南北方两个城市供水管网黄水问题的特性与控制技术研究 108页

'南北方两个城市供水管网黄水问题的特性与控制技术研究(申请清华大学工学硕士学位论文)培养单位：环境学院学科：土木工程研究生：邬慧婷指导教师：张晓健教授二○一五年六月 CharacteristicsandControlStrategiesof“RedWater”ProbleminDrinkingWaterDistributionSystemsofTwoCitiesinSouthandNorthChinaThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofScienceinCivilEngineeringbyWuHuitingThesisSupervisor:ProfessorZhangXiaojianJune,2015 摘要摘要随着城市水危机的不断加重，多水源切换供水成为解决城市用水问题的必要手段。水源切换引发的黄水问题具有地域性的特点，本文选取了我国南北方实际存在的两种典型管网黄水问题，开展针对不同水质情况下的黄水特性与原因分析，提出了适宜的铁稳定性控制技术，并为南水北调等调水工程可能引起的黄水问题进行了预先风险分析与敏感性识别。针对南方某市由地下水源切换为地表水源水后发生的黄水问题，对出厂水水质进行铁稳定性判别，发现水源切换后水质特性主要表现为高氯离子、高硫酸根离子、低pH值、低碱度，Larson指数由0.05上升到2.28，对铁质管材具有高度腐蚀性；对发生黄水问题时的管网微生物群落进行研究，发现黄水和正常水样中的细菌群落结构存在差异性，变形菌门是发生黄水时的优势菌种。管网水中发现的Limnobacter、水杆菌以及沉积杆菌的同时存在可能促进了黄水的形成。通过试验研究了采用Ca(OH)2和NaOH调节管网水的pH值对南方某市的管网铁释放的影响，结果发现将管网水的pH值由6.5逐步提高到8.0，总铁释放量、浊度和色度均大幅降低。采用石灰（Ca(OH)2）的控制效果略优，运行成本较经济，可选定为应对供水管网“黄水”问题的控制技术。该市水厂采用调节pH控制技术一年后，黄水问题高峰期（4-8月）的黄水问题发生率与前一年同期相比降低了62%-80%，说明提高pH值是一种有效可行的黄水问题控制技术。针对北方某市面临跨流域调水水源切换时的黄水问题风险，对供水管网水质铁稳定的控制因素、敏感期和敏感区域进行了研究。选取主力水厂供水区域63个管网采样点2010-2013年总计1万多个的余氯、浊度、总铁数据，结果表明管网水的总铁浓度和浊度与余氯均呈显著负相关，余氯浓度低于0.3mg/L的管网点，水中总铁和浊度均值全部超标。采用水质分期、指标分级的判别方法对管网黄水问题敏感特性的时空分布进行了识别与评价，明确了夏季是管网水质的敏感期，并指出该供水区管网需重点关注和研究的六个敏感区域。对北方某市的实际的水源切换方案进行了评价，水源切换后管网水质明显好转，余氯浓度有所升高，浊度和总铁浓度均明显降低，达标率分别由99.7%、98.6%和97.5%全部上升至100%；敏感区域的识别是有效的，水源切换后余氯偏低点、浊度偏高点、总铁浓度偏高点与敏感区域的重合率分别为100%、100%和75%。关键词：供水管网；黄水；铁稳定性；控制技术；风险分析；敏感性识别I AbstractAbstractWiththeurbanwatercrisisbecomingmoreserious,multiplewatersupplyhasbecomeanecessarymeanstosolvetheproblemofurbanwaterusage.However,waterswitchingcanbringnewproblems,mostlybeingtheregionalredwaterphenomena.Inthisstudy,twotypicalredwaterproblemswhichexistinsouthandnorthChinarepectivelyhasbeenselectedtoinvestigatethecharacteristicsofredwaterandthereasonwhyitcomesout.Appropriateironstabilitycontrolstrategieswerethenputforwardbasedondifferentwaterqualitiesandcauses.ThisstudyalsoproposedtheredwaterriskanalysisandsensitivityidentificationmethodsforthewaterdiversionprojectssuchastheSouth-to-NorthWaterDiversionProject.AcityinsouthChinafacedwithredwaterproblemafterswitchingthewatersupplyfromundergroundwatertosurfacewater.Thestudyintheironstabilityoftheeffluentwatershowedthatwateraftertheswitchhashighconcentrationsofchloridesandsulfates,alongwithlowpHvalueandlowalkalinity.Larsonindexroseto2.28from0.05,whichmeansthewaterishighlycorrosivetotheironpipes.Thebacterialcommunityintheurbandrinkingwaterdistributionsystemduringanoccurrenceofredwaterwasalsoinvestigated.Variationinthebacterialcommunitydiversityandstructurewasobservedamongthedifferentwaters,withthepredominanceofProteobacteria.ThecoexistenceofLimnobacteraswellasSediminibacteriumandAquabacteriummightcontributetotheformationofredwater.TheeffectsofusingCa(OH)2andNaOHtoadjustthepHofthewateronironreleasewerestudiedbyexperiments.Itwasfoundthatthetotalironconcentration,turbidityandchromaticitywereallgreatlyreducedwhilethepHgraduallyincreasedfrom6.5to8.0.Theeffectsofusinglime(Ca(OH)2)werebetter,withthecostofabout30.02yuan/m.Therefore,itcanbeselectedasaredwatercontrolingtechnology.AfterapplyingthepHcontroltechnologyforoverayear,therunningresultsofthecitywaterplantwereevaluated.Itwasfoundthatredwaterproblemsinthecitywerereducedby62%-80%comparedtothatinthelastyearduringtheredwaterproblempeakperiod(ApriltoJune),whichindicatedthatthepHcontroltechnologywaseffectiveandfeasible.III AbstractAnothercityinNorthChinafacedwithalong-distancewaterdiversionprojectwhichmightcauseredwaterproblem.Thesensitivitycharacteristicsincludingsensitivecontrollingfactor,sensitiveperiodandareaswereinvestigatedinthisstudy.Basedontheresidualchlorine,turbidityandtotalironvaluesof63samplingpointsfrom2010to2013,studieshadfoundthatthetotalironconcentrationandturbiditybothhadnegativecorrelationwithresidualchlorineconcentration.Whentheresidualchlorineconcentrationswerelowerthan0.3mg/Linthepipewater,theaveragetotalironconcentrationandturbiditybothexceedthestandardvalue.Theresidualchlorineisthekeysensitiveindexforredwaterprobleminthiscity.Bywaterqualityinstallmentanddataclassification,summerwasidentifiedasthesensitiveperiodandsixsensitiveareasneededtofocusonwerepointedout.AftertheactualwaterswitchbywaterblendinginthecityofNorthChina,theinfluencesofwaterswitchwereevaluated.Theresultscameouttobethatthewaterqualityactuallyimprovedafterthewaterswitch,withthequalifiedratesofresidualchlorine,turbidityandtotalironconcentrationsallroseto100%from99.7%,98.6%and97.5%respectively.Theidentificationofthesensitiveareaswasprovedtobeeffective.Samplingpointswhichwerefoundoflowresidualchlorine,highturbidityandhightotalironconcentrationoverlappedwiththoseareasthatwereidentiedbeforethewaterswitchby100%,100%and75%respectively.Keywords:drinkingwaterdistributionsystem;redwater;ironstability;controlstrategy;riskanalyse;sensitivityidentificationIV 目录目录第1章引言...........................................................................................................11.1论文研究背景...................................................................................................11.1.1我国城市多水源供水现状........................................................................11.1.2水源切换引发的供水管网黄水问题........................................................11.2国内外研究现状...............................................................................................21.2.1供水管网铁稳定性问题............................................................................21.2.3供水管网的管垢组成结构........................................................................41.2.3影响供水管网稳定性的水质因素............................................................51.2.4供水管网黄水问题现有的控制技术........................................................71.3研究的目的与意义...........................................................................................81.4研究内容与技术路线.......................................................................................81.4.1研究内容....................................................................................................81.4.2技术路线....................................................................................................8第2章南方某市水源切换引发的供水管网黄水问题特性.................................102.1南方某市供水基本概况.................................................................................102.1.1供水水源水质基本情况..........................................................................102.1.2自来水厂基本情况..................................................................................112.1.3供水管网―黄水‖问题概况.......................................................................112.2供水管网化学稳定性评价.............................................................................132.2.1铁稳定性判别方法..................................................................................132.2.2供水管网水质铁稳定性判别..................................................................142.3供水管网的微生物种群结构研究.................................................................162.3.1研究方法..................................................................................................162.3.2管网水相中的微生物种群结构研究......................................................182.3.3管网管壁相中的微生物种群结构研究..................................................242.4供水管网黄水问题原因分析.........................................................................332.5本章小结.........................................................................................................34第3章针对南方某市黄水问题的pH值控制技术研究......................................373.1材料与方法.....................................................................................................37V 目录3.2采用Ca(OH)2调节不同pH值对管网铁释放的影响研究..........................403.2.1对总铁释放量的影响..............................................................................403.2.2对浊度的影响..........................................................................................413.2.3对色度的影响..........................................................................................423.3采用NaOH调节不同pH值对管网铁释放的影响研究.............................433.3.1对总铁释放量的影响..............................................................................443.3.2对浊度的影响..........................................................................................453.3.3对色度的影响..........................................................................................463.4两种碱性药剂对控制管网铁释放的效果比较.............................................473.5pH控制技术效果研究...................................................................................513.5.1pH控制技术运行方法............................................................................513.5.2对黄水问题的控制效果..........................................................................533.5.3用户对黄水问题的投诉情况追踪..........................................................543.6本章小结.........................................................................................................55第4章北方某市水源切换供水管网黄水预测与敏感性识别.............................564.1北方某市供水基本概况.................................................................................564.1.1北方某市供水水源基本情况..................................................................564.1.2北方某市自来水厂基本情况..................................................................564.2北方某市水源切换黄水问题预测.................................................................574.2.1水源切换前管网水质铁稳定性判别......................................................574.2.2水源切换后铁稳定性预判......................................................................594.3供水管网水质敏感区识别与评价.................................................................604.3.1供水管网水质敏感区识别方法..............................................................604.3.2供水管网水质余氯特性..........................................................................634.3.3供水管网水质浊度特性..........................................................................654.3.4供水管网水质总铁浓度特性..................................................................664.3.5供水管网敏感区识别..............................................................................674.4供水管网铁释放影响因素分析.....................................................................704.4.1供水管网中总铁与浊度的关系..............................................................704.4.2供水管网中总铁、浊度与余氯的关系..................................................704.5本章小结.........................................................................................................71第5章针对北方某市黄水风险特性的水源切换方案研究.................................73VI 目录5.1北方某市水源切换调度方案.........................................................................735.1.1水源调配方案比选..................................................................................735.1.2水源切换步骤与时间安排......................................................................735.1.3南水计划停水切换回引滦水调度预案..................................................755.2水源切换引起的出厂水水质变化.................................................................765.2.1水源切换前出厂水水质情况..................................................................765.2.2水源切换期间出厂水水质情况..............................................................775.2.3水源切换后出厂水水质情况..................................................................805.3水源切换引起的管网水水质变化.................................................................845.3.1供水管网水质余氯特性变化..................................................................845.3.2供水管网水质浊度特性变化..................................................................865.3.3供水管网水质总铁浓度特性变化..........................................................875.4本章小结.........................................................................................................89第6章结论与建议.................................................................................................906.1结论.................................................................................................................906.2建议.................................................................................................................91参考文献.....................................................................................................................92致谢.........................................................................................................................97声明.........................................................................................................................98个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果.................................................99VII 主要符号对照表主要符号对照表DNA脱氧核糖核酸（Deoxyribonucleicacid）dNTP脱氧核糖核苷三磷酸（deoxy-ribonucleosidetriphosphate）DO溶解氧（DissolvedOxygen）DOC溶解性有机碳（DissolvedOrganicCarbon）LR拉森指数（LarsonRatio）NTU浊度（NephelometryTurbidityUnit）OTU运算分类单位（operationaltaxonomicunit）PCR聚合酶链式反应（PolymeraseChainReaction）PVC聚氯乙烯（Polyvinylchloride)rRNA核糖体RNA（ribosomalribonucleicacid）SEM扫描电镜（ScanningElectronMicroscope）UPVC硬聚氯乙烯（UnplasticizedPolyvinylchloride）XRDX射线衍射分析（X-RayDiffraction）XRFX射线荧光光谱分析（X-RayFluorescence）VIII 第1章引言第1章引言1.1论文研究背景1.1.1我国城市多水源供水现状我国城市规模的不断扩大以及城市化进程的加快，已经造成水资源供需矛盾日益突出，成为制约城市经济发展、人民生活水平提高的瓶颈因素之一：2013年[1]全国城镇人口7.3亿，占全国人口比重53.7%，用水总量约3330亿立方米。而我国人均水资源低，时空分布严重不均，根据联合国人居环境署的评价标准，人均水资源低于3000、2000、1000、500立方米时依次为轻度缺水、中度缺水、重度缺水和极度缺水。按照这个标准，我国657个城市中有300多个存在不同程度的[2]“缺水”现象。2013年京津冀的人均水资源量分别为118.59、101.49和240.57立方米，仅为全国人均的1/9至1/20，远低于“极度缺水”的标准。而短缺的不仅仅是水资源，优质的饮用水资源更是严重紧缺。根据《2013年中国水资源公报》，全国地表水劣Ⅴ类水河长占14.9%，69.8%的湖泊属于富营养湖泊，全国1299眼地下水水质监测井中不适合饮用水用途的比例高达77.1%，可以说，日益严重的水污染已经严重威胁了城市的可持续发展。为了应对水资源需求的不断增加和水源污染的日渐严重、解决城市“水危机”问题，尤其是针对近年来愈演愈烈的突发性饮用水水源水污染事件，我国不少城市已经开始配备多水源联合供水。城市供水水源由过去的仅仅依靠地表水或地下水转变为地表水、地下水、外流域调水以及一些非常规水源（如淡化海水、苦咸水、雨水、再生水等）的联合供水。然而，多个水源联合供水问题中存在有许多不确定性，水源的变更和切换容易引发城市供水管网的安全配水问题，因此，如何科学合理的调配新旧水源，保障城市供水的安全性成为了供水行业亟待解决的问题。与此同时，南水北调即将全面通水，对城市水源切换引发的供水安全问题研究显得更加急迫和重要，有着十分重要和长远的意义。1.1.2水源切换引发的供水管网黄水问题水源切换后，由于新旧水源之间的水质存在差异，可能会导致供水管网原有的平衡遭到破坏，从而导致二次污染，最终使得用户出水出现黄水问题。在国外，不少城市都曾经发生过由于饮用水水源更换而引起的管网出水水质恶化事件。上世纪40年代，美国加利福尼亚南部由地下水水源更换为地表水水源1 第1章引言后，用户投诉水龙头出水有异嗅异味，这一现象是由于管壁的生物膜随着管垢的[3]释放而脱落，且一直持续至供水管网内部达到了新的平衡。1992年美国亚利桑那州土桑市改用科罗拉多河地表水代替原来的地下水水源后，也出现了水质超标问题，引起了54%的用户投诉异色，31%的用户投诉异嗅异味等。该地区更换水源后的黄水现象甚至持续了数年的时间，在1993年和1994[4]年的夏季尤为严重。美国佛罗里达州的坦帕湾为了保护地下水，开发了地表水以及淡化海水作为新的水源，但中试研究结果表明，新水源经管网输配后会发生严重的“黄水”现象，消毒剂在管网中迅速消耗并很快耗尽，异养菌数大大增加。黄水现象也没有[5]随着新水源使用的时间延长随着时间的延长而逐渐消失，而是持续存在。国内城市由于水源切换导致用户出水水质超标的案例则更为普遍。2005年，河北石家庄市在由地下水源切换为岗南和黄壁庄两座水库的地表水水源时，也出[6]现了广泛的黄水问题，且持续时间长达两个多月。2005年的松花江重大水污染事件之后，哈尔滨市开发磨盘山水库作为除松花江外新的饮用水源，但是又引发了新的矛盾和问题。来自磨盘山水库的水进入老管道后，产生“二次污染”，市民投诉自家水管里流黄水等水污染严重问题与日俱增，由于水龙头出水的水锈太多，甚至堵塞了洗衣机使之罢工。在我国，由于水资源时间和空间分布上的不均，部分城市开启了季节性水源切换以及长距离调水工程，同样引发了管网出水发黄发浊的现象。例如天津市在滦河水枯水期时采用黄河水作为补充水源，出现了较多黄水问题投诉，甚至于管[7]网用户出水中发现了细菌超标的问题。而北京市在2008年9月底调用河北水库水替换原有的密云地表水源水进行供水，换水仅仅两天后就接到了用户关于黄水[8]问题的投诉，之后黄水问题加剧，经过研究人员的跟踪监测发现，用户水龙头出水的总铁浓度平均超标七倍，浊度超标十一倍，而色度超标近五倍。1.2国内外研究现状1.2.1供水管网铁稳定性问题供水管网的基本要求是将水质安全地从源头输送到用户而不发生水质的显著恶化。供水管网中的水质变化是一个复杂的过程，伴随着各种物理、化学和生物[9][10]的反应。而供水管网是否稳定往往取决于源水水质的化学组成。管网内的生物[11-14]环境同样与源水水质的化学组成密不可分。正因此，水源切换会引起黄水问题也已经在越来越多的实际中得到验证。2 第1章引言为了保障供水的安全性，供水管网水质稳定性的概念被提出，主要包括生物稳定性和化学稳定性两个部分。化学稳定性包括铁超标、铝沉积和碳酸钙沉积等问题，目前又以供水管网铁超标现象在我国最为普遍，是管网水铁不稳定的最直接表现。又因在我国的大部分地区，铁质管材都是给水管网中最常用的管材，因[15]此可以说铁不稳定是我国管网水中化学不稳定的主要问题。从广义上来讲，供水管网铁稳定性问题包括管网腐蚀、管垢形成、铁释放现象三个部分（见图1.1）。[16]图1.1供水管网铁稳定性问题示意图其中，在国内外，铁的腐蚀已经在不同条件下有了较多的研究。无论在何种水质条件下，铁都会有不同程度的腐蚀。铁在热力学上最稳定的状态是三价铁化合物。因此，腐蚀也被认为是冶金提取的反过程，金属铁被重新转换成了铁的氧化物。然而，供水管网中铁释放的现象却由于铁来源的多重可能性（源水、铁混凝剂、铁管腐蚀）以及释放的机理（腐蚀产物溶解及表面脱落）而显得非常复杂。[17]关于铁释放的机理存在不同的观点，一些研究者认为是直接来自于腐蚀的[18]释放。Kuch认为黄水是水力流动和滞留周期的结果。当溶解氧浓度变低时，三价铁氧化物将作为替代的氧化剂，通过氧化还原反应产生了亚铁离子。亚铁离子可能沉淀也可能保持溶解。溶解的部分转移到主体水中，进一步被氧化、沉淀，并去到用户的水龙头，形成黄水。而另一些研究者认为铁释放与铁腐蚀速率没有3 第1章引言[19]直接的关系，需要区分黄水问题以及腐蚀之间的关系，黄水问题主要是来源于[20,21]已形成的腐蚀产物的沉淀及溶解。其他的机理包括了水力的冲刷，或者是晶体状铁氧化物的脱落，或者是铁氧化细菌的作用，通常包括不定形的铁氧化物颗粒。在大多数情况下，黄水问题不仅仅依赖于腐蚀过程，然而腐蚀却也是供水系[22]统中铁的最根本来源，铁释放可以说是以上所有机理的综合作用。铁释放带来的危害首先直接表现在黄水问题中总铁浓度的增加。由于释放的[23]铁主要是以颗粒物或者腐蚀管垢的脱落物的形态存在，进而导致浊度、色度的增加。黄水问题的主要影响虽然是感官上的，然而，还可能会导致供水管网中消[24-26]毒剂的消耗以及微生物的繁殖。管壁表面附着并积累的腐蚀产物会保护微生[27]物不与消毒剂作用。以浊度形式释放的腐蚀副产物也会给病原体提供天然的屏障。1.2.2供水管网的管垢组成结构随着各种表面分析技术的发展和应用，已经有不少研究揭示了管垢层中主要[18-20,23]物质的组成，SEM、XRD、XRF是最常用的用来定量和定性分析铁腐蚀产物以及管垢层的方法。通过这些技术，针铁矿（α-FeOOH）、纤铁矿（γ-FeOOH）、磁铁矿（Fe3O4）、菱铁矿（FeCO3）、氢氧化铁（Fe(OH)3）以及氢氧化亚铁（Fe(OH)2）以及碳酸钙（CaCO3）等被发现是铁腐蚀中产生的主要的腐蚀产物，帮助了解腐蚀以及释放的机理。一般认为，铁质供水管网管垢主要分为三层，如图1.2所示，管垢的内外层成分和特性存在较大差异：1）管材基质表面是一层疏松多孔的半固体物质，其主要成分以二价铁为主，包括纤铁矿（γ-FeOOH）、菱铁矿（FeCO3）和针铁矿（α-FeOOH）等。2）内部疏松层之上是一层坚硬、致密的壳层，主要成分是针铁矿（α-FeOOH）和磁铁矿（Fe3O4）。3）管垢表面直接和自来水接触的是较薄的红褐色粉末沉积层，主要由三价铁氧化物（例如α-FeOOH）组成。4 第1章引言图1.2实际管垢分层结构示意图正常状态下管网管垢保持相对稳定，致密壳层相当于一个保护层，能够有效的保护管材不被过快地腐蚀，同时阻止内部疏松层中二价铁的过量溶出。而当管网水质或者水力条件发生突变时，致密壳层就有可能会被破坏，内部疏松层中的铁就会向主流水体中释放，即产生黄水问题。1.2.3影响供水管网稳定性的水质因素影响供水管网铁稳定性的关键性水质参数主要有腐蚀性阴离子（氯离子、硫酸根离子）、氧化还原条件（余氯和溶解氧）以及酸碱条件（pH和碱度）等。其他水质因素如温度、微生物、水力条件等也对管垢腐蚀产物的释放有着重要的作用。1.2.3.1氯离子、硫酸盐等腐蚀性阴离子一些研究者已经发现氯离子和硫酸根离子的增加会导致铁腐蚀速率的同时增[28,29]加。在一个实际供水管网的研究中，Elzenga、Graveland和Smeenk发现氯离子和硫酸根离子提高了大约2.9meq/L时，供水管网管段在24小时内总铁浓度和浊度增加了三倍。Ahmadi发现铁的腐蚀速率会随着氯离子和硫酸根离子浓度的升高[30]而增快，并且只受氯离子和硫酸根离子的浓度影响。腐蚀随氯离子和硫酸根浓度增加而增加的原因可以归因于它们与管垢保护层[31,32][33]之间的相互作用以及水中离子强度的增加。氯离子一般来说比硫酸根离子5 第1章引言[34]更容易穿透氧化膜。而硫酸根离子比起氯离子能够形成更脆弱的氧化膜。硫酸[35]盐的存在还会促进管道中硫酸盐还原菌的生长，引起微生物腐蚀。1.2.3.2余氯、溶解氧等氧化还原条件余氯在管网腐蚀和铁释放过程中起着重要的作用。自由氯和氯胺都能够与水[36,37]中溶解的金属离子以及有机物发生氧化还原反应。很多研究者都发现自由氯[38]和氯胺会发生自发反应，并导致腐蚀速率的突增。但对于已经腐蚀的管垢，低[25,39]浓度的余氯可能导致铁释放。这是由于余氯具有较高的氧化势，当管网水中余氯被耗尽，管垢外部钝化层将被还原成二价铁化合物，导致致密钝化层被破坏，内部疏松的二价铁和三价铁物质将被大量释放出来，引发管网“黄水”问题。溶解氧对水中铁的腐蚀也有着非常重要的影响。溶解氧与亚铁离子反应并将其氧化成更加稳定的三价铁离子。因此，溶解氧对于管垢表面钝化层的形成是有利的。溶解氧对于无衬铸铁管的保护膜形成具有积极作用的研究结果曾被多次报[26-27,40]道。高浓度的溶解氧可以将腐蚀过程中形成的二价铁离子氧化并将其固定在管垢表面。这些亚铁的水合物之后会脱水并进一步氧化成更加具有保护性的氧化层，例如针铁矿和纤铁矿。溶解氧水平也会影响供水管网中的微生物种群。低溶[41]解氧的水源水会导致厌氧环境并引起硫酸盐还原菌的增殖。硫酸盐还原菌会产生硫化物并引发饮用水的嗅味问题。1.2.3.3pH和碱度等酸碱条件[42-44]pH和碱度能够影响铁腐蚀的速率、保护膜的形成以及铁离子的溶解性。pH或者碱度的增加能够控制腐蚀并降低水的色度，尤其是pH，这是因为pH能够[45,46]促进碳酸钙膜的形成，而碳酸钙膜能够降低铁腐蚀速率，并减少管垢铁释放。[47]国内的牛璋彬等也研究了pH对管网铁释放的影响，试验结果表明铁释放速率随着pH值的升高而降低。其原因除了提高pH值对管垢致密层的保护作用之外，还[48,49]包括亚铁化合物的溶解度随着pH值的增加而降低。[50]一些研究者研究了增加碱度对铁腐蚀的短期影响。研究发现碱度的增加会导致腐蚀速率的增加，但降低了水中的总铁浓度。Pisigan和Singley认为增加的铁腐蚀速率是由于碳酸根的增加增加了电导率，而降低的总铁浓度是由于一些碳酸铁盐的沉淀。6 第1章引言1.2.3.4其他水质因素许多影响腐蚀的因素都受到温度的影响。这些因素包括溶解氧、溶液性质（粘度、离子迁移率等）、亚铁离子氧化速率和微生物活动。一些研究显示随着温度[51,52]的升高很多腐蚀反应都会在短时间内迅速增加。[53]水的水力停留时间也是供水管网中许多反应的一个重要参数。研究者发现夜晚中铸铁管道内的浊度会上升，而早上将会降低，由于用水量增加和停留时间降低。Elzenga等也同样发现一个无衬铸铁管道中（6英寸）的水滞留24小时后，浊度和总铁浓度增加了大约2.5倍。由于管网腐蚀的影响因素很多，为了对管网腐蚀现象能否发生进行判别分析，[54]数据模型为黄水问题的预测提供了一个很好的工具。一些研究者也提出了通过[55,56]一系列水质参数以及判别指标来评估水质的腐蚀性。通过实验室的研究以及实际的考察已经建立了腐蚀的判别指标。常用的判别指标通常是基于钙的溶解平[57,58]衡，与其他水质参数相关的判别指标也已经建立。1.2.4供水管网黄水问题现有的控制技术目前常用的用来控制供水管网黄水问题的技术主要是从管网改造和维护、水源调配以及水质调节三个方面入手。1.2.4.1管网改造和维护可以通过对金属管道内部进行喷涂达到防治腐蚀的目的，常用的内衬材料有水泥砂浆、环氧树脂等；还可更换管材，使用抗腐蚀的管材，如PVC、UPVC以及玻璃钢管等；对于已经腐蚀并且管垢层较厚的管段，可以通过定期冲洗减缓堵塞，并投加腐蚀抑制剂，促进管道内表面保护膜的形成。1.2.4.2水源调配技术为了避免水源水质化学组分相差太大而引发供水管网的二次污染问题，可以采用新水源与旧水源勾兑的方式，降低新水源使用比例，从而减轻水质变化对管网稳定性的影响。2008年北京从河北黄壁庄水库调水发生黄水问题后，即采用该技术缓解了黄水问题。1.2.4.3水质调节技术包括调节pH、调节碱度、投加缓蚀剂以及消毒工艺优化等。其中调节pH和碱度主要通过投加氢氧化钠、石灰等碱性物质，投加缓蚀剂则主要是投加磷酸盐，7 第1章引言在国外，投加磷酸盐缓蚀剂被认为能够有效控制管网腐蚀。工程实例中，磷酸盐[59]缓蚀剂的投加量一般控制在0.4mg/L（以PO4计）。由于造成腐蚀的管网中铁释放的原因有很多，因此从具体的铁释放原因入手，找到具有针对性的黄水问题控制技术也是本论文所要解决的问题之一。1.3研究的目的与意义随着城市水危机的不断加重，多水源切换供水成为解决城市用水问题的必要手段。水源切换引发的黄水问题具有地域性的特点，但总体而言可以分为两类，一类是不同水源（地表水与地表水，地下水与地下水或者地表水与地下水）之间季节性的切换，一类是长距离跨流域的调水切换。基于此，本文选取了我国南北方实际存在的上述两种典型管网黄水问题，开展针对不同水质情况下的黄水原因分析与控制技术研究，提出适宜的铁稳定性控制技术，并为南水北调等水源切换工程可能引起的铁稳定性问题进行预先风险分析和敏感性识别，一方面通过对供水管网不同类型黄水问题的特性及其控制技术的研究，补充深化管网黄水问题的理论研究体系，为今后的研究打下一个基础；另一方面也能够帮助解决实际黄水问题，对城市发展、保障居民生活水平具有十分重要的现实意义。1.4研究内容与技术路线1.4.1研究内容本文的研究内容主要围绕我国南北方两个城市的实际案例展开：1）案例一——南方某市供水管网黄水问题针对南方某市由地下水源切换到地表水源后出现的黄水问题，研究该市供水管网的化学稳定特性和微生物种群特性，分析其黄水问题成因，再通过试验研究管网铁释放的pH值控制技术及其控制效果。2）案例二——北方某市南水北调供水管网黄水风险问题针对北方某市作为远距离调水受水区后可能出现的黄水问题，研究该市供水管网的水质敏感特性，对黄水问题进行预测，并通过后续的调查分析和评价实际水源切换方案对北方某市管网水质铁稳定性的影响。1.4.2技术路线根据以上研究目标与内容，提出本文技术路线如图1.3。8 第1章引言南北方两个城市供水管网黄水问题的特性与控制技术南方某市地下水源切换为地表水源引发的黄水问题北方某市长距离调水水源切换引发的黄水风险问题水源切换引发的供水管针对黄水问题特性的黄水问题的预测与针对黄水风险特性的网黄水问题特性研究pH值控制技术研究敏感性识别水源切换方案研究管网管网NaOHCa(O水源供水铁水水源水源水质微生调节H)2调切换管网释源切换切换铁稳物种pH值节pH前后水质放切引发引发定性群结的控值的铁稳敏感影换的出的管分析构研制效控制定性区域响调厂水网水究果效果判别识别因度水质水质与评素方变化变化价分案析黄水原因分析效果与经济性比较水源切换方案评价风险预控对策控制技术选择控制效果评价图1.3技术路线图9 第2章南方某市水源切换引发的供水管网黄水问题特性第2章南方某市水源切换引发的供水管网黄水问题特性2.1南方某市供水基本概况南方某市是位于浙江省东北部的一个沿海城市，地处杭嘉湖平原腹地。全市陆地面积537平方公里，常住人口68.28万（2013年）。该市的水资源并不丰富，人均水资源占有量仅为522.4立方米，为全国人均水资源占有量的三分之一。与此同时水污染也相当严重，七个水域（主要是地表水）的水质均为劣V类，水质呈有机污染和一定的富营养化趋势。2.1.1供水水源水质基本情况南方某市历年来使用的水源主要有三种：2006年以前使用深井地下水；2006年至2012年9月前使用当地盐平塘地表水，为劣V类水质；自2012年9月后使用太浦河地表水，为III类水质。各水源的水质基本情况分别如下表所示。表中数据为该市自来水公司监测站的逐月数据取平均值。表2.1南方某市各水源的水质情况当地地下水盐平塘太浦河水质参数（2006年以前使用）（2006-2012.9使用）（2012.9之后使用）pH7.67.37.2溶解氧<2mg/L2.05mg/L8.8mg/L耗氧量1.08mg/L17mg/L6mg/L氨氮0.34mg/L5.72mg/L0.25mg/L总碱度250mg/L91.2mg/L80mg/L总硬度108mg/L//硫酸盐＜5mg/L80mg/L85mg/L氯化物7mg/L75mg/L75mg/L硝酸盐0.14mg/L＜0.5mg/L1.41mg/L从表2.1可以看出，第一次水源切换由地下水源更换为地表水源，水质参数发生了明显的变化，主要表现为耗氧量、氨氮、硫酸盐、氯离子浓度大幅度上升，碱度和硬度大幅度下降，pH值也略有下降。第二次水源切换，水源水的耗氧量、氨氮等指标有明显好转，不过硫酸盐、氯化物指标保持不变。10 第2章南方某市水源切换引发的供水管网黄水问题特性2.1.2自来水厂基本情况3南方某市主城区主要由古横桥水厂供水，早期供水规模为2.5万m/d，采用混凝沉淀—过滤—消毒的常规处理工艺。随着城市需水量的增加以及大规模开采地下水的禁止，自来水公司又在原有供水设施的基础上，新建了总供水规模为10万3m/d的二期、三期工程。市区采用分质供水系统，新水厂在常规处理工艺的基础上，增加两级臭氧活性炭深度处理工艺，使出厂水水质达到优质饮用水水质标准。两种工艺的其流程说明对比如表2.2所示。深度处理工艺的流程图如图2.1所示。表2.2常规处理与深度处理工艺对比常规处理工艺深度处理工艺水源盐平塘（劣V类地表水）太浦河（III类地表水）二期、三期工程：一期工程：原水——生物接触氧化——平流式沉淀池工艺流程原水——平流式沉淀池——砂滤池（三期：高密度澄清池）——V型滤池————消毒——清水池——补氯一级臭氧——一级活性炭——二级臭氧——二级活性炭——消毒——清水库——补氯消毒方式液氯消毒液氯消毒活一二性生炭级级调物砂提臭臭清强节接化滤升氧氧池触池泵水斜活活氧管房性性池化澄炭炭池清滤滤池池池图2.1古横桥水厂三期工程工艺流程2.1.3供水管网―黄水‖问题概况2006年以前，南方某市使用深井承压地下水源，含水层上覆盖20-40米黏土层，水源水只经消毒即供出。虽然水源水中铁浓度偏高（0-0.8mg/L，平均0.24mg/L），但只偶尔发生局部管段堵塞、龙头水发黄的情况。检修时发现管壁沉积物为黄泥状松软物质，冲洗后可马上解决，一般冲洗一次至少3个月不会产生类似问题。11 第2章南方某市水源切换引发的供水管网黄水问题特性该市自来水公司一般安排在每年春节、五一、十一节假日前进行三次管网维护冲洗，可保障市区供水基本无黄水问题。2006年，由于地下水超采导致地面下沉1米多，该市将深井地下水源切换为劣V类地表水水源，采用常规+两级臭氧活性炭深度处理工艺进行处理。其中，深度处理工艺出水通过独立管道向居民提供优质饮用水。此后，部分小区陆续出现了“黄水”问题。2009、2010年间，全市自来水管网“黄水”现象呈爆发态势，主要集中在使用深度处理工艺出水的优质水管道。管壁出现锈蚀甚至穿孔，管垢为坚硬的管瘤，冲洗难以解决；管瘤发育很快，有些新铺设管道2-3年后就出现管瘤；而部分居民自行铺设的室内供水管由于质量难以保障，出现黄水问题的情况更多。2012年4月，通过投加石灰，当年的“黄水”问题得到一定遏制。2012年9月，水源切换为太浦河水，继续投加石灰，“黄水”问题不严重。2013年3月，自来水管网再次出现“黄水”问题。2013年4月-5月，“黄水”问题呈爆发态势，每天都有用户投诉。南方某市因水源切换造成全市范围内多个小区出现居民家中龙头水发黄发浑的现象，给当地居民生活带来很大不便。部分小区“黄水”现象如下图所示。图2.2南方某市用户小区―黄水‖现象及腐蚀管段12 第2章南方某市水源切换引发的供水管网黄水问题特性对现场排放出来的黄水进行水质检测，得到水质的数据如下表所示。其中黄水的浊度、色度、总铁浓度基本全部超标。表2.3南方某市管网采样点排放黄水的水质情况新华中学百花西村梅园西村如意小区广福园松枫小区深度常规深度常规深度常规深度常规深度常规深度常规浊度61.521.21141.723.01118.821.20.98.917.651.0(NTU)色度101515107351035<5131015(度)pH值8.027.678.017.728.007.737.967.667.977.667.927.77总硬度188196160202160172158170166170166170(mg/L)总碱度828873877690758675857575(mg/L)总铁1.100.320.640.080.201.450.140.08<0.050.330.110.43(mg/L)氯化物899385898885868787878784氨氮<0.020.02<0.020.07<0.020.29<0.020.110.030.160.040.05亚硝酸<0.0020.002<0.002<0.002<0.0020.023<0.0020.153<0.0020.087<0.002<0.002盐氮耗氧量1.503.681.613.181.623.821.613.141.543.261.571.822.2供水管网化学稳定性评价研究者收集和整理了南方某市自来水公司水质监测站的水质资料，建立了该市供水管网水质铁稳定性的判别方法，进而对供水管网水的铁稳定性进行判别，指出管网水质存在铁不稳定的问题。2.2.1铁稳定性判别方法根据前期研究成果，Larson指数是判别铁质管网黄水问题的最佳指数，所以在后续研究中，主要使用Larson指数进行判别。Larson指数的计算公式如下：22[SO][Cl]4LR式2-1[HCO]313 第2章南方某市水源切换引发的供水管网黄水问题特性在计算时，需要对离子活动进行修正，具体如下：4AI1+4BIγ=10式2-22-SO4AIγ-=101+3BI式2-3Cl关于Larson指数的判别标准为：LR>1时，铁释放严重；LR介于0.2和1之间时，基本稳定，有轻微腐蚀；LR<0.2时，稳定。2008年9月底，北京利用南水北调工程，调用河北黄壁庄水库水替换原有水源进行供水，使用新水源后部分地区很快就接到了大量用户打来的黄水投诉电话。本课题组利用Larson指数对水质进行了管网铁释放的判别，结果发现，河北水库水的硫酸盐、氯离子、总溶解固体、总硬度、电导率等明显高于北京原水源，特别是硫酸根离子浓度是原水源的5-6倍，碱度则低于原水源，水源切换前后水源水的化学性质有很大差异。计算得知，北京本地水源水的Larson指数为0.27-0.51，水质基本上是化学稳定的；河北水库水的Larson指数为1.70-1.95，明显大于1，具有较强腐蚀性。基于该判别结果，课题组建议北京市自来水公司采用河北水源与本地水源勾兑后进入供水管网的方式。通过控制两种水源水的比例，将出厂水控制在硫酸盐浓度80mg/L、Larson指数0.8左右的条件。在此条件下，用户水质未发生明显恶化，没有突发管网“黄水”问题，与前期管段模拟试验结果一致。除北京外，天津、广州等地也出现过由于水源切换而产生的局部短时黄水问题，也利用了相关指数进行判别和指导。2.2.2供水管网水质铁稳定性判别对于南方某市的供水管网，采用Larson指数作为水质铁稳定性的判别指标，对第一次水源切换前所使用的地下水源水质（如表2.1中所示）进行Larson指数的计算，计算结果为0.05，这表明采用地下水供水时供水管网的水质中的铁非常稳定。研究者进一步选取古横桥水厂2011年9月至2012年9月（第一次水源切换后）以及2012年10月至2013年7月（第二次水源切换后）逐月的出厂水水质情况，对供水管网的稳定性进行判别分析。水质参数检测值和Larson指数的计算结果如表2.4和表2.5所示。14 第2章南方某市水源切换引发的供水管网黄水问题特性从表2.4可以看出，在2012年9月之前，当地使用的劣V类地表水源水的pH值在6.7-7.0之间，硫酸根介于54-102mg/L之间，氯离子介于54-131mg/L之间，碱度为80-108mg/L。由于硫酸根和氯离子浓度高，碱度有限，导致Larson指数较高，介于1.41-3.46之间，平均为1.85。根据Larson指数的判别标准，该水源水属于强腐蚀性水质，会导致严重的黄水问题。这与2009年、2010年南方某市开始爆发黄水问题的现象是一致的。表2.4第一次水源切换后古横桥水厂出厂水水质情况电导率硫酸盐氯化物总碱度拉森指数日期pH（µS/cm）（mg/L）（mg/L）（以CaCO3计，mg/L）（LR）2011.96.905185464801.652011.106.909467769921.652011.117.0068566841001.672011.126.85125661851051.522012.16.8564482100952.112012.26.855678086852.132012.36.70611102131753.462012.47.0053475781081.552012.56.907088082981.792012.66.806366377951.652012.76.805286954921.412012.86.804886370751.982012.96.906275458851.45平均6.8767371.279.891.21.852012年南方某市将水源水切换为水质较好的太浦河水，水中的有机物指标有大幅改善。但是，由于太浦河水系同样具有很高的硫酸根、氯离子，而且碱度比当地地表水还低，导致该水源水的Larson指数不降反升，介于1.95-2.80之间，平均值高达2.28。通过拉森指数的计算可以得出，第一次水源切换后，Larson指数LR=1.52-3.46，均值1.85>1，第二次水源切换后Larson指数LR=1.95-2.80，均值2.28>1，说明出厂水对铁质管材具有高度腐蚀性，不管是第一次还是第二次水源切换后均具有腐蚀铁管的风险。15 第2章南方某市水源切换引发的供水管网黄水问题特性表2.5第二次水源切换后古横桥水厂出厂水水质检测值电导率硫酸盐氯化物总碱度拉森指数日期pH（µS/cm）（mg/L）（mg/L）（以CaCO3计，mg/L）（LR）2012.107.00615.647066751.952012.117.21609.378681802.242012.127.21620.358988802.372013.17.21521.459376802.212013.27.21568.568981782.322013.37.10599.958977802.192013.47.10615.649385802.372013.57.00621.9211697802.802013.67.20639.188281802.202013.77.10615.649280872.10平均7.16601.349081.2802.282.3供水管网的微生物种群结构研究黄水现象的发生往往伴随着供水管网管垢层的破坏，因而附着在管垢上的生物膜容易脱落，导致微生物进入到水中影响出水水质。因此，本研究从微生物角度入手，对供水管网的内环境了进行进一步的分析。从供水管网的管网出水和管网内壁上的生物膜两方面入手，对供水管网中的微生物种群结构进行了深入研究，从而分析微生物在黄水形成中可能起到的作用，确定管网内的微生物生长情况对供水管网水质造成的潜在危害。2.3.1研究方法国内外目前采用的研究环境微生物群落结构主要包括传统的微生物平板纯培[60]养方法、微平板分析方法、磷脂脂肪酸法以及分子生物学方法等等。其中的分子生物学技术在近几年已经得到了迅猛发展和越来越多的应用。目前常用的分子生物学技术主要是以16SrRNA/DNA为基础，建立起一套完[61]善的在菌株、种、属、门等分类级别进行鉴定的标准方法。该技术通过直接从环境样品中提取所有微生物的基因组DNA，利用不同微生物在16SrRNA/DNA序列上的差异，就可以分析出微生物群落中不同种类微生物的组成以及种群数量比例。这种研究方法具有无需培养、分析速度快、灵敏度高、特异性强以及提供信息量大的优点，非常适合用于分析供水管网中微生物群落的种群结构。16 第2章南方某市水源切换引发的供水管网黄水问题特性在本论文对供水管网微生物种群的研究中，分子生物技术主要的应用方法就是通过对细菌DNA的PCR扩增，结合目前最新的IlluminaMiSeq高通量测序平台全面了解微生物的群落结构，并基于一系列统计方法进行群落多样性和与水质因子的相关性分析。操作流程可用图2.3表示。管网水或管垢样品采集DNA提取特定基因区域PCR扩增高通量基因测序生物信息&数据分析图2.3分子生物学技术操作流程示意图1）管网水或管垢样品采集见2.3.2.1及2.3.3.1。2）DNA提取管网水水样分别通过0.22μm孔径的滤膜过滤（半径50mm；Millipore,USA）。滤膜储存在-20℃的条件下以备进一步的分子分析。对于管网水中的微生物使用E.Z.N.AWaterDNAkit（Omege，USA）提取，对于管壁生物膜上的微生物使用PowesoilDNAextractionkit（Mobio，Laboratories）提取。3）PCR聚合酶链式反应（PCR）是分子生物学领域中发展较为成熟的一种基础实验技术。此技术通过变形、退火、延伸这三个步骤循环，使得目的基因或DNA片段在[62]体外得到迅速、特异地扩增。本研究中，针对管网水中微生物用27F（5’-GAGTTTGATCMTGGCTCAG-3’）和1492R（5’-GGTTACCTTGTTACGACTT-3’）两个引物扩增；针对生物膜上的微生物用的是515F（5’-GTGCCAGCMGCCGCGG-3’）和806R（5’-GGACTACHVGGTWTCTAAT-3’）对细菌的16SrRNA的V4区进行扩增。4）高通量基因测序17 第2章南方某市水源切换引发的供水管网黄水问题特性使用目前最新的IlluminaMiSeq高通量测序平台全面了解微生物的群落结构，能实现一次对几十万到几百万条DNA分子进行序列测定，能够对一个物种的转录组和基因组进行全面细致的分析。5）生物信息分析在生物信息分析中，首先要对测序得到的序列进行归类操作，将序列按照彼此的相似性归为许多小组，单个小组称为OTU（OperationalTaxonomicUnit）。一般在96%-98%相似度水平以上的序列归为一个OTU（本研究中管网水样品98%、管垢样品97%），在此基础上再进行生物信息的分析。本研究中，通过DOTURProgram得到OTU数量，稀释曲线以及shannon生[63]物多样性指数。通过核糖体数据库项目的分析工具―classifier‖来对获得的细菌序[64][65]列进行分配。使用MEGA软件4.0建立了所得序列的进化树。同时，通过SPSS软件20.0进行了微生物种群结构与测得的理化性质之间的皮尔逊相关系数分析。2.3.2管网水相中的微生物种群结构研究2.3.2.1样品采集水样采集于南方某市古横桥水厂供水区域的供水管网。样品采集的期间，该市市区大范围的发生了黄水现象，但某些区域的水质仍然是正常的，没有明显的颜色。三个水样采集于三个接到用户投诉的黄水问题点A、B、C，另一个水样采集于一个正常点D。所有的水样在采集之后马上进行了检测。表2.6中显示了四个水样的理化性质。表2.6四个管网水样品的理化性质样品ABCD总铁（mg/L）138.223.29.40.1浊度（NTU）33847.816.50.4余氯（mg/L）0000.05pH7.17.17.17.1DO（mg/L）7.914.566.326.90UV2540.0340.0290.0300.032DOC（mg/L）0.720.961.441.284+NH-N（mg/L）0.020.0270.0260.03—NO2N（mg/L）0.1170.0070.0080.041—NO3N（mg/L）2.9622.9022.9843.06118 第2章南方某市水源切换引发的供水管网黄水问题特性2.4.2.2管网水的微生物信息分析结果如表2.7中所示，4个样品建立的细菌克隆文库中，分别得到了7、27、9以及13个OTU，对于基于OTU的shannon多样性指数，样品B为2.95，要远高于其他三个水样（0.55-1.35）。而样品A，C，D的稀释曲线最终完全趋于平缓（图2.4），说明这三个样品中的细菌群落多样性取样合理，细菌群落多样性并不高。然而，样品B的稀释曲线并没有趋于平缓，说明继续测序可能会获得更多的OTU。这些结果阐释了四个水样中细菌群落多样性的不同。表2.7样品A-D基于OTU的种群丰度和多样性指标样品ABCD序列数76677683OTU数72790.7Shannon指数0.552.950.71.35图2.4样品A-D在2%的相似度差异水平上的OTU稀释曲线图2.5显示了四个水样中的细菌门类构成。在本研究中发现了5个门，包括变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、疣微杆菌门（Verrucomicrobia）、浮霉菌门（Planctomycetes）以及螺旋菌门（Spirochaetes）。变形菌门是样品A和样品D中唯一检出的门，而且也同样在样品B和样品C中为优势门。样品A和C中的主要的细菌群落（相对丰度不低于10%）都是β-变形菌（96.1%和88.2%）。样品D中主要为β-变形菌（83.1%）和α-变形菌（15.7%），样品B中主要是α-变形菌（44.8%）和β-变形菌（28.4%）以及疣微菌（11.9%）。因此，不同水样的主要细菌群落存在不同。这些结果也证实了供水管网中的细菌生长。19 第2章南方某市水源切换引发的供水管网黄水问题特性图2.5不同细菌门类及亚门类的序列与样品A-D中总序列的定量比较（无法归为任何已知门类的序列归为unclassifiedbacteria）表2.8显示了在四个水样中检测出的22种菌属的分布。在属的级别上，四个水样中的细菌群落结构差异更加明显。对于样品A、C、D，大部分序列能够对应到已知的细菌属。相反的，对于样品B，总序列中不到一半（32/67）能够在属的级别归类。所有的水样中没有相同的细菌属，而且，在样品A和C中相对占据优势的limnobacter，并没有在样品B和D中检出或仅检出了很小的丰度。样品D中占优势的undibacterium也没有在其他三个样品中找到。表2.8样品A-D中的序列识别出的菌属分布Phylogeneticaffiliation样品A样品B样品C样品Dα-变形菌门Sphingobium—a——5Novosphingobium—8—2Caulobacter—1——Hyphomicrobium—1——Methylobacterium—1——Afipia———2Bosea———1Rhodocista———2β-变形菌门Limnobacter67366—Methyloversatilis11120 第2章南方某市水源切换引发的供水管网黄水问题特性续表2.8样品A-D中的序列识别出的菌属分布Phylogeneticaffiliation样品A样品B样品C样品Dβ-变形菌门Aquabacterium—3—7Acidovorax———3Curvibacter—6—1Undibacterium———56γ-变形菌门Pseudomonas1———Caedibacter—2——Legionella———1拟杆菌门Sediminibacterium—21—Hydrotalea—1——Pedobacter—1——浮霉菌门Planctomyces—1——螺旋菌门Leptonema—1——总计69326781为了研究管网水中的细菌多样性与水质参数之间的关系，进行了皮尔逊相关系数的计算，结果如表2.9和表2.10所示。表2.9细菌门类的相对丰度与水质参数之间的皮尔逊相关系数计算结果4+2-3-细菌群落总铁浊度余氯DOUV254DOCNH-NNO-NNO-Nα-变形菌-0.38-0.39-0.47-0.82-0.60-0.170.51-0.49-0.45β-变形菌0.290.310.440.930.740.19-0.310.560.74Γ-变形菌-0.34-0.35-0.36-0.05-0.380.700.05-0.450.07δ-变形菌-0.34-0.35-0.36-0.05-0.380.700.05-0.450.07拟杆菌-0.36-0.38-0.53-0.96*-0.88-0.010.28-0.69-0.78疣微菌-0.26-0.28-0.41-0.92-0.75-0.210.26-0.55-0.78浮霉菌-0.20-0.22-0.36-0.88-0.68-0.290.25-0.47-0.76螺旋菌-0.20-0.22-0.36-0.88-0.68-0.290.25-0.47-0.76注：*表示在0.05的水平上具有显著相关性21 第2章南方某市水源切换引发的供水管网黄水问题特性表2.10细菌属类的相对丰度与水质参数之间的皮尔逊相关因子计算结果4+2-3-细菌群落总铁浊度余氯DOUV254DOCNH-NNO-NNO-NSphingobium-0.44-0.42-0.290.230.230.370.64-0.030.85Novosphingobium-0.31-0.32-0.43-0.88-0.66-0.220.39-0.50-0.62Caulobacter-0.20-0.22-0.36-0.88-0.68-0.290.24-0.47-0.76Hyphomicrobium-0.20-0.22-0.36-0.88-0.68-0.290.24-0.47-0.76Methylobacterium-0.20-0.22-0.36-0.88-0.68-0.290.24-0.47-0.76Afipia-0.44-0.42-0.290.230.230.370.64-0.030.85Bosea-0.44-0.42-0.290.230.230.370.64-0.030.85Rhodocista-0.44-0.42-0.290.230.230.370.64-0.030.85Limnobacter0.570.570.560.550.38-0.10-0.780.43-0.11Methyloversatilis0.340.350.32-0.090.26-0.75-0.070.38-0.23Aquabacterium-0.68-0.66-0.60-0.28-0.220.370.87-0.390.51Acidovorax-0.44-0.42-0.290.230.230.370.64-0.030.85Curvibacter-0.27-0.29-0.41-0.89-0.67-0.250.34-0.49-0.67Undibacterium-0.44-0.42-0.290.230.230.370.64-0.030.85Pseudomonas0.99*0.99*0.99*0.710.83-0.79-0.930.95*-0.15Caedibacter-0.20-0.22-0.36-0.88-0.68-0.290.24-0.47-0.76Legionella-0.44-0.42-0.290.230.230.370.64-0.030.85Sediminibacterium-0.37-0.40-0.54-0.95*-0.890.020.28-0.71-0.77Hydrotalea-0.20-0.22-0.36-0.88-0.68-0.290.24-0.47-0.76Pedobacter-0.20-0.22-0.36-0.88-0.68-0.290.24-0.47-0.76Planctomyces-0.20-0.22-0.36-0.88-0.68-0.290.24-0.47-0.76Leptonema-0.20-0.22-0.36-0.88-0.68-0.290.24-0.47-0.76注：*表示在0.05的水平上具有显著相关性2.3.2.3管网水的微生物种群特性分析中科院生态中心的李栋等研究了北京的实际管网在黄水发生时的三个黄水水样和一个正常水样中的细菌群落。他们发现所有水样的shannon多样性系数在3.15[66]到4.02之间。在本研究中，总铁浓度和浊度最高的样品（样品A）的细菌多样性是最低的（shannon指数=0.55），而总铁浓度和浊度第二高的样品（样品B）的细菌多样性是最高的（shannon指数=2.95）。而皮尔逊相关系数的分析显示shannon指数并没有与任何理化性质表现出显著的相关性（P>0.05）。然而，由于本研究中只检测了四个水样，有可能会影响找到水质理化性质与细菌多样性之间的关系。而且，细菌多样性同时也会受到水龄和其他因素的影响。22 第2章南方某市水源切换引发的供水管网黄水问题特性截至目前，供水管网黄水中的微生物种群仍然大部分未知。只有李栋等研究过实际供水管网黄水中的细菌群落。他们发现在三个黄水水样中，变形菌都是优势菌种，以及拟杆菌、水杆菌、浮霉菌等。而变形菌和拟杆菌都是正常水样（没有明显的色浊）中的主要细菌群落，他们的研究也发现β-变形菌和α-变形菌是两个黄水水样中的优势细菌种群，但在另一个黄水水样中γ-变形菌和β-变形菌是主要的菌种。在本研究中，三个黄水水样中的α-，β-，γ-的变形菌种类各有不同。黄水中主要的变形菌种类以及其相对丰度与之前的研究并不相符。因此，黄水中的细菌群落结构可能与供水管网的位置和样品取址有关。然而，皮尔逊相关系数的分析显示主要细菌群落的相对丰度与理化性质没有显著的相关性（表2.9）。需要更多的选样以解释黄水中细菌群落结构的不一致性。而且细菌群落结构可能受到水龄或其他因素的控制。疣微杆菌门在陆生和水生的环境中大量存在，虽然其在环境中的作用依然不明晰。本研究中，在饮用水中发现了疣微杆菌门。铁细菌能够有效地氧化和沉淀水中的铁离子，而它们在不同的自然水体中是普遍存在的。截至目前，已经分离出了不同种属的不同铁氧化细菌，其中的嘉利翁氏菌属、球衣菌属、纤毛菌属、拳发菌属以及鞘铁菌属已经得到了较多的研究。铁氧化细菌可能与供水管网中的腐蚀有着很大的关系。供水管网黄水中丰富的铁离子为铁氧化细菌的生长创建了良好的条件。在发生黄水时，发现了一些嗜中性[67]的铁氧化细菌，比如说嘉利翁氏菌和纤毛菌。基于细胞克隆文库分析，李栋等在三个黄水水样中找到了高丰度的铁氧化细菌，包括嗜中性的嘉利翁氏菌属和鞘铁菌属，嗜酸性的嗜酸性氧化硫杆菌，以及厌氧反硝化的热单胞菌属。嘉利翁氏菌属在克隆文库中占18.7%至28.6%。定量的PCR分析进一步证明了黄水水样中高丰度的嘉利翁氏菌属的存在，因此显示了铁氧化细菌——嘉利翁氏菌属在黄水问题形成中的重要作用。然而，有趣的是，本研究总所获得的所有序列并没有与先前研究相关的任何铁氧化细菌。[68]沉积杆菌种与铁氧化有关，在供水管网的铸铁管垢中曾经检出。然而，本研究中，影响沉积杆菌丰度的参数保持不变，在黄水中检出了三种沉积杆菌相关的序列。他们与一种从供水管网中得到的未得到培养物的沉积杆菌种（JF460972.1）有很高的相关度（99%-100%）。而皮尔逊相关系数的分析显示沉积杆菌的丰度与DO的浓度呈负相关（P<0.05）（表2.10）。[69]水杆菌种也是铁氧化细菌中的一种。而且曾经从饮用水中分离得到。在本研究中，两个黄水水样中检出了三个水杆菌相似的序列，正常水样中检测出了七个。这些序列与饮用水生物膜中分离出来的水杆菌株（AF089856.1）有很高的相23 第2章南方某市水源切换引发的供水管网黄水问题特性[70]关度（99%），或者是从柏林饮用水系统中分离出的另一种。然而，水杆菌的相对丰度与测得的理化性质之间没有任何显著的相关性（P>0.05）。Limnobacter菌属的微生物是硫氧化细菌。硫氧化细菌会将硫酸亚铁转化成硫酸，往水中释放亚铁离子，而亚铁离子由反过来被铁氧化细菌利用。在本研究中，黄水中检出了高丰度的与limnobacter有关的序列。据研究者所知，这是首次在饮用水中报道检出了limnobacter的优势。它们与中国南海分离出的limnobacter氧化硫硫杆菌株（FJ999570.1）有98%-99%的相关性。因此，limnobacter的优势可能会促进管材向水中释放铁。水杆菌和沉积杆菌的同时存在可能会通过将亚铁离子转化成铁离子而加速了铁氧化物的沉淀。硫氧化细菌和铁氧化细菌的同时存在可能对黄水的形成有所贡献。总而言之，黄水和正常水样中的细菌群落结构存在差异性。变形菌门是供水管网发生黄水时的优势菌种。Limnobacter、水杆菌以及沉积杆菌的同时存在可能促进了黄水的形成。2.3.3管网管壁相中的微生物种群结构研究2.3.3.1样品采集为了进一步研究南方某市管垢的生物膜特性与黄水问题的关系，进行了管垢的采样。选择了两条线路共6个采样点（采样点示意图如图2.6、2.7），每个采样点分别采集深度处理水管（D）管垢及常规处理水管（N）管垢两个样品：1）线路一（按水龄从短到长）①广福园小区（G）：采样为未改造的镀锌管，DN50，管龄为17、8年②如意小区（R）：采样为小区西北角末梢管段，镀锌管，DN40，管龄为十几年③梅园西村（M）：采样为DN50镀锌管，常规水管管龄为6、7年2）线路二（按水龄从短到长）①百花小区（B）：采样为DN50镀锌管，管龄30年②新华小区（无黄水对照点，X）：采样为DN25镀锌管③松枫小区（S）：采样为DN25镀锌管，其中深度管经过2007年改造24 第2章南方某市水源切换引发的供水管网黄水问题特性图2.6南方某市供水管网采样点示意图（注：图上红色圆圈区域为黄水问题高发区，蓝色圆圈为采样点）25 第2章南方某市水源切换引发的供水管网黄水问题特性图2.7南方某市管网采样点示意图(带水力距离）（注：图上标号首字母为采样点汉字拼音的首字母，D和N分别表示深度处理及常规处理。即，MD表示梅园西村的输送深度处理水的管段；MN则是该小区输送常规工艺水的管段。R-如意小区；G-广福园小区；B-百花小区；S-松枫小区；X-新华中学红线代表深度处理水管，蓝线表示常规处理水管）实际采样的管段内壁管垢示意图如图2.8所示。（a）百花小区常规水管段内壁（b）百花小区深度水管段内壁图2.8实际采样管段内壁管垢示意图在采集管垢的同时也同一采样点的管网出水的理化性质进行了同步检测，得到的结果见表2.11。26 第2章南方某市水源切换引发的供水管网黄水问题特性表2.11管垢采样点管网出水的理化性质XDXNBDBNMDMNRDRNGDGNSDSN浊度61.521.21141.723.01118.821.20.98.917.651.0(NTU)色度101515107351035<5131015(度)pH值8.027.678.017.728.007.737.967.667.977.667.927.77总硬度188196160202160172158170166170166170(mg/L)总碱度828873877690758675857575(mg/L)总铁1.100.320.640.080.201.450.140.08<0.050.330.110.43(mg/L)氯化物899385898885868787878784氨氮<0.020.02<0.020.07<0.020.29<0.020.110.030.160.040.05亚硝酸<0.0020.002<0.002<0.002<0.0020.023<0.0020.153<0.0020.087<0.002<0.002盐氮耗氧量1.503.681.613.181.623.821.613.141.543.261.571.82（注：采样点命名规则是采样点名称首字母+深度处理（D）或非深度处理（N）。即，MD表示梅园西村的输送深度处理水的管段；MN则是该小区输送常规工艺水的管段。R-如意小区；G-广福园小区；B-百花小区；S-松枫小区；X-新华中学）2.3.3.2管壁生物膜的生物信息分析结果本研究中，每个管壁生物膜样品中总共发现了6806-110401个有效的细菌序列。每个管壁生物膜细菌文库在97%的相似度水平上包含了363-582个OTU。所有生物膜样品的稀释曲线都几乎趋于平缓，说明样品的取样量是合理的（图2.9）。表2.7反映了各样品的Shannon指数，可以看出每个样品的微生物群落的Shannon指数都很高（5.1-7.1）。但是在相同的采样区域，传输常规处理工艺水的管段的微生物多样性一般高于深度处理工艺水的管段，这说明水的来源能影响管壁生物膜的微生物多样性。常规工艺出水中有机物、氨氮浓度相对较高，有利于多种微生物生长，所以微生物多样性高；深度处理出水中有机物、氨氮浓度相对低，抑制了某些微生物的生长，所以微生物多样性低，相对更加安全。27 第2章南方某市水源切换引发的供水管网黄水问题特性图2.9管壁生物膜样品在3%的相似度差异水平上的OTU稀释曲线表2.12管壁生物膜样品的种群丰度和多样性指标样品序列数OTU数Shannon指数BN174054906.47BD225985616.22XN199295176.47XD478354266.05SN235975825.72SD267575026.45GN1104014846.18GD225034505.11RN68065107.12RD146073636.3MN889794986.29MD614864585.72图2.10反映了主要检出的细菌群落情况。在门的水平上，主要有Acidobacteria（酸杆菌）、Actinobacteria（放线菌）、Bacteroidetes（拟杆菌）、Chloroflexi（绿弯菌）、Cyanobacteria（蓝藻菌）、Firmicutes（厚壁菌）、Gemmatimonadetes（芽单胞菌）、Nitrospirae（硝化螺旋菌）、Proteobacteria（变形菌）和Verrucomicrobia28 第2章南方某市水源切换引发的供水管网黄水问题特性（疣微杆菌）。而变形菌是最重要的门，占据各样品中细菌数量的66%-87%。厚壁菌和拟杆菌也是主要优势菌，前者分别在两个管段中分别占据16.1%和13.6%，后者也在两个管段中分别占据13.2%和8.4%。放线菌在各样品中占据2.2%-10.3%，而Nitrospirae在4个管壁占据4.8%-6.4%。图2.11受测小区管网中微生物种群结构可以看出，在整个管网系统中微生物群落变化很大。此外，聚类分析的结果也表明，在相同的采样区域，传输常规处理工艺水的管段微生物群落结构和传输深度处理工艺水的管段微生物群落结构也差异较大，也证实了水的来源（不同的水质）能影响管壁生物膜的微生物群落结构。表2.13列出了各管段生物膜中微生物种类（属的水平）分布情况，可以看出在属的水平上，管段微生物群落结构差异也很大。由于管网中通常会存在可能致病菌、管网腐蚀菌和硝化细菌，这些微生物的存在对于管网供水的安全具有重要的意义。表2.13识别出的菌属序列占管壁生物膜的细菌总序列的百分比aGenusBNBDXNXDSNSDGNGDRNRDMNMDα-变形菌bBrevundimonas––––––––0.10.94––Rhodoplanes0.360.360.310.290.460.190.290.480.60.10.220.58Sphingomonas0.480.430.630.190.410.220.310.50.220.120.240.26β-变形菌Sutterella––––––––3.754.66––29 第2章南方某市水源切换引发的供水管网黄水问题特性续表2.13识别出的菌属序列占管壁生物膜的细菌总序列的百分比aGenusBNBDXNXDSNSDGNGDRNRDMNMDβ-变形菌Polaromonas0.10.050.10.070.020.050.070.070.51.680.070.05Rubrivivax0.630.840.910.790.481.230.650.460.020.021.060.58Simplicispira1.752.191.684.420.941.951.371.068.10.222.211.92Cupriavidus2.210.891.591.540.721.91.591.130.020.14.761.25Gallionella0.380.070.220.260.170.290.220.141.370.070.260.14Dok591.591.111.6821.014.112.041.080.58–2.41.32γ-变形菌Cellvibrio0.290.190.940.070.240.070.190.190.140.050.170.1Shewanella0.10.120.070.10.140.050.070.11.850.940.10.1Escherichia––––––––0.050.58––Providencia––––––––0.021.88––Halomonas0.410.940.340.260.940.240.260.944.092.160.170.46Acinetobacter0.190.260.170.140.220.120.140.380.589.810.120.19Pseudomonas0.220.070.10.120.220.070.10.120.170.9900.1Rhodanobacter0.630.580.631.560.750.550.530.62.020.050.631.15Stenotrophomonas0.02––0.02–0.020.02–0.052.240.02–δ-变形菌Desulfovibrio2.211.711.781.422.43.79.041.831.061.511.952.98ε-变形菌Helicobacter––0.05–––––2.262.09––酸杆菌CandidatusSolibacter0.170.140.290.140.170.530.170.170.220.070.170.14放线菌Cellulomonas1.490.670.771.510.410.430.770.360.19–1.153.17Mycobacterium3.291.082.451.321.181.252.911.010.53–2.262.31Nocardioides0.790.10.240.050.050.050.170.1–0.050.240.17Propionibacterium0.050.050.070.020.070.020.020.020.5–0.02–拟杆菌Bacteroides–0.05––––––0.992.240.020.05Parabacteroides––––0.02––0.020.430.67––Flavobacterium0.50.050.020.020.020.240.050.07––0.050.05Sediminibacterium0.480.530.54.640.530.960.430.480.360.050.290.5A40.532.551.130.630.260.820.870.310.340.020.820.1730 第2章南方某市水源切换引发的供水管网黄水问题特性续表2.13识别出的菌属序列占管壁生物膜的细菌总序列的百分比aGenusBNBDXNXDSNSDGNGDRNRDMNMD拟杆菌Sphingobacterium–––––––––2.64––厚壁菌Ruminococcus––––––0.05–0.772.720.02–Blautia–––––0.02–0.020.530.170.02–Lachnospira––––0.02–––0.670.31––Roseburia––0.02–0.02–––2.640.38––Faecalibacterium–0.020––0.02––2.280.48––Oscillospira––––––––0.820.58––Ruminococcus––––––––0.820.26––Dialister––––––––1.060.05––PSB-M-30.120.170.120.170.140.940.190.17––0.120.14硝化螺旋菌Nitrospira4.661.735.871.542.646.324.881.630.670.12.671.49疣微杆菌Akkermansia–––––––––1.83––a序列百分比(%).b—，未检出。本研究中通过皮尔逊相关系数分析了管壁生物膜的细菌群落与水质参数以及取样点的水力距离之间的关系，如表2.14所示。计算表明OTU数和生物多样性（Shannon指数）和水质参数及水力距离之间没有显著相关性，放线菌含量与碱度和DOC存在正相关性，厚壁菌含量与亚硝酸盐氮存在正相关性。表2.14细菌属类的相对丰度与水质参数及水力距离之间的皮尔逊相关系数总碱亚硝酸水力浊度pH总铁氨氮DOC度盐氮距离Proteobacteria0.1280.265-0.1960.1610.046-0.422-0.192-0.043Alphaproteobacteria0.0420.241-0.404-0.147-0.299-0.349-0.328-0.113Betaproteobacteria0.311-0.1750.5320.5640.494-0.0580.3930.279Gammaproteobacteria-0.2760.067-0.164-0.302-0.1810.222-0.132-0.141Deltaproteobacteria-0.197-0.2540.01-0.1340.2630.2090.133-0.165Epsilonproteobacteria-0.249-0.1060-0.313-0.0490.5430.015-0.116Acidobacteria0.436-0.014-0.2520.043-0.073-0.127-0.06-0.09531 第2章南方某市水源切换引发的供水管网黄水问题特性续表2.14细菌属类的相对丰度与水质参数及水力距离之间的皮尔逊相关系数总碱亚硝酸水力浊度pH总铁氨氮DOC度盐氮距离Actinobacteria0.067-0.4660.668*0.2220.3930.0430.64*0.027Bacteroidetes-0.0510.398-0.2440.012-0.383-0.079-0.374-0.061Chloroflexi0.5520.136-0.4170.083-0.167-0.162-0.222-0.082Cyanobacteria0.1610.2380.1910.443-0.265-0.111-0.135-0.018Firmicutes-0.244-0.107-0.016-0.332-0.0460.578*0.002-0.116Gemmatimonadetes-0.111-0.137-0.053-0.1240.001-0.3230.0340.286Nitrospirae-0.219-0.4470.317-0.1210.15-0.1490.40.146Verrucomicrobia-0.1680.067-0.22-0.250-0.1120.263-0.159-0.082OTUs0.407-0.3970.0560.0950.1880.1150.2480.188Shannonindex0.035-0.5150.5220.0030.2510.5550.5260.031注：*表示在0.05的水平上具有显著相关性2.3.3.3管壁生物膜的微生物种群特性分析Desulfovibrio（脱硫弧菌,0.1%-0.6%）在各管段都普遍存在，它们属于硫酸盐还原菌。硫酸盐还原菌一般在厌氧状态下存在，能将水中的硫酸根还原成硫化氢，导致pH下降，能加速管网的腐蚀，该细菌的存在提示微生物对管网腐蚀有一定的促进作用。Sediminibacterium在大多管段中含0.1%-4.6%，其属于铁氧化细菌，能够把二价铁氧化成三价铁。一般水中的二价铁来自管垢破裂后释放出来的亚铁物质，所以该细菌的存在与黄水问题相关。Mycobacterium（分支杆菌），其在大多管段含0.5%-3.3%，仅1个点位没检测出，由于分支杆菌是条件致病菌，而且属于耐氯性很强的一类细菌，所以需要引起关注。Escherichia（埃希氏菌），个别管段含0.6%，埃希氏菌的存在表征水质污染，另外埃希氏菌的某些种类本身也是致病菌。Sphingomonas（鞘氨醇单胞菌），在各管段都普遍存在（0.1%-0.6%），鞘氨醇单胞菌也是一种常见的条件致病菌，在自来水管网中也普遍存在，而且适应环境能力很强。Acinetobacter（不动细菌），在各管段都普遍存在（0.1%-9.8%）也是一种常见的致病菌。32 第2章南方某市水源切换引发的供水管网黄水问题特性Nitrospira（硝化螺菌），在各管段都普遍存在（0.1%-4.9%），说明管网中存在普遍的硝化作用，容易引起DO的消耗形成厌氧环境。在缺少溶解氧、游离氯的还原性条件下，容易使管垢表面的三价铁还原成二价铁，引起水中亚铁离子升高，导致红水的风险，同时也有利于形成硫酸盐还原菌生长厌氧环境，加速管网的腐蚀。总而言之，实际供水管网中管壁生物膜的微生物种群及多样性存在很大的差异，变形菌门（主要包括α-变形菌、β-变形菌和γ-变形菌）是供水管网管壁生物膜中的优势菌，而饮用水的净水工艺的不同也对管垢生物膜的形成有着重要的影响。2.4供水管网黄水问题原因分析分析水质恶化的原因，找到影响管网水质稳定性的水质参数，是解决南方某市黄水问题的关键，也是该项研究中最为重要和迫切的任务。本研究中从化学和生物学两个角度对供水管网黄水的成因进行了分析，并提出了适宜的黄水问题控制对策。从化学角度出发，根据对南方某市古横桥水厂原水水质、出厂水水质监测结果进行汇总整理，并开展了水质稳定性参数的判别，对黄水问题发生的原因分析结果如下：（1）地表水水源的水质情况和原先深层地下水的水质情况有很大差异，主要表现为硫酸盐、氯离子等浓度远高于地下水，而总碱度远低于地下水，Larson指数平均高达1.85，这种水质对管垢铁释放控制而言是具有高度腐蚀性的水，从而在第一次水源切换后，产生了黄水现象，管壁也发生了锈蚀并产生管瘤。（2）太浦河水水源的水质情况与盐平塘水源的水质情况差异较小，差异却主要表现为硫酸盐浓度略有增加而碱度略有降低，从表2.4、表2.5的数据和分析中可以看出，第一次水源切换后出厂水的Larson指数平均为1.85，属于严重腐蚀性水质，第二次水源切换后的Larson指数更增加到了平均2.28的水平，管网的腐蚀风险进一步升高。因此在第二次水源切换后，出厂水仍然是侵蚀性和化学不稳定的，在进入管网后，容易引起铁制管材上管垢的溶析和铁的释放，不仅没有减缓反而是加剧了黄水现象的产生。（3）第二次水源切换后，水厂对管网入户实行分质供水，特别是部分居民因经济原因而很少使用深度处理水，导致深度处理水管道中水的滞留时间大大延长，从而加剧了水质发黄、发红、发浑现象的发生。33 第2章南方某市水源切换引发的供水管网黄水问题特性（4）该市的水源水质特性主要表现为出厂水高氯离子、高硫酸根离子、低pH、低碱度。由于硫酸盐、氯化物等离子无法通过饮用水处理工艺去除，因此考虑采用投加化学药剂调节pH和碱度。而调节碱度所需的药剂成本又太高。因此考虑从提高出厂水pH入手。从生物学角度出发，根据对供水管网水相和管壁相的微生物种群进行的检测，并结合多种生物信息的分析，得到对黄水原因的分析结果如下：（1）管网水和管壁生物膜在细菌种类上十分相似，均检出了变形菌门（包括α-变形菌、β-变形菌和γ-变形菌）、拟杆菌门、疣微杆菌门、螺旋菌门等，且变形菌都是优势菌，说明两者存在着密切的联系。佐证了供水管网黄水形成的微观机理是管垢层的破坏和脱落，使得存在于管壁松散结构中的菌群随之大量进入水流主体。（2）在发生黄水问题的管网水中发现了铁氧化细菌（沉积杆菌和水杆菌）以及硫氧化细菌（Limnobacter）。limnobacter的优势可能会促进管材向水中释放铁。水杆菌和沉积杆菌的同时存在可能会通过将亚铁离子转化成铁离子而加速了铁氧化物的沉淀。硫氧化细菌和铁氧化细菌的同时存在可能对黄水的形成有所贡献。（3）在管垢生物膜中发现了硫酸盐还原菌（脱硫弧菌）和铁氧化细菌（沉积杆菌）以及硝化螺菌。说明管网中存在普遍的硝化作用，容易引起DO的消耗形成厌氧环境。在缺少溶解氧、游离氯的还原性条件下，容易使管垢表面的三价铁还原成二价铁，引起水中亚铁离子升高，而铁氧化细菌能够把二价铁氧化成三价铁，从而导致红水的风险。同时厌氧环境也有利于形成硫酸盐还原菌生长，硫酸盐还原菌能将水中的硫酸根还原成硫化氢，导致pH下降，加速管网的腐蚀，该细菌的存在提示微生物对管网腐蚀有一定的促进作用。（4）在管垢生物膜中发现了分支杆菌、埃希氏菌、鞘氨醇单胞菌、不动细菌等条件致病菌，而随着管壁腐蚀产物中铁的释放必然伴随着其中菌群的释放，因此为了保证管网水质的稳定性和饮用水的安全，关键是要避免管壁腐蚀与铁释放（5）为了有效地避免管壁腐蚀与铁释放，根本上还是要从水质调节入手，考虑研究pH调节技术对黄水问题的控制效果。2.5本章小结本章针对南方某市水源切换引发的黄水问题，研究了该市供水管网的化学稳定特性以及微生物种群特性，对该市黄水问题的成因进行了分析，主要结论如下：1.南方某市历年来使用的三种水源水质存在较大的差异：深层地下水的腐蚀性阴离子含量较低，如硫酸根（<5mg/L）、氯离子（7mg/L），而代表缓冲能力的34 第2章南方某市水源切换引发的供水管网黄水问题特性总碱度较高（250mg/L）；地表水水源盐平塘的硫酸根离子大幅度提高到80mg/L，氯离子也提高到75mg/L，总碱度却降低到91.2mg/L；地表水水源太浦河的水硫酸盐浓度略有增加（85mg/L）而碱度略有降低（80mg/L），pH值较地下水的7.6也降低至7.2。2.对于南方某市的供水管网，采用Larson指数作为水质铁稳定性的判别指标，分别对水源切换前、第一次水源切换后，以及第二次水源切换后的供水管网水质进行了Larson指数的计算，结果表明：水源切换前所使用的地下水源水质Larson指数为0.05，表明采用地下水供水时供水管网的水质中的铁非常稳定；第一次水源切换后使用的劣V类地表水源水的出厂水Larson指数介于1.41-3.46之间，平均为1.85>1，属于强腐蚀性水质；第二次水源切换后出厂水LR=1.95-2.80，均值2.28>1，说明对铁质管材具有高度腐蚀性，供水管网水质中的铁极不稳定。3.采用目前最新的IlluminaMiseq高通量测序平台对发生黄水问题时管网水中的微生物的群落结构进行了研究，所有水样的Shannon指数在0.55-2.95之间，黄水和正常水样中的细菌群落结构存在差异性。共检出了5个门，包括变形菌门、拟杆菌门、疣微杆菌门、浮霉菌门以及螺旋菌门，其中变形菌门是供水管网发生黄水时的优势菌种。Limnobacter和水杆菌以及沉积杆菌的同时存在可能促进了黄水的形成，而皮尔逊相关系数的分析显示沉积杆菌的丰度与DO的浓度呈负相关（P<0.05）。4.采用目前最新的IlluminaMiseq高通量测序平台对管壁生物膜中的微生物的群落结构进行了研究，传输常规处理工艺水的管段的Shannon指数（5.72-7.12）一般高于深度处理工艺水的管段（5.11-6.45），这说明水的来源能影响管壁生物膜的微生物多样性。管壁生物膜中，变形菌是最重要的门，占据各样品中细菌数量的66%-87%。厚壁菌和拟杆菌也是主要优势菌，前者分别在两个管段中分别占据16.1%和13.6%，后者也在两个管段中分别占据13.2%和8.4%。放线菌在各样品中占据2.2%-10.3%，而Nitrospirae在4个管壁占据4.8%-6.4%。统计分析表明，放线菌含量与碱度和DOC存在正相关性，厚壁菌含量与亚硝酸盐氮存在正相关性。5.从化学和生物两个角度出发，对南方某市黄水问题发生的原因总结如下：①由于水源切换后出厂水是具有侵蚀性和化学不稳定的，在进入管网后，容易引起铁制管材上管垢的溶析和铁的释放，从而直接导致了水质发黄、发红、发浑现象的发生；②在管垢生物膜中发现的硝化螺旋菌说明管网中存在普遍的硝化作用，容易引起DO的消耗形成厌氧环境，从而使管垢表面的三价铁还原成二价铁，引起水中亚铁离子升高，而管网水中发现的硫氧化细菌可能会促进管材向水中释放铁，铁氧化细菌则能够把二价铁氧化成三价铁，从而导致红水的风险。35 第2章南方某市水源切换引发的供水管网黄水问题特性6.黄水问题控制的关键是控制管网管垢的腐蚀和铁释放。因此，考虑到该市的水源水质特性主要表现为出厂水高氯离子、高硫酸根离子、低pH、低碱度，而硫酸盐、氯化物等离子无法通过饮用水处理工艺去除，调节碱度成本又太高，因此考虑从提高出厂水pH入手，通过实验室试验进一步研究pH值对于南方某市黄水问题的控制效果。36 第3章针对南方某市黄水问题的pH值控制技术研究第3章针对南方某市黄水问题的pH值控制技术研究对于因水源切换水质化学组分突变所引发的黄水问题，必须予以高度重视。通过系统分析南方某市现有水源水质对供水管网造成的水质稳定性问题，我们考虑从提高出厂水pH入手。本章的目的就是通过实验室模拟试验，针对截取的南方某市实际管段，研究了管网水pH值变化对管网铁释放的影响，形成针对南方某市黄水问题的pH值控制技术。3.1材料与方法pH值对管网铁释放的影响试验采用本课题组开发的“管段模拟反应器”（中国发明专利CN102426224A），所使用的材料与设备如下：（1）10cm试验管段：试验所用管段为从当地发生黄水问题的小区地下开挖截取的DN100铸铁管，使用环氧树脂将管外壁和切口处包涂，环氧树脂材料惰性强，不与水中物质发生反应，保证仅有管内壁的腐蚀管垢与水接触。（2）有机玻璃盖板：根据自行设计的图纸，加工有机玻璃上下盖板，用以固定试验管段。（3）橡胶垫片（内衬聚四氟垫圈）：用于试验管段和有机玻璃上下盖板的连接处，保持水密性。（4）定速电机：试验使用电机的转速为60转/分。（5）搅拌桨：通过定速微电机带动搅拌桨搅拌，保持一定的搅拌速度，模拟夜间管网滞留水。（6）钢架：试验采用可拆卸钢条、螺钉及三角钢垫片等用于搭置钢架，便于“管段反应器”的安装、布置和运行。实物如图3.1、3.2所示。37 第3章针对南方某市黄水问题的pH值控制技术研究图3.1“管段反应器”单体实物图图3.2“管段反应器”装置运行图38 第3章针对南方某市黄水问题的pH值控制技术研究用古横桥水厂的出厂水（pH=7.4）为原水，通过投加石灰（Ca(OH)2）和液碱（NaOH）两种碱性药剂，调节不同pH值，观察其对管网铁释放的影响。管段模拟试验方案为：共计9个反应器，调节方法和水质条件见表3.1所示。共可分为两组对照组：（1）#1、#2、#3、#4、#5，考察Ca(OH)2溶液调节pH值对管网铁释放的影响（游离氯初始条件为1.0mg/L）；（2）#1、#2、#3、#6、#7，考察NaOH溶液调节pH值对管网铁释放的影响（游离氯初始条件为1.0mg/L）。反应器#8和#9为备用，不测样时水质条件及运行条件均同#3。表3.1调节pH试验用水水质条件反应器编号调节方法pH#1投加稀HCl溶液6.5#2投加稀HCl溶液7.0#3不调节7.5#4投加Ca(OH)2溶液8.0#5投加Ca(OH)2溶液8.5#6投加NaOH溶液8.0#7投加NaOH溶液8.5#8不调节7.5#9不调节7.5试验期间每天换水一次，换水后开启电机运行8小时，模拟一般供水管网的使用情况，测试8小时后管段出水的总铁、浊度和色度，以判断不同水质条件对给水管网管垢铁释放的影响。试验分两个阶段进行，分别为：第一阶段：由于管段经加工后可能会有局部管垢破损，导致水质波动大，因此先使用现有出厂水作为试验用水，运行一段时间来稳定管段；监测模拟水力停留时间后的浊度、色度、总铁释放量，判断管段是否达到稳定期；第二阶段：在各管段基本达到稳定期后，使用不同pH值、不同消毒剂浓度条件下的试验用水，开始不同水质条件对给水管网管段铁释放的影响试验，监测模拟水力停留时间后的浊度、色度、总铁浓度的变化，考察水源切换对管网水质化学稳定性的影响。39 第3章针对南方某市黄水问题的pH值控制技术研究3.2采用Ca(OH)2调节不同pH值对管网铁释放的影响研究第一阶段，先采用自来水厂现有出厂水稳定试验管段，现阶段出厂水的pH值为7.4-7.5；从第9天开始，采用稀HCl和稀Ca(OH)2溶液调节管网水的pH值分别为6.5、7.0、7.5、8.0、8.5，平行运行反应器，试验结果如图3.3至图3.6所示。3.2.1对总铁释放量的影响pH=6.5pH=7.0pH=7.5pH=8.0pH=8.5(1)pH=8.5(2)20.0015.00mg/L)/(10.00总铁释放量5.000.00024681012141618202224运行时间/d（a）管网总铁释放量随pH值变化图10.008.00mg/L)6.00/(4.00总铁释放量2.000.006.006.507.007.508.008.509.00pH值（b）不同pH值与总铁平均释放量的关系图3.3采用Ca(OH)2调节pH值对管网总铁释放量的影响40 第3章针对南方某市黄水问题的pH值控制技术研究3.2.2对浊度的影响pH=6.5pH=7.0pH=7.5pH=8.0pH=8.5(1)pH=8.5(2)15012090/(NTU)60浊度300024681012141618202224运行时间/d（a）管网水浊度随pH值变化图12010080/(NTU)60浊度402006.006.507.007.508.008.509.00pH值（b）不同pH值与浊度的关系图3.4采用Ca(OH)2调节pH值对管网水浊度的影响41 第3章针对南方某市黄水问题的pH值控制技术研究3.2.3对色度的影响pH=6.5pH=7.0pH=7.5pH=8.0pH=8.5(1)pH=8.5(2)700600500400/(Pt-Counits)300色度2001000024681012141618202224运行时间/d（a）管网水色度随pH值变化图500400300/(Pt-Counits)200色度10006.006.507.007.508.008.509.00pH值（b）不同pH值与色度的关系图3.5采用Ca(OH)2调节pH值对管网水色度的影响42 第3章针对南方某市黄水问题的pH值控制技术研究pH=6.5，pH=7.0，pH=7.5，pH=8.0，pH=8.5图3.6Ca(OH)2调节不同pH值条件下的管网水质变化情况由上述试验结果可知，采用Ca(OH)2调节管网水的pH值对管垢铁释放有显著的影响，当管网水的pH由6.5提高到7.0时，总铁释放量平均降低约2mg/L，浊度平均降低约30NTU，色度平均降低约200度；当增加至7.5时，总铁释放量平均降低约5mg/L，浊度平均降低约50NTU，色度平均降低约250度；当进一步增加pH值至8.0时，“黄水”现象得到有效控制，总铁释放量平均降低约7mg/L，浊度平均降低约80NTU，色度平均降低约300度；当管网水pH值继续提高至8.5时，铁释放量略有升高，分析原因可能为高pH值条件下会有利于氢氧化铁胶体的形成，从而增加铁释放量。综上所述，采用Ca(OH)2调节pH值技术对管网铁释放现象有明显的控制效果，可用于管网“黄水”问题的应急处置。3.3采用NaOH调节不同pH值对管网铁释放的影响研究同样，第一阶段，先采用自来水厂现有出厂水稳定试验管段，现阶段出厂水的pH值为7.4-7.5；从第9天开始，采用稀HCl和稀NaOH溶液调节管网水的pH值分别为6.5、7.0、7.5、8.0、8.5，平行运行反应器，试验结果如下图3.7-3.10所示。43 第3章针对南方某市黄水问题的pH值控制技术研究3.3.1对总铁释放量的影响pH=6.5pH=7.0pH=7.5pH=8.0pH=8.520.0015.00mg/L)/(10.00总铁释放量5.000.00024681012141618202224运行时间/d（a）管网总铁释放量随pH值变化图10.008.00mg/L)6.00/(4.00总铁释放量2.000.006.006.507.007.508.008.509.00pH值（b）不同pH值与总铁平均释放量的关系图3.7采用NaOH调节pH值对管网总铁释放量的影响44 第3章针对南方某市黄水问题的pH值控制技术研究3.3.2对浊度的影响pH=6.5pH=7.0pH=7.5pH=8.0pH=8.515012090/(NTU)60浊度300024681012141618202224运行时间/d（a）管网水浊度随pH值变化图1201008060/(NTU)浊度402006.006.507.007.508.008.509.00pH值（b）不同pH值与浊度的关系图3.8采用NaOH调节pH值对管网水浊度的影响45 第3章针对南方某市黄水问题的pH值控制技术研究3.3.3对色度的影响pH=6.5pH=7.0pH=7.5pH=8.0pH=8.5700600500400300/(Pt-Counits)200色度1000024681012141618202224运行时间/d（a）管网水色度随pH值变化图500400300/(Pt-Counits)200色度10006.006.507.007.508.008.509.00pH值（b）不同pH值与色度的关系图3.9采用NaOH调节pH值对管网水色度的影响46 第3章针对南方某市黄水问题的pH值控制技术研究pH=6.5，pH=7.0，pH=7.5，pH=8.0，pH=8.5图3.10NaOH调节不同pH值条件下的管网水质变化情况由上述试验结果可知，采用NaOH调节管网水的pH值对管垢铁释放也有显著的影响，将管网水的pH值由6.5逐步提高到8.0，管网总铁释放量、浊度和色度均明显降低，当管网水的pH值由6.5提高至7.0时，总铁释放量平均降低约2mg/L，浊度平均降低约30NTU，色度平均降低约200度；当增加至7.5时，总铁释放量平均降低约5mg/L，浊度平均降低约50NTU，色度平均降低约250度；当进一步增加pH值至8.0时，“黄水”现象得到有效控制，总铁释放量平均降低约6mg/L，浊度平均降低约70NTU，色度平均降低约280度；同样，当管网水pH值继续提高至8.5时，铁释放量略有升高。3.4两种碱性药剂对控制管网铁释放的效果比较采用Ca(OH)2与NaOH调节管网水pH值控制铁释放的效果比较如图3.11所示。47 第3章针对南方某市黄水问题的pH值控制技术研究9.00NaOH调节Ca(OH)2调节7.506.00mg/L)4.503.00总铁释放量（1.500.006.006.507.007.508.008.509.00pH值（a）总铁释放量100NaOH调节Ca(OH)2调节80）60NTU40浊度（2006.006.507.007.508.008.509.00pH值（b）浊度48 第3章针对南方某市黄水问题的pH值控制技术研究500NaOH调节Ca(OH)2调节400300-Counits)Pt200色度（10006.006.507.007.508.008.509.00pH值（c）色度图3.11选用Ca(OH)2和NaOH调节pH值控制铁释放效果比较图通过上述比较可以发现，两种碱性药剂都有很明显的控制铁释放的效果，采用石灰（Ca(OH)2）的控制效果略优。分析原因为Ca(OH)2在提高管网水pH值的同时，也增加了管网水的硬度，在控制管网铁释放方面有着促进作用。采用Ca(OH)2与NaOH将现有出厂水（pH=7.4，已投加15mg/L石灰）调整到不同pH值的加碱量如下图3.12所示。9.08.5值8.0pH7.57.00.01.02.03.04.05.06.07.0Ca(OH)2投加量/(mg/L)（a）Ca(OH)249 第3章针对南方某市黄水问题的pH值控制技术研究9.08.5值8.0pH7.57.00.01.02.03.04.05.0NaOH投加量/(mg/L)（b）NaOH图3.12选用Ca(OH)2和NaOH调节管网水pH值的加碱量事实上，该试验使用的出厂水中已经投加了约15mg/LCa(OH)2，因此需要将这部分Ca(OH)2折算成相应的NaOH，才能准确地比较两种碱性药剂的投加成本。由于水厂生物活性炭滤池中仍然会消耗碱度，无法准确模拟投加氢氧化钠调节pH的剂量，按照可提供氢氧根离子的摩尔浓度，将这部分Ca(OH)2折算成NaOH的剂量为16mg/L。目前，市售的熟石灰Ca(OH)2（90%，杭州天健流体控制设备有限公司生产）价格为1100元/吨，片碱NaOH（99%，长沙明瑞化工有限公司生产）价格为4000元/吨。两种碱性药剂的投药量及相应费用如表3.2所示。由计算结果可知，投加熟石灰的费用比投加氢氧化钠要便宜得多，达到同样的pH值，费用仅为后者的不到30%。同时，投加熟石灰可以提高水中的硬度，对于提高管网水的铁稳定性也有帮助。表3.2选用Ca(OH)2和NaOH调节pH值的经济性分析33pH值Ca(OH)2投药量(mg/L)费用(元/m)NaOH投药量(mg/L)费用(元/m)8.03.24+150.02012.50(实验值)+16(折算值)0.0748.56.48+150.02365.00(实验值)+16(折算值)0.084综上所述，pH值调节技术对管网铁释放现象有明显的控制效果，可用于管网“黄水”问题的应急处置。通过上述试验成果，并结合南方某市自来水公司现有50 第3章针对南方某市黄水问题的pH值控制技术研究条件，建议在水厂处理单元中投加氢氧化钙或氢氧化钠，调节出厂水的pH值升高至8.0左右。3.5pH控制技术效果研究3.5.1pH控制技术运行方法药剂种类：水处理剂优级氢氧化钙（调节pH）投药时间：从2013年7月开始固定加药投加方式：以2013年7月3日至2013年7月10日的记录数据为例。在古横桥水厂二期和三期的沉淀池出水、二级炭滤池出水处共分两次分别投加，每个点位投加剂量为3-10mg/L。(a)石灰储罐(b）石灰溶解罐51 第3章针对南方某市黄水问题的pH值控制技术研究（c）石灰乳投加计量图3.13古横桥水厂的石灰投加装置表3.3古横桥水厂石灰投加量（mg/L）二期三期投药时间合计合计沉淀池2级炭滤沉淀池2级炭滤2013-7-35385382013-7-4641064102013-7-510818108182013-7-6961596152013-7-7771477142013-7-8891789172013-7-988.516.588.516.52013-7-1088.516.588.516.5而根据2013年1月至2014年6月的南方某市水务集团中心化验室水质分析报告，可以得出投加石灰后，出厂水pH控制在7.4-7.7之间，管网水pH有所升高，可达7.5-7.8（如图3.14）。52 第3章针对南方某市黄水问题的pH值控制技术研究8.0pH值优化前pH值优化后管网水出厂水7.87.6pH7.47.27.06.82013年1月2013年5月2013年8月2013年11月2014年3月2014年6月月份图3.14古横桥水厂调节出厂pH值变化3.5.2对黄水问题的控制效果选取古横桥水厂供水区域某个管网监测点从2013年1月到2014年5月的数据，比较提高pH前后水中总铁指标的变化情况，考察提高pH对黄水问题的控制效果。0.3pH值优化前pH值优化后0.250.2mg/L)0.15总铁浓度（0.10.0502013年1月2013年5月2013年8月2013年11月2014年3月2014年6月月份图3.15管网水中总铁浓度变化53 第3章针对南方某市黄水问题的pH值控制技术研究从图3.15中可以看出，提高出厂水pH后，管网监测点水质中的总铁浓度比起原有情况明显下降，后期仅有个别点偏高，但浓度范围已远低于控制出厂水pH之前。进一步考察管网水中总铁浓度与出厂水pH的关系，得到图3.16。可以看出，出厂水pH较低时，总铁浓度容易出现偏高现象，而当pH值控制在7.5以上，管网水中的总铁浓度可以得到明显的控制。这与前期实验室的试验结果是相符的。0.300.250.20mg/L)0.15总铁浓度（0.100.050.006.97.07.17.27.37.47.57.67.77.8pH图3.16管网水中总铁浓度与出厂水pH的关系3.5.3用户对黄水问题的投诉情况追踪我们也搜集到了供水公司接到黄水问题投诉电话进行管道冲洗排放黄水的数据，排放次数变化如图3.17。从图中可以看出黄水问题发生率比起前一年同期大幅度下降，4月到8月的黄水问题高峰期同比降低率为62%-80%。350pH值优化前pH值优化后300250200150黄水排放次数100500月份图3.17管道冲洗排放黄水次数变化54 第3章针对南方某市黄水问题的pH值控制技术研究综合以上分析，从实际生产运行的结果看来，采用调节pH控制技术后，管网水质发生了明显的好转，说明提高pH值是一种有效可行的黄水问题的控制技术。3.6本章小结本章开展了实验室模拟试验，研究了管网水pH值变化对南方某市管网铁释放的影响，主要结论如下：1.采用Ca(OH)2调节管网水的pH值对管垢铁释放有显著的影响，将管网水的pH值由6.5逐步提高到8.0，表征管网铁稳定性的水质参数（总铁释放量、浊度和色度）均大幅降低，总铁释放量平均降低约7mg/L，浊度平均降低约80NTU，色度平均降低约300度，“黄水”现象得到有效控制。2.采用NaOH调节管网水的pH值对管垢铁释放也有显著的影响，将管网水的pH值由6.5逐步提高到8.0，管网总铁释放量、浊度和色度均明显降低，总铁释放量平均降低约6mg/L，浊度平均降低约70NTU，色度平均降低约280度，“黄水”现象得到有效控制。采用石灰（Ca(OH)2）的控制效果略优。3.对两种碱性药剂经济成本进行分析，在调节管网水pH值从6.5提高至8.0时，采用Ca(OH)2溶液的投加量约为18.24mg/L，采用NaOH溶液的投加量约为318.5mg/L，则投加Ca(OH)2和NaOH增加的运行成本分别约为0.02元/m和0.073元/m，可见，通过投加NaOH调节管网水pH值的费用较高，而投加Ca(OH)2调节pH技术的费用较经济，可作为应对供水管网“黄水”问题的控制技术。4.通过一年的跟踪考察了古横桥水厂提高出厂水pH对供水区域实际黄水问题的控制效果。结果发现采用调节pH控制技术后，管网水质发生了明显的好转，当pH值控制在7.5以上时，管网水中的总铁浓度可以得到明显的控制；黄水问题发生率比起前一年同期大幅度下降，4月到8月的黄水问题高峰期同比降低率为62%-80%。说明提高pH值是一种有效可行的黄水问题的控制技术。55 第4章北方某市水源切换供水管网黄水预测与敏感性识别第4章北方某市水源切换供水管网黄水预测与敏感性识别4.1北方某市供水基本概况北方某市地处华北平原的东北部，海河流域下游，东临渤海。全市面积1.1946万平方千米，常住人口达到1516.81万人（2014年），是中国北方最大的沿海开放城市。水资源总量15.38亿立方米，人均水资源115.84立方米（2011年），仅为全国人均水资源的十五分之一，属于严重资源缺水型城市。4.1.1北方某市供水水源基本情况由于水资源紧缺，北方某市的饮用水水源长期以来都以外调水为主。自1983年引滦入津工程建成后，中心城区以引滦水为主要水源，在2000年、2002年和2003年由于滦河的枯水期，曾六次引黄河水作为暂时性的调剂，目前引黄水仍为应急水源。此外为了缓解城市供水的压力，该市同时还大力发展了海水淡化工程，将淡化海水也作为补充水源之一。但从长远发展来看，该市的仍然面临着很大的水源危机。北方某市是“南水北调”中线工程的受水区之一，2014年年底南水北调中线工程开通后，该市的缺水问题将得到有效缓解。然而，由于长距离跨流域调水，新水源与原水源在水质的化学组分上存在较大的差异，缓解水资源紧缺的同时也对城市供水水质安全带来了新的挑战。南水北调水源在进入供水管网输配过程中极易发生二次污染，造成管网内壁腐蚀管垢与原水质之间已建立的平衡状态被破坏，引起铁的过量释放，引发黄水问题。因此，有必要对水源切换引发的黄水风险进行分析与预判，同时对原有供水管网发生黄水问题的敏感性进行识别，制定适宜的控制对策以保障饮用水安全。4.1.2北方某市自来水厂基本情况北方某市共有四座大型自来水厂。本研究主要选取了位于中心城区西南部的通用水厂及其供水区域作为重点监测和研究的对象。该水厂承担着城区大约1/3的3供水负荷，现有生产工艺规模50万m/d。现有水源为引滦水，水源取自西河泵站，并通过两根DN2200管道重力输送至水厂预沉池。未来南水北调中线工程通水后，引丹江口水库水也将进入西河水源地，输配方式与引滦水相同。其供水区域管网示意图如图4.1所示。56 第4章北方某市水源切换供水管网黄水预测与敏感性识别图4.1北方某市通用水厂主要供水区域管网示意图（注：图中红星表示水厂位置，蓝线表示供水管网干管，黑字表示管段管径，黑点表示管网水质采样点。）4.2北方某市水源切换黄水问题预测4.2.1水源切换前管网水质铁稳定性判别研究者选取了北方某市通用水厂2012年逐月的出厂水和管网点的水质情况，对给水管网的稳定性进行判别分析。部分水质参数检测值如表4.1、4.2所示。进行腐蚀指数计算，结果如表4.3表示。表4.12012年北方某市通用水厂出厂水水质参数检测值日期pH电导率硫酸盐氯化物总碱度(以CaCO3计)余氯(以Cl2计)2012-17.84599.95112531320.92012-27.66639.18112551290.92012-37.59617.21112541221.22012-47.54593.67108491161.22012-57.68584.25109541151.22012-67.76639.1810456941.157 第4章北方某市水源切换供水管网黄水预测与敏感性识别续表4.12012年北方某市通用水厂出厂水水质参数检测值日期pH电导率硫酸盐氯化物总碱度(以CaCO3计)余氯(以Cl2计)2012-77.41636.0410156871.22012-87.46618.7895.054971.22012-97.42607.8093.640861.22012-107.54540.2998.741961.12012-117.41628.2010241951.22012-127.62582.68110491061.1平均7.58607.27104.7850.17106.251.13表4.22012年北方某市通用水厂管网水水质参数检测值日期pH电导率硫酸盐氯化物总碱度(以CaCO3计)余氯(以Cl2计)2012-17.88603.09111521300.82012-27.74643.88114581280.82012-37.59632.90110551220.92012-47.56584.25109531160.62012-57.79577.98109551150.92012-67.63601.5211157950.62012-77.45637.6110156880.42012-87.52603.0998.454840.42012-97.50615.6494.442880.22012-107.73541.8610045910.72012-117.65571.7010242951.12012-127.71595.24110491080.7平均7.65600.73105.8251.50105.000.68表4.32012年北方某市通用水厂腐蚀指数计算结果拉森指数（LR）出厂水管网水2012-11.211.212012-21.251.312012-31.321.312012-41.301.362012-51.421.402012-62.241.7358 第4章北方某市水源切换供水管网黄水预测与敏感性识别续表4.32012年北方某市通用水厂腐蚀指数计算结果拉森指数（LR）出厂水管网水2012-71.781.762012-81.521.792012-91.481.482012-101.391.542012-111.421.442012-121.441.36平均1.481.47通过腐蚀指数对管网水质铁稳定性的判别可知，出厂水Larson指数LR=1.21-2.24，均值1.48>1，管网水Larson指数LR=1.21-1.79，均值1.47>1，表明整个管网水输配过程中均对铁质管材具有较强的腐蚀性，其管网铁不稳定性问题严重，在水源切换时发生管网铁不稳定（“黄水”问题）的风险较高。4.2.2水源切换后铁稳定性预判南水北调的水源水来自湖北丹江口水库。丹江口水库的水质较现有水质而言，氯离子和硫酸盐浓度较低，拉森指数仅为0.46<1，表明对铁质管材的腐蚀较小，铁可基本稳定。表4.4丹江口水库水与滦河水水质参数对比水质参数滦河水丹江口水库水pH值7.658.06氯离子（mg/L）51.54.8硫酸盐（mg/L）105.838总碱度（mg/L，以CaCO3计）105101总硬度（mg/L，以CaCO3计）212125电导率（Μs/cm）601207浊度（NTU）0.380.85拉森指数（LR）1.480.4659 第4章北方某市水源切换供水管网黄水预测与敏感性识别4.3供水管网水质敏感区识别与评价4.3.1供水管网水质敏感区识别方法选取通用水厂供水区域63个管网采样点从2010年9月至2013年9月的总计1万多个数据。取样点列表见表4.5。表4.5通用水厂供水区域数值取样点统计序号编号监测点名称监测点地点12002扬楼津英纺纱公司津涞公路杨楼村内22003天衫包装厂九号房子西青区泰佳道（津涞公路）32004八路车站滨水西道与凌宾路交口42005体东消防队体北道与环湖中路交口52006宾西美术印刷厂宾水道与宾馆西路交口62007体北13路宾水道与环湖中路交口附近72008紫金山路排水三所河西区紫金山路82009卫津南路香河肉饼卫津南路天塔斜对过92010天津市供水处洗手间贵州路与吴家窑大街交口102011八里台工商行政管理所南开区庆丰路与望园道交口112012迎水道王50路迎水道与华苑道交口122013水上泵站对面干部疗养院南开区水上西路132014迎风道王95路迎风道与菊东路交口142015华苑路57路华苑路与天华路交口152016华苑路康复医院锦环道与天华路交口162017华苑天华里物业锦环道与天华路交口172018华苑消防45中队华苑路与信美道交口182019（王）农行培训中心复康路与榕苑路交口附近192020侯台花园小区管委会复康路与碧新路交口平江道与越秀路交口81号禽蛋贸易202022平江道与越秀路交口公司212024平山道市政研究院平山道与气象台路交口222027滨友路汉庭酒店友谊路（靠近围堤道）232028黑牛城道紫金山路交口天津电力黑牛城道紫金山路交口242035友谊路旅游局河西区友谊路60 第4章北方某市水源切换供水管网黄水预测与敏感性识别续表4.5通用水厂供水区域数值取样点统计序号编号监测点名称监测点地点252036西青开发燃气西青区津港公路与青宝路交口262039南北大街天津燃气河西区南北大街与大沽南路交口272040嘉泰小区物业南开区长实道282043青年活动中心隆昌路与资水道交口292044名都公寓解放南路与郁江道交口附近302045黑牛城道国贸黑牛城道与洪泽路交口附近312047906路公交站解放南路靠近外环322048泰山路师大二附小泰山路与资水道交口332049尖山路沅江道花店尖山路与沅江道交口342050梅江云水园物业友谊南路（靠近环岛东路）352051宁家房子三元电力南开区云际道362052骨科医院解放南路与新围堤道交口372054麦格里物业利民道（与大沽南路交口）382058珠江交通大队珠江道（解放南路与洞庭路之间）392059洞庭路东海街办洞庭路与泗水道交口402061大沽南路消防队大沽南路与微山路交口附近41206295路灰堆车站大沽南路与微山路交口附近422063河西区28幼儿园河西区学苑路与茂名道交口432064珠江道四站珠江道（微山路与榆林路之间）442066微山路消防24队微山路与三水道交口附近452067渌水道20路浯水道与枫林路交口462068西青一支路特派制衣西青区兴华一支路与惠友道交口472069西青区开发区武田制药兴华道与兴华四支路交口482073复康路环保局南开区复康路492074951车站华苑路与居华路交口502077梅江小区公交总站白云山路与绥江道交口512078梅江小学对面二楼物业梅江道（靠近紫金山路）522080荣迁东里天津燃气营业所白堤路荣迁东里小区内532082大学城公交汽车站秀川路与津涞公路交口542083理工学院南开区育梁道与红旗路交口61 第4章北方某市水源切换供水管网黄水预测与敏感性识别续表4.5通用水厂供水区域数值取样点统计序号编号监测点名称监测点地点552084金庄公寓别墅前物业管理卫津南路与快速路交口562085顺驰房地产红旗南路堆山公园对面572086汪兰庄上海大众汽车卫津南路靠近外环线582087工程师院公交站592088柳林泵站大沽南路与珠江道交口附近602089大沽南路消防二队大沽南路地铁总站海馨公寓移动612090大沽南路与外环线附近交口附近营业厅622091洞庭路振津工程公司河西区洞庭路与珠江道交口632092卫津南路枫林园滨水西道与卫津南路交口选取具有以下分级特征的水质指标作为管网水质敏感性识别与评价的依据：1）余氯（国家《生活饮用水卫生标准》末梢要求的100%以下(<0.05mg/L)、100%-200%、200%-600%）。2）浊度（国家《生活饮用水卫生标准》的50%-70%、70%-100%、100%以上）。3）总铁（国家《生活饮用水卫生标准》的30%-50%、50%-70%、70%-100%，100%以上）。选用不同符号的不同颜色代表供水管网各类水质问题的不同敏感性大小，如表4.6所示。三角形、圆形、方形分别代表余氯、浊度、总铁三个指标，而颜色分红橙蓝绿，表示敏感程度由大到小。对于水质条件较好的数据认为其敏感性可以忽略，在图上不进行标记。表4.6识别指标指示方法>0.3mg/L(0.1,0.3]mg/L(0.05,0.1]mg/L≤0.05mg/L余氯不标记△△△<0.5NTU[0.5,0.7)NTU[0.7,1.0)NTU≥1.0NTU浊度不标记○○○<0.09mg/L[0.09,0.15)mg/L[0.15,0.21)mg/L[0.21,0.3)mg/L≥0.3mg/L总铁不标记□□□□注：―[‖、―]‖表示区域中包含，―（‖、―）‖表示区域中不包含。62 第4章北方某市水源切换供水管网黄水预测与敏感性识别4.3.2供水管网水质余氯特性按照以上方法，将管网水质特性分析的识别指标分别在管网供水区域图上标示出来，首先讨论余氯指标，得到的供水管网水质余氯特性分布图如图4.2。图4.2通用水厂供水管网水质余氯特性分布图通用水厂目前使用氯胺消毒。一般来说余氯偏低的地方往往都出现在管网末梢，这是由于余氯在沿途发生了衰减，同时管网末梢管网水的停留时间长，水的流速慢，形成“死水区”，管网水容易发生余氯浓度偏低的情况。由上图对应采样点位置可看出，在通用一干的复康路末端（取样点2073）、通用二干的麦格里物业末端（取样点2054），以及通用四干的西青路末端（取样点2068）均出现了余氯偏低的情况，说明余氯经过长距离运输，在管网末端难以保持。而在通用一干的华苑路地区（取样点2017）、通用三干的卫津南路附近(取样点2092)，以及通用三干的友谊路附近（取样点2022），也同样存在余氯偏低的问题。这些采样点距离通用水厂并不是很远，但用水量不大、水在管网中的停留时间长、管网老旧都有可能成为关键因素。因此不能简单地认为余氯偏低仅发生在管网末端，对个别取样点发生的余氯无法保持现象需要进行进一步甄别。除了水中还原物质的含量和水在管网中的停留时间，水温也是影响余氯衰减的关键因素。因此我们对管网水选择水质分期的方法，分为夏季（6-9月）、冬季（12-3月）和春秋季（4、5、10、11月）进一步进行敏感性识别研究。63 第4章北方某市水源切换供水管网黄水预测与敏感性识别按照不同水质期。将三年的管网监测点数据按三个水质期分别整合，得到不同季节管网水的余氯特性，如图4.3中所示。a.冬季b.春秋季c.夏季图4.3不同季节管网水的余氯特性由图4.3可以明显地看出，夏季发生余氯偏低的频率最高，其后依次为春秋季、冬季。且冬季余氯偏低主要发生在管网末梢，夏季、春秋季的余氯偏低分布则呈现不规律性。进一步对数据进行统计分析，得到不同水质期管网水的余氯特性统计图如图4.4。全年余氯低于0.05mg/L（国标）的百分比为0.91%，其中夏季未达标率为2.22%，远高于春秋季的0.31%及冬季的0.06%。这说明水温越高，管网水出现余氯偏低的频率越高。100%90%80%70%60%50%百分比40%30%20%10%0%夏季春秋季冬季总体>0.3mg/L75.3294.5598.7189.02(0.1,0.3]mg/L18.364.521.178.38(0.05,0.1]mg/L4.100.620.061.68≤0.05mg/L2.220.310.060.91图4.4不同季节管网水的余氯特性统计图64 第4章北方某市水源切换供水管网黄水预测与敏感性识别4.3.3供水管网水质浊度特性同样的，我们得到的供水管网水质浊度特性分布图如图4.5。浊度的敏感区域主要集中在通用一干的华苑路区域（取样点2015、2017、2074）、通用二干远支的麦格里物业末梢部分（取样点2048、2052、2054）、通用三干的卫津南路（取样点2092）、通用四干的西青区和远支末梢（取样点2063、2068），以及水厂附近通用三干和六干的起始段（取样点2003、2085）。这与余氯敏感区域是大部分重合的，但相比余氯，浊度不达标的可能性更大，因而范围也更广。图4.5通用水厂供水管网水质浊度特性分布图按照不同水质期整合得到不同水质期管网水的浊度特性并进行数据统计，得到图4.6、4.7。浊度的总体超标率为3.30%，其中夏季6.00%，依然高于春秋季的1.8%和冬季的1.72%。a.冬季b.春秋季c.夏季图4.6不同季节管网水的浊度特性65 第4章北方某市水源切换供水管网黄水预测与敏感性识别100%90%80%70%60%50%百分比40%30%20%10%0%夏季春秋季冬季总体<0.5NTU83.3489.0389.0186.96[0.5,0.7)NTU7.415.956.086.52[0.7,1.0)NTU3.243.223.193.22≥1.0NTU6.001.801.723.30图4.7不同季节管网水的浊度特性统计图4.3.4供水管网水质总铁浓度特性供水管网水质总铁浓度特性分布图如图4.8。总铁的敏感区域分布于通用一干的华苑路区域（取样点2015、2074）、通用二干宾水道区域和末梢（取样点2005、2007、2010、2024、2054），以及通用六干靠近水厂的起始段（取样点2002、2003）。图4.8通用水厂供水管网水质总铁浓度特性分布图66 第4章北方某市水源切换供水管网黄水预测与敏感性识别对于总铁浓度的季节分期性，不如余氯及浊度随季节变化的幅度明显。但夏季发生超标或者出现偏高情况的频率依然最高，超标率为3.22%。a.冬季b.春秋季c.夏季图4.9不同季节管网水的总铁特性100%90%80%70%60%50%百分比40%30%20%10%0%夏季春秋季冬季总体<0.09mg/L50.3347.3542.2946.76[0.09,0.15)mg/L28.2932.3631.7230.71[0.15,0.21)mg/L11.1813.7114.7013.13[0.21,0.3)mg/L7.735.488.967.41≥0.3mg/L2.471.102.331.98图4.10不同季节管网水的总铁特性统计图4.3.5供水管网敏感区识别根据63个取样点三年来的水质监测数据，将各个取样点依据水质指标不达标频率的排序，识别出该供水区域内余氯、浊度和总铁浓度的敏感点，如下表所示。67 第4章北方某市水源切换供水管网黄水预测与敏感性识别表4.7通用水厂供水区域内三个水质指标的敏感点识别余氯浊度总铁浓度取样点不达标频率(%)取样点不达标频率(%)取样点不达标频率(%)201717.57200314.86200320.55206812.68202213.3320279.0920927.32200213.3320104.2620226.67205212.6820244.0520524.23204811.2720542.7820734.05208510.9620582.7820632.86201710.8120051.8020672.7820929.7620831.4120061.6420686.9420361.3920111.4920635.7120121.36续表4.7通用水厂供水区域内三个水质指标的敏感点识别余氯浊度总铁浓度取样点不达标频率(%)取样点不达标频率(%)取样点不达标频率(%)20431.3720105.4120131.1620070.6320545.1320150.62结合对供水管网水质特性的分析，将三种水质特性识别指标整合为图4.11。图4.11管网水质敏感性识别图68 第4章北方某市水源切换供水管网黄水预测与敏感性识别综合以上，初步判定以下取样点附近为需要和值得重点关注和研究的敏感区域（见图4.12）。A）通用一干的华苑路区域，包含取样点2012、2013、2014、2015、2016、2017、2018、2074和2083；B）通用三干远支的末梢部分，包含取样点2010、2011、2013、2024、2027；C）水厂附近通用六干的起始段，以及水厂附近通用二干和三干的宾水道区域，包含7个取样点2002、2003、2004、2005、2007、2084、2085、2092；包含取样点；D）通用二干远支的末梢部分，包含取样点2022、2039、2043、2045、2048、2049、2052、2054；E）通用四干的珠江道区域，包含取样点2058、2059、2063、2064、2066、2067、2091；F）通用四干的西青区末梢，包含取样点2036、2068。其中，敏感区域与余氯偏低存在显著的相关性。图4.12供水管网水质敏感区域分布图69 第4章北方某市水源切换供水管网黄水预测与敏感性识别4.4供水管网铁释放影响因素分析4.4.1供水管网中总铁与浊度的关系总铁和浊度是管网铁释放问题的两个关键性水质指标。对供水管网敏感区域中浊度与总铁浓度的相关性进行分析，如图4.13所示。由图可见，管网水的总铁浓度与浊度呈较好的正相关性，总铁浓度越高，浊度越高，表明管网水中总铁浓度的增加是造成浊度升高的根本原因。2.01.5/NTU1.0浊度0.50.00.00.10.20.30.4-1总铁浓度/(mg·L)图4.13供水管网中浊度与总铁的关系4.4.2供水管网中总铁、浊度与余氯的关系进一步分析供水管网水中总铁、浊度与余氯的关系，见图4.13和图4.14。由图4.14可知，管网水的总铁浓度与余氯浓度呈显著负相关性。管网水中余氯浓度越高，总铁浓度(铁释放量)越低；反之余氯浓度越低，总铁释放量就越高。当管网水中的余氯浓度高于1.0mg/L时，相应的管网水中铁含量均达标；余氯浓度高于0.6mg/L时，管网水中铁含量达标率达到99%；而管网水中的余氯浓度低于0.3mg/L时，管网水铁含量全部超标。图4.15则表明，和余氯与总铁的关系类似，管网水中余氯浓度越高，浊度越低；反之余氯浓度越低，浊度越高。管网水中的余氯浓度低于0.3mg/L时，管网水中浊度均值全部超标。由此可见，保持较高浓度的余氯可以降低管网水的铁释放量。70 第4章北方某市水源切换供水管网黄水预测与敏感性识别0.8平均值0.61-/mg·L0.4总铁浓度0.2000.40.81.21.6余氯浓度/mg·L-1图4.14供水管网中总铁与余氯的关系7.0平均值6.05.04.0/NTU浊度3.02.01.00.000.40.81.21.6余氯浓度/mg·L-1图4.15供水管网中浊度与余氯的关系4.5本章小结本章研究了北方某市在面临跨流域调水水源切换时的黄水问题风险，主要得出以下结论：71 第4章北方某市水源切换供水管网黄水预测与敏感性识别1.对该市中心城区通用水厂供水区管网现有滦河水源水的铁稳定性进行判别，其中出厂水Larson指数LR=1.21-2.24，均值1.48>1，管网水Larson指数LR=1.21-1.79，均值1.47>1，表明出厂水在管网输配过程中对铁质管材具有强烈的腐蚀性，其管网铁不稳定问题较为严重。2.丹江口水库水氯离子和硫酸盐浓度较低，拉森指数为0.46，铁基本稳定。而对于余氯控制的铁稳定性问题，由于丹江口水质有机物少，有利于管网中的余氯保持，因此预计水源切换不会引发大规模的黄水问题。3.根据2011-2013年三年期间1万多个管网水质逐月监测数据的分析，供水管网水中的总铁与浊度呈良好的正相关性，且总铁和浊度与余氯均呈显著的负相关性，管网水中余氯越高，总铁和浊度越低，反之余氯浓度越低，总铁和浊度就越高。当管网水中余氯浓度高于1.0mg/L时，管网水总铁含量均达标，而当管网水中余氯浓度低于0.3mg/L时，管网水总铁和浊度均值全部超标。4.采用水质分期、指标分级的管网水质敏感性识别方法，确定了管网水质的特性：①管网水质总体较好，余氯、浊度、总铁浓度的不达标率分别为0.91%、3.30%及1.98%。②管网点余氯<0.3mg/L的季节分布特性是：夏季约为25%，春秋季约为5.5%，冬季约为1.3%。③管网点浊度与总铁偏高的直接原因是该点的余氯偏低，尤其是在夏季，管网点余氯偏低、总铁和浊度超标的频率均最高，因此建议应重视消毒剂余量的保持，降低夏季管网余氯小于0.3mg/L的比例，适当提高加氯量。3由于氯胺消毒成本较低，达到1mg/L余氯浓度投加成本一般低于0.01元/m，因此适当提高出厂水余氯量的控制措施是经济可行的。5.结合对供水管网水质特性的分析，将三种水质特性识别指标整合，形成了供水管网敏感区域分布图，明确指出了该供水区管网系统中六个需重点关注和研究的敏感区域（总铁浓度偏高、浊度偏高和余氯偏低）。由于余氯偏低的区域分布并不仅限于管网末梢，因此管网末端的加氯必要性不是很高。对个别余氯低的取样点需要进行进一步甄别，通过加强监测、对老旧管道实施喷涂等措施，降低余氯过低引发黄水问题的风险。72 第5章针对北方某市黄水风险特性的水源切换方案研究第5章针对北方某市黄水风险特性的水源切换方案研究5.1北方某市水源切换调度方案5.1.1水源调配方案比选根据水务局的要求和具体情况，北方某市充分考虑到调度的可操作性和水源切换的稳定可靠性，拟定了两个水源调配方案：1）方案一为2015年1月全市水厂完成切换。其中通用水务于2015年1月53日至2015年1月28日切换南水，其中南水取水量1.01亿m，引滦水取水量0.273亿m。在1个月内完成切换，期间逐步提高南水所占比例，直至达到100%，具体步骤见下一节。2）方案二为2015年5月全部水厂完成切换，其中通用水务于2015年3月至334月切换南水，其中南水取水量0.80亿m，引滦水取水量0.48亿m。春节后在两个月内完成切换，期间逐步提高南水所占比例，直至达到100%。方案一的优点是切换时间短，用户在春节前能使用上南水；缺点是水源切换快，南水可能造成局部管网水质的波动引起用户投诉的风险。方案二的优点是避免了用户在春节期间可能由于局部管网水质的波动引起投诉；缺点是切换时间长。通过第四章对北京某市水源切换供水管网黄水风险特性的分析，预计水源切换不会引发大规模的黄水问题，加上对通用水厂供水区域的敏感性识别，通过采取严密监测管网水质、局部消火栓放水、加强宣传等措施，可以降低造成局部管网水质的波动引起用户投诉的风险。因此，综合考虑上述两个方案，建议引滦南水源切换采用方案一。5.1.2水源切换步骤与时间安排南水经自来水集团水质中心检测符合地表水三类水体标准后，按规定时间进行水源切换工作。本次水源切换总计24天的时间进行，若南水质在切换过程中有较大变化，可根据实际情况调整切换速度。2015年1月5日至2015年1月28日，芥园水务、通用水务切换为南水。5.1.2.1第一阶段2015年1月5日至10日，南水占28%，滦河水占72%，稳定期5天。73 第5章针对北方某市黄水风险特性的水源切换方案研究1）早8:00，集团调度指令原水分公司将老DN2200至三元村腰闸打开，指令通用水务将老DN2200进水闸开满，确保老DN2200全线贯通。2）早9:00，集团调度联系西河枢纽泵站调度，开启西河枢纽泵站DN2200至芥园方向一台泵组，将小时流量固定控制至8100m3，并确认其流量计变化及西河预沉池水位变化。3）集团调度指令原水分公司停止宜兴埠泵站DN2500方向一台大泵运行。4）依据芥园、通用水务原水需求总量计算，已达到约28%南水混掺比例，集团调度中心须密切关注西河预沉池水位变化，并根据西河预沉池水位指令原水分公司对宜兴埠DN2500方向泵组进行启闭调节，将西河预沉池水位控制为10.60-11.50m。5）原水分公司须全程监控宜兴埠前池水位变化，及时调整前池进水闸并与上游水务局引滦工程管理处进行需水量沟通。6）中法芥园水务对原水水质实时监控并加强原水取水检测频次，确认南水进入后立即通知集团调度中心，并及时调整厂内产水工艺，确保出厂水质达标。7）集团调度中心确认引江原水进入中法芥园水务及通用水务后，加强与中法芥园水务、通用水务调度沟通，直至生产稳定。5.1.2.2第二阶段2015年1月11日至16日，南水占55%，滦河水占45%，稳定期5天；1）早9:00，集团调度联系西河枢纽泵站调度，开启西河枢纽泵站DN2200至通用方向一台变频泵运行，将芥园与通用水务原水小时总流量控制至16200m3，并确认其流量计变化及西河预沉池水位变化。2）集团调度中心指令原水分公司停止宜兴埠泵站DN2500方向一台大泵运行。3）依据芥园、通用水务原水需求总量计算，已达到约55%南水混掺比例，集团调度须密切关注西河预沉池水位变化，并根据西河预沉池水位指令原水分公司对宜兴埠DN2500方向泵组进行启闭调节，将西河预沉池水位控制为10.60-11.50m。4）原水分公司须全程监控宜兴埠前池水位变化，及时调整前池进水闸并与上游水务局引滦工程管理处进行需水量沟通。5）通用水务对原水水质实时监控并加强原水取水检测频次，确认南水进入后立即通知集团调度中心，并及时调整厂内产水工艺，确保出厂水质达标。6）集团调度中心确认大量南水进入通用水务后，加强与中法芥园水务、通用水务调度沟通，直至生产稳定。74 第5章针对北方某市黄水风险特性的水源切换方案研究5.1.2.3第三阶段2015年1月17日至22日，南水占70%，滦河水占30%，稳定期5天；1）9:00，集团调度联系西河枢纽泵站调度，将西河枢纽泵站DN2200至芥园方向已运行的变频泵组调频到100%，并确认其流量计变化及西河预沉池水位变化。2）集团调度指令原水分公司停止宜兴埠泵站DN2500方向一台大泵运行。3）待西河预沉池水位稳定后，集团调度密切关注西河预沉池水位变化，并根据西河预沉池水位指令原水分公司对宜兴埠DN2500方向泵组进行启闭调节，将西河预沉池水位控制为10.60-11.50m。4）原水分公司须全程监控宜兴埠前池水位变化，及时调整前池进水闸并与上游水务局引滦工程管理处进行需水量沟通。5）此时集团调度须加强与中法芥园水务、通用水务调度沟通，保持生产稳定。5.1.2.4第四阶段2015年1月23日至28日，南水占100%，稳定期5天。1）早9:00，集团调度联系西河枢纽泵站调度，开启西河枢纽泵站DN2200至芥园方向第二台变频泵组运行，并观察西河预沉池水位变化。2）集团调度指令原水分公司停止宜兴埠泵站DN2500方向所有泵组运行。3）集团调度密切关注西河预沉池水位变化，并根据西河预沉池水位联系西河枢纽泵站调度，对西河枢纽泵站DN2200至芥园方向一台泵组进行变频和启闭调节，将西河预沉池水位控制为10.60-11.50m。4）原水分公司须全程监控宜兴埠前池水位变化，及时调整前池进水闸并与上游水务局引滦工程管理处进行需水量沟通。5）随着西河预沉池、通用水务预沉池南水比例逐步增大并稳定置换后，中法芥园、通用水务已完全切换至南水，此时集团调度须加强与中法芥园水务、通用水务调度沟通，保持生产稳定。6）原水分公司按集团调度中心指令，关闭Y9、4号闸。至此，第二阶段切换结束，中法芥园水务、通用水务均完全引入南水。5.1.3南水计划停水切换回引滦水调度预案南水通水后，因计划停水需切换回引滦水时，引滦水经自来水集团水质中心检测符合地表水三类水体标准后，按规定时间进行水源切换工作。若引滦水质在切换过程中有较大变化，可根据实际情况调整切换速度。75 第5章针对北方某市黄水风险特性的水源切换方案研究通用水务切换为引滦水具体步骤如下：1）集团调度联系西河枢纽泵站调度，关闭西河枢纽泵站DN2200至芥园方向一台运行泵组，并确认其流量计变化及西河预沉池水位变化。2）集团调度指令原水分公司开启宜兴埠泵站DN2500方向一台大泵运行。3）集团调度联系西河枢纽泵站调度，关闭西河枢纽泵站DN2200至通用方向一台运行泵组，并确认其流量计变化及西河预沉池水位变化。4）集团调度指令原水分公司开启宜兴埠泵站DN2500方向一台大泵运行。5）集团调度联系西河枢纽泵站调度，关闭西河枢纽泵站DN2200至芥园方向最后一台运行泵组，并确认其流量计变化及西河预沉池水位变化，此时西河枢纽泵站泵组全部停运。6）集团调度指令原水分公司继续开启宜兴埠泵站DN2500方向一台大泵运行，并根据西河预沉池水位变化适时调整宜兴埠泵站DN2500方向泵组运行状态。7）原水分公司须全程监控宜兴埠前池水位变化，及时调整前池进水闸并与上游水务局引滦工程管理处进行需水量沟通。8）芥园水务、通用水务对原水水质实时监控并加强原水取水检测频次，确认引滦水进入后立即通知集团调度中心，并及时调整厂内产水工艺，确保出厂水质达标。至此，芥园水务、通用水务均完全引入滦河水。5.2水源切换引起的出厂水水质变化5.2.1水源切换前出厂水水质情况由于通用水厂的水源切换从2015年1月开始，因此调取了水源切换前一年，即2014年1月至12月的通用水厂出厂水水质数据。由表5.1可知，水源切换前硫酸盐浓度均值为108mg/L，氯化物浓度均值为50mg/L，总碱度均值为108mg/L，基于此计算拉森指数得到的结果为1.42。表5.1水源切换前通用水厂逐月出厂水日期pH浊度硫酸盐氯化物总碱度(以CaCO3计)余氯(以Cl2计)2014-17.840.22112531320.92014-27.660.23112551290.92014-37.830.22113421251.02014-47.680.25113411120.92014-57.520.24112441121.076 第5章针对北方某市黄水风险特性的水源切换方案研究续表5.1水源切换前通用水厂逐月出厂水日期pH浊度硫酸盐氯化物总碱度(以CaCO3计)余氯(以Cl2计)2014-67.390.2311649981.02014-77.360.2010151971.02014-87.400.2110149811.02014-97.440.1910749901.02014-107.360.209953941.02014-117.370.24106541061.12014-127.530.22106541221.0平均7.530.22108501081.05.2.2水源切换期间出厂水水质情况对通用水厂水源切换期间（2015年1月5日至2015年1月28日）水厂逐日的出厂水水质进行了跟踪，具体数据如表5.2所示。表5.2水源切换期间通用水厂水质逐日变化情况浑浊度余氯色度耗氧量氯化物硫酸盐pH总碱度1月5日0.211<52.8517.561211月6日0.181<53527.621191月7日0.21<52.9517.621231月8日0.21<52.9477.671181月9日0.240.8<52.8477.621181月10日0.181<52.5387.591361月11日0.171<52.5387.751151月12日0.181.1<52.6377.661161月13日0.181.1<52.53895.37.651141月14日0.181.1<52.4307.661121月15日0.131.1<52197.54981月16日0.121.1<51.9157.69981月17日0.131<52.1167.611031月18日0.151<51.9127.76961月19日0.151.1<52127.64981月20日0.171.1<52.1127.710277 第5章针对北方某市黄水风险特性的水源切换方案研究续表5.2水源切换期间通用水厂水质逐日变化情况浑浊度余氯色度耗氧量氯化物硫酸盐pH总碱度1月21日0.161<52.2127.831061月22日0.161<52.1127.831061月23日0.161.1<51.8147.71041月24日0.211<52147.611011月25日0.221<51.9137.651031月26日0.181<52117.731081月27日0.181<52127.661091月28日0.191<52.1107.7106氯化物浓度、总碱度、pH值的变化如图5.1-5.3所示，可以看出在水源切换期间，氯化物浓度明显逐渐降低，且在前两阶段变化最为明显，引入70%南水后两阶段基本保持不变；而总碱度略有下降，引入50%南水后变化明显，引入70%南水后又趋于平稳；pH值变化不大，总体呈波动，略有上升。605040mg/L)3020氯化物浓度（1001月5日1月10日1月15日1月20日1月25日日期图5.1水源切换期间出厂水中氯化物的变化78 第5章针对北方某市黄水风险特性的水源切换方案研究140130120mg/L)110总碱度（10090801月5日1月10日1月15日1月20日1月25日日期图5.2水源切换期间出厂水中总碱度的变化7.857.807.757.70pH7.657.607.557.501月5日1月10日1月15日1月20日1月25日日期图5.3水源切换期间出厂水中pH的变化79 第5章针对北方某市黄水风险特性的水源切换方案研究5.2.3水源切换后出厂水水质情况调取了水源切换后通用水厂2015年1月29日至4月30日三个月的出厂水水质数据（表5.3），数据显示，水源切换后出厂水水质保持基本稳定，氯化物浓度均值为12mg/L，硫酸盐浓度均值35.7mg/L，总碱度均值97mg/L。基于此，计算得到拉森指数为0.45，与上一章中基于丹江口水源水质的计算结果0.46相比是一致的。这表明长距离调水以及通用水厂固有的净水工艺对出厂水的腐蚀性几乎没有影响，水源切换后的出厂水水质依然符合管网铁稳定性要求。表5.3水源切换后通用水厂水质逐日变化情况浑浊度余氯色度耗氧量氯化物硫酸盐pH总碱度1月29日0.201.1<51.9107.651041月30日0.221.0<52.0107.73991月31日0.211.1<52.1147.641002月1日0.231.0<51.8117.651012月2日0.151.1<51.8117.581022月3日0.151.0<51.71235.77.661012月4日0.201.0<51.9117.7992月5日0.181.0<51.8117.61992月6日0.211.0<51.9117.651022月7日0.200.9<51.997.58992月8日0.220.9<51.8117.67962月9日0.201.0<51.8107.65992月10日0.231.0<52.0117.56992月11日0.201.0<52.0117.661002月12日0.201.0<52.0107.62982月13日0.181.0<51.9117.58962月14日0.231.0<52.09.47.53942月15日0.181.0<52.1107.641012月16日0.161.0<51.9107.56982月17日0.181.0<52.0117.64922月18日0.200.9<51.8117.58932月19日0.161.0<51.8107.61922月20日0.220.8<51.9117.549080 第5章针对北方某市黄水风险特性的水源切换方案研究续表5.3水源切换后通用水厂水质逐日变化情况浑浊度余氯色度耗氧量氯化物硫酸盐pH总碱度2月21日0.181.0<51.9137.57902月22日0.211.0<51.9127.58862月23日0.160.9<51.9107.71902月24日0.161.0<51.8127.62952月25日0.141.0<51.8127.64932月26日0.131.0<51.9127.69962月27日0.140.9<52.0107.71962月28日0.141.0<51.8107.65923月1日0.131.0<52.0107.71923月2日0.130.9<51.8117.75933月3日0.140.9<51.99.27.79983月4日0.110.9<51.897.7923月5日0.130.9<51.9107.76943月6日0.131.0<52.09.67.73953月7日0.131.0<51.9107.71983月8日0.131.0<51.9107.64953月9日0.111.0<51.89.835.67.72913月10日0.131.0<51.9117.79983月11日0.171.0<51.8107.66993月12日0.171.0<51.7117.67993月13日0.171.0<51.8117.66943月14日0.160.9<51.8127.53923月15日0.161.0<51.6117.68933月16日0.191.0<51.9117.59953月17日0.181.0<51.6127.56903月18日0.210.9<51.8127.64923月19日0.211.0<51.9127.7933月20日0.200.9<51.9127.62943月21日0.201.0<52.0137.64943月22日0.171.0<51.8147.629081 第5章针对北方某市黄水风险特性的水源切换方案研究续表5.3水源切换后通用水厂水质逐日变化情况浑浊度余氯色度耗氧量氯化物硫酸盐pH总碱度3月23日0.181.0<51.7117.68923月24日0.171.0<51.8127.62943月25日0.151.0<51.8157.62933月26日0.161.0<51.9127.54943月27日0.171.0<51.9127.62983月28日0.160.9<51.9127.76923月29日0.290.9<52.0107.72933月30日0.171.0<51.8107.65953月31日0.141.0<52.0127.54964月1日0.141.1<51.9137.55984月2日0.141.1<51.8167.47954月3日0.121.1<51.5167.48954月4日0.160.9<51.6157.46974月5日0.160.9<51.7147.541004月6日0.101.0<51.6157.56984月7日0.100.9<51.5167.52964月8日0.210.9<51.7117.541044月9日0.131.0<51.4137.531014月10日0.131.0<51.5157.511004月11日0.160.9<51.6127.771034月12日0.140.9<51.41236.17.561014月13日0.110.9<51.6137.661024月14日0.101.0<51.9147.651034月15日0.151.0<51.6137.661034月16日0.171.0<51.6107.681034月17日0.151.0<51.7107.741044月18日0.121.0<51.6147.79994月19日0.141.0<51.8147.711054月20日0.140.9<51.7137.611034月21日0.111.0<51.6137.5510282 第5章针对北方某市黄水风险特性的水源切换方案研究续表5.3水源切换后通用水厂水质逐日变化情况浑浊度余氯色度耗氧量氯化物硫酸盐pH总碱度4月22日0.111.0<51.6117.601014月23日0.111.0<51.6137.63994月24日0.101.0<51.6137.63994月25日0.140.8<51.5117.59994月26日0.111.0<51.7117.581004月27日0.101.0<51.8117.801064月28日0.110.9<51.6117.701024月29日0.100.9<51.6127.671044月30日0.100.9<51.6127.58104平均0.161.0<51.81235.77.6397水源切换后，出厂水的氯化物、硫酸盐浓度的变化是最大的，将2014年1月至2015年4月的数据进行逐月均值处理，从而得到氯离子、硫酸盐的变化曲线如图5.4、5.5所示，表明均在水源切换后发生了突变。605040mg/L)3020氯化物浓度（1002014年1月2014年4月2014年7月2014年10月2015年1月2015年4月日期图5.4水源切换后出厂水中氯化物的变化83 第5章针对北方某市黄水风险特性的水源切换方案研究140120100mg/L)8060硫酸盐浓度（402002014年1月2014年4月2014年7月2014年10月2015年1月2015年4月日期图5.5水源切换后出厂水中硫酸盐的变化5.3水源切换引起的管网水水质变化5.3.1供水管网水质余氯特性变化根据4.3.1中的标记方法，对同样的63个取样点做出2015年2月-4月（水源切换后）三个月的供水管网余氯特性的分布图，和2014年2月-4月（水源切换前）的同期（代表相同季节的特性对比）余氯特性图做对比，如图5.6所示。进一步对数据进行统计分析，得到水源切换前后管网水的余氯特性统计图如图5.7。a.水源切换前b.水源切换后图5.6水源切换前后供水管网余氯特性对比84 第5章针对北方某市黄水风险特性的水源切换方案研究100%90%80%70%60%50%40%百分比30%20%10%0%水源切换前水源切换后>0.3mg/L96.4595.86(0.1,0.3]mg/L3.014.14(0.05,0.1]mg/L0.270.00≤0.05mg/L0.270.00图5.7水源切换前后管网水质余氯特性统计由图5.6、5.7中可以看出，水源切换后管网水质的余氯特性有所好转，达标率由99.7%上升到100%。一些余氯较低的管网点在水源切换后并没有发生余氯偏低的问题，这一方面是由于根据本项研究成果，采取了提高出厂水余氯的措施，2015年2-4月的出厂水余氯由2014年2-4月的0.9mg/L提高到了1.0mg/L；另一方面是由于换水后水质变好，有利于余氯的保持。对各个取样点的余氯偏低频率进行排序（取≤0.3mg/L作为偏低标准），得到水源切换后的余氯问题点如表5.4所示。表5.4水源切换后的余氯问题点识别取样点偏低（≤0.3mg/L）频率（%）207383.33206780.00200425.00202220.00205920.00200616.67202416.6785 第5章针对北方某市黄水风险特性的水源切换方案研究与表4.7中基于三年数据得到的敏感区域对比，重合率达到了100%，表明余氯偏低问题更多发生在个别特定点的具体情况，敏感区域的识别是有效的。5.3.2供水管网水质浊度特性变化同样的，做出水源切换前后的同期浊度特性图做对比，如图5.8所示。进一步对数据进行统计分析，得到水源切换前后管网水的浊度特性统计图如图5.9。水源切换后浊度偏高的情况明显有所好转，达标率达到了100%，且99.2%的监测点数据低于0.5NTU。浊度偏高的监测点依然集中在敏感区域。a.水源切换前b.水源切换后图5.8水源切换前后供水管网浊度特性对比100%90%80%70%60%50%40%百分比30%20%10%0%水源切换前水源切换后<0.5NTU95.9099.16[0.5,0.7)NTU1.370.56[0.7,1.0)NTU1.370.28≥1.0NTU1.370.00图5.9水源切换前后管网水质浊度特性统计86 第5章针对北方某市黄水风险特性的水源切换方案研究对各个取样点的浊度偏高频率进行排序（取≥0.7NTU作为偏低标准），得到水源切换后的余氯问题点如表5.5所示。表5.5水源切换后的浊度问题点识别取样点偏高（≥0.7NTU）频率（%）202416.67207316.67200511.11与表4.7中基于三年数据得到的敏感区域重合率是100%，而超标的浊度监测点大都为余氯偏低的点（2024、2073），这表明水源切换后，原来浊度敏感点的出水浊度得到了明显改善，仍然出现超标的直接原因是余氯偏低。5.3.3供水管网水质总铁浓度特性变化图5.10、5.11显示了水源切换前后供水管网水质同期总铁浓度特性的变化。水源切换后管网水质的总铁浓度特性也明显好转，总铁浓度达标率达到了100%。这表明水源切换并没有引发新增的黄水问题，并且一定程度上使得黄水现象有所减轻，这与第4章中的预测结果是相符的。a.水源切换前b.水源切换后图5.10水源切换前后供水管网总铁浓度特性分布对比87 第5章针对北方某市黄水风险特性的水源切换方案研究100%90%80%70%60%50%40%百分比30%20%10%0%水源切换前水源切换后<0.09mg/L83.3383.51[0.15,0.21)mg/L10.8313.40[0.21,0.3)mg/L3.333.09≥0.3mg/L2.500.00图5.11水源切换前后管网水质总铁浓度特性统计对各个取样点的总铁浓度偏高频率进行排序（由于数据较少，取≥0.15mg/L作为偏高标准），得到水源切换后的余氯问题点如表5.6所示。表5.6水源切换后的总铁浓度问题点识别取样点偏高（≥0.15mg/L）频率（%）2035100.00206475.00202460.00200550.00209033.33202728.57205425.00206725.00与表4.7中基于三年数据得到的敏感区域的重合率为75%，表明敏感区域的识别是有效的。88 第5章针对北方某市黄水风险特性的水源切换方案研究5.4本章小结本章跟踪了北方某市在水源切换后的出厂水及供水区域管网水质特性，研究了实际水源调配方案对北方某市管网水质铁稳定性的影响，主要结论如下：1.充分考虑到调度的可操作性和水源切换的稳定可靠性，根据前期研究成果对北方某市拟定了两个水源调配方案进行比选，选定了切换时间短的水源调配方案，具体为2015年1月5日至2015年1月28日，通用水务切换南水，南水取水33量1.01亿m，引滦水取水量0.27亿m，在1个月内完成切换，期间逐步提高南水所占比例，直至达到100%。2.调查了水源切换前、水源切换期间以及水源切换后前后共16个月的出厂水逐日水质数据，水源切换前硫酸盐浓度均值为108mg/L，氯化物浓度均值为50mg/L，总碱度均值为108mg/L，拉森指数为1.42；水源切换后硫酸盐浓度均值35.7mg/L，氯化物浓度均值为12mg/L，总碱度均值97mg/L，拉森指数为0.45，与基于丹江口水源水质的计算结果一致。这表明长距离调水以及通用水厂固有的净水工艺对出厂水的腐蚀性几乎没有影响，水源切换后的出厂水水质符合管网铁稳定性要求。根据本项研究成果，北方某市采取了提高出厂水余氯的措施，2015年2-4月的出厂水余氯均值比前一年同期提高了0.1mg/L。3.根据通用水厂供水区域63个取样点的管网点水质监测数据，对2015年2月-4月（水源切换后）以及2014年2月-4月（水源切换前）的余氯、浊度和总铁浓度特性进行了对比，结果表明：①水源切换后，管网水质明显好转，余氯浓度有所升高，浊度和总铁浓度则均明显降低，达标率分别由99.7%、98.6%和97.5%上升至100%；②敏感区域的识别是有效的，水源切换后余氯偏低点、浊度偏高点和总铁浓度偏高点与敏感区域的重合率分别为100%、100%和75%。89 第6章结论与建议第6章结论与建议6.1结论本文研究我国南北方实际存在的两种典型管网黄水问题，主要研究成果如下：1.南方某市由地下水源切换为地表水源水后，出厂水水质特性主要表现为高氯离子、高硫酸根离子、低pH值、低碱度，Larson指数由0.05上升到均值2.28，对铁质管材具有高度腐蚀性，在进入管网后容易引起管垢的溶析和铁的释放，从而直接导致水质发黄、发红、发浑现象的发生。黄水和正常水样中的细菌群落结构存在差异性，变形菌门是供水管网发生黄水时的优势菌种。管垢生物膜中发现的硝化螺旋菌说明管网中存在普遍的硝化作用，管网水中发现的Limnobacter和水杆菌以及沉积杆菌的同时存在可能促进了黄水的形成。2.试验表明采用Ca(OH)2和NaOH调节管网水的pH值对南方某市的管网铁释放均有显著的影响，将管网水的pH值由6.5逐步提高到8.0，总铁释放量、浊度和色度均大幅降低。采用石灰（Ca(OH)2）的控制效果略优，投加Ca(OH)2运行3成本分别约为0.02元/m，费用较经济，因此可选定为应对供水管网“黄水”问题的控制技术。对该市水厂采用调节pH控制技术后一年的管网水质进行跟踪调查，发现，黄水问题高峰期（4-8月）的黄水问题发生率与前一年同比降低了62%-80%，说明提高pH值是一种有效可行的黄水问题的控制技术。3.针对北方某市面临跨流域调水水源切换时的黄水问题风险，对供水管网水质铁稳定的敏感控制因素、敏感期和敏感区域进行了研究。选取主力水厂供水区域63个管网采样点2010-2013年总计1万多个的余氯、浊度、总铁数据，结果表明管网水的总铁浓度和浊度与余氯均呈显著负相关，余氯浓度低于0.3mg/L的管网点，水中总铁和浊度均值全部超标。4.采用水质分期、指标分级的判别方法对管网黄水问题敏感特性的时空分布进行了识别与评价，明确了夏季是管网水质的敏感期，管网点余氯<0.3mg/L的季节分布特性是：夏季约为25%，春秋季约为5.5%，冬季约为1.3%，并指出该供水区管网需重点关注和研究的敏感区域。由于新水源水的Larson指数为0.46远低于旧水源水的1.48，再加上新水源水质有机物少，有利于管网中的余氯保持，因此预计水源切换在水厂现有工艺情况下不会引发新增的黄水问题。对于识别出来的敏感区域，尤其是在夏季，需要通过加强监测、对老旧管道实施喷涂、提高加氯量等措施，降低余氯过低引发黄水问题的风险。90 第6章结论与建议5北方某市通过水源调配进行了水源切换后，出厂水硫酸盐与氯离子浓度大幅度降低，Larson指数为0.45，符合管网铁稳定性要求，与此同时采取了提高出厂水余氯的措施，2015年2-4月的出厂水余氯比前一年同期提高了0.1mg/L。水源切换后，管网水质明显好转，余氯浓度有所升高，浊度和总铁浓度则均明显降低，达标率分别由99.7%、98.6%和97.5%全部上升至100%。水源切换后余氯偏低点、浊度偏高点和总铁浓度偏高点与之前识别的敏感区域的重合率分别为100%、100%和75%，这表明敏感区域的识别是有效的。6.因此，针对南方地区供水旧管网的黄水问题，由于南方水源多具有低pH和低碱度的特点，黄水问题可采用投加石灰调节出厂水pH值作为有效可行的黄水控制技术，建议将出厂水的pH值调节到7.5-8.0。针对北方地区供水管网的黄水问题技术，由于北方水源的pH值调节空间一般较小，管网点总铁和浊度偏高的直接原因往往是余氯偏低，因此可采用适度提高管网水中余氯浓度的控制技术。6.2建议本论文主要建议如下：1.针对南方控制黄水问题的投加石灰调节pH值技术，通过水厂调试深入优化该技术的相关工艺，如石灰投加点、投加次数、投加量等，或考虑投加氢氧化钠，以降低投加石灰对于出厂水带来的浊度升高等不利影响。2.选取发生黄水问题的北方管网案例，开展余氯对供水管网铁释放控制效果的研究。91 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致谢致谢衷心感谢我的导师张晓健教授，能成为您的学生对我来说是莫大的荣幸。从我大三进组开始四年多以来，无论我是作为一个因材施教的学生，或是作为本科毕设的学生，还是作为您的硕士研究生，您对我都是一样的严格要求和无私关怀。您严谨的科研作风、深厚的学术功底和敏锐的科研思维让我深深崇敬，对我不厌其烦的精心指导和谆谆教诲更是使我终身受益。诚挚感谢陈超老师对我的热情帮助和指导，谢谢您为我提供了宝贵的参与横向课题锻炼学习的机会，在我的试验过程中您总是能提供有力的支持，在我的工作上您也为我多番费心，令我十分感动。非常感谢汪隽老师和米子龙师兄对我实验上的支持和帮助，您们在整个研究过程中不仅为我提出了很多建设性的意见，也在精神上深深地鼓励着我，使我能够顺利的完成研究工作。感谢课题组全体师兄师姐、师弟师妹们在我的毕业设计过程中对我的帮助和支持。向所有关心、支持、帮助过我的老师和同学们表示感谢！97 声明声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。签名：日期：98 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果个人简历1990年11月05日出生于广东省深圳市。2008年9月考入清华大学环境科学与工程系环境工程专业，2012年7月本科毕业并获得工学学士学位。2012年9月进入清华大学环境学院饮用水安全研究所攻读土木工程硕士至今。硕士期间研究课题：供水管网中的铁稳定及控制技术。发表的学术论文[1]WUHuiting*,MIZilong*,ZHANGJingxu,etal.Bacterialcommunitiesassociatedwithanoccurrenceofcoloredwaterinanurbandrinkingwaterdistributionsystem.BiomedicalandEnvironmentalSciences,2014,27(8):646-650.(SCI,IF=1.345,*并列第一作者)[2]WuHuiting,ZhangJingxu,MiZilong,etal.Biofilmbacterialcommunitydiversityandstructureinurbandrinkingwaterdistributionsystemstransportingwaterswithdifferentpurificationstrategies.AppliedMicrobiologyandBiotechnology,2015,99(4):1947-1955.(SCI,IF=3.811)[3]邬慧婷,米子龙,张晓健,等.某市供水管网水质铁稳定的敏感性识别分析.中国土木工程学会水工业分会给水深度处理研究会2014年年会,杭州,2014.11.[4]米子龙,邬慧婷,张晓健,等.水源切换引发供水管网腐蚀产物释放的控制对策.中国给水排水,2013,29(22):44-48.(核心期刊)[5]米子龙,邬慧婷,张晓健,等.低pH低碱度水源水引起供水管网黄水的控制措施.中国给水排水,2014,30(18):23-27.(核心期刊)99'