水力运行参数对给水管网水质的影响(2)
1.4实验方案
根据反应器和试验台的模拟原理和结构参数，分别考虑转速、水力停留时间和温度对水质的影响，设计实验方案如下表。
表2实验方案列表
温度
（℃）蠕动泵流速
（ml/min）模拟水力停留时间
(h)转速（RPM）模拟切应力
（Pa）模拟管道平均流速
（m/s）试验时间
（天）
309.7212h6000.140.2614
4.8624h150
450
600
750
900
12000.042
0.125
0.14
0.21
0.25
0.340.13
0.22
0.26
0.30
0.32
0.3714
14
14
14
14
14
3.2436h6000.140.2614
2.4348h6000.140.2614
1.6272h6000.140.2614
209.7212h1500.0420.1314
4500.1250.2214
6000.140.2614
9000.250.3214
109.7212h6000.140.2614
2结果与讨论
2.1转速对水质的影响
图4是不同转速的水质的各项指标变化。由图4、图5可以看出：除了1200RPM工况的浊度稍高不符合饮用水要求外，其他各工况下的水质都符合安全用水卫生标准，相当于管网内水流平均流速从0.034m/s到0.32m/s转速变化时，都可被人们使用；水质各项指标变化较为明显，即转速对水质的影响较大；随着转速从150RPM到750RPM的不断升高，TOC、NH3-N和余氯的值不断下降，浊度却不断升高，转速由150RPM增加到750RPM时，生物膜中细菌总数逐渐增大。这是因为增大水流速度后，提供给载片的细菌的氨氮等营养物质更多，加快了细菌的繁殖速度，余氯衰减。当转速再增加到900RPM时，细菌总数达到最大值，继续增大转速到1200RPM时，细菌总数大幅度减小，其他指标持续降低，浊度升高。这说明流速的增大，TOC、NH3-N和余氯的值减小，细菌增多，若继续增大流速的话，管壁已经形成的生物膜会由于管网内水流对管壁的强烈剪切力而被破坏，水流的冲刷作用使细菌随水流流走，极大的影响水质安全。
图4不同转速时的水质变化分布图图5不同转速时的细菌总数变化分布图
2.2水力停留时间对水质的影响
图6、图7是不同的水力停留时间对水质各项指标变化的影响。由图可以看出：水力停留时间48h和72h的水质超标；随着水力停留时间的增大，水质的TOC和NH3-N不断减少，PH和浊度不断升高，越来越偏离原水水质，特别是管壁生物膜的细菌总数，水力停留时间为72h时的工况几乎为24h的五倍。这说明管网内流体停留时间明显影响水中的细菌，时间越长，水中的氨氮等营养物质被细菌等微生物消耗的越多，细菌在管壁大量繁殖，水中的余氯大量减少，PH不断升高，细菌的大量增生又导致浊度的升高。
图6不同HRT的水质变化分布图图7不同HRT的细菌总数变化分布图
2.3温度对水质的影响
图8、图9是温度在10℃，20℃和30℃的不同水质变化图。由图可以看出：各工况下的水质都符合安全用水卫生标准，即管网的环境温度从10℃到30℃变化时，都可被人们使用；温度变化对水质的生物指标影响较大，不同工况的细菌总数数值变化较大；10℃工况下的水质与20℃工况的相差很小，在这个温度范围内随着环境温度的升高，浊度、TOC、NH3-N、PH和余氯的数值变化很小（变化幅值仅为0.6），细菌总数变化微大，从20增加到48，但30℃工况的细菌总数比以往还是有所增加，几乎是10℃工况的两倍，这说明温度在20℃~30℃是有利于管内水流中的微生物滋生的温度环境。温度对余氯的影响较大，温度越高余氯的衰减越大，这是因为水温是影响余氯与水中微生物和有机物反应的重要因素，也是管道中有效余氯自身消耗的重要因素，由于管道是密闭遮光的，故温度越高，余氯衰减越快，与此同时，随着水中余氯的衰减、浊度的增加，水质偏向对细菌生长有利的条件发展，使得细菌快速生长。
图8不同温度的水质变化分布图图9不同温度的细菌总数变化分布图
3结论与建议
（1）水中的总有机碳TOC、氨氮NH3-N和余氯随反应器转速的增大而减少，生物膜的细菌数量随反应器转速增大而增多，但当转速增大到1200RPM（相当于实际管道平均流速0.4m/s）时，膜片上的细菌数量大幅度减少，几乎难以结膜。可见实际管网运行时应保证具有足够大的流速；
（2）水中的总有机碳TOC、氨氮NH3-N和余氯随反应器水力停留时间的增大而减少，浊度、PH随停留时间的增大而显著增大。生物膜的细菌数量随反应器水力停留时间的增大而增多，48h和72h的水质浊度明显超标，余氯较少。因此，为保证用户水质，实际管网运行时停留时间越短越好；
（3）环境温度对水中细菌总数的影响较大，对其它指标没有显著的影响。细菌数量随温度升高而增加，温度在20℃~30℃时细菌总数明显增多，此温度范围适宜细菌生长，因此当环境温度超过20℃时，应该加强给水管网中的水质管理。
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