护对管段腐蚀产物释放的影响
2.2.1 白天循环运行时管段出水水质变化情况
图2为管段养护前后水源切换为黄河水源后出水总铁、浊度、DO的变化情况。可见,管段养护前由于地下水供水区域管垢不稳定,水源切换后总铁超过0.3 mg/L,最高达到1.15 mg/L,在运行半个月后总铁浓度基本稳定;养护后的管段在切换水源之后出水总铁浓度初期达到0.5 mg/L,运行5 d后出水总铁浓度降至0.3 mg/L以下。未经养护管段在水源切换初期管段出水浊度为2~8 NTU,运行半个月后出水浊度基本稳定小于1 NTU;养护后的管段水源切换初期浊度略有升高,仅一次浊度>1 NTU,但很快趋于稳定。水源切换时管垢是否稳定对出水DO影响不大。
图2 白天循环运行时管段出水水质的变化
管段养护前后出水总铁、浊度、溶解氧见图3。
图3 夜晚停滞管段出水水质的变化
从图3可以看出,隔夜停滞后的管段出水总铁和浊度偏高。水源切换时管段养护后的出水总铁和浊度较养护前管段略有降低。运行3个月后,停滞管段的出水水质指标一直未能达到稳定状态。
3 结论
① 针对地下水供水区域管垢不稳定的情况,采用增加消毒剂用量和溶解氧浓度的方式来提高管垢稳定性。白天循环运行时,未养护管段水源切换后,出水总铁和浊度在运行15 d之后降至水质标准的规定限值,即总铁<0.3 mg/L,浊度<1 NTU。养护后管段切换水源之后,出水浊度略有升高(基本小于1 NTU),运行5 d后出水总铁<0.3 mg/L。
② 白天循环运行时,养护后的管段“黄水”程度减轻,“黄水”持续时间大大缩短。
③ 养护后管段隔夜浸泡后出水仍然出现浊度、总铁较大幅度升高的“黄水”现象,管段是否经过养护对停滞运行的管段出水水质影响不大;建议水源切换期间加大管网末梢用户的用水量,减少管网水的停滞状态。
④ 地下水供水区域管段提前养护2个月,也只能减小“黄水”的程度,并不能杜绝“黄水”现象的发生。因此黄河水仍需与其他源水调配使用,控制拉森指数,以降低水源切换时突发“黄水”的风险。
(本文发表于《中国给水排水》杂志2014年第20期“给水深度处理及饮用水安全保障技术交流会专题”栏目)
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