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西江水源置换的管网水质模拟中试研究

广州市自来水公司 匡科 袁永钦

《广东供水》2012年第一期  点击数:


(本文为《广东供水》杂志文章选登,版权所有。未经广东供水编辑部书面授权,不得转载!)

  摘要:采用管网模拟系统就西江水源置换管网水质的影响效应进行了中试研究。以广州市西北部原有水源和西江水源处理后的两种出厂水(分别简称为出厂水A和出厂水B)为试验用水,以从广州市西北部供水管网中挖取的两段旧铸铁管(DN100,管龄约30年)作为试验管段,系统地研究了管网模拟系统中浊度、余氯衰减、硝化作用及异养菌生长繁殖的变化规律。试验结果表明,两出厂水中余氯在模拟管网中衰减速度都非常快,但当出厂水B置换出厂水A后,管网模拟系统中浊度有所降低,硝化作用大大减弱,亚硝酸盐浓度显著降低,异养菌生长繁殖能力下降,管网水质明显提高。该研究成果可为西江水源置换管网水质保障提供技术支持。

  关键词:西江水源;水源置换;管网模拟系统;硝化作用;异养菌

  西江是珠江的主干流,河流水量丰沛,自净能力强,水质常年处于国家饮用水Ⅱ类水源水平,个别指标达到Ⅰ类,是理想的取水水源。为改善广州市西北部供水水源现状,提高中心城区供水水质,广州市实施西江引水工程,将西江优质水源全面置换广州市西北部江村、石门和西村水厂原有水源,经过水厂现有工艺处理后出厂水水质将会明显改善,但在管网输配过程中水质将发生怎样的变化是非常值得关注的问题。在国内外都曾经发生过因不同水源切换而造成管网水质恶化的先例。如我国北方某市在实施异地长距离调水后,由于两种水源在化学组成方面的差异,引发了局部地区的管网“黄水”现象,对正常供水产生了较大影响[1]

  通过管网模拟系统中试,系统地研究西江水源置换后管网水质的变化规律,掌握西江水源置换对管网系统造成的影响效应,为西江水源置换管网水质保障提供理论和技术支持,避免因水源置换可能引发的管网水质恶化。

  1 试验材料与方法

  1.1 试验管段

  在广州市西北部(西江水源置换区域)实际供水管网的两个不同地段,分别挖取管龄为30年左右的DN100铸铁管作为试验管段,分别记作试验管段M和试验管段N。

  1.2 试验用水

  试验用水取自两个不同水厂的出厂水,分别是西江水源置换前广州市西北部某水厂出厂水(出厂水A)和以西江水源为原水的某水厂出厂水(出厂水B)。

  1.3 管网模拟系统

  管网模拟系统见图1。沿实验室四周平行布置两条不同管材的管道 (球墨铸铁管和 UPVC管 ),分两层布置,底层管径为150mm,上层管径为100mm,每条管道长为75m。循环水泵的运行采用变频调速和PLC控制,可根据试验需要改变水泵的输出流量与压力。在试验过程中,将试验管段替换上层UPVC(DN100)管道中的一部分,替换长度为12m。


1.水箱 2.水泵 3.热交换器 4.流量计 5.压力传感器 6.生物膜取样器 7.取样口 8.排水口
图1 管网模拟系统示意图

  1.4 试验方法

  第一阶段试验以管段M开展。管段M接入管网模拟系统后,先将出厂水A注入高位水箱,调节阀门使水以重力自流(控制流速约0.3m/s)方式流动,排出管道中松散脱落的沉积物。待浊度稳定后,开启循环泵,使水流超越高位水箱,形成管道闭路循环(控制管道流速为0.3m/s)。循环运行时间40h以上,定时取样检测水质的变化。一个循环周期结束后将水排出(控制流速约0.3m/s),继续通入出厂水A开始新的循环周期,依此类推。运行4个周期后,开始通入出厂水B,以相同方式操作,共运行5个周期。

  第二个阶段试验以管段N替换管段M进行。为了模拟实际管网中白天管网水流动和夜间管网水近似滞流状态,在本阶段的每个操作周期中,先开动离心泵以循环方式运行约30h,然后将泵关闭,使水在管道内停滞约10h。出厂水A和出厂水B先后各运行3个周期。其它操作方式同第一阶段。

  1.5 水质指标分析方法

  浊度、总氯、氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐的分析方法参见生活饮用水标准检验方法(GB/T 5750-2006)。异养菌(HPC)采用两种方法进行测定[2],分别以传统营养琼脂(PCA)和R2A培养基培养,再进行HPC平板计数。

  2 结果与分析

  2.1 出厂水水质特征

  在试验期间通过运水车将出厂水A和B分别运回试验室,并对出厂水的主要水质指标进行了测定。通过比较可以得出,出厂水B水质整体上优于出厂水A。主要表现在以下三个方面:

  (1)出厂水B各项水质指标随月份变化幅度比出厂水A小。

  (2)由于出厂水B以优质的西江水源为原水,出厂水B中有机物、氨氮、总溶解固体、电导率、硫酸盐和氯离子等水质指标含量低于出厂水A,出厂水B的pH值(7.80-7.97)略高于出厂水A(7.40-7.50)。

  (3)通过朗格利尔饱和指数(LSI)和拉森指数(LR)的分析比较,出厂水B的化学稳定性要优于出厂水A。

  2.2 浊度变化规律

  浊度是衡量管网水质是否发生恶化的重要指标之一。在管网循环状态下,浊度随HRT的变化,如图2所示。由图2可知,在管段M试验阶段,两出厂水流经管网模拟系统后的浊度没有明显差异,且都在2NTU以下;而在管段N试验阶段,当出厂水B置换出厂水A后,管网模拟系统中浊度显著降低。


图2 循环流动状态下管网模拟系统中浊度的变化

  在滞流状态下试验管段内浊度增量变化情况,如图3所示。由图3可知,除在通入出厂水A的第一个试验周期时浊度增加量较大(3.5NTU)外,其余情况下浊度增量都在1NTU上下,且通入出厂水B时管网浊度增量小于通出厂水A时的浊度增量。


图3滞流状态下管网模拟系统中浊度增量

  色度也是衡量管网水质是否发生恶化的重要指标之一。本试验研究过程中没有发现管网水色度在管网运行过程以及两种不同出厂水置换后有明显的变化,因此有关色度的检测结果本文中未列出。

  综上所述,当出厂水B置换出厂水A,模拟管网中未出现浊度和色度升高的水质恶化现象,相反置换后浊度有所降低,管网水质感官指标得到改善。

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责任编辑:谢昀

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