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空气污染物对供水管网中水质的影响研究

路旭龙  
【摘要】:本文提出一种造成供水管网水质二次污染的新机制,即空气中有害污染物通过管道上的进排气阀的进气过程随空气一起进入配水管网中,对生活饮用水水质产生影响。揭示了当供水管道中由于边界条件的改变产生较大负压水锤波时,进排气阀会将空气吸入管道中来缓解管道内压力的持续下降,但在这个过程中空气中的有害污染物也随之进入原本认为封闭的供水管网中,造成水质污染,尤其是直接供给用户的配水管道水的二次污染,严重威胁用户的用水安全。 文章首先介绍了空气中对供水水质影响较大的污染物,主要有重金属离子、多环芳烃、杂环胺等物质,其中多环芳烃的浓度上限达到2000ng/m3到4000ng/m3时,如果进入供水管网,由于其浓度太高对用户威胁较大;而空气中的杂环胺浓度虽没多环芳烃高,但其致癌和致畸性远高于多环芳烃,因此杂环胺的危害也不容忽视。 其次对供水管网的水力特性进行分析,当供水管网由于边界条件的改变,在管道中形成直接负压水锤波和间接水锤波时,会使管道内压力急剧降低。只通过进排气阀进行防护时,进气量较大,使管道中水流处于不稳定状态,对供水安全影响较大;只通过单向调压塔进行防护时工程造价极高。在供水管网的负压水锤防护中,应采用管道前段设置单向调压塔,而后端设置多个进排气阀的联合防护措施。当供水管网正常运行时,管网中的水流流态主要有层流、波状流和段塞流。在管网的局部位置(如阀门、弯头等)处会出现气团流、泡沫流和环状流,但这三种流态都是短暂发生的,是其他流态的过渡过程。当供水管网中水流为层状流、波状流和段塞流时,含有进气污染物的水流会稳定地向下游管段运动。 最后对进气污染物浓度进行了分析计算,在假设进气污染物进入管道后会与管道内水完全混合,并随水流向下游运动的前提下,在进气污染物进入管道后只考虑第一个降压波引起的不同进排气阀处的进气污染物浓度时,可以不考虑通过不同进排气阀进入供水管道的污染物的相互影响问题。推导出了管网在不同的情况下进气污染物的浓度计算公式,并分析其运动规律及相互影响。通过实例计算可以看出当空气中污染物浓度恒定,供水管道中进气污染物浓度与进排气阀瞬时的进气流量成正比。由于边界条件的改变造成管道出现较大负压时,进排气阀的瞬时进气流量会极大,此时,进气污染物浓度也会极高。


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