我国南方城市给水入户管道管垢特征分析

对我国南方某市3个地区的给水入户管道的腐蚀管垢进行了形貌特征、晶体结构和化学元素组成等试验分析。结果表明,腐蚀管垢普遍具有明显的3层结构:表面层、中间硬壳层和内部孔层。腐蚀管垢的形成不仅受水质条件直接影响,还可能与水力条件、使用时间等因素有关。不同地点、不同层次的腐蚀管垢在形貌特点、晶体结构、元素含量上存在差别,α-FeOOH和Fe3O4为腐蚀管垢中普遍存在的晶体。此外,腐蚀管垢中明显存在重金属、碳(C)、氮(N)、总有机碳(TOC),且这些物质主要集中在管垢的表面层,而硫(S)、铁(Fe)在内部孔层中的含量相对较高。

水质化学组分变化对管道铁释放及管垢特征的影响

采集了北方某市长期通地下水区域的铸铁管道样品,应用响应面法研究了几个主要水质化学参数变化对管网铁释放的影响,并利用X射线衍射分析(XRD)、X射线荧光光谱分析(XRF)、比表面分析和扫描电镜能谱分析(SEM-EDX)等手段表征了管道内表面的管垢结构和组成特征,探讨了水质化学组分变化对管垢特征的影响。研究发现,该管道铁的释放量与水的拉森指数具有正相关关系,而与余氯水平无显著相关性。采集之初铸铁管的腐蚀产物包括Fe3O4(磁铁矿)、α-FeOOH(针铁矿)、γ-FeOOH(纤铁矿)、FeCO3(菱铁矿)和β-FeOOH(四方纤铁矿);通入拉森指数较高的水后,腐蚀产物中出现了Fe2O3(赤铁矿)和Fe6(OH)12CO3(绿锈)等新成分,并且管垢中Fe3O4的含量明显增加,α-FeOOH的含量明显降低,β-FeOOH消失。铁释放量较高管段中管垢的比表面积和孔容比铁释放量较低管段中管垢的大。

供水管网管垢特征对铁离子释放的影响

对H市和L市铸铁管道管垢样品进行了采集,并利用X射线衍射分析(XRD)、全自动比表面积及微孔物理吸附仪和场发射扫描电镜(FESEM)对管垢的物理化学特征进行了表征。通过模拟试验考察了在相同水质和水力条件下,管垢特征对铁离子释放速率的影响。研究发现,两地管垢主要晶体成分为Fe3O4(磁铁矿)、α-Fe OOH(针铁矿)和Si O2(石英),但每种组分所占的比例不同。H市管垢中Fe3O4所占比例小于L市管垢,而α-Fe OOH所占比例大于L市管垢。H市管垢多孔,比表面积较大,L市管垢较密实,比表面积较小。铁离子释放量则表现为H市管垢大于L市管垢。

给水管网铸铁管道的管垢组成与通水水质特征的关系

采集了北方某市给水管网中不同通水水源的铸铁管段管垢样品,利用统计方法分析了管垢主要铁氧化物晶体与水质参数之间的关系,同时比较了不同水源水质条件下管垢中微量无机元素的差异。管垢中最主要的铁氧化物为α-Fe OOH(针铁矿)、Fe3O4(磁铁矿)和γ-Fe OOH(纤铁矿)。α-Fe OOH的含量与所通水的碱度和钙硬度显著正相关,Fe3O4与水的拉森指数显著正相关,而γ-Fe OOH与所分析的水质参数均无显著相关性。在管垢样品中,利用X射线荧光光谱共检测到40种无机元素,其中普遍检出且含量相对较高的无机元素有Fe、Si、Al、Ca、S、Cl,在半数以上的样品中还检出了V、Ti、Mo、La、Cr、Zn、Sr、Ta、Ni等微量金属元素。通地下水的管垢中Al和Ba的含量比通地表水的管垢高,而通地表水管垢中Mo和Ni的含量比通地下水的管垢高,不同通水水源的管垢中Zn和Cu两种元素的含量差别不大。

丹江口水源对北方某市管网铁释放影响的研究

针对丹江口水库水源调入北方某受水区城市后对管网水质可能造成的影响,开展了初步的模拟管网中试研究。从北方某受水区城市的实际管网中挖取了历史通水水源不同的4个地点的无内衬铸铁管并运输至丹江口中试基地,搭建了4套管网模拟系统,并在水源切换为丹江口水源水后对模拟管网进、出水水质进行了6个月的连续跟踪监测。中试结果表明:丹江口水库水的拉森指数在0.5左右,低于该北方受水城市的地表水但高于其地下水,具有微弱的腐蚀性。水源切换后,原通地下水的管道铁释放量最高,呈现"黄水"现象,切换75 d后逐渐达到稳定,"黄水"现象消失;而原通地表水为主的3套管道系统只在水源切换初期铁释放量较高,约30 d后铁释放趋于稳定并一直维持在较低的水平。管网水的铁释放量与出水浊度存在明显的正相关性。水源切换后伴随总铁释放量的增加,管网出水的pH值、总碱度、总硬度、溶解氧浓度明显降低。不同管道对水源切换响应的差异与其内壁的管垢特征不同有关,长期通地下水的管道内部管垢较薄且无明显分层特征,而长期通地表水的管垢较厚且多呈瘤状分布,具有明显的分层特征。