给水管网铁释放现象及影响因素课件.ppt

给水管网铁释放现象及影响因素分析 1、研究背景 2、给水管网中的腐蚀和铁释放现象 3、管垢结构分析 4、铁释放现象影响因素分析 5、控制方法 1、研究背景 随着生活水平的日益提高, 人们对于饮用水水质的要求也越来越高, 供水行业面临着严峻的挑战。传统的混凝、沉淀、过滤、消毒，甚至增设预处理、深度处理等工艺，用户用水仍然会出现超标问题。事实上, 自来水厂的出水并未超标，由于自来水在给水管网中发生了各种复杂的物理、化学和生物变化, 从而造成自来水管网水质二次污染。铁超标是破坏管网水化学稳定性的重要因素之一。 2、给水管网中的腐蚀和铁释放现象 在铁管内表面发生腐蚀后，由于管垢铁锈的表面钝化层作用阻断了腐蚀过程中带电粒子的转移，破坏了腐蚀电池，从而阻止了铁制管材的进一步腐蚀，进入相对稳定状态。但是，如果管网水状态发生变化，钝化层被破坏，则大量的管垢铁锈物质将溶于水中，形成管垢向管网水中释放铁，即铁释放现象。[1] 3、管垢结构分析 王洋[2]对管垢的宏观结构进行分析发现，管内壁存在一层较厚的管垢，外观结构凹凸不平，特别是铸铁管的管垢中存在许多瘤状物。管垢表面颜色基本上都是棕红色，内部颜色有黑色与棕红色两种。管垢的外部比较致密，内部则比较松散。中间存在一层致密壳层。 牛璋彬等人[1]利用扫描电镜对管垢微观结构进行分析发现：在扫描电镜下，对管垢内部的微观形态进行观察可以看出，管垢内部为疏松多孔结构，且表面积大。 由上可知，在管网中，一旦外部致密层被破坏，内部铁锈很容易发生铁释放现象进入管网水。 4、铁释放现象影响因素分析 国内外学者通过研究，定性得出了影响管网水铁释放的主要因素，包括pH 、碱度、溶解氧、余氯、氯离子浓度、硫酸根离子浓度等。本篇重点介绍了以上因素对铁释放现象的影响，以期为实际给水管网中控制铁释放现象提供重要的支持。 4.1 PH 牛璋彬等人[3]研究了两种水样在不同PH条件下的铁释放速率曲线，结果表明：高pH 条件下铁释放量小，铁释放速率随着pH 值的升高而降低。 分析其原因： 1）增加pH会降低氢氧化亚铁和碳酸亚铁等铁化合物的溶解度，从而减少铁释放的量 2）提高pH能加快二价铁的氧化速率，使得管垢表面三价铁钝化层稳定，从而控制铁释放。 郑毅等人[4]对PH影响铁释放现象的原因分析更加详细。水中存在下列平衡： pH 值增大会降低氢氧化亚铁和碳酸亚铁的溶解度，从而减少铁的释放量； 另一方面，pH 值增大可以加快二价铁的氧化速率，使管垢表面氢氧化亚铁的空隙容易固定，从而减缓铁释放。其氧化机理如下: 4.2 碱度 牛璋彬等人[3]在保证PH不变的条件下研究碱度对铁释放的影响，结果表明：在相同的PH条件下，碱度值越低，铁释放量越大，相应的释放速率就越高。 含碳酸盐系统的水体中，pH 10.5 的情况下，碳酸根控制着水中铁的溶解度，水中存在着铁与碳酸根反应的沉淀溶解平衡。当碱度高时，水中的碳酸根含量高，反应向铁的碳酸盐化合物沉积方向进行，水中铁含量减小；当碱度低时，水中的碳酸根含量低，反应向溶解方向进行，引起铁释放。 4.3 溶解氧 牛璋彬等人[1]对溶解氧浓度及管网中铁含量进行测定，结果表明：管网水中溶解氧浓度高, 管网水铁含量则低, 反之管网水溶解氧浓度低则铁含量高. 溶解氧作为水中重要的氧化剂，影响着管网管垢形成反应和铁释放反应。由于管垢的外部与含有溶解氧的管网水接触，处于高氧化状态，其构成大部分是三价铁的化合物，表面形成了致密的含有三价铁化合物的钝化层。而管垢内部处于低氧化状态, 其构成为二价铁和三价铁的混合物。当管网水中溶解氧被耗尽时，管垢外部三价铁化合物被还原成二价铁，致使致密钝化层被破坏，内部的铁被释放出来。而二价铁溶解度大于三价铁，低氧化状态下的二价铁容易被溶出，造成水中铁超标。 4.4 余氯 牛璋彬等人[1]对管网中余氯浓度与含铁量的关系进行了研究。结果表明：和溶解氧与铁含量的关系相似，管网水中余氯浓度越高，铁含量越低，反之余氯浓度越低，铁含量就越高。 作者从化学和生化两个角度进行原因分析： 1）从化学角度分析，高浓度的余氯具有强氧化性，可以防止管垢外部致密钝化层的破坏，从而降低铁释放量。由于余氯和溶解氧都是维持管垢和水接触面高氧化态的重要因素，因此余氯对于管网铁释放影响应该与溶解氧相似。 2）从生化角度分析，作为消毒剂氯可以杀灭