給水管壁松散沉積物形成機制與控制方法研究

城市給水管網是一座龐大管式生化反應器，盡管大多數自來水廠出廠水水質能達到國家生活飲用水水質標準，但是由于自來水在給水管網中發(fā)生了各種復雜的物理、化學和生物變化，造成了管網水質二次污染，用戶端水質仍然會出現超標的問題。除了人們較為熟知的管垢和生物膜，給水管壁松散沉積物的脫落也是造成管網水質問題的一個重要原因，目前國內外對管壁松散沉積物的研究還不夠深入與系統(tǒng)。 試驗結果表明，水中的顆粒物質附著在給水管壁上會形成松散沉積物，松散沉積物成分由有機物和無機物組成，有機物量占3.59%（以TOC計），其余為無機物，其中CaCO3（32.26%）、SiO2（14.51%）、FeOOH（10.42%）和Al(OH)3（6.43%）所占比例較大。松散沉積物具有易形成、易脫落的特點，當給水管道管壁的剪切力小于0.33 Pa，則管壁均有松散沉積物形成；當剪切力大于0.94 Pa時，管壁的松散沉積物脫落比較完全。當水體不流動或流速極小時，微生物極易在管壁松散沉積物上附著生長繁殖，并脫落進入水體中使菌落總數超標。水中懸浮菌數量在一定程度上和反應器內壁上的活菌數呈正相關關系，生長曲線滯后約10 d。 人工投加顆粒物、金屬離子和有機物來探究松散沉積物的吸附性能，試驗發(fā)現松散沉積物對水中的高嶺土顆粒、Fe3 、Cu2 和腐植酸分子都有不同程度的吸附能力，其中對高嶺土顆粒和Fe3 的吸附能力較強，對Cu2 和腐植酸分子的吸附能力較弱。當水的剪切力增大時，已吸附的物質會脫落并重新回到水體中。一般來說，投加的高嶺土顆粒、Fe3 、Cu2 、腐植酸的量越大，則松散沉積物對其的吸附量也越大，水流擾動時所產生的脫落量也相應地變大。相比于一次性投加上述物質，當試驗以連續(xù)投加的方式進行時，松散沉積物對投加物的吸附量通常更大。 將增加超濾工藝的試驗組與不設超濾工藝的對照組進行對比，發(fā)現自來水中所含的各類雜質在經過超濾處理之后均有不同程度的降低，在反應器中沉積速度和沉積量明顯小于未經超濾處理的自來水；分析沉積物中的各類物質成分，也相應的有不同程度的降低；不同水力條件下的出水所含的各種元素濃度和各粒徑顆粒物數量均有所降低。超濾可以去除大部分懸浮活菌，卻不能有效去除水中的溶解態(tài)有機物，導致超濾組反應器壁上和出水中的細菌量雖然低于未超濾組反應器，但仍持續(xù)高于100 CFU/mL的國家標準。 2100433B

一般認為，給水管壁上附著的生物膜和腐蝕物對水中有機物、微生物的富集，以及在水流波動和水質變化下的脫落和釋放是造成給水管網水質問題的重要原因。在前期給水管壁生物膜控制研究基礎上，發(fā)現在管壁生物膜和腐蝕物與管網水接觸處，存在一層松散沉積物，這類物質具有結構疏松、與管壁結合不緊密的特點，在水流較小波動時就會從管壁上脫落下來，更容易引起管網水質污染。目前國內外關于管壁松散沉積物的研究還缺乏系統(tǒng)性。本項目針對管壁松散沉積物為對象開展關鍵技術研究，以管壁松散沉積物的形成規(guī)律與結構特性、松散沉積物的溶出特性及對管網水質的影響等為研究重點，通過技術攻關，形成管壁松散沉積物的控制方法，為保障給水管網水質提供理論依據和技術支持。

沉積物自然現象

一種沉積在陸地或水盆地 中的松散礦物質顆粒、生物碎屑或有機物質。如碎屑沉積物、化學和生物化學沉積物、碳質沉積物等。碎屑沉積物有粗碎屑(粒徑>2毫米，礫石)、中碎屑(0.0625毫米≤粒徑≤2毫米，砂粒級) 和細碎屑 (粒徑<0.0625毫米，粉砂和粘土)之分。它們主要來自陸源和火山噴發(fā)?；瘜W和生物化學沉積物，主要有碳酸鹽沉積物、硅質沉積物、鐵錳質沉積物和磷酸鹽沉積物等。碳質沉積物是由純粹或雜有若干碎屑物質的動、植物有機碎屑堆積而成，例如泥炭和煤。

通過侵蝕、風化、搬運作用，水體中的物質沉降下來形成的物質，稱為沉積物。廣而言之，冰成或風成的沉積物質，包括其中的動植物遺骸，都屬于沉積物。

沉積物人為制造

引起河道沉積物淤積（siltation）的一個主要原因是熱帶森林的刀耕火種。當地面的植物被砍伐及燒毀一切生物后，上層土壤變得對風或水的侵蝕十分脆弱。在地球上的一些區(qū)域，整個國家的土壤都被侵蝕。例如馬達加斯加正中的高原，占全國約一成地方，實際上她整個景色的植被都被完全清洗，形成的沖溝（gully）有50米深及一公里闊。輪耕（Shifting cultivation）是一個在世上部分地區(qū)會與刀耕火種一起使用的農業(yè)系統(tǒng)。以上不停供應沉積物負載給馬達加斯加向西流的河流，令其河水顏色呈現深棕紅色，及引起魚類大量死亡。

沉積物控制是循環(huán)冷卻水處理(見循環(huán)冷卻水系統(tǒng))的一個主要內容。沉積物是指沉積在給水系統(tǒng)中的管壁或設備壁上的固體的統(tǒng)稱。