吴 维 刘志滨 韩砚齐

(1 天津大学环境科学与工程学院,天津,300072;2 天津市自来水集团有限公司,天津,300040)

天津市是中国水资源重度缺乏地区,而随着天津滨海新区纳入国家发展战略,对水资源的需求也将迅速增大.用传统的铸铁管道输送淡化海水,由于淡化海水与自来水的化学稳定性差别较大,势必会对管道带来不同程度的影响,有可能对管网水质造成二次污染.所以研究淡化海水如何在铸铁管道中输送成为了一个新的课题.

自来水管道中结垢主要是由碳酸钙引起的.碳酸钙饱和指数能够反映水的结垢或腐蚀倾向,目前国内外都采用碳酸钙饱和指数来对水进行定性,作为选择处理措施的参考.碳酸钙饱和指数法是利用实测水的pH与在水中碳酸钙呈饱和状态时的 pH的差值判断碳酸钙是否会析出.判断公式:

式中,pHY为水的实测pH;pHB为在一定温度下,碳酸钙呈饱和状态时水的pH.当时有结垢趋势,时有腐蚀(溶垢)趋势,IB=0时水质基本稳定.

本文对淡化海水在自来水管道中的输送状况进行了试验,为淡化海水的利用提供水质方面的依据.

1 实验部分

1.1 实验材料

铸铁管件:来自实际运行的管网,含碳酸钙垢;淡化海水:取自某实际闪蒸工艺的淡化海水(基本水质参数见表1);自来水:管网水(源水为滦河水,基本水质参数见表1[1]).

表1 自来水与淡化海水基本水质参数

1.2 实验方法

调节淡化海水 pH,储于铸铁管道中 72h,每隔一段时间检测钙浓度,并与自来水在管道中的情况进行对比.最后将淡化海水与自来水按照不同的体积比进行配水,储于铸铁管道中 72h,每隔一段时间检测钙浓度.

2 结果与讨论

2.1 淡化海水对管道碳酸钙保护层的影响

淡化海水对管道碳酸钙保护层主要有结垢和腐蚀(溶垢)两种趋势,可根据碳酸钙饱和指数IB来进行判断,并由试

验进行验证.检测淡化海水的温度,总碱度,钙,溶解性总固体,根据pHB计算图[1],计算淡化海水而一般淡化海水实际 pH均在 10.0以下,根据碳酸钙饱和指数公式计算得由此可以判断淡化海水属于侵蚀性水.通过以下的试验也可以得到验证.

调节淡化海水 pH分别为 7.0,7.5,8.0,将三种不同 pH的淡化海水同时倒入三根相同材质(含碳酸钙垢的铸铁管件)自来水管段中,分别在 0,12,24,48,72h后检测钙浓度,结果见表 2.

由表2可以看出,管件在淡化海水中浸泡后,三种不同pH的淡化海水中钙浓度均明显增加,并且pH越低,钙浓度增加越多.这种现象用碳酸钙饱和指数可以得到较好的解释,淡化海水饱和 pHB约为 10.4,所以实测pH为 7.0,7.5,8.0的淡化海水碳酸钙饱和指数IB分别为 -3.4,-2.9,-2.4,均远小于0,说明淡化海水中碳酸钙呈未饱和状态,附在自来水管道中的碳酸钙会被溶解,因此淡化海水属侵蚀性水,且初始pH越低,溶垢现象越明显.

表2 淡化海水浸泡自来水管段的碳酸钙浓度 (m g◦l-1)

2.2 淡化海水与自来水对管道碳酸钙保护层影响结果对比

将自来水管件分别浸泡在淡化海水(调节其pH为 7.9)与自来水(调节其pH为 8.4)中,静置 0,12,24,48,72h后分别检测淡化海水和自来水的钙浓度.结果见表 3.

表3 淡化海水与自来水对管道碳酸钙保护层影响结果对比(C a C O3浓度/mg◦l-1)

通过查 pHB计算图[1]知,淡化海水的 pHB为 10.4,实测调节后淡化海水pH为 7.9,计算碳酸钙饱和指数 IB为-2.5,远小于 0,对管道有腐蚀(溶垢)作用;自来水 pHB为 8.2,实测调节后自来水 pH为 8.4,计算饱和指数IB约为0.2,对管道有轻微的结垢作用,因此经浸泡后其钙浓度略有降低;一般情况下碳酸钙饱和指数在±(0.25—0.3)范围内,认为水质是稳定的.

2.3 淡化海水与自来水配比试验

由于淡化海水的钙,碱度,含盐量都比较低,使得碳酸钙饱和pHB较高,水质不稳定,(当 IB＜0时有腐蚀趋势),当在老旧的自来水管道中输送时,管道会被腐蚀.若把自来水与淡化海水按照一定比例混合,同时调节混合水的pH,使其腐蚀趋势向稳定方向转化,成为稳定性水,再通过自来水管道进行输送将会降低腐蚀性.为此,把自来水与淡化海水按照不同的比例进行配比,淡化海水分别占总体积的 30%,50%,80%,检测混合水的参数,查出对应比例的饱和pHB分别为8.5,8.9,9.4.综合考虑国家标准中对饮用水pH的限定,可以判断淡化海水占30%时,通过调节 pH基本可以使水质达到稳定.为了验证这个设想是否可行,进行了如下试验.

把淡化海水与自来水分别按照淡化海水占 30%,50%,80%,100%的比例混合,调节混合水 pH在 7.8左右,将混合水样分别倒入 4个相同材质的自含碳酸钙垢来水管件中,静置 0,24,48,72h后取样检测钙浓度,结果见表 4.

表4 淡化海水与自来水配比后对管道碳酸钙保护层的影响(C a C O3浓度m g◦l-1)

从表 4可以看出,在浸泡 24h后,淡化海水占 30%,50%,80%三种混合水样钙浓度变化较小,而纯淡化海水钙浓度明显上升;在 48h后,淡化海水占 80%和 100%的水样中钙浓度明显上升;在 72h后,淡化海水占 50%的混合水样中钙浓度也明显上升,30%的混合水样钙浓度始终比较稳定,变化较小.

根据淡化海水占30%,50%,80%,100%水样的水质参数,查表得到[2],淡化海水占30%时pHB为 8.5,碳酸钙饱和指数 IB为 -0.7;淡化海水占 50%时 pHB为 8.9,碳酸钙饱和指数IB为-1.1;淡化海水占 80%时 pHB为 9.4,碳酸钙饱和指数 IB为-1.8,纯淡化海水pHB为 10.4,碳酸钙饱和指数IB为 -2.6.由此可以看出,淡化海水所占比例越多,混合水样溶垢现象越明显.当淡化海水与自来水按照3∶7的比例混合时,并调节pH,可以使水样在铸铁管道中安全输送.

3 结论

淡化海水与目前自来水水质差别较大,淡化海水的饱和pHB较高,属侵蚀性水,单独引入到老旧的铸铁管道会对管道有严重的腐蚀作用;当淡化海水与自来水按照3∶7的体积比混合后,调节pH,能够使水质相对稳定,达到在铸铁管道中安全输送淡化海水的目的.本试验均是在静态条件下完成,自来水管道输送自来水处于动态条件,水质变化是否有所差别,需要进一步验证.

[1] 丁桓如,吴春华,龚云峰等,工业用水处理工程 [M].清华大学出版社,2005

[2] 初庆伟,赵敏佳,李思吉等,大唐王滩电厂海水淡化系统两年运行经验 [J].中国建设信息 (水工业市场),2008,(6)∶20—23