城市供水管网铁释放特性及其风险管理

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1、国内图书分类号：TU991.3学校代码：10213国际图书分类号：628.1密级：公开工学博士学位论文城市供水管网铁释放特性及其风险管理博士研究生：谭浩强导师：何文杰教授申请学位：工学博士学科：市政工程所在单位：市政环境工程学院答辩日期：2014年11月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TU991.3U.D.C:628.1DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringCHARACTERISTICSANDRISKMANAGEMENTOFIRONRELEASEINDRINKINGWATERDISTRIBUTIONSYSTEMSC

2、andidate：TanHaoqiangSupervisor：Prof.HeWenjieAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：MunicipalEngineeringAffiliation：SchoolofMunicipal&EnvironmentalEngineeringDateofDefence：November,2014Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要供水管网水质安全是当前供水行业的热点问题之一，随着研究的逐步深入，供水管道铁腐

3、蚀和铁释放已变成了两个意义不同的概念。本文首先进行了城市供水管道腐蚀产物的物理化学特性和管道铁释放规律的研究，然后，从铁形态学角度，进行了管道中铁的迁移转化研究，之后，基于铁释放机理分析，建立了管道铁释放通量模型和城市供水管网铁释放风险评价体系，最后提出了控制管道铁释放的管理措施。实验数据说明城市旧有水源出厂水水质腐蚀性较高，从而导致管段内壁腐蚀严重，形成了发达且分层的腐蚀管垢层。铸铁管和镀锌钢管腐蚀产物的主要元素均为铁和氧，两种元素在铸铁管和镀锌钢管腐蚀产物中的质量百分比之和分别平均大于80%和90%。晶态铁氧化物主要是磁铁矿、针铁矿、纤铁矿、四方纤铁矿、绿锈和菱铁矿，但是，在不同的管道腐蚀

4、产物中，晶态铁氧化物的含量存在差异。硫酸根浓度从30mg/L提高到195mg/L和氯离子浓度从10mg/L提高到190mg/L，管道铁释放速率均明显上升；pH值从7.05提高到8.25和碱度从125mg/L提高到185mg/L，管网铁释放均得到有效控制；溶解氧在8.0mg/L到16.0mg/L范围内变化，铁释放速率先下降后上升；余氯在0mg/L到1.9mg/L范围内变化，铁释放先抑制再促进后趋于稳定。在管网的运行管理中，水流方向的改变会在短时间对铁释放产生剧烈的影响；流速在超出一定临界值之后，流速变大，铁释放量随之变大；随着水力停留时间的延长，管道铁释放量增加程度明显。通过7~12月份长达14

5、0多天的长期检测管网铁浓度变化和相关水质指标，分析发现温度是影响管网季节变化中铁释放的重要因素。硫酸根和氯离子对二价铁氧化速率影响微弱；pH值从7.03提高到7.89，二价铁氧化速率急剧上升；在恒定pH值条件下，溶解氧从2.49mg/L提高到8.46mg/L，二价铁氧化速率变化不大；碱度提高，二价铁氧化速率会变大；一氯胺在0~1.12mg/L范围内升高，二价铁氧化速率随之变大。管网水体中铁颗粒物与浊度存在正相关性。硫酸根和氯离子分别在34~389mg/L和9~292mg/L变化，铁颗粒物的形成量变化不大；pH值从7.03提高到7.89，铁颗粒物的形成量上升；溶解氧从2.49mg/L提高到8.4

6、6mg/L，铁颗粒物的形成量变化不大；碱度从118mg/L提高到247mg/L，铁颗粒物的形成量上升；一氯胺在0~1.12mg/L范围内升高，铁颗粒物的形成量随之增加；随着时间的累积，I哈尔滨工业大学工学博士学位论文铁颗粒物的形成量也会逐渐增加。在管道铁释放较高阶段，管道腐蚀产物中的总铁以及游离氧化铁含量较高，不稳定铁化合物和过渡态铁化合物含量会上升，随着水温下降以及溶解氧、pH、碱度等逐渐上升，管道铁释放水平下降，管道腐蚀产物中的总铁以及游离氧化铁含量也随之降低，不稳定铁化合物和过渡态铁化合物同时被缓慢氧化，形成稳定的磁铁矿和针铁矿。硫酸根在净水工艺中基本没有变化，氯离子只在预氯化和混凝阶段

7、略有增加，碱度在混凝阶段有所下降，但是氯离子和碱度的变化均微弱。pH在混凝过程中会有所下降，溶解氧会受到臭氧工艺的影响。拉森指数随着混凝剂投加量的增加而上升；在研究期间的8月份到11月份，碳酸钙沉淀势CCPP在时间上呈现上升趋势，在工艺单元中变化微弱。采用一维移流扩散方程和物料平衡方法两种方式，建立了城市供水管网铁释放通量模型，通过比较管道铁释放量的实测值与管网铁释放通量模型的预测值，两者的绝对误