CN108764594B - 一种供水管网稳定性指标体系及其评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于供水检测技术领域，提供了一种供水管网稳定性指标体系及其评价方法，该评价方法包括水质稳定性评价指标体系、管网表面理化稳定性指标体系两部分。水质稳定性评价指标体系包括总碱度、钙硬度及CCPP；管网表面理化稳定性指标体系包括管垢总量、α‑FeOOH、β‑FeOOH、Fe3O4。该发明的应用将更加综合有效地评价供水管网的稳定性，准确预计管网健康状况，有利于更加全面地指导供水管网水质保障、管道更新维护等运行维护业务。
Description
技术领域
本发明属于供水检测技术领域，提供了一种供水管网稳定性指标体系及其评价方法。
背景技术
饮用水在管网输送过程中由于管壁腐蚀等原因会发生“黄水”等现象，造成水质不达标，影响用户体验。上述现象的发生与水质的化学稳定性有关，因此各大水司在运营过程中，一般通过水质化学稳定性判断上述现象的发生。近年来，供水管网运行经验表明供水管网管壁的理化稳定性同样是影响“黄水”等现象的发生。另外，管壁理化稳定性不仅与水质保障有关，同时也是评价供水管网运行状态，剩余使用寿命的关键因素。
(1)供水管网水质化学稳定性指标体系
目前供水管网水质稳定性的判断指标包括饱和指数LSI、稳定指数RSI、碳酸钙沉淀势 CCPP、拉森比率LR、侵蚀指数AI、暂时过量ME、推动力指数DFI、腐蚀指数RCI等指标，设置的水质参数包括氯离子、硫酸根离子、碳酸根离子、碳酸氢根离子、碱度、硬度等指标。目前国内外利用上述指标体系，提出了适宜于地方特色的水质稳定性指标体系。比如南水北调受水区提出硫酸根离子(<75mg/L)、碱度(120-150mg/L)条件下，管网水质处于稳定状态；国外早在上世纪已建议性地针对不同管材提出了相应的出厂水水质化学稳定性的控制指标：对于由铁管组成的管网，进入管网的水应满足：pH＝7～8.5；碱度>10～25mg·L-1(北欧建议碱度>25 mg·L-1)；对于铸铁管，球墨铸铁管和钢管，LR-1>1.5；对于镀锌钢管，LR-1>1.0。
供水管网水质稳定性指标体系及其应用目前已相对成熟，但是其存在的主要缺陷是只关注水质本身对管网管垢稳定性的影响，忽略了管网管垢自身的稳定性。因此在指标体系应用过程中只能作为参考，难以有效评价供水管网稳定性或健康状况。
(2)供水管网表面理化稳定性指标体系
近期研究表明，供水管网水质变化过程涉及供水管网内流动水、颗粒物及管壁管垢等多方面的综合作用，因此在关注水质稳定性的基础上，已有研究结论开始关注供水管网表面理化稳定性指标体系。实际上，供水管网表面与流动水接触的位置即管道表面形成的管垢层。其研究表明管垢层的组分可以表征管垢稳定性。管垢组分包括磁铁矿。针铁矿等。目前已有文献开始探索管垢组分的表征方法：当M/G(磁铁矿/针铁矿)比例大多数大于1时，管壁管垢有瘤状外壳保护，稳定性较高；当M/G(磁铁矿/针铁矿)比例小于1，管垢缺少坚硬致密外壳层保护，且含有较高含量不稳定铁氧化物。
目前供水管网表面理化稳定性指标体系还不成熟，主要是目前缺乏足够量的实际管道数据进行统计分析和评价验证。
综上所述，本发明在以往提出的水质稳定性指标体系、表面理化稳定性指标体系的基础上，试图建立综合水质稳定性指标体系、表面理化稳定性指标体系的供水管网稳定性指标体系；通过大量的物化实验，现场采样等方法，完善指标阈值，建立评价方法。
相应的评价现有技术情况为：
(1)供水管网水质化学稳定性指标体系
目前供水管网水质稳定性的判断指标包括饱和指数LSI、稳定指数RSI、碳酸钙沉淀势 CCPP、拉森比率LR、侵蚀指数AI、暂时过量ME、推动力指数DFI、腐蚀指数RCI等指标，设置的水质参数包括氯离子、硫酸根离子、碳酸根离子、碳酸氢根离子、碱度、硬度等指标。目前国内外利用上述指标体系，提出了适宜于地方特色的水质稳定性指标体系。比如南水北调受水区提出硫酸根离子(<75mg/L)、碱度(120-150mg/L)条件下，管网水质处于稳定状态；国外早在上世纪已建议性地针对不同管材提出了相应的出厂水水质化学稳定性的控制指标：对于由铁管组成的管网，进入管网的水应满足：pH＝7～8.5；碱度>10～25mg·L-1(北欧建议碱度>25 mg·L-1)；对于铸铁管，球墨铸铁管和钢管，LR-1>1.5；对于镀锌钢管，LR-1>1.0。
(2)供水管网表面理化稳定性指标体系
近期研究表明，供水管网水质变化过程涉及供水管网内流动水、颗粒物及管壁管垢等多方面的综合作用，因此在关注水质稳定性的基础上，已有研究结论开始关注供水管网表面理化稳定性指标体系。实际上，供水管网表面与流动水接触的位置即管道表面形成的管垢层。其研究表明管垢层的组分可以表征管垢稳定性。管垢组分包括磁铁矿。针铁矿等。目前已有文献开始探索管垢组分的表征方法：当M/G(磁铁矿/针铁矿)比例大多数大于1时，管壁管垢有瘤状外壳保护，稳定性较高；当M/G(磁铁矿/针铁矿)比例小于1，管垢缺少坚硬致密外壳层保护，且含有较高含量不稳定铁氧化物。
现有技术的问题及缺陷：
(1)供水管网水质稳定性指标体系及其应用目前已相对成熟，但是其存在的主要缺陷是只关注水质本身对管网管垢稳定性的影响，忽略了管网管垢自身的稳定性。因此在指标体系应用过程中只能作为参考，难以有效评价供水管网稳定性或健康状况。
(2)供水管网表面理化稳定性指标体系还不成熟，主要是目前缺乏足够量的实际管道数据进行统计分析和评价验证。
(3)缺乏耦合上述两种方法的综合稳定性评价方法。
发明内容
鉴于现有技术存在的问题，本发明提出了一种供水管网稳定性指标体系及其评价方法，该评价方法包括水质稳定性评价指标体系、管网表面理化稳定性指标体系两部分，其中，水质稳定性评价指标体系包括总碱度、钙硬度及CCPP(碳酸钙沉淀势)；管网表面理化稳定性指标体系包括管垢总量、α-FeOOH(α相羟基氧化铁，一般俗称“针铁矿”。α代表相位)、β-FeOOH (β相羟基氧化铁，一般俗称“四方纤铁矿”，β代表相位)、Fe3O4。
所述的水质稳定性评价指标是指采取供水管网进水(可在水厂出水口采集)，或管网中流动水(可在管网排泥口、消防栓处采集)的水样，采用《水与废水监测分析方法》(第四版) 中的水质指标监测方法，测定水样的总碱度、钙硬度及CCPP。
所述管网表面理化稳定性评价指标是指在供水管网维护开挖地面时，切割部分供水管道。将供水管道带回实验室，用无菌道在厌氧操作箱内刮取管壁管垢，并碾磨成粉末，制备管垢样品。采用精密天平测定管垢总量，采用XRD(X射线衍射)测定管垢中α-FeOOH、β-FeOOH、 Fe3O4组分含量。
优选的所述供水管网稳定性指标体系中，总碱度、钙硬度及CCPP以CaCO3按mg/L计，总碱度≥100，钙硬度≥100，CCPP为7-10确定为稳定。
优选的所述供水管网稳定性指标体系中，总碱度、钙硬度及CCPP以CaCO3按mg/L计， 80≤总碱度＜100(不包含100)，80≤钙硬度＜100(不包含100)，3≤CCPP＜7(不包含7)确定为基本稳定。
优选的所述供水管网稳定性指标体系中，总碱度、钙硬度及CCPP以CaCO3按mg/L计， 60≤总碱度＜80(不包含80)，60≤钙硬度＜80(不包含80)，CCPP为<3确定为轻微腐蚀。
前述各自指标的选择依据是通过静态管道模拟实验：将实际管道放置在相应指标配成的饮用水中，测定腐蚀速率和铁释放速率来判定。并通过大量实验数据的统计学分析，得出的目标值。该评级体系建立后，后续采集样品可直接测定上述指标判断管道健康状况；不用在如以前需要通过静态管道模拟实验进行判断。
优选的管网表面理化稳定性指标体系包括管垢总量(Total)、α-FeOOH、β-FeOOH、Fe3O4按照以下公式计算
的计算结果，>2确定为稳定，1-2确定为基本稳定， <1确定为轻微腐蚀；且按照
技术结果<0.5为稳定和基本稳定，>0.5确定为轻微腐蚀。
所述稳定、基本稳定、轻微腐蚀分别是通过试验中铁离子释放、腐蚀速率来判断，这两种指标是过程指标，最终是通过我们现在建立的指标体系来评价。该评级体系建立后，后续采集样品可直接测定上述指标判断管道健康状况；不用在如以前需要通过静态管道模拟实验进行判断。
本发明相对于现有技术的有益效果包括：
(1)本发明提出了一种供水管网稳定性指标体系及其评价方法，将现有的两类评价体系进行了耦合并建立了评价方法。
(2)该发明的应用将更加综合有效地评价供水管网的稳定性，预计管网健康状况，有利于更加全面地指导供水管网水质保障、管道更新维护等运行维护业务。
(3)该方法的应用将突破以往采用管道静态模拟试验，腐蚀试验等评价方法，有效降低了评价周期、评价成本。且该方法可结合管道维修工程同步进行，基本不额为增加管道开挖等工作量。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明及其有效的技术效果作进一步详细的描述，但发明的实施方式不限于此。
实施例1
本发明通过实验优选得到以下的一种供水管网稳定性指标体系及其评价方法，最终获得的可以实际使用的评价体系如下：
实施例2
对S市内的管网水、在役管道进行了大样本采样，其中采集管网水样本1000余个；采集在役管道样本100余个。通过对水样及管道样本上述指标体系的统计学分析，上述方法可经过大样本数据的校核。
实施例3
S市BJS水厂供水范围内经常发生用水用户黄水投诉事件，经过水样测定及管垢成分测定，其水厂出水年平均值：碱度30mg/L；硬度50mg/L；CCPP1.2mg/L；服务区域内供水管垢组分
即该区域供水管道处于轻微腐蚀状态。经评价后，该水厂进行了再矿化技术技改将水厂碱度、硬度；CCPP分别提升到80mg/L、80mg/L、 3mg/L以上；通过轻微腐蚀管网的改造工程将
后，将供水管网提升到基本稳定状态，服务区域内基本消除了黄水投诉现象。
实施例4效果评价
通过实例2的大样本统计学分析结果、实际3的实际应用效果，可以判断上述方法符合统计学规律，具有可行性且具有可重复性。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种供水管网稳定性指标体系的评价方法，其特征在于，该评价方法包括水质稳定性评价指标体系、管网表面理化稳定性指标体系两部分，其中，水质稳定性评价指标体系包括总碱度、钙硬度及CCPP，其中，总碱度、钙硬度及CCPP以CaCO3按mg/L计，总碱度≥100，钙硬度≥100，CCPP为7-10确定为稳定；80≤总碱度＜100，80≤钙硬度＜100，3≤CCPP＜7确定为基本稳定；60≤总碱度＜80，60≤钙硬度＜80，CCPP为<3确定为轻微腐蚀；所述管网表面理化稳定性评价指标是指在供水管网维护开挖地面时，切割部分供水管道；将供水管道带回实验室，用无菌道在厌氧操作箱内刮取管壁管垢，并碾磨成粉末，制备管垢样品，管网表面理化稳定性指标体系包括管垢总量、α-FeOOH、β-FeOOH、Fe3O4，其中，按照以下公式计算
的计算结果，>2确定为稳定，1-2确定为基本稳定，<1确定为轻微腐蚀；且按照
技术结果<0.5为稳定和基本稳定，>0.5确定为轻微腐蚀。
2.根据权利要求1所述的评价方法，其特征在于，所述的水质稳定性评价指标是指采取供水管网进水，或管网中流动水的水样。
3.根据权利要求1所述的评价方法，其特征在于，采用《水与废水监测分析方法》中的水质指标监测方法，测定水样的总碱度、钙硬度及CCPP；采用精密天平测定管垢总量，采用XRD测定管垢中α-FeOOH、β-FeOOH、Fe3O4组分含量。
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| Title |
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| 低硬低碱条件下水质化学稳定性评价体系的构建;赵伟;《中国优秀硕士学位论文全文数据库-工程科技Ⅱ辑》;20130215(第02期);第2、9、24、29、37-38、55、57-58页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108764594A (zh) | 2018-11-06 |
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