基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究 131页

' 广州大学硕士学位论文基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究专业：市政工程硕士生：刘东坡指导教师：张金松摘要供水管网的安全输配是保障用户龙头水达标的重要环节。南方水体的低pH、低碱度和低硬度的特点加剧了供水管网的腐蚀，极易发生“黄水”等水质问题。为有效解决上述问题，深圳市于2013年开始实施优质饮用水入户工程，该工程将居民小区的老旧管道更换为新型不锈钢管，旨在降低饮用水在管道输送过程中的污染，使用户龙头水的各项水质指标符合《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）。本文针对深圳市优质饮用水入户工程实施前及改造过程中水质改善状况及“黄水”问题的控制效果开展研究。通过分析用户投诉、水质监测等数据对深圳市供水管网水质问题进行解析。从用户投诉看，供水管网问题主要集中在水压、水质两方面，同时出现两种问题的区域的管网管龄较长，且管道内壁腐蚀严重；其中水质投诉集中在两种情况，一是新管道通水初期出现“黄水”和异味较多，二是老旧管道由于水力条件等变化引起的“黄水”等问题。从水质监测数据发现，出厂水整体较好，4项微生物学指标、13项毒理学指标、2项放射性指标及2项消毒剂常规指标均合格，但耗氧量等个别指标的检测值达到国标限值；17项感官性状和一般化学指标中铝的浓度超标；不同水厂的原水来源及处理工艺的差别对各项指标的影响较为显著。对比出厂水和管网末梢水发现，在管网输送过程中，水质各项指标均有所降低，特别游离余氯的衰减最为迅速；优质饮用水的末端水质比普通自来水有较大提高。针对新管道通水初期水质问题，选择球墨铸铁管、不锈钢管和HDPE管三种新管道作为研究对象，模拟管道通水初期水质变化特征。研究发现，通水25天内，球墨铸铁管内水质变化最显著，其色度在第8天可达到10度，后期降低但仍在4度左右，浊度、pH和TOC同时升高，游离余氯降低最显著，电导率始终高于0.15mS/cm；不锈钢管和HDPE管内水质变化一致，初期变化明显，后期逐渐稳定。不同管材内壁微观结构的变化差异显著，球墨铸铁管内壁由疏松多孔的颗粒状变为致密的不规则立体状；不锈钢管内壁由均匀的组织结构变为大小不均匀的球状；HDPE管内壁初期光滑且穿孔较小，中期穿孔增大，后期粗糙呈鳞片状。各管材内壁元素组成差异较大，球墨铸铁管以O、CaI 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究为主，不锈钢管以Fe、Cr为主，HDPE管以C、O为主。不同管材内水体的微生物种群中的变形菌门（72.82%~86.87%）相对原水（48.45%）均明显增加，但不同管材中各种微生物相对含量差异明显。该研究可以从感官指标方面对新管道通水后的稳定时间进行确定，球墨铸铁管、不锈钢管和HDPE管分别在第20天、第8天和第2天后趋于稳定；同时建议在第8天和第2天分别对球墨铸铁管和不锈钢管进行冲洗。针对老旧管道“黄水”问题，通过实验室模拟不同pH条件下，相同管龄的PP-R管、铜管和镀锌钢管在浸泡过程中金属离子、色度和浑浊度及TOC等变化规律。PP-R管在不同pH条件下的TOC较高，镀锌钢管由于内壁腐蚀严重而导致在不同pH条件下金属离子、色度和浊度远高于PP-R管和铜管，总体上，稳定性顺序为：铜管>PP-R管>镀锌钢管。通过相关性分析，老旧管道建议pH控制在7.65左右，以保障水质稳定性。深圳市某水厂生产性再矿化技术提高pH有效提高了出厂水的水质稳定性。关键词：黄水；供水管网；水质稳定性；管材；腐蚀；铁释放II 广州大学硕士学位论文ResearchonWaterSupplyPipeline"RedWater"ControlTechnologyBasedonProductionDataMajor:MunicipalEngineeringName:LiuDongpoSupervisor:ZhangJinsongAbstractInthesafetransmissionofdrinkingwaterthroughitsdistributionsystemitisessentialtoguaranteethequalityofthetapwatersupplied.ThecharacteristicsoflowpH,lowalkalinity,andlowhardnessinthesouthernregionofChinahaveexacerbatedthecorrosionofwatersupplynetworks,andcausedwaterqualityproblemssuchas“redwater”.Tosolvethisproblem,theutilitysupplyingShenzhenstartedtoimplementahigh-qualitydrinkingwaterprojectin2013.Thisprojectaimedtoreplaceoldpipelineswithnewstainlesssteelpipes,aimingtoreducethepollutionofdrinkingwaterinthereticulatedpotablewatersystem,therebyensuringthattapwatermeetsthe“StandardsforDrinkingWaterQuality”(GB5749-2006).Thewaterqualityimprovementstatusandtheefficacyof“redwater”controlwerestudiedbothbefore,andduring,theimplementationofthehigh-qualitydrinkingwaterprojectinShenzhen.ThewaterqualityproblemsintheShenzhenWaterSupplyNetworkwereanalysedbyexaminingcustomercomplaints,waterqualitymonitoring,andotherdata.Fromtheperspectiveofthecustomercomplaints,watersupplypipenetworkproblemsweremainlyrelatedtowaterpressureandquality:bothoftheseproblemsoccurredinareasofmoreseverepipelineagingandcorrosion.Waterqualitycomplaintsfocusontwosituations,firstly,thereismore“redwater”andodourintheearlystageofthenewpipelineconstruction,andsecondly,waterqualityproblemssuchas“redwater”causedbychangesinthehydraulicconditionsinoldpipelines.Fromthewaterqualitymonitoringdata,thefactorywaterwasbetteroverall,fourmicrobiologicalindicators,13toxicologicalindicators,tworadioactivityindicators,andtwoconventionalindicatorsofdisinfectionwereused,butthedetectionvaluesofindividualindicatorssuchasoxygenconsumptionwerereachingthenationalstandardlimit,amongtheIII 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究17sensorytraitsandgeneralchemicalindicators,onlytheconcentrationofaluminiumhasexceededanacceptablestandard.Meanwhile,thedifferentrawwatersourcesandtreatmentprocessesindifferentwaterplantshadasignificantimpactonvariousindicators.Comparingthewaterfromthefactoryandthewaterinthepipenetwork,theindicatorsofwaterqualityhadbeenreducedduringtransmission,andthedecayinresidualchlorineconcentrationwasthefastest.Thequalityofthisdrinkingwaterwasbetterthanthatofordinarytapwater.Withregardtotheissuesrelatingtothenewpipeline,threepipematerials(ductileiron,stainlesssteel,andHDPE)wereselectedasresearchobjects,andthevariablecharacteristicsofwaterqualitymodelled.Within25days,thewaterqualityintheductileironpipechangedmostsignificantly.Thecolourofthewatersampledfromtheductileironpipereached10degreesontheeighthdayofoperation,anditlaterdecreasedbutremainedat4degrees:theturbidity,pH,andTOCshowedanincreasingtrend,theresidualchlorineconcentrationdecreasedmostsignificantly,andtheconductivitywasalwaysgreaterthan0.15mS/cm.WaterqualitychangesinstainlesssteelpipesandHDPEpipeswerethesame:theinitialchangeswereobviousandgraduallystabilisedinthelaterperiodofthestudy.Duringa25-daymonitoredoperatingtrial,themicrostructureoftheinnerwallofthedifferentpipematerialschangedtosignificantlydifferentextents.Theinnerwalloftheductileironpipechangedfromhavinglooseporousgrainstobeingrelativelydense,withirregular,three-dimensionalshapedparticles;thestainlesssteelpipewasinitiallyuniform,andformeduneven,sphericalparticlesonitsinnerwallsurfaceinthelaterperiod;theHDPEpipewassmoothandperforatedinitially,andtheperforationthereofsignificantlyincreasedinthemiddlestagesofthemonitoringperiod,andthesurfaceroughnessindicatedascalytextureinthelaterstagesoftesting.Theelementalcompositionsoftheinnerwallofthepipesweredifferent:theductileironpipecontainedmainlyOandCa,thestainlesssteelpipecontainedmainlyFeandCr,andtheHDPEpipecontainedmainlyCandO.TheproportionofProteobacteriainthemicrobialpopulationintheinternalwaterofdifferentpipes(72.82%to86.87%)wassignificantlyhigherthanthatintherawwater(48.45%),andtherelativecontentsofvariousmicroorganismsindifferentpipesdifferedsignificantly.Throughsimulation,thetimetostablewaterqualityindices,afterpipelinereplacement,canbedeterminedfromthesensoryindex.Theductilecastironpipe,stainlesssteelpipe,andtheHDPEpipetendedtobestableafterthe20th,eighth,andseconddays,respectively.Itisalsorecommendedthattheutilityflushtheductilecastironpipeandstainlesssteelpipeontheeighth,andsecond,days,separately.Withregardtotheissuesrelatingtotheoldpipelines,thevariationinmetalioncontents,colour,turbidity,andTOCduringthesoakingprocessofPP-Rpipes,copperpipes,andgalvanizedsteelpipesofsimilaragesweresimulatedinthelaboratoryunderdifferentpHconditions.TheTOCinwaterfromthePP-RpipeatdifferentpHvalueswashigh,thepH,IV 广州大学硕士学位论文metalioncontent,colour,andturbidityofwaterfromthegalvanizedsteelpipeweremuchhigherthaninsamplesfromthePP-Rpipeandthecopperpipeduetotheinternalwallcorrosiontherein.Incontrast,thestability,indescendingorder,was:copper,PP-R,thengalvanizedsteel.Throughcorrelationanalysis,theoldpipelinecouldcontrolthepHofthewatertoaround7.65thusensuringstablewaterqualityindices.Theproductionre-mineralisationtechnologyusedinawaterplantinShenzhenincreasedthepHandeffectivelyimprovedthewaterqualitystabilityofthefactorywater.Keywords:Redwater;watersupplypipenetwork;Waterqualitystability;Pipecorrosion;IronreleaseV 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究目录摘要.................................................................................................................................IAbstract............................................................................................................................III目录..............................................................................................................................VI第一章绪论......................................................................................................................11.1课题背景和研究意义及目的.............................................................................11.1.1课题背景..................................................................................................11.1.2研究意义及目的......................................................................................31.2国内外研究现状.................................................................................................31.2.1发生机理..................................................................................................31.2.2水质因素对“黄水”问题的影响..............................................................41.2.3管材因素对“黄水”问题的影响..............................................................61.2.4控制技术..................................................................................................81.3课题研究的内容................................................................................................101.3.1课题来源................................................................................................101.3.2研究内容................................................................................................101.3.3技术路线................................................................................................11第二章深圳市供水管网系统水质特征解析................................................................122.1深圳市供水系统概况.......................................................................................122.2深圳市供水管网维护调研...............................................................................122.2.1供水管网维修工况信息调研................................................................122.2.2供水管网水压问题调研........................................................................132.2.3供水管网水质问题调研........................................................................142.3出厂水水质特征解析.......................................................................................152.3.1供水水厂概况........................................................................................152.3.2出厂水水质的总体情况........................................................................212.3.3不同工艺出厂水水质指标对比............................................................252.4管网水水质特征解析.......................................................................................27VI 广州大学硕士学位论文2.4.1管网末梢水水质整体情况....................................................................282.4.2供水管网末梢水质分析........................................................................322.4.3优质管材对管网末梢水质的影响........................................................362.5本章小结...........................................................................................................41第三章新管道运行初期水质控制策略研究................................................................433.1材料与方法.......................................................................................................433.1.1试验装置................................................................................................433.1.2试验用水水质........................................................................................443.1.3试验流程................................................................................................443.1.4水质监测指标及测试方法....................................................................453.1.5微生物多样性分析方法........................................................................453.2出水水质变化特征...........................................................................................463.2.1pH............................................................................................................463.2.2色度和浑浊度........................................................................................473.2.3游离余氯和总氯....................................................................................483.2.4Zeta电位和电导率.................................................................................493.2.5TOC的变化............................................................................................513.2.6颗粒物粒径分布....................................................................................523.3管材微观结构分析...........................................................................................543.3.1各管材内壁的微观形态分析................................................................553.3.2各管材内壁物质元素组成分析............................................................573.4微生物多样性分析...........................................................................................593.4.1微生物多样性及丰度分析....................................................................593.4.2基于分类水平的微生物群落组成比较分析........................................613.4.3管道腐蚀微生物分析............................................................................653.5本章小结............................................................................................................68第四章旧管道运行水质控制策略研究........................................................................704.1试验方案...........................................................................................................704.1.1试验管材................................................................................................704.1.2试验过程................................................................................................724.1.3试验用水水质........................................................................................734.2不同管材下pH对水质的影响........................................................................734.2.1PP-R管...................................................................................................74VII 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究4.2.2铜管........................................................................................................824.2.3镀锌钢管................................................................................................904.3pH调控技术效果解析......................................................................................994.3.1水厂概况................................................................................................994.3.2再矿化系统设计....................................................................................994.3.3出水pH变化规律...............................................................................1014.3.4出厂水浊度变化规律..........................................................................1034.3.5运行成本..............................................................................................1044.4本章小结..........................................................................................................107第五章结论与建议......................................................................................................1085.1主要结论..........................................................................................................1085.2建议..................................................................................................................109参考文献........................................................................................................................110攻读硕士学位期间发表论文........................................................................................118致谢............................................................................................................................119VIII 广州大学硕士学位论文第一章绪论1.1课题背景和研究意义及目的1.1.1课题背景饮用水的水质安全问题关系到国计民生和社会的稳定。随着社会进步和人民生活水平的不断提高，用户对自来水的要求已不再仅满足于压力和水量方面，越来越多的开始关注水质方面的问题；与此同时，国家的水质标准也日益完善，我国现行的《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）是在2006年国家卫生部在《生活饮用水卫生标准》（GB5749-85）基础上修订而成的，将原有的水质标准从35项提高到了106项（其中常规项目42项，非常规检测项目64项，标准中消毒指标为常规项目），共增加了71项，其中对原有的8项指标进行了修订，而最新一轮的水质标准也正在制定过程中。随着水质标准的提高，我国的供水企业把重心工作放在了对水质净化工艺进行优化升级，提高出厂水的水质标准，但却忽略了自来水在输水管道内发生的变化[1]。在庞大和复杂的输水管网系统中，任何微小的变化都会引起运行工况剧烈的改变，合格的出厂水经过输水管网系统长时间的输送到达用户龙头时，各项水质指标发生明显的下降甚至出现超出国标限值的现象[2,3]。另外，伴随着社会经济的迅猛发展及环境污染的日益严重，水源和管网的水质污染问题突出，供水管网系统管道老化和腐蚀现象严重，管网的二次污染问题日趋严峻，若不科学、有效地预测或控制输配水水质变化规律，可能导致严重的供水事故[4]。目前，多水源供水[5,6]和跨区域调水[7,8]已经成为了解决城市水资源短缺的重要途径，同时非常规水源水，如海水淡化[9,10]、雨水和再生水[11]利用等，使用比例也逐年增加。对水源频繁切换及非常规水源水的使用造成原水水质突变对给水管网水质化学稳定性产生较大的冲击，导致诸多水质问题，尤其是铁不稳定性引起的“黄水”问题[12-14]。南方某大型水务企业客户投诉统计数据表明，用户龙头水“黄水”的投诉次数占总投诉次数的60%以上，由此可见，“黄水”问题已成为水务企业面临的较为严重的运行问题。水体的化学稳定性通常是指，水在供水管网的输送过程中既不出现结垢也不对管道产生腐蚀作用，而在水工业中则被定义为对碳酸钙不溶解且不沉积。因此，水质的化学1 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究稳定性主要体现在结垢和腐蚀两个方面[15]。腐蚀性的水在管网中长期停留，产生的腐蚀产物聚集在管道内壁，会使管道的有效直径变小，增加管道的输水阻力，降低管道的输送能力，甚至使管道发生爆管事故。水质或水力条件发生变化，供水管网中腐蚀产物脱落进入水中，造成用户龙头出现“黄水”问题[16]。南方地区地表水具有低pH、低碱度和低硬度的特点，出厂水在不调节前pH<7，碱度为40~100mg/L（以CaCO3计），硬度为100~150mg/L（以CaCO3计），该水质的出厂水化学性质不稳定，进入管网后对金属管道具有较强的腐蚀性，同时引起管壁已形成腐蚀产物脱落，进而引发严重的“黄水”问题。为了解决上述问题，同时提高居民的龙头水质量，深圳市于2013年6月正式启动优质饮用水入户工程，明确指出，凡是符合《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）规定的106项水质指标的水可称为优质饮用水。根据2013年印发的《深圳市优质饮用水入户工程实施方案》，深圳市计划五年内完成36万户居民的改造工程，对居民小区使用的国家明令禁止的供水管材集中进行更新改造，使用户龙头水水质达到“新国标”要求，实现优质饮用水入户。如图1-1所示，到2016年已经对198个小区10万户居民完成了优质饮用水入户工程改造。2017~2018年预计投入改造资金24.6亿元，预计到2018年底，增加28万户居民完成优质饮用水入户工程改造。2018年2月深圳市印发《深圳市优质饮用水入户工程第二阶段实施方案》，明确总体目标，在第一阶段取得良好成绩的基础上，利用三年时间，在2020年前全面完成剩余小区老旧供水管网改造工程，解决水质“二次污染”和“黄水”问题。本文针对优质饮用水工程改造初期，及改造过程中水质改善状况及“黄水”问题的控制效果开展研究，旨在保障优质饮用水的供给安全。图1-1深圳市已完成优质饮用水改造工程示意图Figure1-1SchematicofcompleteddrinkingwaterrenovationprojectinShenzhen2 广州大学硕士学位论文1.1.2研究意义及目的本课题针对深圳市的“黄水”问题，通过对客服数据和维修数据等资料进行分析，对“黄水”问题的发生区域进行定位，采用现场采样及在线监测手段相结合，对深圳市的出厂水、普通自来水及优质饮用水进行特征分析，在此基础上结合深圳市优质饮用水入户工程实施前后水质变化特点，通过实验室模拟试验和工程实践相结合，研究新管道更换后的初期水质变化特征及老旧管道的水质变化特征，解析新旧管材“黄水”形成特征，建立“黄水”有效控制策略。1.2国内外研究现状城市供水管网系统的“黄水”问题在国内外是普遍存在的，很多知名的大城市都爆发过“黄水”事件，给各行各业都带来了极为严重影响[14,17,18]。“黄水”问题是供水管网铁不稳定性的最直接表现，是管垢、颗粒物和水质等多方面综合作用的结果。国内外大量研究结果表明“黄水”问题产生主要是水力条件、水质条件和管材三方面原因导致的，相比较而言，水质影响因素获得了更多的关注，涉及的指标复杂多样，包括硫酸根、氯离子、pH、碱度、硬度、余氯、溶解氧及缓蚀剂等。由于水质影响较大，目前的研究通过建立水质化学稳定性来评估“黄水”是否发生[19]。因此，为了对水质化学稳定性进行鉴别，建立了评价水质化学稳定性的指标体系，即基于碳酸钙平衡体系的判别指数和基于水质参数的判别指数。由于供水管网系统比较复杂，同时各项稳定指数的计算公式所适用条件不尽相同，而且在理论方面各公式的本身存在一定的局限性，因此在实际的应用过程中需要进行综合考虑和分析。1.2.1发生机理供水管网内壁铁的释放过程是个相当复杂的反应过程。在新管中，管壁腐蚀程度较低，腐蚀产物堆积较少时，铁的释放主要来源于铁管的电化学腐蚀；然而，随着使用年限增加，当管内壁表面已经覆盖着一层腐蚀产物时，铁的释放途径则十分复杂。近年来，通过国内外学者的不懈努力，对供水管网铁释放的机理形成了不同的理论。相关理论主要包括7种，内容及特点如表1-1：表1-1供水管网中铁释放现象机理Table1-1Ironreleasemechanisminwatersupplynetwork机理名称机理内容[20]在管垢的形成过程中FeCO3（siderite）有关键作用，管垢的形成过程可以归纳Siderite模型为三方面：①电化学腐蚀与碳酸根形成；②FeCO3形成及Fe2+反应；③FeCO33 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究续表1-1机理名称机理内容反应。3个方面反应相结合，大量的铁化合物在管网内壁发生沉积，最后形成了管垢。管网内的水力条件由流动转化为停滞时，溶解氧被消耗，管垢中Fe3+作为电子[21]Kuch机理受体被还原为Fe2+，进而生成了溶解度较高的二价铁的氢氧化物。铁化合物溶解理论FeCO3和Fe(OH)2等二价铁的化合物发生溶解管道内壁腐蚀产生大量Fe2+，水流将Fe2+带到溶解氧较高处，生成Fe(OH)3等水合铁氧化物，无在溶解氧时H+作为电子受体生成H2。管壁表面吸附三价铁[22]腐蚀瘤破坏理论化合物，出现多孔的纤维结构。Fe2+扩散到多孔管垢中，可形成一层磁性的致密膜结构。铁释放是由于水力条件变化导致的膜结构破坏。腐殖酸是天然水体中主要有机物，可与Fe2+络合降低Fe2+的氧化速率。同时，[23]腐殖酸理论腐殖酸可将Fe3+还原为Fe2+，导致铁释放。管网内存在铁氧化菌（Gallionella、Leptothrix、Sphaerotilus等）和铁还原菌微生物理论[24]3+（Bacillussp、Clostridium、Citrobacter等）等铁细菌。铁氧化菌使Fe在管垢表层沉积，水力冲刷下铁释放，而铁还原菌可生成Fe2+出现铁释放。管垢内层是由Fe2+化合物组成的疏松层，外层是Fe3+化合物组成的致密层，可[25]溶解氧模型防止内部铁管腐蚀和铁释放。当溶解氧浓度降低时，外层发生反应而出现裂缝，内部的Fe2+释放到水中。以上的7种理论分别从不同的方面对供水管网系统中铁的不稳定现象进行解释和说明。通过对不同机理的对比可以发现，铁释放造成“黄水”问题的主要机理集中在铁管的腐蚀和腐蚀成分的释放两个过程[26]。其中Siderite模型解释了腐蚀引起管垢的机制；Kuch机理、铁化合物的溶解理论及腐蚀瘤破坏理论阐述了腐蚀产物释放引起铁释放的机制；腐殖酸理论、微生物理论及溶解氧模型则是从影响因素（腐蚀瘤、微生物作用及溶解氧）对铁释放影响的方面提出了合理的推测[27]。通过对机理的分析可以推断：铁管的腐蚀是无内衬铁质管材释放铁的主要原因，而管材、水力条件、溶解氧及微生物等综合作用则是引起有腐蚀瘤的老管道中腐蚀产物溶解和铁释放，最终引发“黄水”问题的主要因素。1.2.2水质因素对“黄水”问题的影响供水管网的水质因素与“黄水”问题的产生密切相关。pH值与碱度、腐蚀性阴离子、余氯以及溶解氧等对供水管网中铁的释放及“黄水”的产生均有着重要的影响。（1）pH值与碱度pH值升高对供水管网中铁的释放量的减少有积极作用。pH值的升高可以加快非溶解性Fe2O3和Fe(OH)3的生成速率，这些非溶解性铁的化合物可能会加固供水管道腐蚀4 广州大学硕士学位论文产物中的微孔结构，使其变得致密，铁释放程度逐渐降低[28]。同时，致密的管道腐蚀产物可能会降低离子在其内部的传输速率，从而降低腐蚀速率和铁释放速率[29]。也有研究认为，较高的pH可能会提高二价铁化合物Fe(Ⅱ)的氧化速率，生成的三价铁化合物Fe(Ⅲ)能够强化腐蚀瘤的物理结构，从而抑制腐蚀瘤内铁的释放[30]。碱度的增加与铁释放速率存在负相关性[31,32]，虽然碱度升高水中离子强度和电导率也会相应增加，但是提高碱度仍能有效控制铁释放。原因在于：通过溶度积常数可知，碱度的增加，水中溶解性Fe2+浓度变小，二价铁以FeCO3形式析出，管壁形成了FeCO3和CaCO3的保护膜，FeCO3继而转化为Fe3O4，Fe3O4化学稳定性高，抑制了铁离子的释放；另外较高浓度的碱度具有较强的缓冲能力，能够稳定pH，从而促进致密型腐蚀产物的形成，抑制铁释放[33,34]。关于pH值及碱度对铁离子释放及“黄水”的影响，从大量研究者的研究结果可以发现pH值一般要求控制在7.5~8.5[6,35-37]，pH>8.0[38,39]时可以有效控制不同区域不同水质下的铁释放。碱度控制范围要求浓度>80mg/L，个别要求>150mg/L[40-42]。（2）腐蚀性阴离子氯离子和硫酸根作为阴离子，维持管道腐蚀产物内电解质的电中性，氯离子和硫酸根浓度的增加，水溶液的电导率升高，促进离子和电子转移，加快铁腐蚀和铁释放[43]。同时，氯离子和硫酸根作为催化剂，通过发生一系列反应（1~4），破坏管道腐蚀产物中难溶性铁化合物中的氢键，取代FeOOH的羟基，进而提高了三价铁的溶解能力，钝化层的保护能力下降。近几年，国内外许多研究者均发现氯离子和硫酸根浓度增加促进管网铁释放[44-46]。FeOOH+Cl-→FeOCl+OH-（1-1）FeOCl+H3+--2O→Fe+Cl+2OH（1-2）2FeOOH+SO2--4→(FeO)2SO4+2OH（1-3）(FeO)3+2--2SO4+2H2O→2FeSO4+4OH（1-4）关于腐蚀性阴离子对铁离子释放及“黄水”的影响，从大量研究者的研究结果可以发现阴离子的控制因素主要是SO2-2--*2-4或表征SO4及Cl的LR指数，一般在SO4<80mg/L，LR<0.1~0.2时可以有效控制铁释放[8,47-50]。*备注：LR=[Cl-]+2[SO42-]/[HCO3-]为拉森指数，其中硫酸根、氯离子和碳酸氢根的单位均为mol/L。（3）余氯和溶解氧余氯在铁腐蚀和铁释放过程中起着不同的作用。增加供水管网水中的余氯浓度，一方面可将管垢中释放出的可溶性二价铁化合物氧化成溶解性更差的三价铁化合物沉积到管垢表面，抑制铁释放[51]；另一方面，根据Kuch理论[51]，余氯维持了管垢表面较高5 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究的氧化势，可阻止三价铁化合物被还原成二价铁化合物。与此同时，维持较高的余氯水平还可以提高消毒效果从而抑制微生物腐蚀作用。因此，供水管网中较高的余氯浓度对铁的释放具有一定的控制效果。也有研究发现[52]，过高的余氯浓度可穿透管壁较薄的腐蚀垢层与铸铁管基材接触，余氯因其较高的氧化能力可作为电子受体促进基质铁的电化学腐蚀，从而导致铁释放现象加剧。故随着管网系统余氯浓度的提高，总铁释放量呈现出先降低后升高的规律。一般认为[53]，较高浓度的溶解氧能够抑制铁释放，原因是：溶解氧能把溶解性的二价铁氧化成不溶性的三价铁；沉淀到腐蚀产物中的三价铁化合物能够填充其中的缝隙，使得腐蚀产物变得致密，从而阻止二价铁的扩散。Sarin等[30]的研究发现水体在停滞状态下，增加溶解氧浓度能够降低铁释放，但是，多空隙且具有导电性的腐蚀产物对管材腐蚀的保护作用不大，高溶解氧也可能会促进铁释放。吴永丽等[54]的研究发现溶解氧在一定浓度范围之内能够控制铁释放，但是，超出一定浓度值之后，其抑制作用降低。关于余氯及溶解氧对铁离子释放及“黄水”的影响，从大量研究者的研究结果可以发现北京和天津地区无论水源切换或原有常规水源，一般要求余氯在0.3mg/L，可有效控制铁离子释放，缓解“黄水”现象[37,49,54-56]；而郑州在南水北调水源，或水源切换过程中要求出厂水余氯控制在0.8mg/L[57-60]，深圳低pH低碱度水则要求余氯大于1.0mg/L[39]。溶解氧一般要求>8mg/L即可有效控制铁离子释放[57,61]。1.2.3管材因素对“黄水”问题的影响供水管道的材质对供水管网中自来水的水质有显著影响。随着科学技术的发展，新型材料的不断换代升级，在供水行业旧管道逐渐淘汰，新材质的管道不断出现，不同的管道由于材质和成本等方面的原因，其适应性各不相同，因此在选择管材时需要对其适应性、经济性及性能等方面综合考虑[62]。（1）供水管材选用的基本原则①安全可靠、卫生环保是管材的首要特点。无毒害作用是管材选择的最基本要求。②不易腐蚀，不积或少积垢。自来水从水厂到用户，要经过较长的管道，往往需要几个小时乃至几天。管网实际上是一个大的反应器，水中含有的有机物、细菌、余氯及其它无机物质，会继续进行生物化学、物理化学等反应，使水受到二次污染。③强度高，抗压能力强。如供水水压、水锤、覆土压力、地基沉降、温度变化等因素导致的胀缩及拉伸等压力。④寿命长，维修少。供水管道敷设后，能满足较长年限的使用要求，无需经常更换、改造或维修。⑤摩阻系数小，水力条件好。供水管道的内壁光洁度好，平整光滑，不易结垢，水6 广州大学硕士学位论文头损失小，既保证了服务水头压力，又节省能耗，减少成本。⑥运输、安装、养护简便。管材应尽量降低施工成本，同时要便于管道的维护和保养，漏损、爆破时便于抢修，减少停水时间。⑦管材及管配件规格齐全。包括不同管径的管材、各种弯头、异径管、三通、伸缩管（接头）、穿墙套管，规格齐全，系统配套，抢修时便于更换，同时可与其它不同材质的管材连接。⑧造价相对较低。供水管网的投资占整个供水系统总投资的50%~70%，合理的管道价格对节省管网的投资具有重要的现实意义。（2）供水管网中水体与管道的作用一般来说，各水厂的出厂水在进入市政管网前都是符合国家水质标准的，供水管网作为出厂水从水厂到用户龙头的输水媒介，输送过程中水与管道内壁发生复杂的物理、化学及生物作用，使各种水质指标降低或升高，因此水质的变化与供水管网管材有密切的关系，其中腐蚀现象在各种铸铁管和钢管内的发生比较严重，而管材的腐蚀行为与水温、pH、溶解氧、余氯和TOC等有关[63-65]。因此结合微生物和电化学反应机理综合分析，管材对水质指标的影响主要表现在以下5个方面[64,66-68]：①pH变化；②管道涂层或内衬材料的脱落及损坏所产生的颗粒物引起的浊度、色度等的变化；③管道内壁铁释放和聚集；④余氯衰减；⑤各种无机物和有机物的溶出。各种供水管网管材的连接处都可能成为水质安全的薄弱环节，且局部真空、水锤作用及管道填埋土壤不均匀的沉降等诸多方面因素都可以加重水质恶化，影响供水管网水质，不同管材引起的水质问题有所不同[68,69]，表1-2总结了常见几种管材所引起的水质问题。表1-2常见供水管网管材特征Table1-2CommonWaterSupplyPipeNetworkFeatures管材特征铸铁管过夜自来水中铁浓度超标。管网内水质参数的变化会影响水泥砂浆内衬，当水中的二氧化碳超出平衡浓度达到7水泥砂浆内mg/L时，导致内衬破损脱落，沙粒进入水体，从而浊度和色度上升，水质恶化。水衬铸铁管泥砂浆内衬物质的溶出，使水体pH升高、碱度和硬度增大、溶解性杂质增多，水体稳定性降低。环氧树脂内耐腐蚀性强，可有效减缓管道自身管材的腐蚀速率，但如果内衬材料未均匀覆盖在管7 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究续表1-2管材特征衬铸铁管或道基体，空穴和涂斑处的腐蚀速率会反而增大，形成局部腐蚀，增大对管道的破坏。钢管钢管无内衬涂层的钢管易腐蚀，且余氯衰减速率较快。短时间内会出现大量锌溶出现象，使管网内水体的锌浓度超标；目前我国已经有多个镀锌钢管省份禁止使用镀锌管。薄壁不锈钢强度高、抗腐蚀性好、韧性好、安全可靠、卫生环保等特点，是综合性能最优、新型管的、节能环保型的管道材料，被称为“21世纪真正绿色管材”[70]。UPVC应用较早的塑料管材，质轻、价廉、不腐蚀、延展性好，高温会渗出有机物质。具有塑料管材共同优点，柔性强、延展性好，较强的地形适应性，可替代铸铁管、镀HDPE锌管和UPVC等管材。水力条件、微生物等也是影响管网“黄水”现象的重要因素：高速水流会将腐蚀层从管壁上冲刷掉，造成浊度升高，同时给腐蚀过程提供更充分的溶解氧，加速管体腐蚀和铁离子的释放[71,72]。微生物对金属管道的腐蚀途径较多，管道腐蚀过程中的微生物具有促进和抑制的双重作用，而最常见的是腐蚀的促进作用[73]；管网内残留消毒剂同样具有双重作用，而仅在微生物腐蚀时呈现出抑制腐蚀发生的作用[74,75]。1.2.4控制技术通过对“黄水”产生的各种影响因素水平的分析，研究者通过相应的影响因素试验也对“黄水”问题提出各种控制技术。国内外广泛采用的控制方法和措施主要有调节水质化学稳定性、投加缓蚀剂等。（1）水质稳定性调控技术水质化学稳定性调节技术主要是针对“黄水”发生影响因素的调节，包括提高pH和碱度，降低腐蚀性阴离子浓度，尤其是硫酸根浓度等措施。国内外已针对该技术开展了大量研究。国外早在上世纪已根据管材差异性作出了针对不同管材的出厂水建议[76]：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；钙离子可以存在；溶解氧>2mg/L；必须存在少量的有机物。对于铸铁管和钢管，LR-1>1.5；对于镀锌钢管，LR-1>1.0[77]。管网若是水泥管或以水泥砂浆为内衬的金属管，则出厂水应该满足7≤pH≤8.5，碱度不小于15mg/L，钙离子浓度不小于10mg/L，侵蚀性CO2不大于5mg/L，硫酸盐不大于200mg/L。若供水管网是由各种不同材质的管道组成，则出厂水需要达到8≤pH≤8.5，33mg/L≤碱度≤82mg/L，存在少量有机物，37.5mg/L≤总硬度≤75mg/L，同时Cl-及SO2-[78-80]4要少。8 广州大学硕士学位论文国内目前已根据区域特点通过设置专项研究的方式，开展了大量水质化学稳定性的研究。《南水北调受水区饮用水安全保障共性技术研究与示范》项目针对南水北调受水区多水源供水的实际情况，通过一系列的小试研究以及在南水北调丹江口中试的试验平台在役管道水质稳定性试验研究、北京在役管道水质稳定性试验研究、北京近年来使用河北应急水源的供水管网水质稳定技术研究与应用，提出了多水源切换管网“黄水”预防与控制技术[7,81,82]。根据研究结果[8,17,83]，确定北京调用河北水库水的水质稳定性控制参数：控制出厂水SO2-4<75mg/L，碱度处于120mg/L~150mg/L。在此水质条件下，管网水质基本稳定，不会突发水质恶化的“黄水”问题。《南方大型输配水管网诊断改造优化与水质稳定技术集成与示范》项目通过对珠江下游地区高温高湿的气候环境，以及低碱低硬度、氨氮、有机物对管网输配过程影响等的研究[84-86]，确定了管网水质稳定性调控技术。针对珠江下游地区原水低硬低碱的特点，为提高化学稳定性，应提高出厂水的碱度和钙硬度，满足出厂水碱度和钙硬度分别在80~120mg/L之间，同时碳酸钙沉淀势（CCPP）控制在3~10mg/L[85]。（2）投加缓释剂投加磷酸盐为主的缓蚀剂可以有效控制铁释放，缓解“黄水”问题。磷酸盐分子能够与铁生成磷酸铁沉淀物，覆盖在管垢表面稳定保护层的空隙处，进而达到阻碍Fe3+的氧化物溶解作用。该过程使得聚磷酸盐能够抑制管垢铁释放的发生，从而有效的防止“黄水”现象。对国内外应用缓蚀剂控制铁离子释放的投加量的研究进行统计可以发现：美国对传统的磷酸盐抑制剂（正磷酸盐和多磷酸盐）研究起步很早，细致的研究了投加缓蚀剂的剂量，环境条件对效果的影响等，并且投加缓蚀剂已经成为美国行之有效的控制铁释放的工程措施[87,88]。近年来国内也逐步开始了相关研究。王磊等人[89]研究表明，磷酸二氢钠和六偏磷酸钠分别在淡化海水和自来水中抑制铁释放效果最好。聚磷酸盐的量要根据供水管网系统的大小进行合理的选择[90]。米子龙和鲁智礼等[91,92]研究得出，在应对“黄水”问题所试验的三聚磷酸钠和六偏磷酸钠的经济成本相同，但六偏磷酸钠效果要明显好于三聚磷酸钠。（3）其他控制技术①加速城镇管网更新，替换掉管径小且易腐蚀的老管道，可采用PE管或球墨铸铁管等管材进行更换[66,93]；②严格控制铁盐混凝剂的使用数量，多采用多聚铝盐混凝剂，减少Fe3+的含量，并且严格控制出水厂水中的含铁量和pH[94]；③管道进行清洗和涂层[95,96]。根据具体情况选择采用压力冲洗或化学冲洗方法。国内外已经取得的研究成果，使人们对“黄水”问题的发生机理、影响因素和控制9 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究方法有了深入的了解，但仍然存在不足。不同区域水质差异性明显使得控制技术得不到普适性，尤其是国内的研究多数停留在多水源切换和非常规水源的问题上，对深度处理工艺对水质的影响没有深入研究；其次，大量研究过于重视“黄水”问题的化学稳定性研究，不能建立有效“黄水”问题的评估方法，不能结合在线监测设备，建立有效的“黄水”预警方法来应对突发性“黄水”。随着各个水务企业在线监测设备的普及和完善，提供了大量的在线监测数据，其中浊度、pH、ORP等指标与黄水问题密切相关。如何有效的利用在线监测数据预警“黄水”的发生是目前研究与应用领域的空白。1.3课题研究的内容1.3.1课题来源本课题属于深圳市水务集团科研项目《供水系统特征水质模型构建及调控技术》课题。1.3.2研究内容（1）问题的识别与定位通过文献资料调研，对国内外“黄水”发生机理、影响因素和控制机理等进行初步认识；通过水质资料调研，对深圳市各水厂处理工艺、原水化学稳定性、出厂水化学稳定性、管网水质化学稳定性和在线监测水质数据等资料进行整理和挖掘；通过管网资料调研，对深圳市供水区域的管材状况、用户管网问题投诉资料等进行整理。在综合调研的基础上对“黄水”问题进行识别和定位。（2）样品的分析本研究主要采用的分析方法主要有：管垢特征分析，如物理特征分析（微观形貌特征SEM），化学特征（化学元素分析EDS）；水样特征分析，如目标区域的现场采样和试验室模拟相结合；颗粒物的分析，如颗粒物粒径分析；微生物特征分析，如采用16SrRNA进行不同分类水平的微生物群落分析。（3）新管道水质问题研究及控制方法通过试验室模拟新管道更换初期，不同管材的管道内水质的物理、化学及生物群落的变化特征，并针对不同管材提出更换初期管道冲洗和水质维护建议。（4）老旧管道水质问题研究及控制方法通过实验室对不同管材的老旧管道浸泡试验，研究不同pH条件下随着浸泡时间的延长水质变化特征，提出维持水质稳定的pH范围，并结合工程实践分析pH对水厂出厂水水质稳定性的影响。10 广州大学硕士学位论文1.3.3技术路线本课题技术路线如图1-2所示。供水管网“黄水”控制技术需求问题识别与定位“黄水”问题分析“黄水”控制技术管线管材旧管管材管网供水水质老旧工程与水更换网管更换管线水质稳定管网实践质统初期材水初期特征变化性研控制控制计性水质质特控制解析特征究方法应用分析特征征方法供水管网“黄水”控制方法图1-2技术路线图Figure1-2Schematicdiagramoftheresearchlayoutintheprojectresearch11 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究第二章深圳市供水管网系统水质特征解析2.1深圳市供水系统概况深圳市自来水普及率100%、水质优良。自来水供应实行企业化运作，在政府主导下整合形成深圳市水务集团、深水宝安、深水龙岗和深水光明、深水龙华五个供水集团。2016年，全市共有自来水厂50座，日供水能力674万吨，供水管网总长度达1.65万公里。近几年来，全市供水企业供水总量基本保持稳定，略有增长，其中，2016年全市供水企业供水总量约17.01亿立方米。深圳市水务集团是深圳特区内最大的供水企业，承担着深圳市97%的供水业务，总供水量达840万吨/日，特区内现有6座水厂，分别为BJS、NS、DC、ML、DH、STJ水厂。深圳市坚持开源节流并举、外引内蓄并重、开发保护并进的水资源开发利用战略，基本建成了较为完善的水源工程网络体系。全市共有东深供水工程、东部水源工程两大域外引水主干线工程及北线引水工程、石松线供水工程、龙茜供水工程等多条市内输水干、支线工程；全市水库161宗，水库总库容为9.50亿立方米。2.2深圳市供水管网维护调研本调研主要通过分析深圳市水务集团各供水分公司、管网所及营业中心统计的维修记录和信息管理系统统计的管网维修及客户投诉数据，对不同区域、时间、投诉项目以及管龄等方面进行研究对比，从而对深圳市区整体供水管网的状况进行深入探究。2.2.1供水管网维修工况信息调研2014年、2015年和2016年各收到相关投诉13271次、15481次和11402次，共40154次（龙华区2014年未统计出数据，各区域2016年仅统计出前6个月的数据），其中由于人为因素（如施工队挖破、用户开车撞破等）造成供水管网爆破和漏水的投诉仅为969次，占总投诉次数的2.4%。投诉和维修次数逐年增加，可能由于深圳市水务集团的供水管网管龄较大，且供水范围逐年增大，因此收到的投诉数据和维修记录也逐年增加。供水管网问题主要集中在水管爆破和漏水，2014~2016年不同区域供水管网投诉情况见图2-1。12 广州大学硕士学位论文6000500020142015201640003000投诉次数200010000南山区福田区罗湖区盐田区龙华区光明新区投诉区域图2-12014~2016年不同区域供水管网投诉次数统计Figure2-1StatisticsonWaterPipeNetworkComplaintsinDifferentRegionsfrom2014to20162.2.2供水管网水压问题调研水压问题主要集中在水压不稳定、偶尔或长期水压低的现象，2014~2016年不同区域供水管网水压投诉次数见图2-2。2014年、2015年和2016年收到相关投诉分别为3473次、3921次和2135次，共9529次（龙华区2014年未统计完全，各区域2016年仅统计出前6个月的数据）。12001000201420152016800600投诉次数4002000南山区福田区罗湖区盐田区龙华区光明新区投诉区域图2-22014~2016年不同区域供水管网水压投诉次数统计Figure2-2Statisticsonwaterpressurecomplaintsindifferentregionsfrom2014to201613 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究2.2.3供水管网水质问题调研水质问题主要集中在水质的感官性状（如颜色、气味、杂质和微生物等），2014~2016年分别收到投诉次数为841次、737次和728次，共2306次（各区域2016年仅统计出前6个月的数据），不同区域供水管网水质问题投诉次数见图2-3。为了深入了解水质投诉的具体问题，在此基础上，进一步分析了用户投诉的对象，如图2-4所示，水质发黄占总投诉量的51.56%，说明“黄水”问题是水质问题的关键。450400350201420152016300250200投诉次数150100500南山区福田区罗湖区盐田区龙华区光明新区投诉区域图2-32014~2016年不同区域供水管网水质投诉次数统计Figure2-3Statisticsonwaterqualitycomplaintsindifferentregionsfrom2014to2016针对“黄水”问题，开展了一系列生产性调研，发现深圳市2013年6月正式启动优质饮用水入户工程后，维护和投诉数据在管网改造小区和未改造小区呈现出显著的差异性，爆管和水压问题的投诉和维护地点集中在未进行管网改造的小区，而改造后的小区在管道更换初期均出现有水质问题的投诉，而“黄水”问题在进行改造和未改造的小区内均出现，但未改造的小区“黄水”问题较为严重，改造后的小区在接到投诉后及时对管网进行冲洗后不再出现水质投诉问题。经自来水厂处理得到的优质饮用水通过市政和小区供水管网等数个环节输送至用户终端。经调查，目前用户龙头水水质发黄，有杂质等问题的最直接原因是早期建设的小区供水管网大量使用了灰口铸铁管、镀锌钢管等不合格管材，这类管材在2000年已被国家明令禁止使用。优质饮用水入户工程是针对老旧居民小区供水管网进行整体更新改造的一项民生工程，该工程完成后，居民龙头水水质得到大幅度提升，因小区供水管网老化产生的“二次污染”和“黄水”问题将得到彻底改善。14 广州大学硕士学位论文水中有杂质112水中有生物70水中有沙子78水质浑浊170水质发黄1189水质发白134水有异味290水有氯味84其他1790200400600800100012001400投诉次数图2-42014~2016年用户对供水管网水质投诉对象统计Figure2-4Statisticsofwaterqualitycomplaintsfromcustomersfrom2014to20162.3出厂水水质特征解析出厂水水质状况包括水质合格率和水质稳定性两方面。如果出厂水的合格率本身不高，将导致水质在管网中受到污染的机会和程度大大增加。如出厂水加氯量不够，在管网中就可能使细菌、大肠杆菌等微生物大量繁殖，从而影响管网水的水质，而加氯量过多，则会引起余氯对金属管的腐蚀导致静止水中铁锈沉积、结垢，遇水流动而冲起，从而产生“黄水”问题。深圳市水务相关部门在《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）的基础上，制订了更加符合深圳市的《深圳市生活饮用水水质目标项目及限值》，对深圳市水务集团的下属各自来水厂的出厂水的水质标准做了进一步的严格要求。深圳市各自来水厂运用和实施当今主流的饮用水深度处理技术，使得出厂水的各项指标均达到深圳标准，远高于国家标准。但出厂水经过供水管网输送到达用户水龙头，水质各指标均发生变化，甚至远超过国标限值，针对这种现象，本小节对深圳市的6个主要的自来水厂2014~2016年的出厂水的水质数据进行统计分析。2.3.1供水水厂概况（1）6个自来水厂的处理工艺15 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究6个自来水厂的处理工艺有所不同，特别在深度处理工艺方面，其中BJS和ML水厂采用臭氧-生物活性炭工艺（如图2-5和2-6），DC水厂采用高锰酸钾预处理，但未采用深度处理工艺（如图2-7），NS水厂采用臭氧预处理，在滤池和清水池之间增加活性炭滤池的净水工艺（如图2-8），而STJ水厂采用的是活性炭+超滤的深度处理工艺（如图2-9），DH水厂采用臭氧预处理，但未采用深度处理的净水工艺（如图2-10）。不同工艺对出厂水的水质有一定的影响。图2-5BJS水厂处理工艺流程图Figure2-5WatertreatmentprocessofBJSwaterplant图2-6ML水厂处理工艺流程图Figure2-6WatertreatmentprocessofMLwaterplant图2-7DC水厂处理工艺流程图Figure2-7WatertreatmentprocessofDCwaterplant16 广州大学硕士学位论文图2-8NS水厂处理工艺流程图Figure2-8WatertreatmentprocessofNSwaterplant图2-9STJ水厂处理工艺流程图Figure2-9WatertreatmentprocessofSTJwaterplant图2-10DH水厂处理工艺流程图Figure2-10WatertreatmentprocessofDHwaterplant（2）6个自来水厂及监测点分布6个自来水厂及出厂水供水管网监测点位置分布情况如图2-11~2-16所示（红色表示普通自来水监测点，蓝色和绿色代表优质饮用水监测点）。17 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究图2-11BJS水厂出厂水供水管网监测点分布图Figure2-11Distributionofmonitoringpointsforwatersupplypipenetwork(BJS)图2-12NS水厂出厂水供水管网监测点分布图Figure2-12Distributionofmonitoringpointsforwatersupplypipenetwork(NS)18 广州大学硕士学位论文图2-13DC水厂出厂水供水管网监测点分布图Figure2-13Distributionofmonitoringpointsforwatersupplypipenetwork(DC)图2-14ML水厂出厂水供水管网监测点分布图Figure2-14Distributionofmonitoringpointsforwatersupplypipenetwork(ML)19 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究图2-15DH水厂出厂水供水管网监测点分布图Figure2-15Distributionofmonitoringpointsforwatersupplypipenetwork(DH)图2-16STJ水厂出厂水供水管网监测点分布图Figure2-16Distributionofmonitoringpointsforwatersupplypipenetwork(STJ)20 广州大学硕士学位论文2.3.2出厂水水质的总体情况2014~2016年连续三年6个自来水厂的出厂水共有216份水样。对出厂水的水质常规指标及消毒剂常规指标进行整体统计分析。其中，毒理指标中的亚硝酸盐和硝酸盐、消毒剂常规指标中的臭氧和二氧化氯指标在所有自来水厂的出厂水水质指标中均未找到，故未列入表中。（1）微生物学指标2014~2016年出厂水的微生物学指标统计结果如表2-1所示。4项指标均合格，其中，总大肠菌群、耐热大肠菌群和大肠埃希氏菌均未检出，而菌落总数有所检出，但逐年递减。表2-12014~2016年出厂水的微生物学指标检测结果Table2-1Microbiologicalindicatorstestresultsoffinishedwaterfrom2014to2016时间监测份数总大肠菌群耐热大肠菌群大肠埃希氏菌菌落总数201472均未检出均未检出均未检出16201572均未检出均未检出均未检出8201672均未检出均未检出均未检出0合计216均未检出均未检出均未检出24（2）毒理指标出厂水的毒理指标统计分析如表2-2所示。13项毒理学指标的合格率均可达到100%。大多数指标的出厂水中检测到的最大值控制在国标限值的20%以内，但铅、汞、三氯甲烷和四氯化碳的最高值均超过国标限值的50%，进入管网后极易发生富集超标风险。（3）感官性状和一般化学指标出厂水的感官性状和一般化学指标统计分析如表2-3所示。17项指标中，只有铝的综合统计合格率为99.54%，其余均达到100%，铝的最大监测值高达0.284mg/L，远高于国标限值的0.2mg/L，且连续两年铝的检出最大值有超标风险，很可能与水厂使用铝盐混凝剂有关。同时，耗氧量的国标限值为3mg/L，监测到的最大值可达到2.8mg/L；挥发性酚类的监测最大值可达到国标限值0.002mg/L，该两项指标存在极高的超标风险。（4）放射性指标放射性指标主要包括总α放射性和总β放射性两项，如表2-4所示，出厂水均达标。总α放射性的监测最大值为0.26Bq/L，超过了国标限值的50%，进入管网后存在超标风险，β放射性控制较好，监测值均远低于国标限值。（5）饮用水中消毒剂常规指标如表2-5，出厂水中游离氯和总氯两项指标均合格，但进入管网后的游离氯和总氯是各项指标中衰减最迅速的。21 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究表2-22014~2016年出厂水的毒理指标检测结果Table2-2Toxicologicalindicatorstestresultsoffinishedwaterfrom2014to2016项目2014年2015年2016年合计（mg/L）MinMax合格率MinMax合格率MinMax合格率MinMax合格率砷00.002100%00.002100%00.001100%00.002100%镉00.001100%00.001100%00.001100%00.001100%铬00.004100%00.006100%00.004100%00.006100%铅00.005100%00.006100%00.001100%00.006100%汞00.00005100%00.00076100%00.00008100%00.00076100%硒00.001100%00.001100%00.001100%00.001100%氰化物00.002100%00.005100%00.004100%00.005100%氟化物0.140.29100%0.090.29100%0.050.25100%0.050.29100%硝酸盐1.182.78100%0.52.89100%0.872.26100%0.52.89100%三氯甲烷0.00120.0274100%0.00240.0375100%0.0010.036100%0.0010.0375100%四氯化碳00.0013100%00.0014100%00.0003100%00.0014100%溴酸盐00.002100%00.002100%00.003100%00.003100%甲醛00.005100%00.005100%00.005100%00.005100%22 广州大学硕士学位论文表2-32014~2016年出厂水的感官性状和一般化学指标检测结果Table2-3Testresultsofsensorytraitsandgeneralchemicalindicatorsoffinishedwaterfrom2014to2016项目2014年2015年2016年合计MinMax合格率MinMax合格率MinMax合格率MinMax合格率色度（铂钴色度单位）均小于5100%均小于5100%均小于5100%均小于5100%浑浊度（NTU-散射浊度单位）0.060.23100%0.070.2100%0.060.2100%0.060.23100%臭和味无异臭、异味100%无异臭、异味100%无异臭、异味100%无异臭、异味100%肉眼可见物无100%无100%无100%无100%pH（pH单位）77.45100%7.177.56100%7.097.6100%77.6100%铝（mg/L）0.0090.28498.61%00.137100%0.0130.111100%00.28499.54%铁（mg/L）00.055100%00.124100%00.009100%00.124100%锰（mg/L）00.001100%00.002100%00.001100%00.002100%铜（mg/L）00.004100%00.001100%00.001100%00.004100%锌（mg/L）00.009100%00.019100%00.004100%00.019100%氯化物（mg/L）8.2314.59100%8.7317.7100%7.5912.59100%7.5917.7100%硫酸盐（mg/L）6.7713.76100%5.917.21100%2.8112.02100%2.8117.21100%溶解性总固体（mg/L）48163100%4484100%4266100%42163100%总硬度（以CaCO3计，mg/L）30.547.7100%29.250.6100%27.853.4100%29.253.4100%耗氧量（CODMn，以O2计，mg/L）0.351.25100%0.541.94100%1.392.8100%0.352.8100%挥发酚类（以苯酚计，mg/L）00.002100%00.002100%00.002100%00.002100%阴离子合成洗涤剂（mg/L）00.08100%00.09100%00.05100%00.09100%23 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究表2-42014~2016年出厂水的放射性指标检测结果Table2-4Radioactivitytestresultsoffinishedwaterfrom2014to2016项目2014年2015年2016年合计（Bq/L）MinMax合格率MinMax合格率MinMax合格率MinMax合格率总α放射性00.024100%00.026100%00.005100%00.026100%总β放射性0.0550.125100%0.0210.174100%0.0520.107100%0.0210.174100%表2-52014~2016年出厂水的消毒剂常规指标检测结果Table2-5Testresultsofdisinfectantsroutineindicatorsforfinishedwaterfrom2014to2016项目2014年2015年2016年合计（mg/L）MinMax合格率MinMax合格率MinMax合格率MinMax合格率游离氯0.50.92100%0.560.91100%0.621.15100%0.51.15100%一氯胺（总氯）0.691.11100%0.611.17100%0.71.27100%0.611.27100%24 广州大学硕士学位论文2.3.3不同工艺出厂水水质指标对比通过对6个水厂的各监测数据进行整理分析，选取9个共同监测的水质指标进行统计分析，分别为总大肠菌群、细菌总数、游离余氯、TOC、pH、肉眼可见物、臭和味、浊度及色度。其中6个水厂的出厂水中均未检出总大肠菌群，均无臭和味，均无肉眼可见物，色度值均小于5，细菌总数仅有10次检出，均在标准限值控制内。因此仅对pH、TOC、余氯和浊度进行统计分析，如图2-17~2-20所示。由图2-17可以发现，各水厂出水pH在达到国家生活饮用水卫生标准（6.5≤pH≤8.5）的基础上，同时也严格控制在深圳市生活饮用水标准的规定（7.0≤pH≤8.5）。从处理工艺可以看到，6个水厂在滤池前都进行了投加石灰，有效的提高水体的pH缓冲能力，但不同水厂的投加量要依据出厂水水质情况及原水水质情况进行调整，如DC水厂的原水主要来自深圳水库和西丽水库，也使用梅林水库或铁岗水库原水，STJ水厂原水主要来自于深圳水库和正坑水库，因此pH的差异很可能受到原水水质和投加石灰量双重影响。7.77.67.57.4pH7.37.27.17.06.9BJSMLDCNSSTJDH图2-172014~2016年6个水厂出厂水pH变化情况Figure2-17ChangesinpHoftheoutletwaterof6waterplantsfrom2014to2016图2-18中，各水厂出厂水的TOC均控制在2.1mg/L以内，出厂水的TOC差别不大。其中ML水厂的TOC最低，主要原因可能是该水厂采用臭氧预氧化，使大分子有机物转变为小分子有机物，增加了絮凝效率，深度处理工艺的臭氧氧化进一步减小有机物分子量，使有机物更容易被生物活性炭滤池去除，因而TOC去除率较高。25 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究2.22.01.81.61.41.2TOC（mg/L）1.00.80.60.4BJSMLDCNSSTJDH图2-182014~2016年6个水厂出厂水TOC变化情况Figure2-18ChangesinTOCoftheoutletwaterof6waterplantsfrom2014to2016图2-19中，各水厂的出厂水余氯值均高于0.5mg/L，完全符合国标和深圳市地方标准（不小于0.3mg/L）。从图2-19中可以明显发现，NS水厂出厂水的游离余氯最高，从处理工艺中可以明显发现，该水厂在清水池后加氯的同时也进行了加氨，使出厂水的中的氯以氯胺的形式存在，有效的维持了水体中游离余氯的量。1.21.00.8游离余氯（mg/L）0.60.4BJSMLDCNSSTJDH图2-192014~2016年6个水厂出厂水游离氯变化情况Figure2-19Changesinfreeresidualchlorineoftheoutletwaterof6waterplantsfrom2014to201626 广州大学硕士学位论文图2-20中，各水厂出厂水的浑浊度均控制在0.3NTU以内，完全符合深圳市地方标准。其中，STJ水厂的浑浊度最低，与该水厂采用活性炭滤池+超滤的处理工艺有关。0.250.200.15浑浊度（NTU）0.100.05BJSMLDCNSSTJDH图2-202014~2016年6个水厂出厂水浊度变化情况Figure2-20Changesinturbidityoftheoutletwaterof6waterplantsfrom2014to20162.4管网水水质特征解析长期以来，美国、加拿大、日本等一些发达国家对于出厂水在管网系统中产生的水质变化给予了较大的关注，相对于发展中国家而言，他们在推进城市给水深度处理、提高出厂水水质安全性和稳定性以及新材料、新设备、新技术的普及应用和管网运行、水质监测、水质管理上有着较大的领先优势，基本上可以使到达管网末梢用户龙头的水质仍符合该国的水质标准。尽管如此，发达国家对于管网系统二次污染情况和用户饮用水水质的调查和研究仍然不敢丝毫懈怠，尤其是近几年来随着水质检测技术的发展和检测精度的提高，使得对细菌、有机物的测定、认识和规定上的重新定位以及一些城市水质事故的频繁发生，更引起了国外各相关方面的高度重视和密切关注。与发达国家相比，我国供水管网系统的二次污染现状不容乐观，主要体现在3个方面：（1）供水管网系统二次污染的广域性和严重性我国大部分城市供水管网覆盖面积大，水力停留时间长，且很多城市不得不采用二次加压方式供水，增大了二次污染发生几率，致使二次污染面广且污染程度严重。（2）各城市管网系统二次污染不规律性和差异性不规律性主要体现在管网水质变化的不规律性，对于大城市多数水质检测项目（除27 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究游离余氯、臭和味、肉眼可见物和总大肠杆菌外）而言，各城市的管网水水质变化情况明显不同，这种不规律性不仅体现在水质指标的具体内容，还包括其具体数值的变化上。各城市取水水源、水厂处理工艺、管网新建和改造程度以及二次污染防治手段的不同，使各城市和地区之间供水管网二次污染现状出现了许多不确定性。（3）管网二次污染事故的多样性以及防治研究的落后性我国城镇供水协会在编制《城市供水行业2000年技术进步发展规划》时曾对国内许多城市做过管网二次污染事故的调研，从收集的资料看，管网二次污染事故主要包括浑浊度升高或超标、用户水箱或蓄水池中水受污染、用户违章将自备管道和管网管道连接造成的水质事故等。目前，我国对管网系统二次污染方面的深入研究相对较少，上海、杭州、广州、深圳等自来水公司进行了部分水质检验项目的管网水质研究工作，但尚无成熟完整的研究报告或结论性资料。本小节通过3个方面对比分析深圳市6个自来水厂出厂水在供水管网系统输送过程中各监测点水质特征。2.4.1管网末梢水水质整体情况一般来讲，自来水厂的出厂水都能达到国家所要求的水质标准，但出厂水需要通过复杂庞大的管网系统才能输送到用户，管线长度可达数十至上百公里，水在管网及构筑物中的滞留时间长的可达数日，庞大的地下管网就如同一个大型反应器。实验证明，水在这样的反应器内发生着复杂的物理、化学和生物变化，使管网结构稳定性被破坏，从而导致水质发生变化，造成管网对水质的污染。在经过管网附件和管网构筑物时，各种内在和外在的因素也会导致水体污染，水质变坏。在水质稳定性方面，出厂水要进行化学稳定性处理，目前在改善水质化学稳定性方面，比较现实的做法是推行调整pH法，即自来水在出厂前投加碱性物质，把pH调整为7.0~8.5，提高水体的稳定性，这种方法在欧美等发达国家已经得到了广泛的应用，并且取得了很好的效果。为了进一步对比6个水厂末梢水质的变化情况，对各水厂三年的管网监测点pH、浑浊度和游离余氯的监测值取平均，采用折线图和箱型图表示，如图2-21~2-26，分析各水厂出厂水管网末梢水质整体状况。由图2-21和2-22可以发现DH水厂的管网末梢水pH波动最小，而STJ水厂的pH波动最大，可能与水厂采用的不同处理工艺有关，同时STJ水厂监测点较少，数据样本较少也是影响稳定性的重要因素。28 广州大学硕士学位论文7.50BJSNS7.45DCMLDH7.40STJ7.357.30pH7.257.207.157.10024681012141618202224时间（半月）图2-21管网末梢水平均pH折线图Figure2-21LinechartofaveragepHinthepipenetworkterminal7.57.47.3pH7.27.17.0BJSNSDCMLDHSTJ图2-22管网末梢水平均pH箱型图Figure2-22BoxchartofaveragepHinthepipenetworkterminal浑浊度本身是感官性指标，但却是最常用、最普遍的评价水质的重要指标，它不仅反应了水的纯净度，而且代表和反映了较多指标和因素，在一定程度上和范围内是多项指标的综合反映。浑浊度大小反映水中悬浮物质和溶解性杂质的多少，而悬浮杂质中包括泥砂、虫类、微生物、病毒、腐殖酸及蛋白质等，溶解性杂质主要是无机离子。水的29 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究浑浊度越低，这些物质的含量越少，水质越好，因此，浑浊度可称为反映“多功能”指标。图2-23和图2-24可以明显发现，STJ水厂的管网末梢水浑浊度显著低于其它5个水厂，原因主要是STJ水厂出厂水的浑浊度较低，同时STJ水厂供水区域优先实施优质饮用水入户工程，管网的管龄小。0.28BJSNS0.26DCML0.24DHSTJ0.220.200.180.16浑浊度（NTU）0.140.120.100.08024681012141618202224时间（半月）图2-23管网末梢水平均浑浊度折线图Figure2-23Linechartofaverageturbidityinthepipenetworkterminal0.300.250.200.15浑浊度（NTU）0.100.05BJSNSDCMLDHSTJ图2-24管网末梢水平均浑浊度箱型图Figure2-24Boxchartofaverageturbidityinthepipenetworkterminal30 广州大学硕士学位论文游离余氯的作用是继续杀灭管网中生长繁殖的细菌。氯是一种强氧化剂，可以与水中管道内壁的细菌等微生物及其它有机和无机物质发生化学反应，因而余氯在供水管网中呈现逐渐衰减趋势。影响游离余氯衰减变化的因素很多，包括管材种类、管径、管道内外防腐状况、供水季节、水力条件等。相关测试数据表明：无内衬防腐的钢管中余氯衰减速率远大于水泥管；夏季管道中的余氯衰减比冬季快；用水高峰时，水在管道中停留时间较短，水中余氯消耗少，用水低谷时，水中余氯消耗多；管径较大的管道消耗氯的速率慢，管径小的管道消耗速率快，这主要是因为大管径管道的水体中，可与管壁接触部分占水量的比例小，被消耗的余氯所占比例也小。图2-25和2-26为6个自来水厂供水管网末梢水的游离余氯变化情况。从图2-25可以明显发现各水厂末梢水的游离余氯呈季节性变化，符合夏季消耗量显著高于冬季的特点，同时结合图2-26分析，STJ水厂的出厂水在管网末梢的游离余氯显著高于其他水厂，很有可能与STJ水厂最先进行老旧管道更新工程有关。0.650.600.550.500.45游离余氯（mg/L）BJS0.40NSDCML0.35DHSTJ0.30024681012141618202224时间（半月）图2-25管网末梢水平均游离余氯折线图Figure2-25Linechartofaveragefreeresidualchlorineinthepipenetworkterminal31 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究0.650.600.550.500.45游离余氯（mg/L）0.400.350.30BJSNSDCMLDHSTJ图2-26管网末梢水平均游离余氯箱型图Figure2-26Boxchartofaveragefreeresidualchlorineinthepipenetworkterminal2.4.2供水管网末梢水质分析为了进一步了解各水厂出厂水在供水管网中变化情况，选取BJS水厂，分析其各监测点水质变化情况，BJS水厂及其供水区域管网末梢监测点分布见图2-11。对BJS水厂出厂水的供水管网各监测点的2014~2016年同月份的pH、浑浊度和游离余氯的检测值取平均，对其变化特征进行分析。如图2-27和2-28，对各监测点三年的同月份的pH取平均值，各监测点的pH随时间变化的趋势基本一致，都在7.0~8.5合理区间范围内，其中福华路5月份和燕南路6月份的数值明显偏离其他监测点，很可能与管道维修有关。32 广州大学硕士学位论文7.7银湖7.6特皓苑泥岗福华路7.5华新深大电话汇港名苑7.4中航福滨7.3皇岗八卦岭pH上步码头7.2公司大院园岭下步庙7.1体育馆百花小区7.0燕南路南园路鹿丹村6.9田心村发展大厦总平均6.8024681012141618202224时间（半月）图2-272014~2016年BJS水厂出厂水管网各监测点同月份pH平均值Figure2-27AveragepHatthesamemonthinmonitoringpointsfrom2014to2016(BJS)7.77.67.57.47.3pH7.27.17.06.96.8话苑头院区厦银湖泥岗华新电名中航福滨皇岗码大园岭小大特皓苑福华路大港八卦岭步司下步庙体育馆花燕南路南园路鹿丹村田心村展总平均深汇上公百发图2-282014~2016年BJS水厂出厂水管网各监测点平均pH对比Figure2-28ComparisonofaveragepHatmonitoringpointsofthepipenetworkterminalfrom2014to2016(BJS)对各监测点的三年同月份的浑浊度取平均值，得到图2-29和图2-30。各监测点浑浊度随时间变化趋势基本一致，且均小于0.6NTU，在合格范围内。其中部分监测点的浑浊度数值波动较大，很可能与用水高峰期等因素有关。33 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究0.6银湖特皓苑泥岗0.5福华路华新深大电话汇港名苑0.4中航福滨皇岗八卦岭0.3上步码头公司大院园岭下步庙浑浊度（NTU）0.2体育馆百花小区燕南路南园路0.1鹿丹村田心村发展大厦总平均0.0024681012141618202224时间（半月）图2-292014~2016年BJS水厂出厂水管网各监测点同月份浑浊度平均值Figure2-29Averageturbidityatthesamemonthinmonitoringpointsfrom2014to2016(BJS)0.60.50.40.3浑浊度（NTU）0.20.10.0湖苑话苑岗岭头院庙区路路厦均银皓泥岗华新电名中航福滨皇卦码大园岭步小南园大平特福华路大港八步司下体育馆花燕南鹿丹村田心村展总深汇上公百发图2-302014~2016年BJS水厂出厂水管网各监测点平均浑浊度对比Figure2-30Comparisonofaverageturbidityatmonitoringpointsofthepipenetworkterminalfrom2014to2016(BJS)对各监测点的三年同月份的游离余氯取平均值，得图2-31和图2-32。从图中可以看到，各监测点的余氯量均大于0.15mg/L，符合标准。但各监测点的游离余氯差异较大，与二次加氯有显著的相关性，因此，对各监测点的游离余氯取平均值后用热力图显示，如图2-33，可以清晰的识别出二次加氯点。34 广州大学硕士学位论文0.75银湖特皓苑泥岗福华路华新0.60深大电话汇港名苑中航福滨皇岗八卦岭0.45上步码头公司大院园岭下步庙体育馆游离余氯（mg/L）百花小区0.30燕南路南园路鹿丹村田心村发展大厦总平均0.15024681012141618202224时间（半月）图2-312014~2016年BJS水厂出厂水管网各监测点同月份游离余氯平均值Figure2-31Averagefreeresidualchlorineatthesamemonthinmonitoringpointsfrom2014to2016(BJS)0.90.80.70.60.50.4游离余氯（mg/L）0.30.20.1湖苑路新话航岗岭岭庙馆路路村厦均银皓泥岗华华电中福滨皇卦园步育南园丹大平特福大八下体燕南鹿田心村展总深汇港名苑上步码头公司大院百花小区发图2-322014~2016年BJS水厂出厂水管网各监测点平均游离余氯对比Figure2-32Comparisonofaveragefreeresidualchlorineatmonitoringpointsofthepipenetworkterminalfrom2014to2016(BJS)35 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究图2-33BJS水厂出厂水各监测点的平均游离余氯浓度热力图Figure2-33Heatmapoftheaveragefreeresidualchlorineconcentrationatmonitoringpoints(BJS)2.4.3优质管材对管网末梢水质的影响深圳市2013年开始实施的优质饮用水入户工程以来，在部分居民小区进行管道更换进行优质饮用水试点，因此部分水厂的管网监测点分为普通自来水监测点和优质饮用水监测点。选取ML水厂的出厂水为研究对象，分析普通自来水和优质饮用水监测点水质状况。如图2-34和2-35为普通自来水和优质饮用水pH对比情况。图2-34可以发现，季节性pH变化规律较为一致。结合图2-35，与出厂水相比，普通自来水和优质饮用水pH均有所降低，但普通自来水pH较优质饮用水pH降低更为明显。36 广州大学硕士学位论文7.50出厂水7.45普通自来水优质饮用水7.407.357.30pH7.257.207.157.107.057.00024681012141618202224时间（半月）图2-34ML水厂普通自来水和优质饮用水管网末梢pH季节性变化Figure2-34pHseasonalchangesinpipelineterminaloftapwaterandhigh-qualitydrinkingwater(ML)7.57.47.3pH7.27.17.0出厂水普通自来水优质饮用水图2-35ML水厂普通自来水和优质饮用水管网末梢pH分布特征Figure2-35pHdistributioncharacteristicsinpipelineterminaloftapwaterandhigh-qualitydrinkingwater(ML)图2-36和2-37为普通自来水和优质饮用水的浑浊度变化情况，与出厂水相比，两者的浑浊度均有所增加，普通自来水增加更为明显，说明管道更新对水质有一定程度的提高，同时也说明了老管道内壁更容易释放使浑浊度升高的物质。37 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究0.24出厂水普通自来水0.22优质饮用水0.200.180.160.14浑浊度（NTU）0.120.100.080.06024681012141618202224时间（半月）图2-36ML水厂普通自来水和优质饮用水管网末梢浑浊度季节性变化Figure2-36Turbidityseasonalchangesinpipelineterminaloftapwaterandhigh-qualitydrinkingwater(ML)0.260.240.220.200.180.160.14浑浊度（NTU）0.120.100.080.060.04出厂水普通自来水优质饮用水图2-37ML水厂普通自来水和优质饮用水管网末梢浑浊度分布特征Figure2-37Turbiditydistributioncharacteristicsinpipelineterminaloftapwaterandhigh-qualitydrinkingwater(ML)图2-38和2-39为普通自来水和优质饮用水的游离余氯变化情况。可以发现，出厂水进入供水管网后，游离余氯均出现了显著衰减，优质饮用水虽然比普通自来水的游离38 广州大学硕士学位论文余氯稍微高0.1mg/L，但衰减幅度依然很大。由此可见，供水管网内消耗氯的物质较多，无论老旧管道或新管道，对余氯消耗量都很显著。0.9出厂水普通自来水优质饮用水0.80.70.60.5游离余氯（mg/L）0.40.3024681012141618202224时间（半月）图2-38ML水厂普通自来水和优质饮用水管网末梢游离余氯季节性变化Figure2-38Freeresidualchlorineseasonalchangesinpipelineterminaloftapwaterandhigh-qualitydrinkingwater(ML)0.90.80.70.60.5游离余氯（mg/L）0.40.3出厂水普通自来水优质饮用水图2-39ML水厂普通自来水和优质饮用水管网末梢游离余氯分布特征Figure2-39Freeresidualchlorinedistributioncharacteristicsinpipelineterminaloftapwaterandhigh-qualitydrinkingwater(ML)39 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究为了从整体上全面分析深圳市出厂水、普通自来水以及优质饮用水的水质状况，同样选取pH、浑浊度和游离余氯作为分析指标，对深圳市6个自来水厂出厂水和管网末梢水进行统计分析，如图2-40~2-42所示，其中红线条连接三种水样数据的中位数值，蓝色线条连接三种水样数据的平均数值。7.87.77.67.57.4pH7.37.27.17.06.9出厂水普通自来水优质饮用水图2-40出厂水和管网末梢pH分布特征Figure2-40pHdistributioncharacteristicsofthefinishedwaterandpipenetworkterminal由图2-40~2-42可以发现，与出厂水相比，进入供水管网系统后，自来水的各项指标都是呈恶化趋势。整体上，优质饮用水优于普通自来水特别在pH和浑浊度两方面表现最为显著，游离余氯虽然稍微高于普通自来水，但从图2-42的分析结果可以看出，出厂水进入管网系统后，游离余氯变化最为显著，消耗量大，很可能与管网系统内沉积物及微生物群落聚集有关。40 广州大学硕士学位论文0.300.250.200.15浑浊度（NTU）0.100.050.00出厂水普通自来水优质饮用水图2-41出厂水和管网末梢浑浊度分布特征Figure2-41Turbiditydistributioncharacteristicsofthefinishedwaterandpipenetworkterminal1.21.00.80.6游离余氯（mg/L）0.40.2出厂水普通自来水优质饮用水图2-42出厂水和管网末梢游离余氯分布特征Figure2-42Freeresidualchlorinedistributioncharacteristicsofthefinishedwaterandpipenetworkterminal2.5本章小结（1）通过对客户投诉、水质监测等生产数据进行了解析。从用户投诉看，供水管网问题主要集中在水压、水质两方面，同时出现两种问题的区域管网的管龄较长，且管道内壁腐蚀严重。其中水质投诉集中在两种情况：一是新管道更换初期龙头水出现“黄41 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究水”和异味较为严重，二是老旧管道腐蚀产物在水力条件等发生变化引起的“黄水”等水质问题。（2）深圳市的6个自来水厂的出厂水水质指标总体较好，4项微生物学指标、13项毒理学指标、2项放射性指标及2项消毒剂常规指标均未出现超标，但部分指标的检测值超过国标限值的50%，个别指标的检测值更是达到国标限值，进入管网后具有较高的超标风险；17项感官性状和一般化学指标中只有铝出现超标，很可能与水厂使用铝盐混凝剂有关。同时，不同水厂的原水来源及处理工艺的差别对各项指标影响较为明显。（3）对供水管网系统的末梢水质进行分析，发现自来水在输送过程中，水质各项指标均有所降低，特别游离余氯的值衰减迅速，因此可以发现管网作为输送媒介，对水质指标的影响明显。对深圳市优质饮用水分析发现，管道更新后的各项水质指标相比普通自来水均有所提高，但相对于出厂水也发生了轻微的水质恶化。42 广州大学硕士学位论文第三章新管道运行初期水质控制策略研究供水管材及配件在输送水过程中，自身分解物的种类及含量直接影响到供水水质，这是水行业的工程和科研技术人员所公认的。深圳市为改善供水水质，将城市小区的老旧管网更换为新管道。从目前的运营经验看，管材更新初期，用户投诉自来水发黄、异味等因素较多，该阶段一般采取冲洗、加氯消毒等措施保障管材使用后的水质保障。实际操作过程中，如何进行有效的冲洗和消毒需要根据水质变化规律确定时间和强度。基于此，本章以常用的球墨铸铁管、不锈钢管和HDPE管为对象，研究管道更换初期的水质变化特征和规律，对管道更新后的水质保障提供指导。3.1材料与方法3.1.1试验装置试验采用新购买的DN150的球墨铸铁管、不锈钢管和HDPE管，用车床加工成150mm长的试验管段，各管段的切口截面用环氧树脂包封以避免与水接触。采用聚乙烯搅拌桨搅拌水体，以横向的环流模拟实际管网中的纵向水流的流动条件，保证管段内有一定的剪切力，从而在较短的管段中模拟水体与管段内壁长时间接触后产生的水质变化。试验装置如图3-1所示。对每种管材内壁材料切成若干个10mm×10mm的小片，切口处用环氧树脂包裹，放入各装置底部，运行前、运行第14天和25天各取出两片，送测SEM和EDS。43 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究图3-1管段模拟反应器示意图Figure3-1Schematicofthepipelinesimulationreactor3.1.2试验用水水质试验用水取自深圳市某自来水厂的出厂水，每天取水前打开水龙头放水15~30min，水质基本稳定，主要试验用水水质指标及各指标《生活饮用水卫生标准》（GB5746-2006）和《深圳市生活饮用水的水质目标项目及限制》如表3-1所示。表3-1试验用水水质及标准限值Table3-1TestWaterQualityandStandardLimits指标进水国家标准深圳市标准pH7.4~7.966.5~8.57.0~8.5色度0~1.6度15度10度浊度0.126~0.378NTU1NTU0.5NTU≥0.3mg/L（出厂水）≥0.3mg/L（出厂水）余氯0.56~0.85mg/L≥0.05mg/L（末梢水）≥0.05mg/L（末梢水）≥0.5mg/L（出厂水）-总氯0.62~0.96mg/L≥0.05mg/L（末梢水）-TOC0.932~1.19mg/L5mg/L3mg/LZeta电位-16.1~-6.85mV--电导率0.132~0.147mS/cm--粒径分布0~200nm--注：“-”表示该项水质指标未作规定。3.1.3试验流程加工好的三种管材的管段反应器用自来水清洗干净，并缓慢冲洗30min，之后用自来水验漏并稳定管段12h。预处理完成后加入运行反应器，每24h换水并检测出水水质44 广州大学硕士学位论文指标，持续运行25d。3.1.4水质监测指标及测试方法主要水质监测指标及测试方法见表3-2。表3-2主要水质监测指标及测试方法Table3-2MajorWaterQualityMonitoringIndicatorsandTestMethods指标仪器pHHACHGQIIdpH色度XINRUISD9012AB水质色度仪浊度HACH2100AN型台式浊度仪余氯HACHPCII单参数比色计总氯HACHPCII单参数比色计TOCGESieversTOC仪Zeta电位ZetasizerNanoZEN3600电导率ZetasizerNanoZEN3600粒径分布ZetasizerNanoZEN36003.1.5微生物多样性分析方法（1）微生物提取和保存在试验装置运行第25天，收集各装置的出水，水样通过0.22μm的滤膜进行过滤，截留了微生物的滤膜存放至已灭菌的50mL的离心管内，并于-80℃条件下进行保存。（2）基因组DNA提取和PCR扩增采用CTAB或SDS方法对样本的基因组DNA进行提取，之后利用琼脂糖凝胶电泳检测DNA的纯度和浓度，取适量的样品于离心管中，使用无菌水稀释样品至1ng/μL。以稀释后的基因组DNA为模板，根据测序区域的选择，使用带Barcode的特异引物，NewEnglandBiolabs公司的Phusion®High-FidelityPCRMasterMixwithGCBuffer，和高效高保真酶进行PCR，确保扩增效率和准确性。引物对应区域：16SV4区引物（515F和806R）：鉴定细菌多样性；18SV4区引物（528F和706R）：鉴定真核微生物多样性；ITS1区引物（ITS5-1737F和ITS2-2043R）：鉴定真菌多样性；此外，扩增区域还包括：16SV3-V4/16SV4-V5；古菌16SV4；18SV9和ITS2区。（3）PCR产物的混样与纯化45 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究PCR产物使用2%浓度的琼脂糖凝胶进行电泳检测；根据PCR产物浓度进行等量混样，充分混匀后使用2%的琼脂糖凝胶电泳检测PCR产物，对目的条带使用qiagen公司提供的胶回收试剂盒回收产物。（4）文库构建和上机测序使用TruSeq®DNAPCR-FreeSamplePreparationKit建库试剂盒进行文库构建，构建好的文库经过Qubit和Q-PCR定量，文库合格后，使用HiSeq2500PE250进行上机测序3.2出水水质变化特征3.2.1pH三种管材由于内壁与水体接触的材质不同，在pH方面有显著表现。如图3-2，进水pH在7.5~8.0时，三种管材运行过程中出水pH均有不同程度的增加，且球墨铸铁管pH始终高于8.0，最高pH可达到8.8，不锈钢管和HDPE管的pH始终在8.5以内，运行后期不锈钢管pH维持在8.0左右，HDPE管pH基本与进水差别不大。球墨铸铁管的内衬可以保护铁质不受腐蚀，但是内衬中碱性物质溶出会造成pH升高[97,98]，这个结果与孙俊峰等人对新内衬球墨铸铁管通水初期对水质影响结果一致[99]。由于本试验的水力停留时间较长（24h），球墨铸铁管溶出物累积而导致pH升高显著，杨羽等研究发现，水力停留时间超过6.5h后pH增加显著[100]。9.0进水8.8球墨铸铁管不锈钢管8.6HDPE管8.48.2pH8.07.87.67.47.202468101214161820222426运行时间（天）图3-2pH随时间变化特征Figure3-2CharacteristicsofpHchangewithtime46 广州大学硕士学位论文3.2.2色度和浑浊度不同管材中自来水运行过程中色度和浑浊度随时间的变化规律如图3-3和3-4所示。如图3-3，在运行过程中，内衬球墨铸铁管色度增量显著，始终高于不锈钢管和HDPE管，色度最高可达到10度，不锈钢管和HDPE管中自来水色度也有上升，但基本都维持在4度以内，且后期与进水差别不大。有研究发现，内衬球墨铸铁管色度显著增高，主要因为水泥砂浆内衬中铁铝酸四钙（4CaO·Al2O3·Fe2O3）中含有的三价铁离子溶出[97,101]。12进水球墨铸铁管不锈钢管10HDPE管86色度（度）42002468101214161820222426运行时间（天）图3-3色度随时间变化特征Figure3-3Characteristicsofcolorchangewithtime从图3-4可以看出，在运行过程中，三种管材中水体的浑浊度均有明显上升，其中，HDPE管前10天上升显著，球墨铸铁管内水体浑浊度也不稳定，只有不锈钢管基本维持在0.35NTU，后期三者浑浊度均在0.3NTU以下。运行期间，三种管材的出水浑浊度普遍高于进水浑浊度。浑浊度出现该种变化特征的主要原因可能是每天更新进水后，余氯迅速杀灭残留繁殖的微生物，使微生物难以在该环境中产生较多可升高浑浊度的胞外分泌物，而球墨铸铁管内衬为少量微生物提供了良好的庇护场所，从而浑浊度比不锈钢管和HDPE管增加量更显著[102]。47 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究0.55进水0.50球墨铸铁管不锈钢管HDPE管0.450.400.350.30浑浊度（NTU）0.250.200.150.1002468101214161820222426运行时间（天）图3-4浑浊度随时间变化特征Figure3-4Characteristicsofturbiditychangewithtime3.2.3游离余氯和总氯我国水厂中以液氯为主要消毒剂来维持给水管网中的消毒作用。管网中余氯的消耗主要体现在两方面：一方面与管网水中的还原性耗氧有机物发生反应，另一方面与管壁腐蚀管垢、生物膜以及管材本身发生反应。管道材质是余氯衰减的主要影响因素之一，不同管材对水质余氯衰减影响有一定差别。如图3-5所示，三种管材对余氯的消耗趋势基本一致，实验表明，管材的余氯衰减强度为：球墨铸铁管>HDPE管≈不锈钢管。总氯的变化趋势如图3-6，其变化规律与游离余氯基本一致，在总量上多于游离余氯，管材的总氯衰减强度为：球墨铸铁管>HDPE管>不锈钢管。这个结果与钟丹等对三种管材中余氯变化规律的研究结论基本相符[103,104]。出现这种现象的主要原因是，球墨铸铁管内衬比表面积大，为微生物提供了更多的栖息场所，不锈钢管内壁光滑，微生物难以附着大量繁殖，HDPE管因内壁为有机材料消耗大量的余氯而释放有机物[11]。48 广州大学硕士学位论文0.90.80.70.6进水球墨铸铁管不锈钢管0.5HDPE管0.4游离余氯（mg/L）0.30.20.102468101214161820222426运行时间（天）图3-5游离余氯随时间变化特征Figure3-5Characteristicsoffreeresidualchlorinechangewithtime1.00.90.80.7进水0.6球墨铸铁管不锈钢管HDPE管0.5总氯（mg/L）0.40.30.20.102468101214161820222426运行时间（天）图3-6总氯随时间变化特征Figure3-6Characteristicsoftotalchlorinechangewithtime3.2.4Zeta电位和电导率Zeta电位是表征胶体体系稳定性的重要指标。如果颗粒带很多负电荷或正电荷，表明Zeta电位绝对值很高，颗粒间会相互排斥，从而达到整个体系的稳定；反之，它们会相互吸引，使整个体系不稳定。一般来说，Zeta电位愈高，颗粒的分散体系愈稳定，水49 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究相中颗粒分散稳定性的分界线一般认为在+30mV或-30mV,如果所有颗粒物都带有高于+30mV或低于-30mV的Zeta电位，则该分散体系比较稳定。三种管材运行期间Zeta电位均为负值，图3-7为Zeta电位绝对值变化情况，内衬球墨铸铁管初期低于15mV，后期逐渐升高，最终维持在20mV；HDPE管初期达到20mV，后期逐渐降低，最终维持在13mV；薄壁不锈钢管运行过程中比较稳定，一直维持在15mV左右。万江等研究表明[105]，在碱性条件下，体系Zeta电位均较酸性条件下的Zeta电位低，悬浮体系更加稳定，与本实验结论一致，同时有研究表明Zeta电位绝对值的大小与溶液中盐类的含量有关，因此内衬球墨铸铁管内衬物溶出也是其Zeta电位绝对值较高的因素之一[106]。24进水球墨铸铁管22不锈钢管HDPE管2018161412Zeta电位（mV）1086468101214161820222426运行时间（天）图3-7Zeta电位（绝对值）随时间变化特征Figure3-7CharacteristicsofZetapotential(absolutevalue)changewithtime饮用水的电导率是指水溶液传导电流的能力，它与饮用水中矿物质含量紧密相关。利用电导率可以监测饮用水中溶解性矿物质浓度的变化，并估算水溶液中离子化合物的含量。水中多数无机盐是离子状态存在，是电的良好导体，水的电导率与电解质浓度成正比，具有线性关系，水的电导率越低，水就越纯。图3-8为三种管材运行期间电导率变化情况，球墨铸铁管明显高于不锈钢管和HDPE管，而不锈钢管和HDPE管与进水电导率相差不大。董琪等人研究发现[107]，球墨铸铁管电导率显著升高的原因与其内衬中的氢氧化钙和硅酸钙等成分的溶出的钙离子有关。50 广州大学硕士学位论文0.180进水0.175球墨铸铁管不锈钢管0.170HDPE管0.1650.1600.1550.150电导率（mS/cm）0.1450.1400.1350.130468101214161820222426运行时间（天）图3-8电导率随时间变化特征Figure3-8Characteristicsofconductivitychangewithtime3.2.5TOC的变化TOC表征水中总有机碳含量，是有机污染物的综合指标。运行过程中，TOC的变化可以反映管材中有机质的溶出情况。图3-9是不同管材中自来水TOC随运行时间的变化。三种管材的TOC变化趋势一致，开始阶段比较高，后期逐渐降低并趋于稳定。根据林英姿等研究[108]，出现这种现象的原因是初始阶段微生物快速繁殖，消耗有机物的同时，被杀灭和自然死亡的微生物向水中释放，使TOC浓度有所增加，稳定期后，细菌数量逐渐减少且部分有机物被余氯反应所消耗，导致出水TOC降低但仍高于进水。李晓敏等认为球墨铸铁管水泥砂浆内衬中沙子附着的胡敏酸和富里酸等腐殖质类有机物的溶出也是其TOC升高的因素之一[97]。HDPE管运行前期水体中TOC升高且有蜡烛、塑料或柑橘等气味，与其管材内有机物质（烷基酚，酯，醛和酮）溶出有关[109,110]。实验结果表明，三种管材运行后期TOC都维持在2.5mg/L左右，均低于生活饮用水水质参考标准中的5mg/L的限值，这说明，三种管材在连续通水情况下，总有机物（TOC）的溶出质量仍然安全。51 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究6进水球墨铸铁管不锈钢管5HDPE管43TOC（mg/L）21002468101214161820222426运行时间（天）图3-9TOC随时间变化特征Figure3-9CharacteristicsofTOCchangewithtime3.2.6颗粒物粒径分布在客户服务部门收到的投诉数据中，关于自来水中存在颗粒物质的案例也非常多，有研究者颗粒物的来源进行了较为广泛的探究[111,112]，发现颗粒物的来源途径很多，来自水源所携带的无机或有机物质、净水过程中所投加的各种药剂，以及在管网出现负压时漏损部位吸入的泥土和沙子等，经过长期的积累会逐渐形成稳定的悬浮颗粒物质，同时，在对颗粒物质与“黄水”问题的综合调研中发现了两者的相关性。图3-10为运行25天内的出厂水和三种管材管段内水体的颗粒物粒径频率分布图。从粒径频率分布图上可以获得颗粒物的粒径范围（横坐标），以及粒径范围内各级粒径颗粒物出现的频率（纵坐标），它能定量表征水中颗粒物不同粒径范围内含量的多少。由粒径概率分布图发现，出厂水杂质较少，小粒径颗粒物含量更为显著，主要集中在0~200nm，400~600nm颗粒物含量相对较少；内衬球墨铸铁管和薄壁不锈钢管内水体大粒径颗粒物有所增加，主要集中在200~600nm，且400nm处分布更集中，HDPE管内颗粒物粒径相对出厂水基本没有明显变化。52 广州大学硕士学位论文120.00%100.00%80.00%60.00%百分比40.00%20.00%0.00%0100020003000400050006000粒径/（nm）（a）进水水体颗粒物粒径频率分布图120.00%100.00%80.00%60.00%百分比40.00%20.00%0.00%0100020003000400050006000粒径（nm）（b）球墨铸铁管内水体颗粒物粒径频率分布图53 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究120.00%100.00%80.00%60.00%百分比40.00%20.00%0.00%0100020003000400050006000粒径（nm）（c）不锈钢管内水体颗粒物粒径频率分布图120.00%100.00%80.00%60.00%百分比40.00%20.00%0.00%0100020003000400050006000粒径（nm）（d）HDPE管内水体粒径频率分布图图3-10出厂水和三种管材管道内水体颗粒物粒径频率分布图Figure3-10Frequencydistributionofparticlesizeinfinishedwaterandthreepipelineswater3.3管材微观结构分析为了进一步了解三种管材运行过程中管道内壁腐蚀特征，在运行开始前、第14天和运行结束从各装置内取两个小片，对管道内壁进行了扫描电镜（SEM）和能量质谱（EDS）分析，探究各管道内壁微观结构和元素组成。54 广州大学硕士学位论文3.3.1各管材内壁的微观形态分析三种管材运行过程中内壁腐蚀状况具有代表性的SEM图片如图3-11所示，可以明显看出，不同管材在运行过程中有着显著的差异，甚至在同一管材样品内可以看到不同的微观结构。如图3-11中，在运行前球墨铸铁管内壁微观结构呈疏松多孔的细小沙粒状（图3-11a），第14天出现相对致密的小石块状（图3-11b），后期更为显著（图3-11c），与杨羽的结论一致[100]；不锈钢管运行前内壁有疏松多孔的纹理（图3-12d），第14天可以看到内壁结构出现明显的腐蚀瘤（图3-11e、图3-11f），25天后出现腐蚀瘤变小，且内壁更加致密（图3-11g、图3-11h）；HDPE管运行前（图3-11i、图3-11j）和第14天（图3-11k、图3-11l）的内壁光滑，运行前局部有明显点状小孔，第14天穿孔明显增大，内壁破坏加剧，25天后（图3-11m、图3-11n）内壁粗糙呈紧凑的鳞片状。55 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究图3-11三种管材不同阶段内壁SEM图Figure3-11SEMimageofthepipelineinnerwallinthreedifferentstages56 广州大学硕士学位论文3.3.2各管材内壁物质元素组成分析三种管材的管段在运行前、运行第14天和运行第25天，能谱仪（EDS）测得的管道内壁物质的元素组成的原子数百分比见表3-3。各管段在有显著变化部位进行了多次测量，选取代表性数据与SEM图片进行对照分析。各管段内壁物质的元素组成是由管段内壁材料和水的物理化学参数共同决定的。由表3-3可明显发现，同一材质的管道内壁元素组成在各阶段表现基本一致，且腐蚀（穿孔）部位比完好部位更显著，而在不同的管材的管段中，内壁物质元素组成具有显著差别。球墨铸铁管内壁物质组成中，O、Ca是主要的组成元素，随后是Si、C、Fe、Mg、Al，这与内衬材料的主要组成氢氧化钙和水化硅酸钙有关，从表3-3可以明显看出，Si的含量随着运行时间的增加而增加，Zhao等认为这是由于水泥砂浆涂层由于浸泡时间延长而变软溶出造成的[13]；在不锈钢管内壁物质元素组成相对较少，Fe和Cr是不锈钢管材的主要成分，Ni、O、Si含量相对较少，第14天的腐蚀部位检测出了微量的Mn，其中O随着运行时间的延长而增加，腐蚀部位比较显著；HDPE管是有机管材，因此C、O含量较高，Si、Ca、Cl、Fe、Al次之；在三种管材中，其他小部分不同的元素组成是由管道自身管材的差异造成的。从表3-3发现，Fe和O两种元素的原子数所占比例之和有明显差异，球墨铸铁管、不锈钢管和HDPE管中分别为43.97%~50.12%、71.69%~79.78%、14.21%~25.35%。57 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究表3-3三种管材内壁物质元素组成（原子数百分比）Table3-3Compositionofmaterialelementsontheinnerwallofthreetypesofpipes(percentageofatoms)SampleSiteC(%)O(%)Na(%)Mg(%)Al(%)Si(%)S(%)K(%)Ca(%)Fe(%)Ti(%)Ni(%)Mn(%)F(%)Cr(%)Cl(%)LDI(0)3.8045.510.941.891.564.730.352.19363.04------LDI(14)Corrosion4.4849.11-0.490.591.280.29-42.751.01------LDI(14)Intact9.0843.40-0.560.6012.33--30.560.572.90-----LDI(25)Corrosion5.7745.42-1.471.875.610.230.7536.032.860-----LDI(25)Intact4.1044.18-0.520.561.89--47.121.63------SS(0)-2.62---0.42---71.11-8.62--17.22-SS(14)Corrosion-8.62---0.70---66.61-6.891.13-16.05-SS(14)Intact-5.11-------66.58-8.78--19.53-SS(25)Corrosion-11.62---0.67---68.16-5.35--14.19-SS(25)Intact-3.67---0.62---70.15-8.54--17.02-HDPE(0)Perforation77.2413.111.64-0.360.65-1.302.581.10-----2.02HDPE(0)Intact66.8820.021.55-1.411.770.160.964.512.03-----0.71HDPE(14)Perforation52.7517.67---23.391.94-1.23-1.59----1.44HDPE(14)Intact70.5315.94--0206.05--3.831.651.51----0.30HDPE(25)Perforation72.4716.77--0.405.93-0.261.220.901.70----0.36HDPE(25)Intact49.1824.42--0.2414.58--0.880.932.79--6.38-0.61注：LDI(0)表示内衬球墨铸铁管运行前，LDI(14)表示内衬球墨铸铁管运行第14天，LDI(25)表示内衬球墨铸铁管运行第25天，其它管材表示方法类似；“-”表示未检测出；Corrosion-腐蚀部位，Intact-完好部位，Perforation-穿孔。58 广州大学硕士学位论文3.4微生物多样性分析微生物的生长繁殖造成对给水管网的腐蚀和水质的污染是由生物不稳定性引起的，目前自来水厂的出水经过加氯消毒后，虽然杀灭了绝大多数微生物，但仍有少量的细菌未被杀死，细菌数量达标并不等于水中细菌为零，而且未被氯杀死的细菌其生命力又往往比较顽强[113]。同时，出厂水中或多或少存在着有机物，这样就会使水中的细菌和复活的细菌利用这些有机营养物进行生长繁殖[114]。可见出厂水中存在有机物是微生物在管网中繁殖的必要条件，氯消毒后未被杀死的细菌自我修复生长以及外源细菌进入管道是细菌生长的内在因素，而管道内存在的管壁粗糙度、边界层效应、层流区、悬浮及胶体物质的沉淀物、腐蚀、锈垢、钙、镁形成的水垢等为细菌的繁殖提供了基地[115-117]。细菌是供水管网水质的重要参数之一，其附着在不同管材的内壁形成生物膜，与供水管网水质变化密切相关。3.4.1微生物多样性及丰度分析利用Uparse软件（Uparsev7.0.1001）对所有样品的全部EffectiveTags进行聚类，默认以97%的一致性（Identity）将序列聚类成为OTUs（OperationalTaxonomicUnits），同时会选取OTUs的代表性序列，依据其算法原则，筛选的是OTUs中出现频数最高的序列作为OTUs的代表序列。对OTUs代表序列进行物种注释，用Mothur方法与SILVA的SSUrRNA数据库进行物种注释分析（设定阈值为0.8~1），获得分类学信息并分别在各个分类水平：kingdom（界），phylum（门），class（纲），order（目），family（科），genus（属），species（种）统计各样本的群落组成。使用MUSCLE（Version3.8.31）软件进行快速多序列比对，得到所有OTUs代表序列的系统发生关系。最后对各样品的数据进行均一化处理，以样品中数据量最少的为标准进行均一化处理，后续的Alpha多样性分析和Beta多样性分析都是基于均一化处理后的数据。使用Qiime软件（Version1.7.0）计算Observed-species，Chao1，Shannon，Simpson，ACE，Goods-coverage，PD_whole_tree指数，如表3-4所示，使用Origin软件（VersionPro9.0）绘制稀释曲线，如图3-12所示。稀释曲线（RarefactionCurve）可以评价测序量是否可以覆盖所有群类，同时能够间接反映所有样品中物种种类数量的多少。由图3-12分析可知，4个样品的稀释曲线趋于平缓，说明测序数据量渐进合理，测序深度合适，可以用来后续分析。同时可知，4个样品中物种丰度高低排序为HDPE管>原水>球墨铸铁管>不锈钢管。59 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究2500原水球墨铸铁管不锈钢管2000HDPE管15001000OTUs数目50000100002000030000400005000060000测序条数图3-12稀释曲线Figure3-12RarefactionCurve说明：横坐标为从某个样品中随机抽取的测序条数，纵坐标为基于该测序条数能构建的OUT数量，用来反映测序深度情况，不同的样品使用不同颜色的曲线表示。表3-4BIPES测序分析的16SrRNA基因库多样性结果Table3-416SrRNAGeneLibraryDiversityResultsofBIPESSequencingAnalysisSampleGood-coverageObservedShannonSimpsonChao1ACEPD-whole-treenamespecies原水0.9921346.7960.9382475.7112539.229133.343球墨铸铁0.99418746.4480.9471964.7212065.003114.276管不锈钢管0.99118896.4330.9452195.922273.004118.692HDPE管0.99121547.220.9752466.0372520.359129.354Good-coverage表征各样品数据库的覆盖率，即测序深度指数，其值越大，表明样品序列中没有被检测出的概率越小。Observedspecies表征该样品中OUT的个数。Shannon指数反应样本中微生物多样性的指数，Shannon值越大，表明样本群落多样性越高。Simpson指数是用来估算样品中微生物多样性指数之一，Simpson值越大越均匀，表明群落结构多样性越高。Chao1在生态学中常用来估计物种的总数，其值越高表明生物量越多。ACE是菌群丰富度指数，用来估计群落中含有OTU数目的指数，由Chao提出，是生态学系统中评估物种总数的常见指标之一，与Chao1的算法不同。60 广州大学硕士学位论文PD-whole-tree是反映谱系综合多样性的指数。由表3-4分析可知，测序的good-coverage值接近1，表明样品测序中细菌的覆盖率很高，说明测序选择深度合适，可以满足样品中细菌多样性的分析需要。Shannon和Simpson是细菌群落多样性指数，细菌群落多样性表现为HDPE管最高，很有可能与HDPE管释放到水中的有机物较多有关；Chao1和ACE是细菌群落丰度指数，数值越高，表明多样性或丰度越高，细菌群落丰度：原水>HDPE管>不锈钢管>球墨铸铁管。3.4.2基于分类水平的微生物群落组成比较分析不同分类水平上得到的微生物分类类型如表3-5所示，不同分类水平上个样品的微生物组成如图3-13~3-19所示。表3-5不同分类水平上微生物的分类类型Table3-5ClassificationofMicroorganismsatDifferentClassificationLevels样品名称门纲目科属原水3474140240450球墨铸铁管3567132230316不锈钢管3268127222313HDPE管3269132237347合计4187171307544注：合计中对样品中重复的类别予以合并。由表3-5可知，水处理工艺过程中微生物可归类为41个门、87个纲、171个目、307个科和544个属。在各水平上三种管材的微生物多样性，随着分类的细化而逐渐低于原水，而HDPE管的出水在不同分类水平上均高于球墨铸铁管和不锈钢管，该结论与表3-4相对应，与相关研究结论相一致[118-120]。61 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究100.0%99.9%相对丰度99.8%99.7%原水球墨铸铁管不锈钢管HDPE管ArchaeaBacteria图3-13界分类水平上各样品的微生物组成丰度Figure3-13AbundanceofMicrobialCompositionofSamplesattheKingdom-Level100%80%60%相对丰度40%20%0%原水球墨铸铁管不锈钢管HDPE管OthersVerrucomicrobiaNitrospiraeGemmatimonadetesPlanctomycetesFirmicutesActinobacteriaAcidobacteriaCyanobacteriaBacteroidetesProteobacteria图3-14门分类水平上各样品微生物组成丰度Figure3-14AbundanceofMicrobialCompositionofSamplesatthePhylum-Level62 广州大学硕士学位论文100%80%60%相对丰度40%20%0%原水球墨铸铁管不锈钢管HDPE管OthersAcidimicrobiiaunidentified_ActinobacteriaBacilliMelainabacteriaunidentified_AcidobacteriaChloroplastSphingobacteriiaGammaproteobacteriaBetaproteobacteriaAlphaproteobacteria图3-15纲分类水平上各样品微生物组成丰度Figure3-15AbundanceofMicrobialCompositionofSamplesattheClass-Level100%80%60%相对丰度40%20%0%原水球墨铸铁管不锈钢管HDPE管OthersRickettsialesRhodocyclalesPseudomonadalesRhodospirillalesChloroplastSphingobacterialesXanthomonadalesRhizobialesBurkholderialesSphingomonadales图3-16目分类水平上各样品微生物组成丰度Figure3-16AbundanceofMicrobialCompositionofSamplesattheOrder-Level63 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究100%80%60%相对丰度40%20%0%原水球墨铸铁管不锈钢管HDPE管OthersAcetobacteraceaeBradyrhizobiaceaeDSSF69ChloroplastSphingobacteriaceaeNevskiaceaeErythrobacteraceaeRhizobialesComamonadaceaeSphingomonadaceae图3-17科分类水平上各样品微生物组成丰度Figure3-17AbundanceofMicrobialCompositionofSamplesattheFamily-Level100%80%60%相对丰度40%20%0%原水球墨铸铁管不锈钢管HDPE管OthersBoseaChloroplastSphingobiumComamonasNovosphingobiumSphingomonasNevskiaPorphyrobacterBlastomonasPhreatobacter图3-18属分类水平上各样品微生物组成丰度Figure3-18AbundanceofMicrobialCompositionofSamplesattheGenus-Level64 广州大学硕士学位论文100%80%60%相对丰度40%20%0%原水球墨铸铁管不锈钢管HDPE管OthersAcinjohnsonilVariovoraxsoilSphinyunnanensisPseudmexicanaAcincalcoaceticusSphinwittichiiNovosresinovorumNannogaditanaSphingomelonisBlastonatatoria图3-19种分类水平上各样品微生物组成丰度Figure3-19AbundanceofMicrobialCompositionofSamplesattheSpecies-Level由图3-13~3-19分析可知，整体而言，随着分类水平的细化，测序能够解释的微生物比例越来越低[121-123]。图3-13显示在界分类水平上，所有微生物归属于两大类，分别为细菌（Bacteria）和古细菌（Archaea），其中Bacteria在各样品中所占比例均大于99.5%。由图3-14发现，在门分类上4个样品中丰度最高的均为变形菌门（Proteobacteria）（均值为72.82%），其次是拟杆菌门（Bacteroidetes）（均值为8.14%）和蓝藻细菌门（Cyanobacteria）（均值为7.08%），以及放线菌门（Actinobacteria）（均值为3.61%）和酸杆菌门（Acidobacteria）（均值为2.33%），其余百分含量均低于1%，这与相关研究者的研究结果相一致[115,119]。另外在4个样品中，均有一定量16SrRNA序列（均值为3.31%）未能够被分配到任何已知的细菌门类中；在运行过程中，各管材装置出水中变形菌门的比例（72.82%~86.87%）相对与原水（48.45%）均有明显增加，而球墨铸铁管出水的变形菌门（86.87%）明显高于不锈钢管（74.28%）和HDPE管（81.68%），同时相对于原水（23.33%），三种管材装置出水的拟杆菌门比例（2.79%~3.32%）均显著降低，说明管道材质明显影响水体的不同微生物丰度。3.4.3管道腐蚀微生物分析微生物腐蚀（MicrobiallyInfluencedCorrosion，MIC）是在微生物存在的情况下，在其管道中进行生命活动，与管道内环境相互作用，对管道产生的腐蚀作用。输水管道的内表面在长时间的水流冲刷条件下，逐渐形成一层稳定的生物膜，管道内壁与生物膜65 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究成为一个整体，其相互作用使整体内部的pH、有机物浓度、无机物浓度、溶解氧等与无生物膜存在的管道表面产生显著差异。微生物的代谢活动致使管道内壁发生不同程度的破坏，随着时间的延长而逐渐恶化，进而引起管道内水体水质发生变化[124]。在给水管道中，与管道腐蚀和破坏的微生物主要是铁细菌等好氧细菌和硫酸盐还原菌等厌氧细菌。由于给水管道内的特殊环境，这两类细菌均存在并得以繁殖，他们的代谢活动互相联系，共同导致了微生物的腐蚀作用发生。在给水管道中，好氧菌存在于管壁与水流接触部分，靠饮用水携带的溶解氧维持代谢活动。该种细菌在管壁上参与腐蚀，形成腐蚀产物，这些腐蚀产物覆盖的部分形成了死水厌氧区，该厌氧区为厌氧菌提供了生存条件[125]。水中的各种元素可以促进微生物的代谢过程，某些微生物的代谢产物又为另一种微生物提供营养物，这些过程协同作用致使管道内壁破坏加剧[126]。因此，为了进一步分析三种管材生物腐蚀过程中微生物所产生的作用，在3.4.2中对不同管材的水体中微生物优势群落结构的基础上，重点分析与腐蚀相关的微生物种群在不同管材的水体中的差异情况，主要包括铁氧化细菌（IronOxidizingBacteria，IOB）、铁还原细菌（IronReducingBacteria，IRB）、硫氧化细菌（SulfurOxidizingBacteria，SOB）、硫还原细菌（SulfurReducingBacteria，SRB）、硝酸盐还原菌（NitrateReducingBacteria，NRB）、固氮菌（NitrateFixingBacteria，NFB）和产酸菌（AcidProducingBacteria，APB）等微生物[123,127]。在属分类水平上各种腐蚀微生物所包括的细菌群落如表3-6所示。表3-6腐蚀微生物在属分类水平上群落分布[119,123,128,129]Table3-6CommunityDistributionofCorrosionMicroorganismsatGenus-Level功能菌属分类水平上功能菌群落Acidovorax，Aquabacterium，Bradyrhizobium，Pedomicrobium，IOBRhodanobacter，Sediminibacteriun，Thiobacillus，Gaiella铁循环菌Arthrobacter，Bacillus，Geothrix，Pseudomonas，Rhodobacter，Shewanella，IRBClostriumSOBThiobacillus硫循环菌SRBDesulfobaccaAcinetobacter，Dechloromonas，Rhodocytophaga，Sphingomonas，NRB氮循环菌Hydrogenophaga，HyphomicrobiumNFBAzospirillumAPBMassilia，Nocardioides，Propionibaoterium，Streptococcus从图3-20中可以看出各种腐蚀相关细菌在进水和不同管道水体中的生物群落相对丰度。Sphingomonas在进水和三种管材的水体中均占绝对优势（分别为8.9209%，66 广州大学硕士学位论文6.1609%，7.7581%和10.8632%），而在进水中Pseudomonas（0.6265%）和Massilia（0.5473%）次之，在球墨铸铁管水体中为Rhodobacter（1.2033%）和Massilia（0.7555%），在不锈钢管水体中为Aquabacterium（2.8047%）和Massilia（0.6892%），在HDPE管中则是Acidovorax（4.9221%）和Aquabacterium（1.5092%）。由此可见，不同管材对管道不同腐蚀细菌群落影响较大。图3-21中对细菌群落按照不同的功能类型进行统计，可以发现，从进水到三种管材出水的水体中，NRB始终是比例最大的腐蚀细菌。与已有相关研究中的管道微生物群落相比，该研究中的微生物群落的相对丰度较低，主要由于新管道使用初期，管道内尚未形成稳定的微生物群落结构[121,128,130]。有研究者发现[127]，Acidovorax（IOB）、Aquabacterium（IOB）、Sediminibacteriun（IOB）和Desulfobacca（SRB）等促进腐蚀作用，而Thiobacillus（SOB）、Geothrix（IRB）、Pseudomonas（IRB）和Bacillus（IRB）等抑制腐蚀作用。因此，从整体微生物群落结构可以发现，管道中抑制腐蚀作用的微生物群落占主要优势，表明运行后期管道水质恶化趋势降低，管道内壁腐蚀作用降低。25%GaiellaClostriumHyphomicrobiumHydrogenophagaThiobacillus20%StreptococcusSediminibacteriunSphingomonasShewanellaRhodocytophaga15%RhodobacterRhodanobacterPseudomonasPropionibaoteriumPedomicrobiumNocardioides相对丰度10%MassiliaGeothrixDechloromonasDesulfobaccaBradyrhizobium5%AzospirillumBacillusArthrobacterAquabacteriumAcidovoraxAcinetobacter0%进水球墨铸铁管不锈钢管HDPE管----图3-20腐蚀微生物在属分类水平上群落相对丰度Figure3-20CommunityRelativeAbundanceofCorrosionMicroorganismsatGenus-Level67 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究25%APBNFBNRBSRBSOBIRB20%IOB15%相对丰度10%5%0%进水球墨铸铁管不锈钢管HDPE管图3-21属分类水平上不同腐蚀功能菌的相对丰度Figure3-21RelativeAbundanceofDifferentCorrosiveFunctionalBacteriaatGenus-Level3.5本章小结（1）更换管材后25d内，球墨铸铁管内水质变化最显著，其中色度在运行第8天最高达到10度，后期有所降低但仍保持在4度左右，浊度、pH和TOC同时呈上升变化，余氯量降低最显著，电导率始终在0.15mS/cm以上；不锈钢管和HDPE管内水质参数变化一致，运行初期较高，后期逐渐趋于稳定。（2）管材内壁微观结构有显著差异，球墨铸铁管内壁凹凸不平，从前期的疏松多孔的颗粒状变为后期的相对致密的不规则立体状；不锈钢管内壁前期有均匀的组织结构，后期出现明显的大小不均匀球状物；HDPE管内壁初期光滑但有小穿孔，中后期穿孔明显增大，后期表面粗糙呈鳞片状。（3）管材内壁物质的元素组成因其材料不同而相差较大，同种材料的管段内壁元素组成在运行过程中基本一致。球墨铸铁管内壁元素O、Ca最多，不锈钢管内壁元素Fe、Cr含量最多，HDPE管内壁元素C、O含量最高；管材球墨铸铁管、不锈钢管和HDPE管中Fe和O原子百分比之和影响较大，其含量分别为43.97%~50.12%、71.69%~79.78%、14.21%~25.35%，说明了不锈钢管在运行过程中更容易产生腐蚀作用。（4）随着分类水平的细化，测序能够解释的微生物比例越来越低。在运行过程中，各管材装置出水中变形菌门的比例（72.82%~86.87%）相对与原水（48.45%）均有明显增加，而球墨铸铁管出水的变形菌门（86.87%）明显高于不锈钢管（74.28%）和HDPE管（81.68%），同时相对于原水（23.33%），三种管材装置出水的拟杆菌门比例68 广州大学硕士学位论文（2.79%~3.32%）均显著降低，说明管道材质明显影响水体的不同微生物丰度。（5）城市供水管网更换新管材后，不同材质的管材与水体作用的稳定时间差别较大，仅感官指标来看，球墨铸铁管、不锈钢管和HDPE管分别在第20天、第8天和第2天后趋于稳定，同时建议在第8天、第2天对球墨铸铁管和不锈钢管进行冲洗。69 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究第四章旧管道运行水质控制策略研究由第三章对城镇老旧供水管网改造后，三种管材运行初期，对管道内壁的分析可以发现，随着管网内壁与水体接触时间的增加，不断发生物理、化学和生物等作用，运行一个月即出现管道微观形态的明显变化，而长时间的接触后，管道内壁出现明显的腐蚀现象，管龄越长，腐蚀越严重，形成的腐蚀瘤和生长环也越大。管网内壁腐蚀瘤和生长环会严重增加管道的输水能耗和水头损失，大量消耗水体中的溶解氧和余氯，使水体中的余氯出现急速的衰减；同时，腐蚀产物为微生物提供了良好的“栖息地”，促进管道内部生长环的生长，增加了管网内部生物不稳定性；腐蚀瘤会吸附和富集水中的砷和镭等微量元素，在水体条件发生变化时，极易容易释放到水体中；在水力条件和水质条件发生变化时，腐蚀瘤脱落和溶解，出现“黄水”现象[30,131]。本章在第三章的基础上，通过对城镇老旧供水管网改造更换下来的老管道进行分析，研究水质因素对不同管材内壁金属元素释放的影响。设计不同pH条件下，管道内壁的腐蚀瘤和沉积物中金属元素释放情况，找到水质参数变化过程中，管段向水体中释放金属离子和水质参数变化特征，同时对深圳市某自来水厂通过再矿化提高pH后对出厂水的水质稳定性的影响情况进行探讨和分析。4.1试验方案4.1.1试验管材本试验所采用的实验管道取自深圳市某地区三个进行供水管网更换的小区，管材分别为PP-R管、铜管、镀锌钢管，管径较小，均为DN10的入户管道，使用年限约为30年，该三种管材使用普遍且内壁均有生物膜沉积物和腐蚀瘤。（1）PP-R（Polypropylenerandom）管，又称三型聚丙烯管或无规共聚聚丙烯管，具有节能节材、环保、轻质高强、耐腐蚀、内壁光滑不结垢、施工和维修简便、使用寿命长等优点。PP-R管除了具有一般塑料管重量轻、耐腐蚀、不结垢、使用寿命长等特点外，还具有以下主要特点：①无毒、卫生。PP-R的原料分子只有碳、氢元素，没有有害有毒的元素存在，卫生可靠，不仅用于冷热水管道，还可用于纯净饮用水系统。②保温节能。PP-R管导热系数为0.21W/(m·K)，仅为钢管的1/200。70 广州大学硕士学位论文③较好的耐热性。PP-R管的维卡软化点（Vicatsofteningtemperature，VST）为131.5℃。最高工作温度可达95℃，可满足建筑给排水规范中热水系统的使用要求。④使用寿命长。PP-R管在工作温度70℃，工作压力（P.N）1.0MPa条件下，使用寿命可达50年以上（前提是管材必须是S3.2和S2.5系列以上）；常温下（20℃）使用寿命可达100年以上。⑤安装方便，连接可靠。PP-R管具有良好的焊接性能，管材、管件可采用热熔和电熔连接，安装方便，接头可靠，其连接部位的强度大于管材本身的强度。⑥物料可回收利用。PP-R管废料经清洁、破碎后回收利用于管材、管件生产。回收料用量不超过总量10%，不影响产品质量。（2）铜管，作为一种供水管材的历史相当悠久，在发达国家和地区，大多数住宅都使用给水铜管，如美国、新加坡和香港地区，在欧洲和日本的住宅中也有相当比例的给水铜管应用。我国住宅给水铜管的应用，在某种程度上代表着一种对生活高要求的理念和生活方式。在PP-R管的出现前，铜管曾被视为最理想的管材，铜管具有一定抑制细菌滋生的作用，机械强度、抗破坏性好、耐腐蚀、延伸性好等优点，是天然优良的进水管。但它的最大缺点就是价格昂贵，加上铜管要采用焊接工艺，显得不经济，成本很高。其特点如下:①安全可靠性较高。铜管集耐热、耐寒、耐压、耐腐蚀和耐火的特点于一体，适用环境范围大。可承受极热和极冷的温度，从-196℃～205℃，可以适应温度的剧烈变化，不会产生老化现象。铜管的线性膨胀系数小，是塑料管的1/10。铜管材与管件接口严密，连接牢固。②经久耐用，历史证明使用寿命长达100年以上，可以与重大建筑物寿命一样长，甚至更长。③能抑制细菌生长，保持饮用水清洁卫生。铜管是无机金属材料-铜材制成，生产过程中没有添加任何化学成分，不会对水造成二次污染。④铜管不产生铜绿。铜绿是大气的CO2和H2S与铜的氧化物在表面形成的复合盐，主要成分是碱式CuSO4和CuCO3，呈绿色，而在铜管的内壁，以上物质不存在，因此，铜管不会产生铜绿。⑤铜是人体内不可缺少的微量元素。但是铜管的价格较贵，一般外资项目、星级酒店等高档建筑的给水管材才采用铜管。（3）镀锌钢管，在建筑供水管道上的应用已有百年历史,以前我国大部分地区的生活给水管均为镀锌钢管，目前虽然逐步淘汰，但在我国现存管道中仍然占有很大比例。镀锌钢管可分为冷镀锌钢管和热镀锌钢管两种。镀锌钢管作为一种给水管道主要材料，广泛的应用于工业厂房和房屋建筑内的给水系统及消防管道系统，其主要特点为:71 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究①质地坚硬，刚度大，适用于易撞击的环境，例如，常用的室内明装管道。②镀锌钢管及配件市场供应完善。③施工经验成熟，易于配套成龙，水管敷设过程完成快速。④总体价格便宜。由于镀锌钢管管材自身的缺陷，在使用过程中易产生锈蚀、结垢和滋生细菌，直接影响了自来水的水质，造成严重的二次污染，表现为水中的大肠杆菌及细菌总数严重超标，出现黄水、红水、黑水等感官现象；因常年锈蚀，产生管道的渗漏、损坏，不仅影响人们的生活、工作，亦直接导致水资源的巨大浪费。4.1.2试验过程（1）预处理管道样品（图4-1）从施工地点更换先来后便迅速运输到实验室，用电动切割机切割成30~40mm的小管段后用自来水清洗其内外表面，用环氧树脂包裹外表面和横截面后，分别用自来水浸泡数日，每天更换一次自来水，同时投加次氯酸钠，抑制细菌和微生物的繁殖，定时监测管段的pH、ORP、亚铁、铁、锰等指标，判断管段是否达到稳定阶段，待稳定后，开始进行水质因素变化试验。（2）调节不同pH的自来水溶液备用。（3）三种管材的管段分别用不同pH值的自来水浸泡数日，连续监测一定停留时间（2h、4h、6h、8h、12h、24h、36h和48h）管段浸泡后自来水的金属离子（亚铁、铁、锰）、色度和浑浊度及TOC等指标。72 广州大学硕士学位论文图4-1试验采用的三种旧管材（a为PP-R管，b为铜管，c为镀锌钢管）Figure4-1Threeoldpipesusedinthetest(aisPP-Rpipe,biscopperpipe,cisgalvanizedsteelpipe)4.1.3试验用水水质实验过程中的实验用水是深圳市某自来水厂的出厂水，其水质指标完全符合《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2016）和《深圳市生活饮用水水质目标项目及限值》。具体水质参数如下表4-1所示。表4-1深圳市某自来水厂出水部分水质参数数据Table4-1PartofthewaterqualityparametersofawaterplantinShenzhen序号项目单位数值1pH-7.42总硬度（以CaCO3计）mg/L3503TOCmg/L0.684亚铁mg/L0.0015铁mg/L0.0086锰mg/L0.0017色度度0.18浊度NTU0.34.2不同管材下pH对水质的影响根据文献调研发现，提高水体的pH能够有效的控制水体的金属离子的释放，因此在实验过程中，采用深圳市某水厂出厂水为原水，分别加入一定量的盐酸和氢氧化钠溶液调节水体的初始pH，进行pH变化对管道金属离子释放的影响研究。调节后运用于实验的pH分别为6.45、7.15、7.65、8.35。73 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究4.2.1PP-R管（1）金属离子由图4-2和图4-3可以发现，PP-R管在浸泡过程中亚铁和铁离子的溶出量虽然随着时间的增加而逐渐增多，但都远低于0.3mg/L；同时，亚铁离子的浓度显著低于铁离子浓度，主要由于亚铁离子释放出来后，迅速被水体中的氧化性物质氧化为铁离子[64]。0.040pH=6.450.035pH=7.15pH=7.65pH=8.350.0300.0250.020（mg/L）2+Fe0.0150.0100.0050.00004812162024283236404448时间（h）图4-2不同pH对PP-R管内壁亚铁离子释放的影响Figure4-2EffectofdifferentpHonferrousionreleasefromPP-Rtubewall0.12pH=6.45pH=7.15pH=7.650.10pH=8.350.080.06（mg/L）3+Fe0.040.020.0004812162024283236404448时间（h）图4-3不同pH对PP-R管内壁铁离子释放的影响Figure4-3EffectofdifferentpHonferricionreleasefromPP-Rtubewall74 广州大学硕士学位论文PP-R管浸泡过程中，随着pH的增加，锰离子释放量明显减少，如图4-4所示，pH对锰离子的释放有显著的影响。有研究表明，塑料管材比铸铁管材更容易对锰离子产生富集作用，因此，在水质条件变化后更容易释放更多的锰离子。丁元勋和徐洪福等研究发现[132-134]，锰离子浓度高于0.005mg/L后，管道内的锰就会被迅速氧化，导致水体颜色发黄。0.018pH=6.450.016pH=7.15pH=7.65pH=8.350.0140.0120.0100.008锰（mg/L）0.0060.0040.0020.00004812162024283236404448时间（h）图4-4不同pH对PP-R管内壁锰释放的影响Figure4-4EffectofdifferentpHonmanganeseionreleasefromPP-Rtubewall（2）色度和浑浊度图4-5和4-6是不同pH条件下，随着PP-R管浸泡时间的增加，水体色度和浑浊度变化规律。水体色度和浑浊度随着pH的增高，呈明显的降低趋势，由此可见，低pH对PP-R管内壁沉积物的溶解有促进作用，且色度和浑浊度与金属离子的释放量有明显的一致性。75 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究3.0pH=6.45pH=7.15pH=7.652.5pH=8.352.01.5色度（度）1.00.50.004812162024283236404448时间（h）图4-5不同pH条件下PP-R管浸泡过程中色度变化特征Figure4-5ColorchangecharacteristicsofPP-RtubeduringsoakingunderdifferentpHconditions0.42pH=6.45pH=7.15pH=7.650.40pH=8.350.380.360.34浑浊度（NTU）0.320.3004812162024283236404448时间（h）图4-6不同pH条件下PP-R管浸泡过程中浑浊度变化特征Figure4-6TurbiditychangecharacteristicsofPP-RtubeduringsoakingunderdifferentpHconditions（3）TOCPP-R管作为塑料管材的一种，随着管龄的增加易发生老化，其内壁光滑，由于长时间的水流流动，管道内壁有明显的生物膜聚集，在低pH条件下，生物膜易脱落，同时老化的管道容易发生有机物溶出，因此随着浸泡时间的增加，TOC逐渐增加，且pH为6.45、7.15和7.65条件下，如图4-7，水体中的TOC超出深圳市规定的3mg/L。76 广州大学硕士学位论文6pH=6.45pH=7.155pH=7.65pH=8.3543TOC（mg/L）21004812162024283236404448时间（h）图4-7不同pH条件下PP-R管浸泡过程中TOC变化特征Figure4-7TOCchangecharacteristicsofPP-RtubeduringsoakingunderdifferentpHconditions（4）相关性分析在实验结果的基础上，进一步分析7个监测指标之间的相关性。其中表4-2为pH=6.45条件下PP-R管7个监测指标之间的相关系数，除了TOC与色度的相关性为0.887614，其余两个监测指标之间的相关性均大于0.9，说明在pH=6.45时，各监测指标相关性极好。表4-2pH=6.45条件下PP-R管浸泡过程中各指标的相关系数Table4-2CorrelationcoefficientsofvariousindicatorsinPP-RtubesoakingprocessatpH=6.45亚铁铁锰色度浊度TOC亚铁1铁0.9775731锰0.959650.9631551色度0.9297710.9208550.9176761浊度0.9582580.9369130.969820.9295431TOC0.9670640.9634690.9906570.8876140.9738961同时，对金属离子（亚铁、铁和锰）与浊度和色度进行了一元线性回归分析，其各拟合线性回归方程和R2如图4-8。6个回归方程的拟合优度R2均大于0.8，表明拟合程度好，相关性强。77 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究30.42y=63.567x+0.6034R²=0.86452.50.4y=2.6145x+0.3071R²=0.918320.38NTU)1.50.36色度（度）1浑浊度（0.340.50.3200.300.0050.010.0150.020.0250.030.0350.0400.0050.010.0150.020.0250.030.0350.04亚铁（mg/L）亚铁（mg/L）3.50.41y=0.8651x+0.30543y=21.307x+0.54420.39R²=0.8778R²=0.8480.372.50.352NTU)0.331.5色度（度）0.31浑浊度（10.290.50.2700.2500.020.040.060.080.10.1200.020.040.060.080.10.12铁（mg/L）铁（mg/L）3.50.43y=177.54x+0.4291y=7.4879x+0.29840.413R²=0.8421R²=0.94060.392.5）0.372NTU0.351.50.33色度（度）0.311浑浊度（0.290.50.2700.2500.0020.0040.0060.0080.010.0120.0140.01600.0020.0040.0060.0080.010.0120.0140.016锰（mg/L）锰（mg/L）图4-8pH=6.45条件下PP-R管浸泡过程中金属离子与色度和浑浊度的关系Figure4-8RelationshipbetweenmetalionsandcolororturbidityofPP-RtubesatpH=6.45pH=7.15条件下PP-R管7个监测指标之间的相关系数如表4-3，与pH=6.45相比，出现了三组相关系数小于0.9，相关性明显有所减小。表4-3pH=7.15条件下PP-R管浸泡过程中各指标的相关系数Table4-3CorrelationcoefficientsofvariousindicatorsinPP-RtubesoakingprocessatpH=7.15亚铁铁锰色度浊度TOC亚铁1铁0.9586951锰0.9719920.9747371色度0.9130970.8676620.9233321浊度0.9073750.8852560.9077530.9338651TOC0.9901290.9513320.9643040.8591260.8765178 广州大学硕士学位论文同时，对金属离子（亚铁、铁和锰）与浊度和色度进行了一元线性回归分析，其各拟合线性回归方程和R2如图4-9。6个回归方程的拟合优度R2中铁离子浓度与色度和浊度的值均小于0.8，其余稍高于0.8，表明拟合程度较好，相关性较强。1.80.371.6y=50.668x+0.39120.36y=2.1931x+0.3068R²=0.8337R²=0.82331.40.351.2）0.341NTU0.330.8色度（度）0.320.6浑浊度（0.310.40.20.300.2900.0050.010.0150.020.02500.0050.010.0150.020.025亚铁（mg/L）亚铁（mg/L）1.60.37y=22.943x+0.34691.4R²=0.75280.36y=1.0196x+0.30411.20.35R²=0.7837）10.34NTU0.80.33色度（度）0.60.32浑浊度（0.40.310.20.300.2900.010.020.030.040.050.0600.010.020.030.040.050.06铁（mg/L）铁（mg/L）1.80.371.6y=134.76x+0.2320.36y=5.7705x+0.3003R²=0.8525R²=0.8241.40.351.2）0.341NTU0.330.8色度（度）0.320.6浑浊度（0.310.40.20.300.2900.0020.0040.0060.0080.010.01200.0020.0040.0060.0080.010.012锰（mg/L）锰（mg/L）图4-9pH=7.15条件下PP-R管浸泡过程中金属离子与色度和浑浊度的关系Figure4-9RelationshipbetweenmetalionsandcolororturbidityofPP-RtubesatpH=7.15pH=7.65条件下PP-R管7个监测指标之间的相关系数如表4-4，与pH=6.45和pH=7.15相比，出现了9组相关系数小于0.9且有两组小于0.8，相关性明显进一步减小。表4-4pH=7.65条件下PP-R管浸泡过程中各指标的相关系数Table4-4CorrelationcoefficientsofvariousindicatorsinPP-RtubesoakingprocessatpH=7.65亚铁铁锰色度浊度TOC亚铁1铁0.882661锰0.9389710.80741179 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究续表4-4亚铁铁锰色度浊度TOC色度0.9293950.869260.7996131浊度0.8672580.757260.8010780.9266371TOC0.9739510.9215290.9622650.8945880.8524431同时，对金属离子（亚铁、铁和锰）与浊度和色度进行了一元线性回归分析，其各拟合线性回归方程和R2如图4-10。6个回归方程的拟合优度R2均小于0.9，仅亚铁浓度和色度的R2大于0.8，铁浓度与浑浊度的R2仅为0.5734，表明各项拟合程度均降低，仅亚铁浓度与色度之间的拟合程度好，铁浓度与浑浊度的拟合程度很差，相关性很差，锰离子浓度与色度和浑浊度的拟合程度较差，相关性较差。10.37y=3.9778x+0.30460.9y=53.778x+0.1963R²=0.86380.36R²=0.75210.80.350.7）0.340.6NTU0.50.330.4色度（度）0.320.3浑浊度（0.310.20.30.100.2900.0020.0040.0060.0080.010.0120.0140.01600.0020.0040.0060.0080.010.0120.0140.016亚铁（mg/L）亚铁（mg/L）1.20.37y=1.4311x+0.30310.361y=20.724x+0.1425R²=0.5734R²=0.75560.350.8）0.34NTU0.60.33色度（度）0.320.4浑浊度（0.310.20.300.2900.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.04500.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.045铁（mg/L）铁（mg/L）10.37y=94.444x+0.36110.9y=7.5x+0.3153R²=0.63940.36R²=0.64170.80.350.7）0.340.6NTU0.50.330.4色度（度）0.320.3浑浊度（0.310.20.30.100.2900.0010.0020.0030.0040.0050.0060.00700.0010.0020.0030.0040.0050.0060.007锰（mg/L）锰（mg/L）图4-10pH=7.65条件下PP-R管浸泡过程中金属离子与色度和浑浊度的关系Figure4-10RelationshipbetweenmetalionsandcolororturbidityofPP-RtubesatpH=7.65pH=8.35条件下PP-R管7个监测指标之间的相关系数如表4-5，与pH=6.45、pH=7.1580 广州大学硕士学位论文和pH=7.65相比，15组相关系数中仅有锰和铁的浓度的相关系数大于0.9，且出现了小于0.7的相关系数，表明，各监测指标之间的相关性很小。表4-5pH=8.35条件下PP-R管浸泡过程中各指标的相关系数Table4-5CorrelationcoefficientsofvariousindicatorsinPP-RtubesoakingprocessatpH=835亚铁铁锰色度浊度TOC亚铁1铁0.8594931锰0.8249580.9936531色度0.861860.7435880.6782331浊度0.8067310.888710.8480960.7681331TOC0.8833930.8243680.7662590.8207060.8526121同时，对金属离子（亚铁、铁和锰）与浊度和色度进行了一元线性回归分析，其各拟合线性回归方程和R2如图4-11。6个回归方程的拟合优度R2均小于0.8，且铁离子浓度和色度的R2为0.5529，锰浓度与色度的R2仅为0.46，表明各项拟合程度都很差，相关性很差。0.450.35y=22.963x+0.16570.345y=4.1852x+0.29790.4R²=0.7428R²=0.65080.340.350.3350.3）0.330.25NTU0.3250.20.32色度（度）0.3150.15浑浊度（0.310.10.3050.050.300.29500.0020.0040.0060.0080.010.01200.0020.0040.0060.0080.010.012亚铁（mg/L）亚铁（mg/L）0.450.3450.40.34y=2.7504x+0.2856y=11.819x+0.1443R²=0.7898R²=0.55290.3350.350.330.3）0.3250.25NTU0.320.20.315色度（度）0.15浑浊度（0.310.10.3050.050.300.29500.0050.010.0150.020.02500.0050.010.0150.020.025铁（mg/L）铁（mg/L）81 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究0.450.3450.40.34y=28x+0.284y=115x+0.145R²=0.71930.35R²=0.460.3350.33）0.30.3250.25NTIU)mg/L0.320.20.315色度（0.15浑浊度（0.310.10.3050.050.300.29500.00050.0010.00150.0020.002500.00050.0010.00150.0020.0025锰（mg/L）锰（mg/L）图4-11pH=8.35条件下PP-R管浸泡过程中金属离子与色度和浑浊度的关系Figure4-11RelationshipbetweenmetalionsandcolororturbidityofPP-RtubesatpH=8.35由上分析可知，随着pH的升高，各项指标之间的相关性逐渐降低，且金属离子与色度和浊度的相关性明显越来越差。4.2.2铜管（1）金属离子铜管的亚铁和铁离子浸泡过程中溶出量，与PP-R管相差不大，总量均远低于国家控制标准以下。如图4-12和图4-13，明显能够看到pH对铜管内表面的亚铁和铁离子释放的影响很明显，随着pH的升高，亚铁和铁离子的释放越显著。0.045pH=6.450.040pH=7.15pH=7.65pH=8.350.0350.0300.025（mg/L）0.0202+Fe0.0150.0100.0050.00004812162024283236404448时间（mg/L）图4-12不同pH对铜管内壁亚铁离子释放的影响Figure4-12EffectofdifferentpHonferrousionreleasefromcoppertubeinnerwall82 广州大学硕士学位论文0.14pH=6.45pH=7.150.12pH=7.65pH=8.350.100.08（mg/L）3+0.06Fe0.040.020.0004812162024283236404448时间（mg/L）图4-13不同pH对铜管内壁铁离子释放的影响Figure4-12EffectofdifferentpHonferricionreleasefromcoppertubeinnerwall与PP-R管相比较，通过在浸泡过程中，锰离子释放量较低，如图4-14，随着浸泡时间的增加，锰离子释放量区域稳定，同时，pH的高低对锰离子的释放有明显的影响。0.025pH=6.45pH=7.15pH=7.65pH=8.350.0200.015锰（mg/L）0.0100.0050.00004812162024283236404448时间（h）图4-14不同pH值对铜管内壁锰离子释放的影响Figure4-14EffectofdifferentpHonmanganeseionreleasefromcoppertubeinnerwall（2）色度和浑浊度图4-15和图4-16分别是不同pH条件下，随着铜管浸泡时间的延长，水体色度和浑浊度的变化特征。与PP-R管相比，不同pH对色度和浑浊度的影响相一致，但铜管83 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究在浸泡过程中色度和浑浊度显著增加，pH为6.45条件下，浸泡两个小时后色度就超出国标限值，随着浸泡时间的延长，48h后高达16度，其余三种pH条件下，色度基本维持在国标限值以内。浑浊度相对PP-R有所增加，但基本都维持在0.5NTU以内，符合国家标准。18pH=6.4516pH=7.15pH=7.65pH=8.351412108色度（度）642004812162024283236404448时间（h）图4-15不同pH值对铜管浸泡过程中色度变化特征Figure4-15ColorchangecharacteristicsofcoppertubeduringsoakingunderdifferentpHconditions0.500.48pH=6.45pH=7.150.46pH=7.65pH=8.350.440.420.400.38浑浊度（NTU）0.360.340.320.300.2804812162024283236404448时间（h）图4-16不同pH值对铜管浸泡过程中浑浊度变化特征Figure4-16TurbiditychangecharacteristicsofcoppertubeduringsoakingunderdifferentpHconditions84 广州大学硕士学位论文（3）TOC与PP-R管相比，铜管在不同pH条件下，如图4-17，TOC的总体溶出显著减小，均未超出深圳市的标准3mg/L，且随着浸泡时间的延长，TOC溶出量均出现稳定不增长的趋势，说明铜管内壁富集的TOC量并不多。2.6pH=6.452.4pH=7.15pH=7.652.2pH=8.352.01.81.61.4TOC（mg/L）1.21.00.80.604812162024283236404448时间（h）图4-17不同pH对铜管浸泡过程中TOC变化特征Figure4-17TOCchangecharacteristicsofcoppertubeduringsoakingunderdifferentpHconditions（4）相关性分析在实验结果的基础上，进一步分析7个监测指标之间的相关性。其中表4-6为pH=6.45条件下铜管7个监测指标之间的相关系数，任意两个监测指标之间的相关性均大于0.9，说明在pH=6.45时，各监测指标相关性极好。表4-6pH=6.45条件下铜管浸泡过程中各指标的相关系数Table4-6CorrelationcoefficientsofvariousindicatorsincoppertubesoakingprocessatpH=6.45亚铁铁锰色度浊度TOC亚铁1铁0.9865061锰0.9657010.976561色度0.9881160.9901520.989681浊度0.9865870.9772190.9668710.989171TOC0.9913020.9846310.9841680.9901080.9780951同时，对金属离子（亚铁、铁和锰）与浊度和色度进行了一元线性回归分析，其各85 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究拟合线性回归方程和R2如图4-18。6个回归方程的拟合优度中亚铁离子与色度（R2=0.8253）、铁离子与浑浊度（R2=0.8453）小于0.9，而锰离子与浑浊度的拟合优度（R2=0.7612）小于0.8，其余的拟合优度均大于0.97，表现出极好的拟合程度，同时也表明在pH=6.45时，色度与铁离子和锰离子的直接相关性较强，而浑浊度只与亚铁离子有较强的相关性。706y=128.33x+11.17460R²=0.82535y=11.562x+0.1829R²=0.975750）440NTU330色度（度）220浑浊度（1100000.050.10.150.20.250.30.350.40.4500.050.10.150.20.250.30.350.40.45亚铁（mg/L）亚铁（mg/L）606y=65.997x-1.108450R²=0.99665404y=5.0363x-0.5024）R²=0.8453303NTU202色度（度）浑浊度（1010000.10.20.30.40.50.60.70.80.900.10.20.30.40.50.60.70.80.9-10-1铁（mg/L）铁（mg/L）606y=1137.3x-5.0425505R²=0.9735404）y=83.333x-0.6978R²=0.7612303NTU202色度（度）浑浊度（1010000.010.020.030.040.050.0600.010.020.030.040.050.06-10-1锰（mg/L）锰（mg/L）图4-18pH=6.45条件下铜管浸泡过程中金属离子与色度和浑浊度的关系Figure4-18RelationshipbetweenmetalionsandcolororturbidityofcoppertubesatpH=6.45pH=7.15条件下铜管7个监测指标之间的相关系数如表4-7，除了锰离子、TOC和浊度的相关性，其余任意两个监测指标之间的相关性均大于0.9，说明在pH=7.15时，各监测指标相关性极好，而锰离子、TOC与浑浊度得到相关性一般。86 广州大学硕士学位论文表4-7pH=7.15条件下铜管浸泡过程中各指标的相关系数Table4-7CorrelationcoefficientsofvariousindicatorsincoppertubesoakingprocessatpH=7.15亚铁铁锰色度浑浊度TOC亚铁1铁0.987991锰0.9024190.9172081色度0.9867260.9742260.9102821浑浊度0.9673680.9792560.8677210.9521811TOC0.9317860.9223990.9851060.9449320.8718081同时，对金属离子（亚铁、铁和锰）与浑浊度和色度进行了一元线性回归分析，其各拟合线性回归方程和R2如图4-19。亚铁离子与色度和浑浊度的拟合优度均大于0.95，表现出极强的相关性，铁离子与色度的拟合优度为0.8904，与浑浊度的拟合优度为0.9196，相关性较好，而锰离子与色度和浑浊度的拟合优度较低，相关性一般。450.9400.8y=527.26x-4.7215y=6.131x+0.259435R²=0.95910.7R²=0.955430）0.625NTU0.5200.415色度（度）浑浊度（0.3100.2500.100.010.020.030.040.050.060.070.080.09-5000.010.020.030.040.050.060.070.080.09-10亚铁（mg/L）亚铁（mg/L）500.90.840y=1.4591x+0.23550.7R²=0.9196y=123.23x-6.3174R²=0.8904）0.630NTU0.5200.4色度（度）浑浊度（0.3100.20.1000.050.10.150.20.250.30.35000.050.10.150.20.250.30.35-10铁（mg/L）铁（mg/L）500.90.8400.7y=20.29x+0.1963y=1694.3x-9.3048R²=0.803330R²=0.7604）0.6NTU0.5200.410色度（度）浑浊度（0.300.200.0050.010.0150.020.0250.030.1-10000.0050.010.0150.020.0250.03-20锰（mg/L）锰（mg/L）图4-19pH=7.15条件下铜管浸泡过程中金属离子与色度和浑浊度的关系Figure4-19RelationshipbetweenmetalionsandcolororturbidityofcoppertubesatpH=7.1587 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究pH=7.65条件下铜管7个监测指标之间的相关系数如表4-8，与pH=6.45和pH=7.15相比较，出现9组相关系数小于0.83，各监测指标相关性明显降低。表4-8pH=7.65条件下铜管浸泡过程中各指标的相关系数Table4-8CorrelationcoefficientsofvariousindicatorsincoppertubesoakingprocessatpH=7.65亚铁铁锰色度浑浊度TOC亚铁1铁0.9908881锰0.8240230.8198611色度0.8181350.8056840.9689361浑浊度0.9883060.9963080.8156930.8038381TOC0.8117760.8080640.9825990.977410.797661同时，对金属离子（亚铁、铁和锰）与浑浊度和色度进行了一元线性回归分析，其各拟合线性回归方程和R2如图4-20。从拟合优度可以发现，色度与亚铁和铁离子的相关性极强，与锰离子的相关性较强；浑浊度与铁离子的相关性极强，与亚铁离子相关性较强，与锰离子的相关性一般。200.7y=613.64x-1.4688y=11.41x+0.2623R²=0.98120.6R²=0.8757150.5）10NTU0.40.35色度（度）浑浊度（0.20.1000.0050.010.0150.020.0250.030.035000.0050.010.0150.020.0250.030.035-5亚铁（mg/L）亚铁（mg/L）200.7y=68.337x-1.10020.6y=1.3331x+0.2589R²=0.947815R²=0.96480.5）10NTU0.40.3色度（度）5浑浊度（0.20.1000.050.10.150.20.250.3000.050.10.150.20.250.3-5铁（mg/L）铁（mg/L）88 广州大学硕士学位论文200.70.6y=21.506x+0.2245y=1134.4x-3.238115R²=0.8289R²=0.89330.5）10NTU0.40.3色度（度）5浑浊度（0.20.1000.0020.0040.0060.0080.010.0120.0140.0160.018000.0020.0040.0060.0080.010.0120.0140.0160.018-5锰（mg/L）锰（mg/L）图4-20pH=7.65条件下铜管浸泡过程中金属离子与色度和浑浊度的关系Figure4-20RelationshipbetweenmetalionsandcolororturbidityofcoppertubesatpH=7.65pH=8.35条件下铜管7个监测指标之间的相关系数如表4-9，低pH条件相比较，各监测指标相关性明显进一步降低，特别亚铁、锰和TOC与浑浊度的相关系数均小于0.8。表4-9pH=8.35条件下铜管浸泡过程中各指标的相关系数Table4-9CorrelationcoefficientsofvariousindicatorsincoppertubesoakingprocessatpH=8.35亚铁铁锰色度浑浊度TOC亚铁1铁0.9273741锰0.9531160.8866731色度0.9700210.9591610.9697761浑浊度0.7815550.8471680.7906980.8401531TOC0.8558880.7872110.9452460.9054270.7544571同时，对金属离子（亚铁、铁和锰）与浑浊度和色度进行了一元线性回归分析，其各拟合线性回归方程和拟合优度R2如图4-21。6个回归方程中，只有亚铁和铁离子与色度的拟合优度大于0.9，表现出较好的相关性，其他4个回归方程的拟合优度均小于0.9，相关性一般。90.41y=409.63x-0.11198R²=0.9201y=5.0751x+0.28850.397R²=0.83076）0.375NTU0.354色度（度）30.33浑浊度（20.31100.2900.0050.010.0150.020.02500.0050.010.0150.020.025亚铁（mg/L）亚铁（mg/L）89 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究80.41y=56.463x-0.57437R²=0.9352y=0.6817x+0.28460.39R²=0.80176）0.375NTU40.353色度（度）浑浊度（0.3320.31100.2900.020.040.060.080.10.120.140.1600.020.040.060.080.10.120.140.16-1铁（mg/L）铁（mg/L）80.41y=928.2x-1.2727R²=0.88060.39y=11.161x+0.27646R²=0.7488）0.375NTU40.353色度（度）浑浊度（0.3320.31100.2900.0020.0040.0060.0080.0100.0020.0040.0060.0080.01-1锰（mg/L）锰（mg/L）图4-21pH=8.35条件下铜管浸泡过程中金属离子与色度和浑浊度的关系Figure4-21RelationshipbetweenmetalionsandcolororturbidityofcoppertubesatpH=8.35由上分析可知，随着pH升高，各项指标之间的相关性也出现降低趋势，且金属离子与色度和浊度的相关性明显越来越差，但与PP-R管相比，没有明显的规律性。4.2.3镀锌钢管（1）金属离子从图4-22和4-23可以明显发现，不同pH条件下，亚铁和铁离子的释放规律与PP-R管和铜管相似。pH越高，亚铁和铁离子释放量越多，随着浸泡时间的延长，pH为6.45的溶液中，亚铁和铁离子释放量持续增加，而pH为7.15、7.65和8.35的溶液中，随着时间的延长，亚铁和铁离子的释放量基本维持在较低的水平，但镀锌钢管的亚铁和铁的释放量远高于PP-R管和铜管，亚铁离子后期在pH为6.45的溶液中，超出国标规定的限值，同时，铁离子的浓度已大大超出限值的3倍。出现这种现象，主要因为镀锌钢管内壁的腐蚀瘤较大，pH较低时候，腐蚀瘤极易溶解，大量释放亚铁和铁离子，而随着pH的升高，水体中氢氧根离子增加，促进了公式（4-3）的发生，产生了碳酸根离子，进而发生了反应式4-4，生成了溶解度较小的FeCO3；氢氧根离子的增加，会促进亚铁的氧化反应（式4-5，式4-6，式4-7），生成了溶解度小的α-FeOOH和Fe(OH)3；同时，铁细菌和硫酸盐还原菌的最适宜pH范围分别为：5.4~7.2和7.0~7.5，因而，提高pH可以抑制微生物的生长，从而抑制铁的释放。Fe→Fe2++2e-（4-1）90 广州大学硕士学位论文O--2+2H2O+4e→4OH（4-2）2HCO--2-3+2OH→2CO3+2H2O（4-3）CO2-2+3+Fe→FeCO3（4-4）4Fe2++O-2+8OH→4α-FeOOH+2H2O（4-5）Fe2++OH-→Fe(OH)2（4-6）2Fe(OH)2+O2+H2O→2Fe(OH)3（4-7）0.450.40pH=6.45pH=7.15pH=7.650.35pH=8.350.300.25（mg/L）0.202+Fe0.150.100.050.0004812162024283236404448时间（h）图4-22不同pH对镀锌钢管内壁亚铁离子释放的影响Figure4-22EffectofdifferentpHonferrousionreleasefromgalvanizedsteeltubeinnerwall0.9pH=6.45pH=7.15pH=7.65pH=8.350.6（mg/L）3+Fe0.30.004812162024283236404448时间（h）图4-23不同pH对镀锌钢管内壁铁离子释放的影响Figure4-23EffectofdifferentpHonferricionreleasefromgalvanizedsteeltubeinnerwall91 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究如图4-24，锰离子的释放规律PP-R管和铜管相一致，但与镀锌钢管的亚铁和铁离子释放规律相同，锰的释放量远高于PP-R管和铜管，除了pH为8.35的溶液中，锰离子始终维持在国标限制以内，其余pH条件下，浸泡两个小时后，均超出国标限值，其中pH为7.15和7.75的溶液中，锰的释放量逐渐降低且稳定，但pH为6.45的溶液中，锰的释放量持续升高，出现这种情况的原因与亚铁和铁离子释放的机理相同，在pH较低时，大量管壁腐蚀物溶解，管垢组成中的金属离子释放，而随着pH的升高，管垢极易形成稳定的表层，阻止离子的溶解和释放。0.055pH=6.450.050pH=7.15pH=7.650.045pH=8.350.0400.0350.0300.025锰（mg/L）0.0200.0150.0100.0050.00004812162024283236404448时间（h）图4-24不同pH值对镀锌钢管内壁锰离子释放的影响Figure4-24EffectofdifferentpHonmanganeseionreleasefromgalvanizedsteeltubeinnerwall（2）色度和浑浊度相比PP-R管和铜管，镀锌钢管的色度和浑浊度变化较为显著，如图4-25，其中色度值与金属离子的释放有明显的一致性，pH越高，金属离子释放量增大，色度也明显上升；而浑浊度虽然没有规律的变化曲线，但浑浊度在波动的过程中呈逐渐上升状态，如图4-26。92 广州大学硕士学位论文60pH=6.45pH=7.15pH=7.6550pH=8.354030色度（度）2010004812162024283236404448时间（h）图4-25不同pH条件下镀锌钢管浸泡过程中色度变化特征Figure4-25ColorchangecharacteristicsofgalvanizedsteeltubeunderdifferentpHconditions5.5pH=6.455.0pH=7.15pH=7.654.5pH=8.354.03.53.02.5浑浊度（NTU）2.01.51.00.50.004812162024283236404448时间（h）图4-26不同pH条件下镀锌钢管浸泡过程中浑浊度变化特征Figure4-26TurbiditychangecharacteristicsofgalvanizedsteeltubeunderdifferentpHconditions（3）TOC如图4-27，镀锌钢管的TOC变化特征与铜管相似，在不同的pH条件下含量均维持较低值，均符合深圳市饮用水TOC标准，且显著低于PP-R管浸泡所增加的TOC量。93 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究2.4pH=6.45pH=7.152.2pH=7.65pH=8.352.01.81.61.4TOC（mg/L）1.21.00.80.604812162024283236404448时间（h）图4-27不同pH条件下镀锌钢管浸泡过程中TOC变化特征Figure4-27TOCchangecharacteristicsofgalvanizedsteeltubeunderdifferentpHconditions（4）相关性分析在实验结果的基础上，进一步分析7个监测指标之间的相关性。其中表4-10为pH=6.45条件下镀锌钢管7个监测指标之间的相关系数，任何两个监测指标之间的相关性均大于0.84，说明在pH=6.45时，各监测指标相关性较好。表4-10pH=6.45条件下镀锌钢管浸泡过程中各指标的相关系数Table4-10CorrelationcoefficientsofindicatorsingalvanizedsteeltubesoakingprocessatpH=6.45亚铁铁锰色度浊度TOC亚铁1铁0.898681锰0.8486350.9905131色度0.9084790.9983030.9866711浊度0.9877960.9193820.8724870.9288461TOC0.8558570.9920230.9951950.9884740.8805451同时，对金属离子（亚铁、铁和锰）与浊度和色度进行了一元线性回归分析，其各拟合线性回归方程和R2如图4-28。6个回归方程的拟合优度R2中，锰离子和浑浊度R2=0.7612，相关性较差，其余R2均大于0.8，表明拟合程度好，相关性强。94 广州大学硕士学位论文706y=128.33x+11.17460R²=0.82535y=11.562x+0.1829R²=0.975750）440NTU330色度（度）220浑浊度（1100000.050.10.150.20.250.30.350.40.4500.050.10.150.20.250.30.350.40.45亚铁（mg/L）亚铁（mg/L）606y=65.997x-1.108450R²=0.99665404y=5.0363x-0.5024）R²=0.8453303NTU202色度（度）浑浊度（1010000.10.20.30.40.50.60.70.80.900.10.20.30.40.50.60.70.80.9-10-1铁（mg/L）铁（mg/L）606y=1137.3x-5.0425505R²=0.9735404）y=83.333x-0.6978R²=0.7612303NTU202色度（度）浑浊度（1010000.010.020.030.040.050.0600.010.020.030.040.050.06-10-1锰（mg/L）锰（mg/L）图4-28pH=6.45条件下镀锌钢管浸泡过程中金属离子与色度和浊度的关系Figure4-28RelationshipbetweenmetalionsandcolororturbidityofgalvanizedsteeltubeatpH=6.45pH=7.15条件下镀锌钢管7个监测指标之间的相关系数如表4-11，任何两个监测指标之间的相关性均大于0.87，说明在pH=7.15时，各监测指标相关性极好。表4-11pH=7.15条件下镀锌钢管浸泡过程中各指标的相关系数Table4-11CorrelationcoefficientsofindicatorsingalvanizedsteeltubesoakingprocessatpH=7.15亚铁铁锰色度浊度TOC亚铁1铁0.9824941锰0.9383680.9720331色度0.979330.9436110.8720271浊度0.9774260.9589660.8962930.9902411TOC0.971330.9917390.99596480.9512680.969546195 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究同时，对金属离子（亚铁、铁和锰）与浊度和色度进行了一元线性回归分析，其各拟合线性回归方程和R2如图4-29。6个回归方程的拟合优度R2中，锰离子和色度的R2=0.7604，锰离子与浑浊度的R2=0.8033，相关性较差，其余R2均大于0.9，表明拟合程度极好，亚铁和铁离子与色度和浑浊度具有极强的相关性。450.9400.8y=527.26x-4.7215y=6.131x+0.259435R²=0.95910.7R²=0.955430）0.625NTU0.5200.415色度（度）浑浊度（0.3100.2500.100.010.020.030.040.050.060.070.080.09-5000.010.020.030.040.050.060.070.080.09-10亚铁（mg/L）亚铁（mg/L）500.90.840y=1.4591x+0.23550.7R²=0.9196y=123.23x-6.3174R²=0.8904）0.630NTU0.5200.4色度（度）浑浊度（0.3100.20.1000.050.10.150.20.250.30.35000.050.10.150.20.250.30.35-10铁（mg/L）铁（mg/L）500.90.8400.7y=20.29x+0.1963y=1694.3x-9.3048R²=0.803330R²=0.7604）0.6NTU0.5200.410色度（度）浑浊度（0.300.200.0050.010.0150.020.0250.030.1-10000.0050.010.0150.020.0250.03-20锰（mg/L）锰（mg/L）图4-29pH=7.15条件下镀锌钢管浸泡过程中金属离子与色度和浊度的关系Figure4-28RelationshipbetweenmetalionsandcolororturbidityofgalvanizedsteeltubeatpH=7.15pH=7.65条件下镀锌钢管7个监测指标之间的相关系数如表4-12，任何两个监测指标之间的相关性均大于0.9，说明在pH=7.65时，各监测指标之间的相关性极好。表4-12pH=7.65条件下镀锌钢管浸泡过程中各指标的相关系数Table4-12CorrelationcoefficientsofindicatorsingalvanizedsteeltubesoakingprocessatpH=7.65亚铁铁锰色度浊度TOC亚铁1铁0.978377196 广州大学硕士学位论文续表4-12亚铁铁锰色度浊度TOC锰0.9637540.9709331色度0.9905310.9822390.9451651浊度0.9357690.9735440.9104560.9673381TOC0.9582860.9834020.9220540.9741080.9776991同时，对金属离子（亚铁、铁和锰）与浊度和色度进行了一元线性回归分析，其各拟合线性回归方程和R2如图4-30。6个回归方程的拟合优度R2中，除了锰离子和浑浊度的拟合优度仅为0.8289，其余回归方程的拟合优度均大于0.87，具有较好的相关性。200.7y=613.64x-1.4688y=11.41x+0.2623R²=0.98120.6R²=0.8757150.5）10NTU0.40.35色度（度）浑浊度（0.20.1000.0050.010.0150.020.0250.030.035000.0050.010.0150.020.0250.030.035-5亚铁（mg/L）亚铁（mg/L）200.7y=68.337x-1.10020.6y=1.3331x+0.2589R²=0.947815R²=0.96480.5）10NTU0.40.3色度（度）5浑浊度（0.20.1000.050.10.150.20.250.3000.050.10.150.20.250.3-5铁（mg/L）铁（mg/L）200.70.6y=21.506x+0.2245y=1134.4x-3.238115R²=0.8289R²=0.89330.5）10NTU0.40.3色度（度）5浑浊度（0.20.1000.0020.0040.0060.0080.010.0120.0140.0160.018000.0020.0040.0060.0080.010.0120.0140.0160.018-5锰（mg/L）锰（mg/L）图4-30pH=7.65条件下镀锌钢管浸泡过程中金属离子与色度和浊度的关系Figure4-30RelationshipbetweenmetalionsandcolororturbidityofgalvanizedsteeltubeatpH=7.65pH=8.35条件下镀锌钢管7个监测指标之间的相关系数如表4-13，任何两个监测指标之间的相关性均大于0.85，说明在pH=8.35时，各监测指标之间的相关性较好。97 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究表4-13pH=8.35条件下镀锌钢管浸泡过程中各指标的相关系数Table4-13CorrelationcoefficientsofindicatorsingalvanizedsteeltubesoakingprocessatpH=8.35亚铁铁锰色度浊度TOC亚铁1铁0.9869011锰0.9647550.9855821色度0.9592170.967050.9383941浊度0.9114090.895380.8653590.9383891TOC0.9608650.9111450.8581210.9002790.8755391同时，对金属离子与浊度和色度进行一元线性回归分析，拟合线性回归方程和R2如图4-31。6个回归方程拟合优度R2中，除了锰离子和浑浊度的拟合优度仅为0.7488，其余回归方程的拟合优度均大于0.8，表明金属离子与色度和浑浊度有较好的相关性。90.41y=409.63x-0.11198R²=0.9201y=5.0751x+0.28850.397R²=0.83076）0.375NTU0.354色度（度）30.33浑浊度（20.31100.2900.0050.010.0150.020.02500.0050.010.0150.020.025亚铁（mg/L）亚铁（mg/L）80.41y=56.463x-0.57437R²=0.9352y=0.6817x+0.28460.39R²=0.80176）0.375NTU40.353色度（度）浑浊度（0.3320.31100.2900.020.040.060.080.10.120.140.1600.020.040.060.080.10.120.140.16-1铁（mg/L）铁（mg/L）80.41y=928.2x-1.2727R²=0.88060.39y=11.161x+0.27646R²=0.7488）0.375NTU40.353色度（度）浑浊度（0.3320.31100.2900.0020.0040.0060.0080.0100.0020.0040.0060.0080.01-1锰（mg/L）锰（mg/L）图4-31pH=8.35条件下镀锌钢管浸泡过程中金属离子与色度和浊度的关系Figure4-31RelationshipbetweenmetalionsandcolororturbidityofgalvanizedsteeltubeatpH=8.3598 广州大学硕士学位论文由上分析可知，随着pH升高，各项指标之间的相关性较稳定，和PP-R管和铜管相比，锰离子对色度和浑浊度的相关性较差。4.3pH调控技术效果解析深圳市的自来水厂以水库水为原水，原水具有低pH、低碱度和低硬度的特点，加剧了供水管道的腐蚀作用，进而引起供水管道频繁发生渗漏、爆管以及“黄水”等现象。深圳市某自来水厂设计了在清水池投加石灰水上清液的再矿化系统，提高出厂水的pH、碱度和硬度，以改善出厂水的化学稳定性。4.3.1水厂概况该水厂的核心处理工艺是臭氧-生物活性炭深度处理工艺，如图4-32所示。该水厂的原水来自深圳水库，pH一般在7.0左右。原水经过臭氧-生物活性炭工艺后pH低于6.9，达不到企业内部标准（pH为7.0~8.5），甚至有部分出厂水的pH接近于国标的低限。目前该水厂采用在混凝区域和沉淀池的出水口区域投加石灰，以保证出水pH达到7.0以上，但该方法的效果很不稳定，同时存在混凝效果较差和铝盐超标的风险。为了改变现状，该水厂设计了再矿化系统，通过配置石灰澄清液并投加至清水池的方法，以改善活性炭出水的pH下降的现状。图4-32水厂现有工艺流程图Figure4-32Waterworksexistingprocess4.3.2再矿化系统设计再矿化系统的工艺流程如图4-33所示：1.5‰石灰乳液通过干投机（25kg/h）投加至溶液池进行搅拌，以充分溶解，溶液池设有液位控制器控制干投机运行状态，同时作为泵池方便后续耐腐蚀泵的工作。溶液池中的石灰乳液通过变频调节的耐腐蚀高强离子泵进入竖流式沉淀池，同时部分清水从沉淀池顶部进入，将石灰乳液稀释至0.5‰（清水量是1.5‰石灰乳液体积的2倍）。稀释的石灰乳液在沉淀池内停留1小时将杂质沉淀，石灰上清液进入调节池。为保证石灰上清液杂质的去除，在进入调节池前设计了纤维丝过滤装置，在沉淀池沉淀效果不理想时，石灰上清液通过纤维丝过滤装置进一步去除石灰上清液中的杂质。过滤后的石灰上清液进入调节池，然后由螺杆泵输送至清水池投加99 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究点。图4-33再矿化系统工艺流程图Figure4-33Re-mineralizationsystemprocess石灰上清液的投加及沉淀池石灰残渣的排放点如图4-34所示。饱和石灰上清液设两个投加点：清水池进水堰的堰前和清水池的消毒廊道2/3处，具体的投加点可依据实际的运行状况进行合理调整。石灰残渣排放进排水调节池，然后通过水泵，回收到絮凝沉淀池的混合井中或均衡池的配泥井中，具体排放点可以依据实际的运行状况进行合理调整。该项目是国内自来水厂的首个饱和石灰水的设计项目，存在一定的实验性，所以在后续的工程施工和使用中均设置有可调整空间，从而满足各参数的调节需求。在运行的过程中，通过再矿化系统的自控装置以实现系统的自动化运行，其中通过调整流量比例系数（即根据原水水量投加石灰量的系数）来控制投加石灰上清液的投加量。图4-34再矿化系统平面布置图Figure4-34Re-mineralizationsystemlayout100 广州大学硕士学位论文4.3.3出水pH变化规律图4-35为2016年1~10月出厂水pH变化图。从平均值可以发现，1~5月份（再矿化设备运行前）平均pH为7.32；6~10月份（再矿化设备运行后）平均pH为7.39，相比再矿化设备运行前有小幅度的提升。从变化范围看，1~5月份pH变化范围为7.16~7.57；而6~10月份，pH变化范围为7.07~7.70，变化的范围较大。为了更进一步的说明再矿化后pH变化情况，对1~10月的数据进行了中位分布的统计分析，数据统计分析结果如图4-36所示。1~5月份pH的25%、50%和75%位的分布数值分别为7.28、7.32、7.39；而6~10月份的数据分别为7.29、7.39、7.45。综合分析可以发现，6~10月份pH处于较高水平，但是其稳定性较差，变化比较明显，可能与季节性的温度变化有关。7.87.6pH7.47.271316191121151181211241271运行天数图4-352016年1~10月出厂水pH变化图Figure4-35ThepHchangeofthefinishedwaterin2016(JanuarytoOctober)图4-36再矿化工艺运行前（1~5月）、后（6~10月）pH变化统计分析图Figure4-36ThepHchangestatisticalanalysisofthere-mineralizationprocessbefore(JanuarytoMay)101 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究考虑到季节的变化对出水pH的影响，对比了2015年及2016年5~6月的pH变化情况。图4-37及图4-38分别为2015年5~6月及2016年5~6月出厂水pH对变化图、出厂水pH统计分析图。从平均值可以发现，pH由2015年的7.27提高到了2016年的7.40，提升幅度显著；而pH的变化范围由2015年的7.20~7.37变化为2016年的7.19~7.62，变化范围增大。图4-38的中位分布结果也同样说明了这种现象。7.82015年5-6月2016年5-6月7.67.4pH7.276.81471013161922252831343740434649525558616467运行天数图4-372015年5~6月及2016年5~6月出厂水pH对变化图Figure4-37ThepHchangeofthefinishedwaterin2015(MaytoJune)and2016(MaytoJune)图4-382015年5~6月及2016年5~6月出厂水pH统计分析图Figure4-38ThepHchangestatisticalanalysisofthefinishedwaterin2015(MaytoJune)and2016(MaytoJune)102 广州大学硕士学位论文综上所述可以发现，再矿化技术实施后，出水的pH同比和环比均出现一定幅度的提升，但是pH变化范围较大，稳定性较差。有研究表明[135,136]，由于石灰水经纤维丝过滤装置过滤后碱度的去除率远高于普通沉淀池，因此该工艺生产投加量相对于原有工艺经沉淀处理后的石灰水投加量中所含碱度要低，所以该工艺投加的石灰水对水厂出水的pH的提高幅度略低且稳定性较差。4.3.4出厂水浊度变化规律图4-39为2016年1~10月出厂水浊度变化图。从平均值看，1~5月份（再矿化设备运行前）浊度平均值为0.082NTU；6~10月份（再矿化设备运行后）浊度平均值为0.091NTU，与运行前相比有小幅度提高。从浊度的变化范围可以发现，1~5月份浊度的变化范围为0.031~0.150NTU；而6~10月份，浊度的变化范围为0.027~0.158NTU，变化的范围较大。为了进一步的说明再矿化实施后浊度的变化情况，对浊度数据进行了中位分布的统计分析，数据统计分析结果如图4-40所示。1~5月份浊度值的25%、50%及75%位分布数值分别为0.068NTU、0.079NTU、0.095NTU；而6~10月份的数值分别为0.073NTU、0.091NTU、0.111NTU。综合分析发现，再矿化技术实施后浊度值有小幅度提升，但变化不太明显，基本维持在原有的水平，小幅度变化可能由于水温升高，石灰乳溶解度减小导致悬浮物增加。有研究者发现，滤后石灰水在向清水池投加前，石灰水浊度应该控制在一定水平，以保证石灰水浊度对出厂水浊度基本无影响[137,138]。0.180.15）0.12NTU0.09浊度（0.060.0301316191121151181211241运行天数图4-392016年1~10月出厂水浊度变化图Figure4-39Turbiditychangeofthefinishedwaterin2016(JanuarytoOctober)103 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究图4-40再矿化工艺运行前（1~5月）、后（6~10月）浊度变化统计分析图Figure4-40Theturbiditychangestatisticalanalysisofthere-mineralizationprocessbefore(JanuarytoMay)andafter(JunetoOctober)theoperation4.3.5运行成本图4-41为2016年1~10月石灰消耗量变化图。从平均值看，1~5月份（再矿化设备运行前）石灰消耗量为4.65mg/L；6~10月份（再矿化设备运行后）石灰平均消耗量为4.96mg/L，较运行前有小幅度提升。从变化范围看，1~5月份石灰消耗量变化范围为1.87~11.51mg/L；而6~10月份，石灰消耗量变化范围为1.18~14.87mg/L，变化范围较大。为了进一步说明再矿化后石灰消耗量的变化趋势，对消耗量数据进行中位分布的统计分析，数据统计分析的结果如图4-42所示。1~5月份石灰消耗量25%、50%及75%位分布的数据分别为2.49mg/L、3.75mg/L、8.12mg/L；而6~10月份的数据分别为2.74mg/L、5.89mg/L、9.01mg/L。综合来看，再矿化技术实施前后石灰消耗量都不稳定，可能与原水的水量有一定关系；但再矿化实施后，石灰消耗量有较小幅度的提升。104 广州大学硕士学位论文161412）10mg/L86石灰单耗（4201316191121151181211241271运行天数图4-412016年1~10月石灰消耗量变化图Figure4-41Limeconsumptionchangein2016(JanuarytoOctober)图4-42再矿化工艺运行前（1~5月）、后（6~10月）石灰消耗量统计分析图Figure4-42TheLimeconsumptionstatisticalanalysisofthere-mineralizationprocessbefore(JanuarytoMay)andafter(JunetoOctober)theoperation考虑到季节变化对石灰消耗量的影响，对比了2015年及2016年5~6月石灰消耗量的变化情况。图4-43及图4-44分别为2015年5~6月及2016年5~6月石灰消耗量变化图、石灰消耗量统计分析图。从平均值及中位分布结果看，2016年5~6月份石灰消耗量有小幅度减少，但变化不大。105 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究202015年5-6月2016年5-6月16）mg/L128石灰单耗（4014710131619222528313437404346495255586164运行天数图4-432015年5~6月及2016年5~6月石灰消耗量变化图Figure4-43Limeconsumptionchangein2015(MaytoJune)and2016(MaytoJune)图4-44再矿化工艺运行前（1~5月）、后（6~10月）石灰消耗量统计分析图Figure4-44TheLimeconsumptionstatisticalanalysisofthere-mineralizationprocessbefore(JanuarytoMayin2015)andafter(JunetoOctoberin2016)theoperation综上所述，再矿化技术实施后，石灰的消耗量环比有一定幅度提高，同比则有所下降。石灰的单耗同比降低的原因：①实施清水池的前端投加石灰上清液的工艺，可能降低了前段的工艺对石灰消耗量；②2016年的原水pH比2015年同期波动较大，出现原水水质异常情况时，原水pH最高升至8.8左右，故相比石灰单耗同比降低。106 广州大学硕士学位论文4.4本章小结（1）通过改变溶液的pH，以金属离子（亚铁、铁和锰）、色度和浑浊度以及TOC为监测指标，对比了PP-R管、薄壁铜管和镀锌钢管的浸泡实验过程中水质变化特征，实验结果发现：①三种管材的管段在不同pH条件下，对水质指标的都有影响，其中镀锌钢管影响最严重，铜管对水质影响最小。镀锌钢管的各项指标随着浸泡时间的增加，远高于国家标准限值，PP-R管浸泡过程中TOC释放量最高，铜管浸泡过程中各项指标变化缓慢。②pH对不同管材的管道内壁沉积物的影响具有一致性，pH越低金属离子的释放量越多，管壁的有机物也更易脱落，导致其他指标相应升高。三种管材在浸泡过程中，TOC都随着浸泡时间的延长而增加，且pH越低TOC相应越高；PP-R管在实验过程中，TOC的释放量明显高于薄壁铜管和镀锌钢管。为了维持水质稳定，pH建议至少控制在7.65。③从相关性分析方面可以发现，随着pH的增加，PP-R管的各监测指标相关性呈现降低趋势，铜管的各监测指标相关性规律性不强，而镀锌钢管的各监测指标的相关性受pH影响不大。从金属离子与色度和浑浊度的相关性分析中发现，亚铁和铁离子对色度和浑浊度贡献较大，锰离子与色度和浑浊度相关性较差。（2）由深圳某水厂的生产性再矿化运行结果可以发现：①清水池投加石灰清液可以有效提高出厂水pH，且出厂水浊度及其它常规指标基本符合国标要求和公司的内控要求。结合水厂运行工况，实际运行中原水水量、前段工艺出水pH对再矿化效果均有影响。再矿化实施后石灰消耗量同比有小幅度下降，主要原因是清水池投加减少了前段工艺的投加量，且与进水pH也有一定关系。②最佳石灰投加量的选取可以在保障再矿化效果的同时降低运行成本。再矿化前后石灰消耗量均不稳定且实施后有较小幅度提升需待工艺稳定后确定最适投加量。107 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究第五章结论与建议5.1主要结论本论文在对国内外相关文献进行调研的基础上，通过对深圳市供水管网维护和投诉数据、水质监测中心的近三年水质监测数据的统计学分析，对“黄水”问题进行定位和识别，在此基础上，结合试验室模拟实验研究了最常用的不同材质新旧管道中水质变化特征及控制方法。研究过程中得到的主要结论如下：（1）深圳市供水管网系统的主要问题集中表现在水压和水质两方面。同时出现水质和水压问题的区域的管网管龄较长，且管道内壁腐蚀严重；水质投诉集中在两种情况，一是新管道通水初期出现“黄水”和异味较多，二是老旧管道由于水力条件等变化引起的“黄水”等问题。（2）合格的出厂水经过供水管道系统的输送，水质各项指标均发生了明显的变化，且随着监测点与自来水厂的距离逐渐变大而更为明显，其中以游离性余氯衰减最为显著。深圳市优质饮用水入户工程实施后管网末梢水质明显提高。（3）新管道通水初期与自来水有一定的适应阶段，该阶段内球墨铸铁管内水质变化最显著，不锈钢管和HDPE管水质变化较小。城市供水管网更换新管材后，不同材质的管材与水体作用适应期差别较大，仅感官指标来看，球墨铸铁管、不锈钢管和HDPE管分别在第20d、第8d和第2d后趋于稳定，同时建议在第8d、第2d对球墨铸铁管和不锈钢管进行冲洗。（4）老旧管道内壁沉积物明显，PP-R管和铜管内壁均有一层较薄且均匀的沉积物，而镀锌钢管的内壁出现了严重的腐蚀现象，且生长环严重减小了管道的有效输水空间。低pH水体更容易使管道内壁沉积物的溶出，较高pH有助于维持管道内壁沉积物和腐蚀物的稳定性。PP-R管浸泡水体中TOC量远高于铜管和镀锌钢管，镀锌钢管的内壁腐蚀物溶解显著，金属离子、色度和浊度增长明显，“黄水”问题严重。相关性分析中发现，亚铁和铁离子对色度和浑浊度贡献较大，锰离子与色度和浑浊度相关性较差。为了维持水质稳定，建议老旧管道内水体pH至少控制在7.65。（5）深圳市某水厂的生产性再矿化运行效果可以发现：在清水池投加石灰水上清液的再矿化方法，可以有效的提高出厂水的pH，且出厂水的浑浊度等其他常规指标均符合国家标准和公司内控标准，改善出厂水的化学稳定性具有明显的效果。108 广州大学硕士学位论文5.2建议关于城市供水管网“黄水”问题，今后需要完善以下方面：（1）目前国内外对管道腐蚀所引起的“黄水”问题，研究重点集中在水质和水力条件改变所引起老旧管道内壁腐蚀产物及富集物脱落等方面，而对新管道通水后水体和管道内壁适应期的水质变化特征、水泵和弯头等管网配件腐蚀问题引起的水质问题均未涉及，但水泵等配件是水体在管道输送过程的必经之路，其腐蚀状况不亚于管道内壁，且水泵的启动和关闭所引起的水力冲击更为严重。因此建议进一步深入探究新管道与出厂水的适应期内变化特征，同时建议把水泵和弯头等配件作为研究重点之一。（2）南方地区水体低pH、低碱度和低硬度的特点，增加“黄水”等水质问题发生几率，再矿化技术提高pH是增强管网水化学稳定性的有效手段，但再矿化技术对管网水质、管垢等的影响机制还需进一步探索。109 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究参考文献[1]施银焕.M市供水管网余氯衰减模型的建立与校正研究[D].沈阳建筑大学,2013.[2]陈惠玲.城市供水系统对水质的影响及控制技术[J].广东科技.2010(10):148-149.[3]童祯恭.供水管网水质建模研究[J].华东交通大学学报.2006(05):51-54.[4]董深.基于水质保障的供水系统智能优化技术研究[D].青岛理工大学,2014.[5]黄廷林，戴雪峰，王旭冕，等.多水源供水管网中铁释放规律[J].环境工程学报.2014(03):834-838.[6]顾军农.多水源供水模式下管网腐蚀产物释放与应对措施初探[J].城镇供水.2010(1):66-70.[7]顾军农，李玉仙，王敏，等.南水北调受水区城市饮用水安全保障共性技术研究与示范[J].给水排水.2013,39(9):13-17.[8]周大农.河北水源对北京供水水质的影响及其对策[J].中国给水排水.2012(16):22-25.[9]葛云红，刘艳辉，赵河立，等.海水淡化水进入市政管网需考虑和解决的问题[J].中国给水排水.2009(08):84-87.[10]骆碧君，刘志强，郑毅，等.海水淡化水在既有管网中的水质变化研究[J].中国给水排水.2009(23):57-60.[11]刘恋.再生水中球墨铸铁和PE管材生物膜及腐蚀特性研究[D].北京建筑大学,2016.[12]米子龙，张晓健，陈超.淡化海水进入市政供水管网的黄水应对措施[Z].中国土木工程学会水工业分会给水深度处理研究会2012年年会论文集.2012:496-500.[13]ZhaoP.Developmentofironrelease,turbidity,anddissolvedsilicaintegratedmodelsfordesalinatedwaterindrinkingwaterdistributionsystems[J].Desalination&WaterTreatment.2016,57(1):398-407.[14]李宝华.供水管网中出现黄水的原因及治理[J].房材与应用.2003,31(2):33-34.[15]吴津津.某山地城市供水管道水质稳定性研究[D].重庆大学,2012.[16]LiuG,ZhangY,KnibbeW,etal.Potentialimpactsofchangingsupply-waterqualityondrinkingwaterdistribution:Areview[J].WaterResearch.2017,116:135-148.[17]石宝友，李涛，顾军农，等.北方某市水源更换过程中管网黄水产生机制的探讨[J].供水技术.2010(04):12-15.[18]娄兆现.自来水产生“黄水”现象的原因及防治措施[J].科技创新导报.2009(24):97.110 广州大学硕士学位论文[19]谭浩强.城市供水管网铁释放特性及其风险管理[D].哈尔滨工业大学,2015.[20]SontheimerH,KölleW,SnoeyinkVL.Thesideritemodeloftheformationofcorrosion-resistantscales[J].JournaloftheAmericanWaterWorksAssociation.1981,73(11):572-579.[21]AK.Investigationsofthereductionandre-oxidationkineticsofiron(III)oxidescalesformedinwaters[J].CorrosionScience.1988,28(3):221-231.[22]BaylisJR.PreventionofCorrosionand"RedWater"[J].JournaloftheAmericanWaterWorksAssociation.1926,15(6):598-633.[23]TheisTL,SingerPC.stabilizationofferrousironbyorganiccompoundsinnaturalwaters[J].AustralianJournalofEcology.1973,4(12):3469.[24]EmdeKME,SmithDW,FaceyR.Initialinvestigationofmicrobiallyinfluencedcorrosion(MIC)inalowtemperaturewaterdistributionsystem[J].WaterResearch.1992,26(2):169-175.[25]SarinP,SnoeyinkVL,BebeeJ,etal.Ironreleasefromcorrodedironpipesindrinkingwaterdistributionsystems:effectofdissolvedoxygen[J].WaterResearch.2004,38(5):1259.[26]刘东坡，靳军涛，张金松.供水管网“黄水”发生机理及控制措施研究综述[Z].2017,35(08):204-211.[27]张晓健，牛璋彬.给水管网中铁稳定性问题及其研究进展[J].中国给水排水.2006,22(2):13-16.[28]LasheenMR,SharabyCM,El-KholyNG,etal.FactorsinfluencingleadandironreleasefromsomeEgyptiandrinkingwaterpipes[J].JournalofHazardousMaterials.2008,160(2-3):675.[29]李玉仙，王敏，李礼，等.水源切换条件下管网管垢稳定性和水质腐蚀性判定指标探讨[J].给水排水.2015(2):110-114.[30]SarinP,KrivenWM,SnoeyinkVL,etal.Ironcorrosionscales:modelforscalegrowth,ironrelease,andcoloredwaterformation[J].JournalofEnvironmentalEngineering.2004,130(4):364-373.[31]徐菲菲.济南市给水系统水质化学稳定性研究[D].山东建筑大学,2013.[32]米子龙.水源切换对给水管网水质铁稳定的影响及控制特性研究[D].清华大学,2015.[33]贾利华.海水淡化水安全输配研究[D].天津大学,2012.[34]黄纯凯.既有给水管网输配淡化海水水质稳定性控制研究[D].天津大学,2012.[35]米子龙，张晓健，陈超，等.淡化海水进入市政供水管网的铁稳定性[J].清华大学学报(自然科学版).2014(10):1333-1338.[36]鲁智礼，徐硕，石宝友，等.水源切换对管网铁释放影响的中试模拟研究[J].给水排111 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究水.2013,39(5):146-150.[37]郑毅，彭晨蕊，谭浩，等.给水管网内铁离子的释放[J].天津大学学报(自然科学与工程技术版).2008,41(2):137-141.[38]王春，王长平，刘旭辉.深圳梅沙片区供水管网黄水成因分析及控制对策[J].中国给水排水.2012,28(9):52-55.[39]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[J].中国给水排水.2014(18):23-27.[40]潘海祥.海水淡化水厂供水的黄水现象及应对措施[J].中国给水排水.2008,24(12):90-92.[41]陈义标，周晓燕，徐军，等.绍兴市供水管网中黄水产生的原因及其防治对策[J].给水排水.2004,30(9):17-20.[42]白迪祺，李玉仙，王敏，等.水源切换条件下管网发生“黄水”的预测与控制措施[J].环境水质学国家重点实验室.2012.[43]LytleDA,SarinP,SnoeyinkVL.Theeffectofchlorideandorthophosphateonthereleaseofironfromacastironpipesection[J].JournalofWaterSupply:ResearchandTechnology.2005,54(5):267-281.[44]米子龙，张晓健，陈超，等.硫酸根和碱度变化对管网铁释放的影响[J].中国给水排水.2012,28(1):31-34.[45]杨帆，石宝友，王东升，等.水质化学组分变化对管道铁释放及管垢特征的影响[J].中国给水排水.2012,28(23):59-64.[46]米子龙，张晓健，陆品品，等.硫酸根浓度突变对给水管网铁释放的影响[J].清华大学学报(自然科学版).2013(5):660-664.[47]林爱武，李玉仙，张磊，等.给水管网对黄河水源水质的适应性研究[J].中国给水排水.2014(21):50-53.[48]周大农.河北应急水源对北京供水水质的影响及其应对措施[J].城镇供水.2012(04):35-40.[49]孙慧芳，石宝友，王东升.硫酸根、溶解氧和余氯对管网铁释放的影响[J].中国给水排水.2013,22(22):58-63.[50]王娜，康雅，周全，等.南水北调受水城市管网"黄水"影响因素研究[J].供水技术.2015,9(1):16-19.[51]SarinP,SnoeyinkVL,BebeeJ,etal.Physico-chemicalcharacteristicsofcorrosionscalesinoldironpipes[J].WaterResearch.2001,35(12):2961.[52]MastersS,WangH,PrudenA,etal.Redoxgradientsindistributionsystemsinfluencewaterquality,corrosion,andmicrobialecology[J].WaterResearch.2015,68(68):112 广州大学硕士学位论文140-149.[53]李斌.城市输配水管网水质变化的动态模拟[D].湖南大学,2002.[54]吴永丽，石宝友，孙慧芳，等.水中硫酸根及溶解氧质量浓度变化对管垢金属元素释放的影响[J].环境科学.2013,34(9):3480-3485.[55]王洋，张晓健，陈雨乔，等.给水管网管壁铁细菌生长特性模拟及控制对策研究[J].环境科学.2009,30(11):3293-3299.[56]唐敏，王海波，黄显怀，等.水源切换条件下模拟管网铁离子释放控制[J].环境工程学报.2014,8(1):13-16.[57]周全，康雅，韩珀，等.城市供水管网水源切换模拟及黄水控制措施研究[J].给水排水.2014(11).[58]周全，韩珀，徐娟，等.输配水过程中管网铁释放规律的研究及应用[J].郑州大学学报(工学版).2013(03):121-124.[59]周全，陈汝硕，高红涛，等.基于模糊综合评价法的城市供水管网黄水风险区域预测及应对措施[J].给水排水.2015(8):101-104.[60]周全，康雅，韩珀，等.南水北调受水城市水源切换过程探讨[J].给水排水.2016(6):9-13.[61]牛璋彬，王洋，张晓健，等.给水管网中铁释放现象的影响因素研究[J].环境科学.2007,28(10):2270-2274.[62]王彦隽.包头市管道直饮水水质预警及联动控制系统的研究[D].内蒙古科技大学,2012.[63]王立友.典型供水金属管材电化学腐蚀及对水质影响的研究[D].哈尔滨工业大学,2015.[64]齐北萌.供水系统铸铁管材的腐蚀行为及影响因素研究[D].哈尔滨工业大学,2014.[65]阮利红.消毒剂与管材的相互作用及其对水质的影响[D].湖南大学,2014.[66]LiuJ,ChenH,HuangQ,etal.Characteristicsofpipe-scaleinthepipesofanurbandrinkingwaterdistributionsystemineasternChina[J].WaterScienceandTechnology:WaterSupply.2016,16(3):715-726.[67]吴小辉，王旭初.不同给水管材对住宅自来水水质影响[J].环境与健康杂志.2002(02):127-129.[68]孙晓晶.给排水工程常用塑料管道应用及施工质量研究[D].山东建筑大学,2016.[69]LiuJ,ShentuH,ChenH,etal.Changeregularityofwaterqualityparametersinleakageflowconditionsandtheirrelationshipwithironrelease[J].WaterResearch.2017,124:353-362.[70]许红.薄壁不锈钢给水管的特性[J].中国建材科技.2010(04):38-39.113 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究[71]谭浩强，何文杰，韩宏大，等.水力条件对供水管网铁释放的影响研究[J].中国给水排水.2014(03):56-58.[72]刘轲.水力条件变化对管网生物膜稳定性影响的研究[D].浙江工业大学,2015.[73]TsagkariE,SloanWT.Turbulenceacceleratesthegrowthofdrinkingwaterbiofilms.[J].Bioprocess&BiosystemsEngineering.2018(2):1-14.[74]王洋.给水管网铁稳定性特性及控制技术研究[D].清华大学,2009.[75]王利平.给水管网中铁稳定性问题与管道腐蚀的研究[D].天津大学,2007.[76]SingleyJE,BeaudetBA,MarkeyPH.InternalCorrosionofWaterDistributionSystems[J].JournaloftheAmericanWaterWorksAssociation.1984.[77]方伟，许仕荣，徐洪福，等.城市供水管网水质化学稳定性研究进展[J].中国给水排水.2006,22(14):10-13.[78]赵明，沈娜，何文杰.淡化水作为城市供水时的水质问题与对策[J].水处理技术.2011,37(10):1-3.[79]尚修竹.城市供水系统水质变化对供水管网管道腐蚀影响的研究[D].西安建筑科技大学,2013.[80]焦文海.关于水质维护的管网冲洗研究[D].天津大学,2005.[81]赵蓓，李玉仙，王敏，等.北方某市供水管网对丹江口水适应性预测方法研究[J].给水排水.2015(4):104-109.[82]韩珀，沙净，周全，等.南水北调中线受水城市水源切换主要风险及关键应对技术[J].给水排水.2016,42(4):14-17.[83]王洋，张晓健，陈超，等.水源切换引起给水管网黄水问题原因分析[J].环境科学.2009,30(12):3555-3561.[84]方伟.城市供水系统水质化学稳定性及其控制方法研究[D].湖南大学,2007.[85]赵伟.低硬低碱条件下水质化学稳定性评价体系的构建[D].湖南大学,2012.[86]周韬.铁质给水管道内壁腐蚀对管网水质影响研究[D].湖南大学,2006.[87]McneillLS,EdwardsM.PhosphateInhibitorsandRedWaterinStagnantIronPipes[J].JournalofEnvironmentalEngineering.2000,126(12):1096-1102.[88]VolkC,DundoreE,SchiermannJ,etal.Practicalevaluationofironcorrosioncontrolinadrinkingwaterdistributionsystem[J].WaterResearch.2000,34(6):1967-1974.[89]王磊，杨玉龙，李聪，等.不同磷酸盐在两种水质条件下对铁释放的影响[J].科技通报.2014(09):212-215.[90]许保玖.给水处理理论[M].中国建筑工业出版社,2000.[91]米子龙，张晓健，王洋，等.不同聚磷酸盐投加量控制管网铁释放效果比较[J].给水排水.2012(s2):222-225.114 广州大学硕士学位论文[92]鲁智礼，宛云杰，石宝友，等.磷硅系复配缓蚀剂对管网铁释放控制的中试研究[J].给水排水.2015(1):150-155.[93]徐冰峰，胡跃峰，杨泽.常用给水管网的选材分析[J].有色金属设计.2004,31(1):60-63.[94]赵乐乐，李星，杨艳玲，等.南方某城市供水管网红水原因调查与研究[J].环境科学.2011,32(11):3235-3239.[95]张晓健，陈超.应对突发性水源污染的城市应急供水的进展与展望[J].给水排水.2011,37(10):9-18.[96]LaskowskiT,[wietlikJ,RaczykstanisławiakU,etal.Acastironfilingsbasedmodelfordynamicinvestigationofcorrosionanditscompatibilitywiththerealwaterdistributionnetwork[J].Desalination&WaterTreatment.2016,57(18):8139-8151.[97]李晓敏，汪隽，陈超，等.淡化海水进入水泥砂浆内衬管后的水质化学稳定性[J].中国给水排水.2016(17):43-47.[98]朱伟，信绍广，李宁.球墨铸铁管水泥砂浆内衬水性环氧封面涂层的性能研究[J].供水技术.2012(01):50-52.[99]孙俊峰，康雅.水泥砂浆内衬管通水初期对水质的影响及应对措施[J].中国给水排水.2015(07):46-49.[100]杨羽，石宝友，张建锋，等.再生水及自来水对水泥内衬管的侵蚀特性比较[J].中国给水排水.2013(23):81-84.[101]李晓敏，汪隽，陈超，等.淡化海水进入三种内衬管网后的水质变化[Z].中国土木工程学会水工业分会给水深度处理研究会2015年年会论文集.2015:480-487.[102]邱微，王立友，樊庆锌，等.给水球墨铸铁管腐蚀特性及腐蚀对水质的影响[J].哈尔滨工业大学学报.2016(08):61-66.[103]廖伟伶.给水管道管材对水质的影响及防腐措施[J].重庆工商大学学报(自然科学版).2012(11):93-98.[104]钟丹，袁一星，马文成，等.供水管网内生物膜与余氯衰减交互作用[J].哈尔滨工业大学学报.2017(08):49-54.[105]万江，王晓焕，刘志勇.膨润土-水悬浮体系的zeta电位研究[J].非金属矿.2017(04):23-25.[106]邹小勇，赵如松，慕朝，等.含沥青质模拟油/水乳状液稳定性与界面性质关系Ⅰ界面张力和Zeta电位的影响[J].精细化工.2013(02):193-197.[107]董琪，赵鹏，张宏伟，等.带水泥砂浆内衬铸铁管输配海水淡化水水质稳定性控制研究[J].海洋技术.2013(01):69-72.[108]林英姿，于天鹏.基于饮用水生物稳定性的主体水TOC变化研究[J].中国资源综合115 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究利用.2016(1):22-24.[109]HeimTH,DietrichAM.SensoryaspectsandwaterqualityimpactsofchlorinatedandchloraminateddrinkingwaterincontactwithHDPEandcPVCpipe[J].WaterResearch.2007,41(4):757.[110]MaoG,WangY,HammesF.Short-termorganiccarbonmigrationfrompolymericmaterialsincontactwithchlorinateddrinkingwater[J].ScienceofTheTotalEnvironment.2018,613-614:1220-1227.[111]ChaeSH,KimDH,ChoiD,etal.EstablishmentofaPracticalApproachforCharacterizingtheSourceofParticulatesinWaterDistributionSystems[J].Water.2016,8(2):49.[112]GauthierV,BarbeauB,MilletteR,etal.Suspendedparticlesinthedrinkingwateroftwodistributionsystems[J].WaterScience&TechnologyWaterSupply.2001,1(4):237-245.[113]HuangH,ZhuH,GanW,etal.OccurrenceofnitrogenousandcarbonaceousdisinfectionbyproductsindrinkingwaterdistributedinShenzhen,China[J].Chemosphere.2017,188:257-264.[114]ChenZ,YuT,NgoHH,etal.Assimilableorganiccarbon(AOC)variationinreclaimedwater:Insightonbiologicalstabilityevaluationandcontrolforsustainablewaterreuse[J].BioresourceTechnology.2018,254:290.[115]WangF,LiW,LiY,etal.Molecularanalysisofbacterialcommunityinthetapwaterwithdifferentwateragesofadrinkingwaterdistributionsystem[J].FrontiersofEnvironmentalScience&Engineering.2018,12(3).[116]WangH,HuC,ZhangS,etal.EffectsofO3/Cl2disinfectiononcorrosionandopportunisticpathogensgrowthindrinkingwaterdistributionsystems[J].JournalofEnvironmentalSciences.2018.[117]WangH,PryorMA,EdwardsMA,etal.EffectofGACpre-treatmentanddisinfectantonmicrobialcommunitystructureandopportunisticpathogenoccurrence[J].WaterResearch.2013,47(15):5760-5772.[118]RożejA,Cydzik-KwiatkowskaA,KowalskaB,etal.Structureandmicrobialdiversityofbiofilmsondifferentpipematerialsofamodeldrinkingwaterdistributionsystems[J].WorldJournalofMicrobiology&Biotechnology.2015,31(1):37-47.[119]SunH,ShiB,BaiY,etal.Bacterialcommunityofbiofilmsdevelopedunderdifferentwatersupplyconditionsinadistributionsystem[J].ScienceoftheTotalEnvironment.2014,472(1):99-107.[120]LiuJQ,LuoZF,LiuK,etal.Effectofflushingonthedetachmentofbiofilmsattachedtothewallsofmetalpipesinwaterdistributionsystems[J].JournalofZhejiangUniversity-ScienceA:AppliedPhysics&Engineering.2017,18(4):313-328.[121]XingX,WangH,HuC,etal.Characterizationofbacterialcommunityandironcorrosion116 广州大学硕士学位论文indrinkingwaterdistributionsystemswithO3-biologicalactivatedcarbontreatment[J].JournalofEnvironmentalSciences.2017.[122]LiD,LiZ,YuJ,etal.CharacterizationofBacterialCommunityStructureinaDrinkingWaterDistributionSystemduringanOccurrenceofRedWater[J].AppliedandEnvironmentalMicrobiology.2010,76(21):7171-7180.[123]JinJ,WuG,GuanY.Effectofbacterialcommunitiesontheformationofcastironcorrosiontuberclesinreclaimedwater[J].WaterResearch.2015,71:207-218.[124]陈笑居.给水管道的微生物腐蚀[D].哈尔滨工业大学,2011.[125]侯深贞.供水管网腐蚀及铁细菌和硫酸盐还原菌灭活试验研究[D].哈尔滨工业大学,2012.[126]韩文滔.供水管网中铁细菌对管道腐蚀机理的研究[D].哈尔滨工业大学,2014.[127]靳军涛.再生水管道生物腐蚀及其生物—化学耦合机理研究[D].清华大学,2015.[128]YangF,ShiB,BaiY,etal.Effectofsulfateonthetransformationofcorrosionscalecompositionandbacterialcommunityincastironwaterdistributionpipes[J].WaterResearch.2014,59:46-57.[129]WangH,HuC,YinL,etal.Characterizationofchemicalcompositionandbacterialcommunityofcorrosionscalesindifferentdrinkingwaterdistributionsystems[J].EnvironmentalScience:WaterResearch&Technology.2016,3(1).[130]SunH,ShiB,LytleDA,etal.Formationandreleasebehaviorofironcorrosionproductsundertheinfluenceofbacterialcommunitiesinasimulatedwaterdistributionsystem[J].EnvironmentalScience:Processes&Impacts.2014,16(3):576.[131]MakrisKC,AndraSS,BotsarisG.PipeScalesandBiofilmsinDrinking-WaterDistributionSystems:UnderminingFinishedWaterQuality[J].CriticalReviewsinEnvironmentalScience&Technology.2014,44(13):1477-1523.[132]丁元勋，李贵伟，徐洪福，等.出厂水残余锰在给水管网中的氧化沉积研究[J].给水排水.2017(07):119-123.[133]丁元勋，李贵伟，马徐，等.管道特征对给水管网中锰释放的影响[J].环境工程学报.2017(11):5856-5862.[134]徐洪福，李贵伟，金俊伟，等.南方某市供水管网锰致“黄水”问题的成因与控制[J].中国给水排水.2017(05):5-9.[135]孟珊.石灰石滤池的再矿化和过滤性能试验研究[D].湖南大学,2013.[136]杨俊军.再矿化工艺中预处理石灰水试验研究[D].湖南大学,2010.[137]刘怡.二氧化碳与石灰联用再矿化工艺试验研究[D].湖南大学,2011.[138]张芳.二氧化碳—石灰联用提高水质化学稳定性的中试研究[D].湖南大学,2012.117 基于生产数据的供水管网“黄水”控制技术研究攻读硕士学位期间发表论文[1]刘东坡，靳军涛，张金松*.供水管网“黄水”发生机理及控制措施研究综述[A].环境工程,2017,35(08):204-211+275.[2]刘东坡，张金松，靳军涛*.南方某水厂生产性再矿化系统设计与运行[J].中国给水排水,2017,33(23),1-4.[3]刘东坡，张金松，靳军涛*.城市供水管网管材更换后水质变化规律研究[J].给水排水,（修稿）.[4]程郅涵，刘东坡，张金松，靳军涛*.基于统计学方法的南方某市管网水水质特征研究[J].环境科学与技术,（审稿）.[5]DongpoLiu,JuntaoJin*.Characteristicsofbiofilmcommunitystructureinreclaimedwatercastironpipeline.EnvironmentalScience:WaterResearch&Technology.(Inpeerreview).（IF=2.817）[6]SichenLiang,DongpoLiu,JinsongZhang,JuntaoJin*.Directandindirecteffectofbiofilmonironreleaseindrinkingwaterdistributionsystem.InternationalBiodeterioration&Biodegradation(Inpeerreview).（IF=2.962）118 广州大学硕士学位论文致谢在硕士研究生论文即将付梓之际，回顾这三年的点点滴滴，仍历历在目，犹如昨天。首先，向我的导师张金松教授级高工和张朝升教授致以诚挚的感谢和崇高的敬意！感谢两位老师这三年来对我的关心、支持和帮助。张金松老师是深圳市水务集团的总工程师，是我国水务行业著名的专家；张朝升老师是广州大学市政工程专业学科带头人，是全国给排水专业指导委员会委员，给排水专业知名专家。两位导师知识渊博，阅历丰富，均以严谨的治学态度、实事求是的科研态度和敬业奉献的精神深深地影响着我的学习和科研。从硕士论文选题到毕业论文答辩，两位导师在忙碌的工作中时刻心系我的课题进展，悉心指导和解惑，两位老师的言传身教将使我终身受益。感谢深圳市水务（集团）有限公司技术研发中心的靳军涛博士，我的硕士论文课题是靳博士博士后课题的一部分，在论文选题、研究计划制定及课题进展等方面给予精心指导和帮助；我刚进入课题组时基础差，靳博士不厌其烦，多次进行沟通谈话，一起查漏补缺，使我的信心不断增强；在研究过程中不辞辛苦地带领我攻坚克难，勇往直前，最终顺利完成研究任务，同时，在生活上也倍加关心。在深圳市水务集团实习期间，黄河洵主任、王越兴博士、蔡广强博士、易娟博士、曾力工程师和徐林工程师等也给予了我诸多帮助和照顾，在此表示衷心的感谢。感谢广州大学土木工程学院副院长荣宏伟教授对我校内生活和学习的关心和帮助。感谢校内的邹声明、申子鸣、谭炳琰和冉斌虎同学及曹龙、张露和刘华光师弟对我校内各种繁琐事情的处理及帮助。感谢哈尔滨工业大学的宋庆、荣超和黄文华同学，佟智达师兄，赵熠辉师弟，程郅涵、郑丹丹和梁思宸师妹以及同校的周常同学，与您们一起朝夕相处，使我在科研的过程中不再孤单和无助，是您们的帮助和陪伴让我一直坚持前行。感谢母校广州大学对我的培养，“博学笃行，与时俱进”的校训我将终身铭记，我将以自己的实际行动去恪守和实践。最后感谢我的父母和家人，是您们的支持、关心和鼓舞使我始终坚持梦想，砥砺前行。不忘初心，方得始终！一段路程的结束，反思总结过后，新的征程又将开始，我已整装待发！刘东坡2018年5月深圳笔架山119'