淡化海水并网供水的管网铁释放控制技术研究

淡化海水由于具有较强的侵蚀性,并网供水后会对既有供水管网造成严重的铁释放现象和黄水问题。为了有效地控制管网铁释放,利用管段模拟反应器,定量研究了调节pH值、碱度、硬度和投加缓蚀剂对管网铁释放的控制效果。研究发现,提高pH值、增加碱度和硬度、投加磷酸盐缓蚀剂均可使淡化海水并网供水后造成的管网铁释放量明显降低。由此初步确定了控制淡化海水进入供水管网造成铁过量释放所需满足的水质条件为:管网水的pH值在7.70以上,碱度>80 mg/L,硬度>80 mg/L;必要时可选择投加0.25～0.50 mg/L的聚磷酸盐缓蚀剂。     

基于天然矿化材料的淡化海水再矿化实验研究

根据海水淡化反渗透出水水质低硬度和腐蚀性特征,利用CO₂酸化淡化海水溶解天然矿化材料(麦饭石、电气石和扇贝壳),进行再矿化处理,提高淡化海水的水质稳定性。研究pH值、进水流量和三种矿化材料组合对矿化效果的影响。结果表明,随着pH和进水流量的降低,矿化效果明显提高。在pH值为4.3、进水流量为30 L/h的条件下,随着麦饭石和扇贝壳的增加,添加少量的电气石,可以提高矿化出水的硬度、碱度、偏硅酸和锶溶出量。矿化产水经NaOH调质后,出水水质达到基本稳定状态,满足市政管网的供水要求,为淡化海水再矿化工艺中矿化材料的选择及组合提供了新的思路。     

CO_2酸化海水淡化水接触式矿化研究

针对海水淡化水存在着较强的腐蚀性且缓冲能力低等问题,开展了采用CO2酸化淡化水后溶解方解石的矿化实验,研究了CO2通量、水力停留时间、温度及跌宕对海水淡化水的矿化水质影响。结果表明,在CO2与淡化水的体积比为1/5,水力停留时间为15 min,温度为33℃时,矿化后的海水淡化水的Ca2+含量达到37 mg/L以上,Ca CO3碱度达到67 mg/L以上,矿化后的淡化水经过跌宕能大幅提高其p H值,使最终矿化出水水质具有很好的稳定性。     

再生水氯消毒对管网腐蚀的影响

为了弄清加氯消毒后的再生水对管材的腐蚀程度,对加氯后的再生水腐蚀水泥砂浆内衬和铸铁管材的情况开展试验研究,分析硅酸盐和钙离子在试验管段中的释放浓度,结果发现再生水加氯在短时间内对水泥砂浆内衬腐蚀的影响不大。采用电镜扫描、电化学法和失重法等研究再生水对铸铁材料的腐蚀情况,从多重角度分析加氯对腐蚀速率的影响。结果表明,提高加氯量能够间接减缓再生水对铸铁材料的腐蚀速率;经过再生水加氯腐蚀后的金属表面形成了含氯的腐蚀产物。     

海水淡化水经矿化调质后引入市政供水系统工程实例

青岛市某海淡水调引工程设计规模为6×104 m3/d。为保障输送管网及用户的水质安全,本工程将海水淡化水先进行矿化处理,再引入常规工艺水厂进行掺混后进入市政管网,出水水质优于生活饮用水水质标准。本工程在充分利用现状海水淡化水的水质条件和现有的工程设施条件的基础上,新建海水淡化水矿化站1座,矿化工艺采用“二氧化碳+矿化滤池”工艺,矿化滤池采用上向流池型。另外,本工程还对现状供水系统进行改造以引入海水淡化水,平衡了供水缺口,改善了供水品质,保障了供水安全。     

水质变化对某市供水管网中铁释放的影响及控制作用研究

为研究某市供水管网中铁释放的控制技术措施,对管龄为20~30年的灰口铸铁管内壁的腐蚀瘤进行分析,主要组成物质为Fe_3O_4和FeOOH;利用实验室管段动态模拟反应器,选择腐蚀较严重的铸铁管进行浸泡试验,定量分析了水中无机化学水质参数的变化对水中铁释放能力的影响,并推导出该市管网铁临界释放速率。试验结果表明:铁释放速率与水中p H值、碱度浓度呈负相关性,与氯离子和硫酸根离子含量呈正相关性。对于此类水体,铁的临界释放速率为0.375mg/(m~2·h),控制铁稳定的条件为pH大于7.5,碱度大于250mg/L,氯离子浓度小于94mg/L,硫酸根离子小于146mg/L。     

调节pH值和碱度对给水管网铁释放的控制作用

利用管段模拟反应器,定量分析了调节pH值和调节碱度技术对给水管网铁释放的控制作用。研究发现,提高pH值和增加碱度均可使管网铁释放速率、浊度和色度明显降低。调节pH值从7.6增加至8.2,15 d后管网铁释放速率降低了47%,浊度降低了54%,色度降低了46%;调节碱度从135 mg/L增加至260 mg/L(以CaCO3计),15 d后管网铁释放速率降低了50%,浊度降低了58%,色度降低了52%。对比评价了调节pH值和调节碱度技术的经济性,结果表明:调节出厂水pH值控制管网铁释放的经济成本适宜,可作为突发性管网"黄水"问题的应急控制技术。     

硫酸根和碱度变化对管网铁释放的影响

针对水源切换后给水管网中出现的水质超标现象,开展了硫酸根浓度和碱度变化对管垢铁释放的影响研究。利用实验室管段模拟反应器,对比分析了不同硫酸根浓度和碱度对管垢铁释放的影响差异。结果表明,硫酸根浓度增加造成管网水质恶化的响应速度与硫酸根浓度呈正相关,硫酸根浓度越高则响应速度越快。在管垢铁释放的影响因素中,和碱度相比,硫酸根浓度是首要影响因素。在低浓度硫酸根对管垢铁释放无明显影响的情况下,碱度变化对管垢铁释放也基本无影响;而在高浓度硫酸根造成管垢溶解破坏发生铁释放的情况下,随着碱度的降低,铁的释放量明显增加。     

水泥砂浆内衬管输配高品质再生水水质变化规律

水泥砂浆内衬管因其化学性质稳定、防腐性能良好在输水领域得到了广泛应用。但在输送高品质再生水(经过反渗透工艺处理的再生水,因离子含量极少,水质接近纯水被称为高品质再生水)时,p H值升高、钙离子析出等水质参数变化问题明显,也存在着对管网材料的潜在损害。搭建了长为120 m的DN100水泥砂浆内衬铸铁管的管网模拟装置,研究了水泥砂浆内衬管输配高品质再生水时水质变化规律。结果表明,水泥砂浆内衬管运输再生水时水质变化明显,p H值、TDS(总溶解固体)、电导率、钙离子浓度以及硅、硫、铝元素浓度都有明显升高,未检测到Fe、Mn离子析出。水质变化主要是由于水泥砂浆中氢氧化钙溶解溶出和水化物的分解溶出导致。     

再生水管网余氯衰减规律及影响因素研究

针对管网中再生水的余氯衰减动力学及其影响因素展开研究,通过拟合大量试验数据,发现传统的一级模型用于再生水余氯衰减并不准确,于是提出了分阶段的余氯衰减模型。再生水水质影响试验结果表明,初始氯浓度、温度、TOC、亚硝酸盐氮浓度与水体余氯衰减系数呈正相关关系,而氨氮浓度与水体余氯衰减系数呈负相关关系;再生水水体中余氯衰减系数与TOC浓度呈指数函数的关系。模拟管网试验结果表明,在新铺设的管网中余氯在水体中的衰减速率明显大于在管壁处的衰减速率;流速和管材对管网再生水中余氯的衰减有重要影响;不带内衬的铸铁管中再生水的余氯衰减系数比带水泥砂浆内衬的铸铁管和PE管中再生水的余氯衰减系数约大一倍。     

海水淡化后水质特性及其硼、钙、镁和氟对健康的影响

淡化海水中硼质量浓度水平高,钙、镁和氟的含量很低,长期饮用高硼水可能产生不良影响,且低浓度钙、镁、氟对身体健康不利。采用综述分析方法,对比国内外水质标准,探讨淡化水的重要水质指标及其对健康影响,建议我国海水淡化水中硼浓度限值为2.4 mg/L,钙、镁、氟浓度分别设定在10~30、20~50和0.5~1.0 mg/L范围内。海水淡化水质特性和标准有待进一步探索,应通过大量流行病学和实验研究进行验证和完善,保持我国海水淡化产业有序发展。     

饮用淡化海水对大鼠血中铜锌钙镁铁的影响

目的通过对淡化海水卫生学指标进行检测分析及饮用淡化海水大鼠血中铜、锌、钙、镁、铁含量的测定,评价饮用淡化海水对大鼠血中铜、锌、钙、镁、铁的影响。方法首先对所采集的淡化海水的感官性状及一般化学指标20项、73项毒理学指标进行分析,判定其是否符合《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)。然后将采集所得淡化海水喂饲大鼠,与饮用市政自来水组大鼠进行对照比较,研究其血中铜、锌、钙、镁、铁含量,并计算铜锌比值、钙镁比值,分析饮用淡化海水对血中这些重要金属元素的影响。结果所采集的受试淡化海水感官性状和一般化学指标均合格,色度<5,p H=6.94,呈现弱酸性。水中溶解性总固体浓度为186 mg/L,总硬度为13 mg/L,符合饮用水卫生标准要求。硼含量为1.3 mg/L高于限值(≤0.5 mg/L),氟化物0.02 mg/L低于限值(≤1 mg/L),其他指标均未检出。饮用淡化海水180 d,大鼠血中铜含量明显高于饮用市政自来水组(F=3.02,P=0.042),其铜/锌也高于饮用市政自来水组(F=4.774,P=0.035)。饮用淡化海水90 d大鼠血中钙含量高于饮用市政自来水组大鼠(F=55.642,P=0.00),其钙/镁也高于饮用市政自来水组大鼠(F=44.933,P=0.00);饮用淡化海水180 d的大鼠血中镁、铁含量低于饮用市政自来水组大鼠(F=19.847,P=0.0007;F=5.309,P=0.027)。饮用淡化海水180 d大鼠血中钙/镁也高于饮用市政自来水组大鼠(F=5.309.P=0.030)。结论饮用淡化海水180 d会引起大鼠血中铜含量及铜/锌升高及血铁含量下降;饮用淡化海水90~180 d均会引起大鼠血中钙/镁升高。     

基于用水量权重的给水管网二次加氯优化

提出了给水管网二次加氯二级优化模型,第一级是以满足管网余氯覆盖条件下加氯点数最少为优化目标的加氯点选址优化;第二级是引入用水量权重因子的加氯量优化.结合我国南方某县城管网实例对模型进行分析和验证,结果表明,二次加氯可以降低管网加氯量并使余氯均匀分布,与常规加氯方案(2个加氯点)相比,实例中最优二次加氯方案(4个加氯点)的加氯量减少了39.0%,余氯浓度波动标准差最大值由0.76 mg/L降到0.38 mg/L;而且二次加氯点数存在经济取值区间,在该区间内加氯量随着加氯点数的增多而显著降低.     

给水管网中硝化作用的形成特性研究

采用4台BAR反应器串联对氯胺消毒管网中硝化作用的形成特性进行研究,并与实际管网中的水质变化加以比较.测定显示,BAR4中首先出现氨氧化菌(AOB)生长、氨氮降解和硝酸盐氮浓度升高现象;当AOB数量稳定后,模拟管网中的氨氮浓度沿程降低,生物膜及悬浮态AOB数量、亚硝酸盐氮浓度沿程升高到一定值后降低.发生严重硝化的实际管网末梢pH值较出厂水的降低了0.7,出厂水余氯(3.0 mg/L)已不能控制管网中的硝化作用.由于受AOB检测手段的限制,应综合考虑氨氮、余氯、pH值及不同管网点亚硝酸盐氮浓度的变化来判断管网中是否发生了硝化现象.研究表明,4台BAR反应器串联可以模拟发生硝化作用的实际管网中水质的变化.     

纯氯消毒方式对控制氯胺消毒管网中余氯减少的研究

针对氯胺消毒的给水管网中发生硝化作用造成末梢水总余氯不达标等水质问题进行了探讨分析,根据实验室烧杯试验结果,提出了对给水管网进行纯氯气消毒的生产性试验。结果表明,通过定期对氯胺消毒的给水管网进行纯氯消毒,能有效提升管网末梢水水质,同时减少了净水生产消毒药剂的消耗。据统计,在控制出厂水总余氯保持1.0~1.2 mg/L的条件下,定期对给水管网实施纯氯消毒,可使管网末梢水总余氯平均值由0.06 mg/L提升至0.42 mg/L,另一方面生产氯耗下降约4%,生产氨耗下降约12%。     

水厂、泵站加氯加氨技术改进实践

结合青草沙原水水质特点,进行加氯加氨技术改进。调整消毒药剂由次氯酸钠替代液氯,消除安全生产隐患;改进加氯加氨自动控制系统和参数检测系统,实现消毒工艺精细化控制,确保供水水质稳定;完善泵站补氨补氯,提高出水总氯,实现配水管网余氯大于0.3mg/L的上海市行业管理要求。     

pH值和碱度对厌氧折流板反应器运行的影响

为考察pH值和碱度对厌氧折流板反应器(ABR)高效、稳定运行的影响,采用一个有效容积为28 L的4格室ABR反应器处理豆制品废水。ABR反应器运行72 d的结果表明:在启动阶段的前期外加碱液调节进水pH值,使pH值和碱度分别基本稳定在6.0～7.0和1 000～1 300mg/L,运行效果良好。启动45 d时,停止外加碱液对进水pH值进行调节,系统仍稳定运行,但启动阶段出现丙酸浓度缓慢上升现象。在反应器稳定运行阶段,各格室的pH值分别为(4.5～6.0)、(5.5～6.8)、(6.8～7.2)、(7.1～7.3),碱度基本处在1 000～1 400 mg/L,反应器出水的发酵产物含量<100 mg/L(乙酸占90%以上),对COD的去除率保持在90%以上。     

微污染氨氮对游离氯稳定性的影响及其控制措施

针对南方某湖泊水源净水厂原水氨氮在0.25～1.00 mg/L的微污染状态下时出厂水中游离氯不稳定的问题,结合水厂处理工艺进行了不同浓度氨氮对游离氯稳定性影响的试验研究。结果表明,当原水氨氮0.20 mg/L时,不影响出厂水游离氯的稳定;采用常规处理工艺、原水氨氮浓度在0.20～0.45 mg/L之间时,或采用常规处理+臭氧/活性炭深度处理工艺、原水氨氮在0.20～0.71 mg/L之间时,可在混凝沉淀前投加次氯酸钠,利用折点前加氯提高氨氮去除效果,使出厂水中游离氯保持稳定;采用常规处理工艺、原水氨氮0.45 mg/L时,或采用常规处理+臭氧/活性炭深度处理工艺、原水氨氮0.71 mg/L时,不能完全通过折点前加氯的方法降低滤后氨氮,滤后会有氯胺生成,可利用氯胺的消毒能力,以总氯控制消毒效果。     

大气CO_2浓度升高对繁茂膜海绵阻留海水中有机碳功能的影响

在实验室条件下,研究了大气CO2浓度升高对最低等多细胞动物海绵过滤功能影响。在模拟大气CO2浓度升高的生态系统中,考察了CO2浓度为387、500、750、1000mg/L的环境下,繁茂膜海绵Hymeniacidon perlevis阻留灭菌海水中总有机碳(TOC)的能力。结果表明:在模拟CO2浓度为387、500、750、1000mg/L的条件下,繁茂膜海绵在16 h内清除海水中TOC的效率分别为55.8%、67.6%、50.0%和15.4%,在24h对TOC的平均阻留率分别为(1.90±0.20)、(2.13±0.06)、(1.69±0.08)、(0.43±0.11)mg/(h·g海绵),平均清除率分别为(0.025±0.002)、(0.033±0.001)、(0.019±0.001)、(0.004±0.001)mL/(h·g海绵),由此可见,大气CO2浓度从约387mg/L升高至500mg/L时,促进了繁茂膜海绵阻留海水中TOC的能力,当浓度升高至750 mg/L时,抑制了繁茂膜海绵阻留TOC的能力,当浓度进一步升高至1000mg/L时,导致繁茂膜海绵几乎丧失了阻留海水中TOC的能力。本研究结果可为大气CO2浓度升高对潮间带海绵过滤功能影响及其由此可能导致的近岸海域生态问题提供了参考。     

城市污水管网中污染物转化规律的模拟研究

污水在管网中停留时间较长,由于管壁生物膜作用,其水质会发生一定的变化。以人工配水为原水,在室温条件下采用长为1 200 m的PVC管反应器模拟城市污水管道的运行特性。结果表明,在温度为(26±2)℃、溶解氧为(0.1±0.05)mg/L的条件下,流经1 200 m的管段后,对SCOD、NO-3-N的去除率分别为34%、77%,氨氮浓度升高了25%,而总磷浓度变化不大。可见,污水经过管网后会进一步降低C/N值,将对下游污水处理厂的脱氮效果产生不利影响。