水质变化对腐蚀管段中铁释放的影响

摘要

由于水质的变化导致给水管网出现“红水”、“黄水”等现象,已引起了人们越来越多的关注,尤其是当前,海水淡化水有供给市政管网的趋势,水质在管网中的安全稳定输配对于供水水质的保持具有重要的意义。本课题以供水管网中腐蚀最严重的钢管为研究对象,以控制管网中的铁释放量、浊度和色度为研究目标,系统深入地研究了水质变化对管网中铁释放的影响。
　　 首先,取泰达供水26年的焊接钢管,进行管段浸泡的单因素实验,通过改变自来水和淡化水的掺混比、pH值、碱度、氯离子和硫酸根离子等水质指标,重点分析水质指标对铁释放的影响。得到铁的释放量与浸泡时间、水温、氯离子和硫酸根离子浓度呈正相关关系,与pH值、碱度和硬度呈负相关关系。其次,建立实验管段中铁释放的经验统计模型以及动力学模型。统计模型中的全回归和逐步回归模型的预测精度为60％左右,为了提高预测效果,进一步通过对全回归模型中影响变量的主成分分析,使得建立的回归模型预测效果有显著提高,尤其是对铁浓度较高时的预测,其平均预测精度提高到73％；依据管网中可能的铁释放反应,建立零级反应动力学模型,模型的精度达到80％以上。就各模型总体的预测效果而言,主成分分析回归模型和动力学模型均可应用于实际,动力学模型要稍优于统计模型。最后,为了能够准确快速地估计管网中铁释放的可能性,本文在拉森比率(LR)的基础上进行改进,加入水温、硬度和浸泡时间等重要因素,提出了改进的拉森比率LR',改进后的指数不仅能够准确地判断水质的化学稳定性,还能够定量预测出管网中铁释放速率,具备良好的实用性。本文根据实验水质,初步提出了钢管中铁释放速率的临界值及其相应的表征水质化学稳定性判别指数,当LR'≤1认为是化学稳定的水质,对应的铁释放速率为V临界×LR'mg／(m2h)；并经实验管段的验证,LR'对水质稳定性的判别结果与现行指数的结果较为一致,对铁释放速率的预测准确度达到85％。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 问题提出的背景以及研究意义

1.1.1 课题提出的背景

1.1.2 国内外海水淡化水利用的现状

1.1.3 本课题的提出及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 管网内壁腐蚀瘤的理化特性

1.2.2 给水管网中铁释放机理

1.2.3 管网铁释放的影响因素

1.2.4 管网水质化学稳定性的判别指标

1.2.5 统计和机理模型

1.3 研究内容和技术路线

第二章 铸铁管内壁腐蚀瘤物理化学性质研究

2.1 实验方案

2.1.1 研究对象

2.1.2 管段的预处理以及腐蚀瘤样本的制备

2.1.3 腐蚀瘤的分析检测

2.2 管垢结果分析与讨论

2.2.1 管段内壁腐蚀瘤的表观以及微观形态

2.2.2 管段内壁腐蚀瘤的化学组成

第三章 管网中铁释放影响因素的研究

3.1 管段静态实验材料与方法

3.1.1 实验材料

3.1.2 实验方法

3.2 不同水质条件对管网铁释放的影响

3.2.1 淡化水和自来水的掺混比

3.2.2 浸泡时间

3.2.3 pH值和碱度

3.2.4 氯离子和硫酸根离子

3.2.5 其他影响因素

3.3 结果分析与讨论

第四章 铁释放模型研究

4.1 铁释放的经验统计模型

4.1.1 回归模型的建立

4.1.2 模型结果的验证和比较

4.2 铁释放的动力学模型

4.2.1 模型的建立

4.2.2 模型的验证

4.3 结果讨论

第五章 水质化学稳定性指数的改进研究

5.1 水质稳定性指数的选择

5.2 改进的拉森比率

5.2.1 影响因素的选择

5.2.2 水质稳定性指标的建立

5.2.3 判别指数的验证

5.3 化学稳定性判别指标的比较

第六章 结论

6.1 结论和创新点

6.1.1 结论

6.1.2 创新点

6.2 建议

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢