給水管壁松散沉積物形成機(jī)制與控制方法研究結(jié)題摘要

城市給水管網(wǎng)是一座龐大管式生化反應(yīng)器，盡管大多數(shù)自來(lái)水廠(chǎng)出廠(chǎng)水水質(zhì)能達(dá)到國(guó)家生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但是由于自來(lái)水在給水管網(wǎng)中發(fā)生了各種復(fù)雜的物理、化學(xué)和生物變化，造成了管網(wǎng)水質(zhì)二次污染，用戶(hù)端水質(zhì)仍然會(huì)出現(xiàn)超標(biāo)的問(wèn)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(wǎng)水質(zhì)問(wèn)題的一個(gè)重要原因，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)管壁松散沉積物的研究還不夠深入與系統(tǒng)。 試驗(yàn)結(jié)果表明，水中的顆粒物質(zhì)附著在給水管壁上會(huì)形成松散沉積物，松散沉積物成分由有機(jī)物和無(wú)機(jī)物組成，有機(jī)物量占3.59%（以TOC計(jì)），其余為無(wú)機(jī)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(diǎn)，當(dāng)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(dāng)剪切力大于0.94 Pa時(shí)，管壁的松散沉積物脫落比較完全。當(dāng)水體不流動(dòng)或流速極小時(shí)，微生物極易在管壁松散沉積物上附著生長(zhǎng)繁殖，并脫落進(jìn)入水體中使菌落總數(shù)超標(biāo)。水中懸浮菌數(shù)量在一定程度上和反應(yīng)器內(nèi)壁上的活菌數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系，生長(zhǎng)曲線(xiàn)滯后約10 d。 人工投加顆粒物、金屬離子和有機(jī)物來(lái)探究松散沉積物的吸附性能，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)松散沉積物對(duì)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(duì)高嶺土顆粒和Fe3 的吸附能力較強(qiáng)，對(duì)Cu2 和腐植酸分子的吸附能力較弱。當(dāng)水的剪切力增大時(shí)，已吸附的物質(zhì)會(huì)脫落并重新回到水體中。一般來(lái)說(shuō)，投加的高嶺土顆粒、Fe3 、Cu2 、腐植酸的量越大，則松散沉積物對(duì)其的吸附量也越大，水流擾動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的脫落量也相應(yīng)地變大。相比于一次性投加上述物質(zhì)，當(dāng)試驗(yàn)以連續(xù)投加的方式進(jìn)行時(shí)，松散沉積物對(duì)投加物的吸附量通常更大。 將增加超濾工藝的試驗(yàn)組與不設(shè)超濾工藝的對(duì)照組進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)自來(lái)水中所含的各類(lèi)雜質(zhì)在經(jīng)過(guò)超濾處理之后均有不同程度的降低，在反應(yīng)器中沉積速度和沉積量明顯小于未經(jīng)超濾處理的自來(lái)水；分析沉積物中的各類(lèi)物質(zhì)成分，也相應(yīng)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(shù)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(jī)物，導(dǎo)致超濾組反應(yīng)器壁上和出水中的細(xì)菌量雖然低于未超濾組反應(yīng)器，但仍持續(xù)高于100 CFU/mL的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。 2100433B

一般認(rèn)為，給水管壁上附著的生物膜和腐蝕物對(duì)水中有機(jī)物、微生物的富集，以及在水流波動(dòng)和水質(zhì)變化下的脫落和釋放是造成給水管網(wǎng)水質(zhì)問(wèn)題的重要原因。在前期給水管壁生物膜控制研究基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)在管壁生物膜和腐蝕物與管網(wǎng)水接觸處，存在一層松散沉積物，這類(lèi)物質(zhì)具有結(jié)構(gòu)疏松、與管壁結(jié)合不緊密的特點(diǎn)，在水流較小波動(dòng)時(shí)就會(huì)從管壁上脫落下來(lái)，更容易引起管網(wǎng)水質(zhì)污染。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于管壁松散沉積物的研究還缺乏系統(tǒng)性。本項(xiàng)目針對(duì)管壁松散沉積物為對(duì)象開(kāi)展關(guān)鍵技術(shù)研究，以管壁松散沉積物的形成規(guī)律與結(jié)構(gòu)特性、松散沉積物的溶出特性及對(duì)管網(wǎng)水質(zhì)的影響等為研究重點(diǎn)，通過(guò)技術(shù)攻關(guān)，形成管壁松散沉積物的控制方法，為保障給水管網(wǎng)水質(zhì)提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

沉積物自然現(xiàn)象

一種沉積在陸地或水盆地 中的松散礦物質(zhì)顆粒、生物碎屑或有機(jī)物質(zhì)。如碎屑沉積物、化學(xué)和生物化學(xué)沉積物、碳質(zhì)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(jí)) 和細(xì)碎屑 (粒徑<0.0625毫米，粉砂和粘土)之分。它們主要來(lái)自陸源和火山噴發(fā)?；瘜W(xué)和生物化學(xué)沉積物，主要有碳酸鹽沉積物、硅質(zhì)沉積物、鐵錳質(zhì)沉積物和磷酸鹽沉積物等。碳質(zhì)沉積物是由純粹或雜有若干碎屑物質(zhì)的動(dòng)、植物有機(jī)碎屑堆積而成，例如泥炭和煤。

通過(guò)侵蝕、風(fēng)化、搬運(yùn)作用，水體中的物質(zhì)沉降下來(lái)形成的物質(zhì)，稱(chēng)為沉積物。廣而言之，冰成或風(fēng)成的沉積物質(zhì)，包括其中的動(dòng)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(gè)主要原因是熱帶森林的刀耕火種。當(dāng)?shù)孛娴闹参锉豢撤ゼ盁龤б磺猩锖?，上層土壤變得?duì)風(fēng)或水的侵蝕十分脆弱。在地球上的一些區(qū)域，整個(gè)國(guó)家的土壤都被侵蝕。例如馬達(dá)加斯加正中的高原，占全國(guó)約一成地方，實(shí)際上她整個(gè)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(gè)在世上部分地區(qū)會(huì)與刀耕火種一起使用的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)。以上不停供應(yīng)沉積物負(fù)載給馬達(dá)加斯加向西流的河流，令其河水顏色呈現(xiàn)深棕紅色，及引起魚(yú)類(lèi)大量死亡。

沉積物控制是循環(huán)冷卻水處理(見(jiàn)循環(huán)冷卻水系統(tǒng))的一個(gè)主要內(nèi)容。沉積物是指沉積在給水系統(tǒng)中的管壁或設(shè)備壁上的固體的統(tǒng)稱(chēng)。