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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