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水泥砂漿內襯管通水初期對水質的影響及應對措施

樓主:中國給水排水 時間:2020-02-23 16:57:44

水泥砂漿內襯管通水初期對水質的影響及應對措施

孫俊峰,康雅

(鄭州自來水投資控股有限公司,河南 鄭州 450007)

摘要:某市自來水公司完成某路段球墨鑄鐵管管網施工通水后,該管網下游部分區域自來水燒開后呈現長時間白色渾濁現象,為此結合該時段施工情況對水泥砂漿內襯管(特別是離心方式涂覆內襯的管道)通水初期對供水水質的影響進行了研究,并應用水力模型對污染物擴散規律進行模擬,提出了保障水質安全的相應措施,可為新建管道的運行維護提供參考。

20118月,為配合某市京沙快速路全線改造,自來水公司對沙口路沿線進行了一系列的管網施工,鋪設管材為球墨鑄鐵管。新管網碰頭通水后,改造區域末端附近部分用戶反映自來水燒開出現白色渾濁現象,為單一、均勻、穩定的白色乳濁液,不透亮,放置數小時也不沉淀。該現象持續半月左右,影響范圍較大,為此該市供水企業迅速展開了排查,對水質白濁現象的形成機理及擴散規律進行研究,最終鎖定污染源為該區域上游新鋪設球墨鑄鐵管的水泥砂漿內襯。為確定其具體影響,針對該市目前常用的3種球墨鑄鐵管水泥砂漿內襯,通過浸泡試驗對其供水水質安全性進行了評價,并利用水力模型對污染物擴散規律和控制措施進行了模擬。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗水質

參考《生活飲用水輸配水設備及防護材料的安全性評價標準》(GB/T172191998)配制試驗用浸泡水,方法如下:取25 mL碳酸氫鈉緩沖液(0.04mol/L)、25 mL鈣硬度貯備液(0.04 mol/L)以及所需的氯貯備液(0.025 mol/L),用純水稀釋至1 L。按此比例配制實際所需的浸泡水。試驗用浸泡水水質如下:pH值為8.55,濁度為1.04 NTU,鋁含量為0.035 mg/L,CODMn1.04 mg/L,SiO2含量為22.99 mg/L,三氯甲烷含量為0.06 mg/L,溶解性總固體含量為265 mg/L。

1.2 試驗材料

選用該市自來水公司施工常用的3種球墨鑄鐵管(均為離心方式涂覆內襯的管道)作為試驗管材,分別編號為A、BC,管材規格統一為DN100,長度為1 m。

1.3 試驗方法

用自來水將3種試驗管材清洗干凈,并連續沖洗30 min,然后用浸泡水立即進行浸泡。采用靜態浸泡法,將配制好的浸泡水灌入試驗管材,兩端用包裹聚四氟乙烯薄膜的橡膠塞封堵。浸泡試驗共進行30 d,分別于第1、6、12、18、24、30天取樣進行水質分析。

2 浸泡試驗結果與討論

2.1 鋁含量

13種管材浸泡水中鋁含量的變化趨勢??梢钥闯?,浸泡1 d后,A、B、C管材浸泡水中的鋁含量分別為0.055、0.144、0.266 mg/L;隨著浸泡時間的增加,3種管材浸泡水都存在不同程度的鋁溶出加劇現象,B管材最嚴重,C管材次之,A管材相對溶出最少。

1 3 種管材浸泡水中的鋁含量變化

2.2 pH

23種管材浸泡水的pH值變化情況??芍?,浸泡1 d后,A、B、C管材浸泡水的pH值分別為8.46、9.92、8.71,A、C管材基本滿足《生活飲用水輸配水設備及防護材料的安全性評價標準》的要求(不改變pH值),B管材不滿足標準要求;隨著浸泡時間的增加,3種管材浸泡水的pH值都急劇升高,浸泡12 d后趨于平緩,但3種管材均超標,其中B管材浸泡水的pH值增加量最大,為3.02。

2 3種管材浸泡水的pH值變化

2.3 二氧化硅含量

33種管材浸泡水中二氧化硅含量的變化趨勢??梢钥闯?,B管溶出最明顯,浸泡12 d后溶出量達到峰值,二氧化硅含量高達148 mg/L,增幅明顯;A管的二氧化硅溶出量最少。

3 3種管材中浸泡水二氧化硅含量變化趨勢

綜上可知,3種管材內襯中鋁和二氧化硅存在共性析出現象,堿性物質析出導致水中pH值升高。已有研究發現,硅對鋁的沉積有很大影響,硅和鋁在溶液中可形成亞穩態的硅鋁酸鹽,這種物質的溶解度較小。隨著水中硅含量的增加,溶解性鋁含量下降,形成硅和鋁的復合物,此物質沉積速率較小,是水中白濁現象相對穩定的主要原因。

3 施工原因分析

管網水質出現白濁問題期間,恰逢該市京沙快速路全線改造,自來水公司對沙口路沿線進行了一系列的管網施工。選取距離問題區域最近的一組施工碰頭進行分析,如圖4所示??梢钥闯?,沙口路與興隆鋪路交叉口以北區域的一段DN300管段為枝狀管網末梢,容易產生死水區域。從7月底施工結束到814碰頭通水,末梢存水的停留時間超過15 d。兩條管段碰頭后,興隆鋪管段水流方向發生了改變,沙口路北部末端死頭水可能進入管網,污染水質隨水流擴散,進入用戶龍頭。通過查詢施工報告,確定此DN300管段全長為500 m,所用管材正是上述浸泡試驗中管道內壁物質溶出最顯著的B管材。由此推斷該區域管段經長時間浸泡后,管材內壁溶出的金屬離子和堿性物質正是此次管網水質白濁問題的污染源。

4 沙口路—興隆鋪路碰頭示意

為驗證前期試驗結果,以鄭州市現狀水力模型為基礎,對軟件水力追蹤和水質模擬功能進行開發及應用,通過對管網污染物入侵源頭追蹤、擴散方式模擬、影響范圍預測等方面進行研究,制定開關閥門、調流調壓、管網放水等一系列措施,完善控制預案,提高應急能力,為公司規范和完善管網施工、維護、檢修等系列工作流程,及制定相應管理規定提供技術支持。兩條管段碰頭后,興隆鋪管段中的水流方向發生了改變,可能會使管垢中的沉積物被沖起而導致下游管段的水體污染。以沙口路—興隆鋪路節點為污染源,預測污染物擴散區域,結果見圖5??芍?,該節點的污染源擴散影響區域和事故區域大致吻合。對污染物擴散路徑及時間進一步模擬,結果表明,污染水體沿著興隆鋪路—南陽路—北三環—長興路進行擴散,從起點興隆鋪路與沙口路交口開始,經4 h后到達南陽路,8 h后到達長興路,而后進入居民較為集中的區域,16 h后擴散區域基本穩定。

5 沙口路—興隆鋪路節點污染物擴散范圍

4控制措施模擬

根據水力模型的模擬結果,可針對性地制定一系列控制措施。分析事故區域的管網情況,該區域輸水管為一條DN600管道,配水管網則以DN200管為主,用水量約為1.4×104 m3/d,用水量較小,以居民用水為主。該區域管網情況及流向見圖6。

6 事故區域管網情況

由污染物擴散路徑及擴散時間模擬結果可知,在該區域污染物擴散速度較慢,如發現及時,非常有利于在前期進行閥門控制。關閉該區域向下游的閥門,阻止污染物向下游擴散,在已擴散區域進行控制。由于該區域流速較低,用戶需水量也較小,因此應在該區進行死頭放水,增大管道內流速及用水量,加快污染水的流出。

根據圖6中的擴散路徑,可在不同的時段選擇不同的位置進行閥門控制,如圖7所示。

7 不同時段的閥門控制措施

由圖7可知,在不同的擴散階段,采用不同的控制位置。在事故發生4 h之內進行控制,則主要發生在輸水管,此時,只需要進行閥門控制,放掉污染水,即可避免進入用戶,下游區域用水可通過北三環輸水管由中法水廠供給,用水可不受影響。如果超過4 h且在6 h之內,用水會到達部分用戶家里,但此時并未有大面積擴散,在圖示位置進行閥門控制,結合消火栓放水,也可有效控制污染水擴散,使下游用水不受影響。當超過6 h之后,用水擴散至長興路,此時再進行閥門控制,則會阻斷北環輸水管向下游區域供水,造成下游區域的停水事故,因此,只能通過管網末端的消火栓放水措施來進行污染水的處理。

該案例為發生在靠近供水管網末端的水質污染事故,事故發生管段的流速非常低,供水區域以居民用水為主,用水量較小,造成了污染水在管網中長時間存留,從而使事故持續時間長,對供水企業造成了較為嚴重的影響。而事故發生點的壓力變化與水力波動是造成污染源不穩定的主要原因,才會有自來水問題的反復與不規律發生。對問題水質的處理主要采用閥門調控與管網放水相結合的控制措施,為確??刂拼胧┑臅r效性,建議在新鋪設管網正式通水前應制定詳細的污染水質擴散的控制預案,以確保出現水質問題后能夠及時采取措施,避免事態的發展,確保供水水質安全。

5 結論

新鋪設的球墨鑄鐵管運行初期,均會發生不同程度的pH值升高以及鋁、硅、鈣、鎂等物質溶出的現象,運行12 d后基本恢復正常。因此在球墨鑄鐵管實際施工過程中,要嚴格規范沖刷消毒流程,盡量避免新鋪設管網長期浸泡現象的發生。

此次水質變化是由于水泥砂漿內襯長時間浸泡并且死水回灌引起的,供水企業今后在新鋪設管網正式通水前應制定詳細的污染水質擴散的控制預案,以確保出現水質問題后能夠及時采取措施,避免事態的發展,確保供水水質安全。

(本文發表于《中國給水排水》雜志2015年第7期“技術總結”欄目)


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