利用石灰与Na3PO4缓蚀剂改善管网水质

Posted 2023-01-13 管网

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南方某大型工业集团于2001年新建了30000m3/d自用自来水厂，水厂投产后出现了管网水持续大面积发黄现象，水质不符合饮用水卫生规范要求。
1 原因分析
原水、出厂水、管网水的化验结果显示，原水、出厂水分别达到了《地面水环境质量标准》(GB3838—88)II类标准和国家《生活饮用水卫生规范》(2001年6月)的要求，但管网水浊度、色度却大幅度升高，总铁大量增加(见表1)，管网末梢水Fe含量平均达0.66mg/L，可见管网受到了严重腐蚀。

为了判断水质的腐蚀性，进一步用大理石试验法(marbletest)对原水、出厂水、管网水的饱和指数和稳定指数进行了测定(见表2)。结果表明，原水、出厂水、管网水的IL均小于零，而IR>8.0，且pHs>7.5，表明原水、出厂水、管网水稳定性均不高，并具有腐蚀性。水厂建成以前，采用地下水源供水，未经消毒直接送入管网，供水管道分别为无内防腐的碳钢管、承插铸铁管及镀锌管组成。水厂建成后，新增了约7.8km的DN150～450普碳钢管，且均未作内防腐保护。
水厂以地表水为水源，采用“混凝→沉淀→砂滤"常规净水工艺，以聚合氯化铝为混凝剂，新增了ClO2消毒系统，制水过程无调节pH值设施。可见，尽管原水、出厂水均符合国家相关卫生规范要求，但由于其水质稳定性不高并具有腐蚀性、管网无内防腐保护，加上制水过程无pH调节补救措施和ClO2消毒等因素，共同促成并加剧了管网腐蚀。
2 改善水质
稳定方案对未进行内防腐的钢管，其防腐补救一般采用阴极保护法、阳极保护法或水质稳定法。其中在制水过程中投加石灰以提高出水pH值和碱度的水质稳定法较为常见，该法用于管道内防腐具有明显的优点：不仅可提高水的pH值，而且操作简便、经济，同时还能增加水中Ca2+的含量，促使管内壁形成碳酸钙保护膜。最终确定的改善水质稳定性方案为：先通过制水过程投加石灰来改善水质稳定性，再视管道腐蚀与水质改善的速度确定是否增投少量食用Na3PO4作缓蚀剂(可在管道内壁形成FePO4.2H2O保护膜)。
3 处理效果
根据水质改善程度，首先在制水过程中连续投加石灰，按溶解氧与铁反应生成γ-Fe2O3的pH值要大于8.0的要求，控制出厂水pH值略大于8.0，45d后再在此基础上增投食用Na3PO41、2mg/L各10d。生产性试验期间，原水、出厂水平均浊度分别为2.61、0.78NTU，总铁平均含量≤0.08mg/L。投加石灰后管网水的饱和指数IL、稳定性指数IR明显改变(见表3)，除管网末梢(测点4)外，IL、IR分别由原来的-1.0、9.0左右减小到-0.10、8.27左右。由此可见，投加石灰并控制出厂水pH值略大于8.0，水质稳定性大为改善，腐蚀性明显减小。

管网水总Fe、浊度、色度的变化分别见图1、2可见在水质稳定性改善的同时，管网水的总Fe、浊度、色度指标降低，增投少量食用Na3PO4后，水质指标值进一步降低，并符合《生活饮用水卫生规范》(2001年6月)的要求。
由图1还可见，调节pH并进一步投加Na3PO4后，管网水总Fe的降低速率大大加快，说明投加Na3PO4缓蚀剂加强了钢管内壁保护，比原计划三个月完成管网水质改善的目标大大提前。
4 结论与建议
① 原水、出厂水水质稳定性不高并具有腐蚀性是引起供水管网腐蚀、管网水质发黄现象的内在原因。
② 提出了投加石灰提高出水pH值和水质稳定性、进一步增投食用Na3PO4缓蚀剂加速管道内壁保护的有效措施，取得了满意效果。
③ 由于水源是具有腐蚀性的不稳定地表水，建议长期投加石灰以改善水质稳定性，保护管网。
④ 为从根本上彻底保护输水管和保证管网水质，建议用新型管材更换严重腐蚀旧管，并对大口径输水管道进行内衬防腐保护。