給水管網鐵釋放現象及影響因素分析1、研究背景2、給水管網中的腐蝕和鐵釋放現象3、管垢結構分析4、鐵釋放現象影響因素分析5、控制方法1、研究背景

隨著生活水平的日益提高,人們對于飲用水水質的要求也越來越高,供水行業面臨著嚴峻的挑戰。傳統的混凝、沉淀、過濾、消毒，甚至增設預處理、深度處理等工藝，用戶用水仍然會出現超標問題。事實上,自來水廠的出水并未超標，由于自來水在給水管網中發生了各種復雜的物理、化學和生物變化,從而造成自來水管網水質二次污染。鐵超標是破壞管網水化學穩定性的重要因素之一。2、給水管網中的腐蝕和鐵釋放現象

在鐵管內表面發生腐蝕后，由于管垢鐵銹的表面鈍化層作用阻斷了腐蝕過程中帶電粒子的轉移，破壞了腐蝕電池，從而阻止了鐵制管材的進一步腐蝕，進入相對穩定狀態。但是，如果管網水狀態發生變化，鈍化層被破壞，則大量的管垢鐵銹物質將溶于水中，形成管垢向管網水中釋放鐵，即鐵釋放現象。[1]3、管垢結構分析

王洋[2]對管垢的宏觀結構進行分析發現，管內壁存在一層較厚的管垢，外觀結構凹凸不平，特別是鑄鐵管的管垢中存在許多瘤狀物。管垢表面顏色基本上都是棕紅色，內部顏色有黑色與棕紅色兩種。管垢的外部比較致密，內部則比較松散。中間存在一層致密殼層。

牛璋彬等人[1]利用掃描電鏡對管垢微觀結構進行分析發現：在掃描電鏡下，對管垢內部的微觀形態進行觀察可以看出，管垢內部為疏松多孔結構，且表面積大。

由上可知，在管網中，一旦外部致密層被破壞，內部鐵銹很容易發生鐵釋放現象進入管網水。4、鐵釋放現象影響因素分析

國內外學者通過研究，定性得出了影響管網水鐵釋放的主要因素，包括pH、堿度、溶解氧、余氯、氯離子濃度、硫酸根離子濃度等。本篇重點介紹了以上因素對鐵釋放現象的影響，以期為實際給水管網中控制鐵釋放現象提供重要的支持。4.1PH

牛璋彬等人[3]研究了兩種水樣在不同PH條件下的鐵釋放速率曲線，結果表明：高pH條件下鐵釋放量小，鐵釋放速率隨著pH值的升高而降低。

分析其原因：

1）增加pH會降低氫氧化亞鐵和碳酸亞鐵等鐵化合物的溶解度，從而減少鐵釋放的量

2）提高pH能加快二價鐵的氧化速率，使得管垢表面三價鐵鈍化層穩定，從而控制鐵釋放。

鄭毅等人[4]對PH影響鐵釋放現象的原因分析更加詳細。水中存在下列平衡：

pH值增大會降低氫氧化亞鐵和碳酸亞鐵的溶解度，從而減少鐵的釋放量；另一方面，pH值增大可以加快二價鐵的氧化速率，使管垢表面氫氧化亞鐵的空隙容易固定，從而減緩鐵釋放。其氧化機理如下:4.2堿度

牛璋彬等人[3]在保證PH不變的條件下研究堿度對鐵釋放的影響，結果表明：在相同的PH條件下，堿度值越低，鐵釋放量越大，相應的釋放速率就越高。

含碳酸鹽系統的水體中，pH<10.5的情況下，碳酸根控制著水中鐵的溶解度，水中存在著鐵與碳酸根反應的沉淀溶解平衡。當堿度高時，水中的碳酸根含量高，反應向鐵的碳酸鹽化合物沉積方向進行，水中鐵含量減小；當堿度低時，水中的碳酸根含量低，反應向溶解方向進行，引起鐵釋放。4.3溶解氧

牛璋彬等人[1]對溶解氧濃度及管網中鐵含量進行測定，結果表明：管網水中溶解氧濃度高,管網水鐵含量則低,反之管網水溶解氧濃度低則鐵含量高.

溶解氧作為水中重要的氧化劑，影響著管網管垢形成反應和鐵釋放反應。由于管垢的外部與含有溶解氧的管網水接觸，處于高氧化狀態，其構成大部分是三價鐵的化合物，表面形成了致密的含有三價鐵化合物的鈍化層。而管垢內部處于低氧化狀態,其構成為二價鐵和三價鐵的混合物。當管網水中溶解氧被耗盡時，管垢外部三價鐵化合物被還原成二價鐵，致使致密鈍化層被破壞，內部的鐵被釋放出來。而二價鐵溶解度大于三價鐵，低氧化狀態下的二價鐵容易被溶出，造成水中鐵超標。4.4余氯

牛璋彬等人[1]對管網中余氯濃度與含鐵量的關系進行了研究。結果表明：和溶解氧與鐵含量的關系相似，管網水中余氯濃度越高，鐵含量越低，反之余氯濃度越低，鐵含量就越高。

作者從化學和生化兩個角度進行原因分析：

1）從化學角度分析，高濃度的余氯具有強氧化性，可以防止管垢外部致密鈍化層的破壞，從而降低鐵釋放量。由于余氯和溶解氧都是維持管垢和水接觸面高氧化態的重要因素，因此余氯對于管網鐵釋放影響應該與溶解氧相似。

2）從生化角度分析，作為消毒劑氯可以殺滅管垢中的微生物，降低管壁微生物活性。當余氯量降低時，管壁微生物活性增加，其代謝產物將造成管垢與水接觸面的微環境pH值改變，從而破壞管垢外部的結構，造成二價鐵的釋放，引起鐵超標現象。此外，鐵細菌等的過量生長也將產生鐵腐蝕釋放現象。4.5氯離子濃度

劉揚[5]研究了不同氯離子濃度對總鐵含量的影響。

結果表明：氯離子的含量越少對應的鐵含量減少，尤其是在浸泡時間大于4h之后，氯離子濃度較高的水樣中鐵濃度迅速升高。

分析其原因

1）由于氯離子對三價Fe釋放反應起到催化的作用，與管垢中的FeOOH(堿式氧化亞鐵)

和FeOCl(改性氧基氯化鐵)發生如下反應：氯離子能夠取代鈍化層金屬離子內相互連接的氫鍵，從而破壞鈍化層，生成溶解態的亞鐵離子從而造成總鐵含量升高。

2）氯離子濃度的提高會增加水中的離子強度，增大離子的遷移速率，進而促進鐵的釋放。4.6硫酸根離子濃度

劉揚[5]研究了不同硫酸根離子濃度對總鐵含量的影響。

結果表明：隨著離子濃度的增大，總鐵含量增加。

其原因分析與氯離子濃度相似，硫酸根與堿式氧化亞鐵發生如下反應：

硫酸根離子能夠取代鈍化層金屬離子內相互連接的氫鍵，從而破壞鈍化層，生成溶解態的亞鐵離子，造成鐵釋放；

此外，水中較高濃度的硫酸鹽、低余氯和低溶解氧條件還可以促進硫酸鹽還原菌的過量生長，通過微生物的作用，增加管材的腐蝕。

對于以硫酸根、氯離子等中性離子的侵蝕為基礎的鐵穩定性判別指數主要是拉森指數（LarsonRatio）[2]。拉森指數的計算公式如下式

式中的離子需使用離子活度進行計算。由4.5、4.6恰好可以驗證拉森指數的正確性。硫酸根離子、氯離子濃度增大，則腐蝕性越大，鐵釋放現象就越嚴重。5、控制方法

由上述分析可知，可以通過適當調高PH，增大堿度、提高溶解氧和余氯值，盡量去除水中氯離子和硫酸鹽離子，則鐵釋放現象將會緩解。需要強調的是，余氯的提高是有限度的，過高的余氯會產生消毒副產物，危害人體健康。此外，還應綜合考慮調整上述各指標增加的費用問題。參考文獻[1]牛璋彬，王洋，張曉健，何文杰，韓宏大，陰沛軍.某市給水管網中鐵釋放現象影響因素與控制對策分析[J].環境科學：2006，27（2）：310-314.[2]王洋.給水管網鐵穩定性特性及控制技術研究[D].北京：清華大學土木學院，2010.[3]牛璋彬，王洋，張曉健，陳超，王生輝.給水管網中鐵釋放現象的影響因素研究[J]