再生水水质特点及专用管网材质的选择

再生水水质特点及专用管网材质的选择

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1. 绪论 (1)

2．开发区再生水水质特点和输水管网材质特征 (1)

2.1. 开发区再生水水质特点 (1)

2.2．开发区再生水输水管网的材质特征 (3)

3．再生水在管网输送过程中水质的变化及模拟试验 (3)

3.1. 再生水在管网输送过程中水质变化情况 (3)

3.2．对水质变化的初步分析 (4)

3.3．模拟试验 (4)

4．理论分析 (6)

4.1．水的化学稳定性问题 (6)

4.1.1．化学稳定性的鉴别方法........... . (6)

4.1.2．开发区再生水的化学稳定性 (7)

4.2．水质稳定问题与管网所用管材的关 (7)

4.3．开发区再生水水质和管网所用管材的综合分析 (8)

4.3.1．稳定开发区再生水水质 (8)

4.3.2. 改变输水管网材质 (9)

5.结论 (11)

北京经济技术开发区再生水厂通过“微滤+反渗透”膜法工艺对城市污水处理厂出水进行深度处理，生产高品质工业用再生水，并建设了专用管网用于输送再生水。由于在管网材质上选用了传统的球墨铸铁内衬水泥砂浆材料，在实际运行中出现了pH 值升高、钙、镁离子析出等问题，使管网末端出水水质与反渗透出水端水质存在一定差异，这不仅导致再生水在管网输送过程中水质的恶化，也存在着对管网材料的潜在损害。本文针对这一实际情况，对反渗透出水的特点、传统管网材质特性进行了分析，并对反渗透出水在不同材质管网内pH值、钙、镁离子浓度的变化情况进行了实验。实验结果和理论分析表明，反渗透出水自身较弱的酸碱缓冲能力和管网水泥砂浆内衬特别是表层中可溶性碱性物质含量较多这两个因素的协同作用最终导致了再生水在管网输送过程的水质的明显改变。针对这一结论，本文对如何通过稳定再生水水质防止球墨铸铁管腐蚀进行了分析，并就今后在输送类似水质的产水（如海水淡化水）时在如何进行选择适宜的管网材质的上提出了建议。

关键词：再生水、水质、反渗透、输水管网材质

1．绪论

随着北京市水资源的短缺，污水资源化问题日益受到关注。北京经济技术开发区率先在北京市建设了一座以“双膜法”（微滤+反渗透）为工艺的再生水厂，将污水处理厂出水通过膜技术进行深度处理，生产高品质工业用再生水，直接回用于区内工业企业。由于再生水的源水是经过处理的城市污水，虽然经过膜技术处理，但考虑到源水水质的“不可控性”，再生水不能与自来水并网混合输送。为此，在建设再生水厂的同时，配套建设了专用输水管网，各用水单位从干管上接入支管将再生水引入内部使用。一期工程干管长度为12公里，管网材质为与自来水管网相同的球墨铸铁内衬水泥砂浆。在实际应用中，出现了水厂出水水质较好但经过管网输送后在用户端水质变差的现象。由于球墨铸铁管广泛应用于城市自来水输送系统，而自来水在输送前后水质差异现象并不明显，因此，必须认真研究再生水水质特点及其与输送管网材质的匹配性，防止再生水在管网内的二次污染。2. 开发区再生水水质特点和输水管网材质特征

2.1. 开发区再生水水质特点

开发区再生水厂使用美国陶氏（DOW）公司BW30-365FR反渗透膜，膜设备脱盐率在99.5%以上[1]。表1列出了再生水水质设计标准、常年实测水质平均值和开发区自来水水质。

由表1可以看出，再生水水质指标除pH值较低，COD和BOD 值高于自来水外，其他各项指标，特别是TDS、电导率和总硬度、总碱度远远低于自来水。这是由开发区再生水的生产工艺决定的，由于使用反渗透膜作为处理设备，虽然采用了污水作为源水，但水中各类阴阳离子和悬浮物大部分均在微滤和反渗透过程中予以去除。COD 和BOD的主要来源是原水中的有机类物质，即使经过膜处理过程，

仍有少量残留，而自来水在生产过程中无明显的有机物来源，因此，其COD和BOD值低于再生水。值得注意的是，由于在生产过程中去除了绝大多数阴阳离子，虽然被称为“再生水”，但在主要水质指标，特别是在硬度和电导率指标上，开发区再生水与离子交换、蒸馏法或海水淡化等方法生产的纯水（去离子水）近似，而与自来水差异明显。

表1. 再生水与自来水水质对比

开发区的再生水输水管网选用了河北新兴铸管公司生产的球墨铸铁内衬水磨砂浆的管材，其特点在于：（1）在城市供水管网中广泛使用，目前全国城市自来水和污水管网几乎均使用球墨铸铁管；（2）球墨铸铁管内衬了水泥砂浆，管内输水符合卫生要求；（3）球墨铸铁管可承受内水压力超过2.0MPa以上；（4）球墨铸铁管延伸率、刚度、抗拉强度较大，承受土壤静荷载及地面动荷载的能力优于其它管材，适于地下敷设；（5）球墨铸铁管的管件规格齐全，能适应新安装需要，也能适应运行管道上不停水引接分支的需要，比非金属管材解决起来方便；（5）球墨铸铁管通常外表面首先喷涂锌层，再喷涂沥青保护，利于防止外部腐蚀；（6）球墨铸铁管通常可使用50～100年，价格和使用寿命优于化学管材及钢管。[2]

3.再生水在管网输送过程中水质的变化及模拟试验

3.1. 再生水在管网输送过程中水质变化情况

在再生水生产和输送过程中，特别是在供水初期，出现了再生水在管网末端的水质与反渗透设备末端出水水质差异较大的现象，2009年9月再生水厂产水和两家主要用水企业管网末端水质主要水质指标平均值见表2。

表2. 2009年9月再生水水质变化情况

反渗透处理后的水接近纯水的性质，各种无机和有机成分的含量很低，特别是水的总碱度平均值只有7.9mg/L(以CaCO3计)，总硬度只有1.06mg/L(以CaCO3计)。这样的水质缓冲能力非常弱，pH值极易受酸碱的影响发生剧烈的变化。

现有运行中的输水管道主要由球墨铸铁管构成。为了防止水对金属管的腐蚀作用，球墨铸铁管通常具有水泥砂浆内衬层。水泥砂浆内衬与所输送的水直接接触，并发生一系列复杂的物理－化学反应过程，从而影响所输送的水质。pH值在输送过程的显著升高现象初步分析主要由两个方面的因素所导致。一是水自身的缓冲能力弱，二是水泥砂浆内衬中存在易于溶出的碱性成分。

经对水泥砂浆内称取样观察发现，内衬层明显呈两层分布，与水直接接触的表层为厚度较小的一层浅白色物质，其硬度也相对较低，易于将其剥离。经与相关专业人员了解，该层物质是在高速离心涂覆水泥砂浆过程中形成的，主要由水泥中的一些较轻的组分构成。这些较轻的组分可能是易溶性碱性成分的来源。当水与其接触时发生侵蚀作用，碱性成分进入水中，在水自身的缓冲能力较弱的情况下，从而引起了pH值和其他相关指标的显著升高。

3.3．模拟试验

为进一步验证所用管网材质对再生水水质的影响，我们设计了如下几个试验进行观察。

实验一：水泥砂浆内衬碱性的定性观察

取水泥砂浆内衬样品一块，表面积约5cm2，加入纯水200mL，用稀盐酸调节pH为2.0，然后密封，观察pH值的变化情况。经过1天后，pH值升高到3.0，2天后升高到7.6，3天后升高到8.3。说明该水泥砂浆内衬具有较强的释放碱性物质的趋势。