地下水供水區域水源切換腐蝕產物釋放控制技術

李玉仙，顧軍農，王敏，林愛武

(北京市自來水集團有限責任公司技術研究院，北京100012)

為解決北方某市面臨的水資源短缺問題，構建了“引江、引黃、引冀水入境，并與本地10座水庫、6處水源地統一配置”的水源保障格局，擬建立以“本地水源支撐，外調水保障，備用水源應急”的多水源、互聯互調、安全可靠的水源系統。繼南水北調水源和河北水源之后，黃河水源成為又一具有戰略意義的水源。但是，由于黃河水源的水質與當地水源水質差別較大，尤其是硫酸鹽與氯化物濃度大大高于當地水源，有可能破壞管壁腐蝕產物層與水相之間的平衡，并增加發生“黃水”的風險。

有研究結果表明，水源切換時，地下水供水區由于管垢較為薄弱，更易發生“黃水”現象。為了解決這一問題，筆者針對當地地下水供水區域管段進行試驗，擬通過調節管段進水的余氯與溶解氧濃度，調控管垢的穩定性，以減少鐵離子釋放，避免“黃水”現象發生。

1 試驗條件

1.1 試驗方法和裝置

采集某地下水廠供水區域管段，管材為DN100的鑄鐵管，長度為3 m，進行管垢調節試驗和水源切換模擬試驗，試驗分三個階段進行。

第一階段：切換地下水廠供水區域管段的供水水源為黃河水源，考察沒有進行養護的管段水源切換后腐蝕產物釋放規律。

第二階段：使用原地下水廠出廠水作為試驗用水，通過提高出水余氯和溶解氧濃度來快速氧化水廠供水區域管段，促使管垢由脆弱轉向穩定。監測運行后的濁度變化和余氯衰減情況，掌握管段是否達到穩定期；水廠出廠水DO為6~7.5 mg/L，通過在進水儲水罐中攪拌后DO達到7.5~9 mg/L，水廠出廠水余氯為0.5 mg/L，經過調整使試驗管段進水氯濃度為1.0 mg/L左右。

第三階段：在所養護管段出水基本達到穩定后，將管段運至黃河水源中試基地（鄭州市某水廠），基地水處理工藝為“混凝-沉淀-過濾-活性炭”，出水加氯后作為管段模擬系統的進水，系統白天循環運行、夜間停滯，第二天更換新鮮水。監測水源切換之后管段出水的濁度、總鐵等濃度的變化情況。

1.2 試驗水質條件

本地地下水廠和黃河水源中試系統出水水質見表1。可見，黃河水源的LR指數為原地下水廠LR指數的6倍。

表1 本地地下水廠和黃河水源中試系統出水水質

2 試驗結果

2.1 管段養護期間水質變化情況

圖1為管段養護期間進、出水余氯和濁度的變化情況。

圖1 管段養護期間進、出水水質變化

從圖1可見，管段養護期間耗氯量逐漸減小，在初始運行時耗氯量為0.2~0.3 mg/L，管垢穩定后耗氯量為0.1~0.15 mg/L;管垢穩定前管段出水濁度較進水有升高的趨勢（升高0.2 NTU），管垢穩定后管段進、出水濁度變化不大。

從耗氯量減少和出水濁度變化情況來看，提高加氯量2個月后，管段管垢基本穩定。

2.2 管段養護對管段腐蝕產物釋放的影響

2.2.1 白天循環運行時管段出水水質變化情況

圖2為管段養護前后水源切換為黃河水源后出水總鐵、濁度、ＤＯ的變化情況�？梢�，管段養護前由于地下水供水區域管垢不穩定，水源切換后總鐵超過0.3 mg/L，最高達到1.15 mg/L，在運行半個月后總鐵濃度基本穩定；養護后的管段在切換水源之后出水總鐵濃度初期達到0.5 mg/L，運行5 d后出水總鐵濃度降至0.3 mg/L以下。未經養護管段在水源切換初期管段出水濁度為2~8 NTU，運行半個月后出水濁度基本穩定小于1 NTU；養護后的管段水源切換初期濁度略有升高，僅一次濁度>1 NTU，但很快趨于穩定。水源切換時管垢是否穩定對出水DO影響不大。

圖2 白天循環運行時管段出水水質的變化

管段養護前后出水總鐵、濁度、溶解氧見圖3。

圖3 夜晚停滯管段出水水質的變化

從圖3可以看出，隔夜停滯后的管段出水總鐵和濁度偏高。水源切換時管段養護后的出水總鐵和濁度較養護前管段略有降低。運行3個月后，停滯管段的出水水質指標一直未能達到穩定狀態。

3 結論

① 針對地下水供水區域管垢不穩定的情況，采用增加消毒劑用量和溶解氧濃度的方式來提高管垢穩定性。白天循環運行時，未養護管段水源切換后，出水總鐵和濁度在運行15 d之后降至水質標準的規定限值，即總鐵<0.3 mg/L，濁度<1 NTU。養護后管段切換水源之后，出水濁度略有升高（基本小于1 NTU），運行5 d后出水總鐵<0.3 mg/L。

② 白天循環運行時，養護后的管段“黃水”程度減輕，“黃水”持續時間大大縮短。

③ 養護后管段隔夜浸泡后出水仍然出現濁度、總鐵較大幅度升高的“黃水”現象，管段是否經過養護對停滯運行的管段出水水質影響不大；建議水源切換期間加大管網末梢用戶的用水量，減少管網水的停滯狀態。

④ 地下水供水區域管段提前養護2個月，也只能減小“黃水”的程度，并不能杜絕“黃水”現象的發生。因此黃河水仍需與其他源水調配使用，控制拉森指數，以降低水源切換時突發“黃水”的風險。

（本文發表于《中國給水排水》雜志2014年第20期“給水深度處理及飲用水安全保障技術交流會專題”欄目）

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