水源切换对给水管网水质铁稳定的影响及控制特性研究

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1、水源切换对给水管网水质铁稳定的影响及控制特性研究(申请清华大学工学博士学位论文)培养单位：环境学院学科：土木工程研究生：米子龙指导教师：张晓健教授二○一五年六月CharacteristicsofIronStabilityCausedbyWaterSourceSwitchandIronReleaseControlinDrinkingWaterDistributionSystemsDissertationSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequir

2、ementforthedegreeofDoctorofPhilosophyinCivilEngineeringbyMiZilongDissertationSupervisor:ProfessorZhangXiaojianJune,2015摘要摘要南水北调和淡化海水等水源切换工程对我国城镇供水系统带来了新的挑战，可能造成给水管网中铁、浊度、色度等水质指标超标的黄水问题。本论文针对水源切换对给水管网水质铁稳定的影响及控制技术展开研究，分析了水质化学组分突变对给水管网铁释放的影响特性，提出了管网铁稳定性的水质控制指标；建立了

3、应对水源切换引发管网黄水问题的控制技术体系，明确了水质调节技术的控制参数及作用机理；阐释了腐蚀性阴离子对管垢的侵蚀机理，揭示了水源切换引发管网铁释放的微观机理；完善了给水管网铁稳定性控制理论，为保障多水源供水管网水质稳定提供了重要的理论依据和技术支撑。主要结论如下：水源切换造成硫酸盐和氯化物浓度突然增加对管网铁稳定性的影响作用效果显著且响应迅速，1-2天即可导致水质恶化，且腐蚀性阴离子浓度越高，铁释放量越大。水源切换时，建议控制管网水中硫酸盐浓度＜75mg/L，Larson指数（以摩尔浓度计）＜0.70；淡化海水需与常

4、规水源勾兑使用，或采取相应的后处理措施。通过实际管网用户水质跟踪监测和管段模拟反应器试验，定量研究了水源调配技术、酸碱调节技术（调节pH值和碱度）、氧化还原电位调节技术、缓蚀剂投加技术对管网铁释放的控制效果，探讨了控制机理，并评价了技术经济性。在此基础上，较全面构建了应对我国水源切换水质化学组分突变引发管网铁释放的控制技术体系。根据腐蚀管垢内外分层的理化特征和管段试验，首次发现了基于消毒剂浓度调节氧化还原电位（ORP）对铁释放的控制机制，为控制管网铁稳定性提供了新思路。维持管网水中ORP≥300mV可有效抑制铁释放，O

5、RP＜300mV时，管垢会发生还原反应，铁释放程度随着离子强度的升高而显著增强。游离氯比一氯胺可维持更高的ORP值，从管网铁稳定性角度，建议水厂将氯胺消毒改为游离氯消毒，并通过更换优质水源、增加深度处理工艺、对老旧管道定期冲洗喷涂、对二次供水设施补氯等措施维持管网水高余氯，以保障管网水质铁稳定性。运用材料学分析仪器和晶体学理论，国内外首次定量分析了腐蚀性阴离子对管垢晶态矿物成分（Fe3O4和FeOOH）的侵蚀特性，从机理上阐释了水源切换引发管垢破坏及黄水问题的微观机制，初步提出了阴离子侵蚀强度经验公式，并对Larson

6、指数进行了修正。关键词：给水管网；铁稳定性；水源切换；黄水控制；氧化还原电位IAbstractAbstractThewatersourceswitchprojectssuchasSouth-to-NorthWaterDiversionanddesalinatedseawaterinsteadoftraditionalsourcewaterbroughtoutanewchallengeforwaterworksinChina,ledtotheredwaterproblemindrinkingwaterdistributi

7、onsystem.Thispapermainlyfocusedonthecharacteristicsofironstabilitycausedbywatersourceswitchandironreleasecontrolmeasuresindistributionsystem.Theeffectsofwaterqualitychangeonironreleasewereanalyzed,andthecontroltechnologieswerefoundout.Themechanismsofaggressivean

8、ionsoncorrosionscaleswerediscussed,andtheironstabilitycontroltheorysystemsweredeveloped.Thesewereveryimportantforguaranteeingdrinkingwaterqualitystabilityandsafety.Th