淡化海水在鑄鐵管道中輸送的可行性探討

吳 維 劉志濱 韓硯齊

(1 天津大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,天津,300072;2 天津市自來水集團(tuán)有限公司,天津,300040)

天津市是中國水資源重度缺乏地區(qū),而隨著天津濱海新區(qū)納入國家發(fā)展戰(zhàn)略,對水資源的需求也將迅速增大.用傳統(tǒng)的鑄鐵管道輸送淡化海水,由于淡化海水與自來水的化學(xué)穩(wěn)定性差別較大,勢必會對管道帶來不同程度的影響,有可能對管網(wǎng)水質(zhì)造成二次污染.所以研究淡化海水如何在鑄鐵管道中輸送成為了一個新的課題.

自來水管道中結(jié)垢主要是由碳酸鈣引起的.碳酸鈣飽和指數(shù)能夠反映水的結(jié)垢或腐蝕傾向,目前國內(nèi)外都采用碳酸鈣飽和指數(shù)來對水進(jìn)行定性,作為選擇處理措施的參考.碳酸鈣飽和指數(shù)法是利用實測水的pH與在水中碳酸鈣呈飽和狀態(tài)時的 pH的差值判斷碳酸鈣是否會析出.判斷公式:

式中,pHY為水的實測pH;pHB為在一定溫度下,碳酸鈣呈飽和狀態(tài)時水的pH.當(dāng)時有結(jié)垢趨勢,時有腐蝕(溶垢)趨勢,IB=0時水質(zhì)基本穩(wěn)定.

本文對淡化海水在自來水管道中的輸送狀況進(jìn)行了試驗,為淡化海水的利用提供水質(zhì)方面的依據(jù).

1 實驗部分

1.1 實驗材料

鑄鐵管件:來自實際運行的管網(wǎng),含碳酸鈣垢;淡化海水:取自某實際閃蒸工藝的淡化海水(基本水質(zhì)參數(shù)見表1);自來水:管網(wǎng)水(源水為灤河水,基本水質(zhì)參數(shù)見表1[1]).

表1 自來水與淡化海水基本水質(zhì)參數(shù)

1.2 實驗方法

調(diào)節(jié)淡化海水 pH,儲于鑄鐵管道中 72h,每隔一段時間檢測鈣濃度,并與自來水在管道中的情況進(jìn)行對比.最后將淡化海水與自來水按照不同的體積比進(jìn)行配水,儲于鑄鐵管道中 72h,每隔一段時間檢測鈣濃度.

2 結(jié)果與討論

2.1 淡化海水對管道碳酸鈣保護(hù)層的影響

淡化海水對管道碳酸鈣保護(hù)層主要有結(jié)垢和腐蝕(溶垢)兩種趨勢,可根據(jù)碳酸鈣飽和指數(shù)IB來進(jìn)行判斷,并由試

驗進(jìn)行驗證.檢測淡化海水的溫度,總堿度,鈣,溶解性總固體,根據(jù)pHB計算圖[1],計算淡化海水而一般淡化海水實際 pH均在 10.0以下,根據(jù)碳酸鈣飽和指數(shù)公式計算得由此可以判斷淡化海水屬于侵蝕性水.通過以下的試驗也可以得到驗證.

調(diào)節(jié)淡化海水 pH分別為 7.0,7.5,8.0,將三種不同 pH的淡化海水同時倒入三根相同材質(zhì)(含碳酸鈣垢的鑄鐵管件)自來水管段中,分別在 0,12,24,48,72h后檢測鈣濃度,結(jié)果見表 2.

由表2可以看出,管件在淡化海水中浸泡后,三種不同pH的淡化海水中鈣濃度均明顯增加,并且pH越低,鈣濃度增加越多.這種現(xiàn)象用碳酸鈣飽和指數(shù)可以得到較好的解釋,淡化海水飽和 pHB約為 10.4,所以實測pH為 7.0,7.5,8.0的淡化海水碳酸鈣飽和指數(shù)IB分別為 -3.4,-2.9,-2.4,均遠(yuǎn)小于0,說明淡化海水中碳酸鈣呈未飽和狀態(tài),附在自來水管道中的碳酸鈣會被溶解,因此淡化海水屬侵蝕性水,且初始pH越低,溶垢現(xiàn)象越明顯.

表2 淡化海水浸泡自來水管段的碳酸鈣濃度 (m g?l-1)

2.2 淡化海水與自來水對管道碳酸鈣保護(hù)層影響結(jié)果對比

將自來水管件分別浸泡在淡化海水(調(diào)節(jié)其pH為 7.9)與自來水(調(diào)節(jié)其pH為 8.4)中,靜置 0,12,24,48,72h后分別檢測淡化海水和自來水的鈣濃度.結(jié)果見表 3.

表3 淡化海水與自來水對管道碳酸鈣保護(hù)層影響結(jié)果對比(C a C O3濃度/mg?l-1)

通過查 pHB計算圖[1]知,淡化海水的 pHB為 10.4,實測調(diào)節(jié)后淡化海水pH為 7.9,計算碳酸鈣飽和指數(shù) IB為-2.5,遠(yuǎn)小于 0,對管道有腐蝕(溶垢)作用;自來水 pHB為 8.2,實測調(diào)節(jié)后自來水 pH為 8.4,計算飽和指數(shù)IB約為0.2,對管道有輕微的結(jié)垢作用,因此經(jīng)浸泡后其鈣濃度略有降低;一般情況下碳酸鈣飽和指數(shù)在±(0.25—0.3)范圍內(nèi),認(rèn)為水質(zhì)是穩(wěn)定的.

2.3 淡化海水與自來水配比試驗

由于淡化海水的鈣,堿度,含鹽量都比較低,使得碳酸鈣飽和pHB較高,水質(zhì)不穩(wěn)定,(當(dāng) IB＜0時有腐蝕趨勢),當(dāng)在老舊的自來水管道中輸送時,管道會被腐蝕.若把自來水與淡化海水按照一定比例混合,同時調(diào)節(jié)混合水的pH,使其腐蝕趨勢向穩(wěn)定方向轉(zhuǎn)化,成為穩(wěn)定性水,再通過自來水管道進(jìn)行輸送將會降低腐蝕性.為此,把自來水與淡化海水按照不同的比例進(jìn)行配比,淡化海水分別占總體積的 30%,50%,80%,檢測混合水的參數(shù),查出對應(yīng)比例的飽和pHB分別為8.5,8.9,9.4.綜合考慮國家標(biāo)準(zhǔn)中對飲用水pH的限定,可以判斷淡化海水占30%時,通過調(diào)節(jié) pH基本可以使水質(zhì)達(dá)到穩(wěn)定.為了驗證這個設(shè)想是否可行,進(jìn)行了如下試驗.

把淡化海水與自來水分別按照淡化海水占 30%,50%,80%,100%的比例混合,調(diào)節(jié)混合水 pH在 7.8左右,將混合水樣分別倒入 4個相同材質(zhì)的自含碳酸鈣垢來水管件中,靜置 0,24,48,72h后取樣檢測鈣濃度,結(jié)果見表 4.

表4 淡化海水與自來水配比后對管道碳酸鈣保護(hù)層的影響(C a C O3濃度m g?l-1)

從表 4可以看出,在浸泡 24h后,淡化海水占 30%,50%,80%三種混合水樣鈣濃度變化較小,而純淡化海水鈣濃度明顯上升;在 48h后,淡化海水占 80%和 100%的水樣中鈣濃度明顯上升;在 72h后,淡化海水占 50%的混合水樣中鈣濃度也明顯上升,30%的混合水樣鈣濃度始終比較穩(wěn)定,變化較小.

根據(jù)淡化海水占30%,50%,80%,100%水樣的水質(zhì)參數(shù),查表得到[2],淡化海水占30%時pHB為 8.5,碳酸鈣飽和指數(shù) IB為 -0.7;淡化海水占 50%時 pHB為 8.9,碳酸鈣飽和指數(shù)IB為-1.1;淡化海水占 80%時 pHB為 9.4,碳酸鈣飽和指數(shù) IB為-1.8,純淡化海水pHB為 10.4,碳酸鈣飽和指數(shù)IB為 -2.6.由此可以看出,淡化海水所占比例越多,混合水樣溶垢現(xiàn)象越明顯.當(dāng)?shù)Ｋc自來水按照3∶7的比例混合時,并調(diào)節(jié)pH,可以使水樣在鑄鐵管道中安全輸送.

3 結(jié)論

淡化海水與目前自來水水質(zhì)差別較大,淡化海水的飽和pHB較高,屬侵蝕性水,單獨引入到老舊的鑄鐵管道會對管道有嚴(yán)重的腐蝕作用;當(dāng)?shù)Ｋc自來水按照3∶7的體積比混合后,調(diào)節(jié)pH,能夠使水質(zhì)相對穩(wěn)定,達(dá)到在鑄鐵管道中安全輸送淡化海水的目的.本試驗均是在靜態(tài)條件下完成,自來水管道輸送自來水處于動態(tài)條件,水質(zhì)變化是否有所差別,需要進(jìn)一步驗證.

[1] 丁桓如,吳春華,龔云峰等,工業(yè)用水處理工程 [M].清華大學(xué)出版社,2005

[2] 初慶偉,趙敏佳,李思吉等,大唐王灘電廠海水淡化系統(tǒng)兩年運行經(jīng)驗 [J].中國建設(shè)信息 (水工業(yè)市場),2008,(6)∶20—23