關于含鐵地下水取水構筑物一些問題的分析與商討摘要：地下水取水構筑物早期報廢的原因錯綜復雜。如地下水水質，取水構筑物的型式、材料構造、施工、運行管理等都可能產生不同程度的影響，這些因素常常又互相作用、互為因果。因此，對不同情況下的早期報廢問題應作具體分析，而從予防角度則當綜合考慮各種因素的影響。由于含鐵地下水取水構筑物的早期報廢問題常常比一般情況更為突出，本文擬對含鐵地下水構筑物的有關問題提出一些初步看法，供分析研究。關鍵字：含鐵地下水取水構筑物一、地下水取水水構筑物進水水面上的腐蝕蝕與沉積凡是由金屬屬濾管（如管管井的濾管、輻輻射井的水平平集水管等）在在地下水中都都存在著不同同程度的腐蝕蝕。而沉積則則存在于所有有地下水取水水構筑物的進進水面上，如如大口井井底底。腐蝕與沉沉積常互相聯聯系，密不可可分。1.腐蝕問題腐蝕分電電化學腐蝕與與化學腐蝕兩兩種情況，金金屬濾管的腐腐蝕幾乎都是是電化學腐蝕蝕。由于具有有不同的電極極電位，組成成原電池。例例如，由穿孔孔鋼管外包銅銅網組成的濾濾管即相當于于原電池，電電子將通過金金屬支撐線——導線由鋼管管（負極）流流向銅網（正正極）。這時時在溶液中發發生的反應如如下；在在負極Fe→Fe2++2e-(1)離子Fe2+進入溶液液，即發生氧氧化反應，因因而對溶液來來說又是陽極極。在陽極Fe2+將發生各各種二級反應應，例如：Fe2++2OHH-→Fe(OHH)2(2)當水中中有溶解氧時時，則4Fe((OH)2+O2+2H2O→4Fe((OH)3↓(3)在正極極2H++2e-→2H→H2(4)即發生生還原反應，因因而對溶液來來說又是陰極極。實際際上，只有當當溶液中沒有有溶解氧時，電電極反應生成成的H才結合為H2。如果溶液液中存在溶解解氧且在酸性性條件下，陰陰極反應為：：4H+OO2→2H2O(5)如果在在溶液中有溶溶解氧且在中中性或堿性條條件下，陰極極反應為：O2+2H2O+4ee-→4OH-(6)下面分分別討論濾管管腐蝕過程中中的各種影響響因素。(1)pH值的影響由(4)、(5)式可知，H+在陰極放電電，不斷地從從陽極接受電電子是使反應應得以繼續進進行。因此水水的pH值越低，即H+濃度越高越越易使陽極的的腐蝕作用加加劇。當H+濃度很高時時腐蝕作用可可變為金屬溶溶于酸中的作作用。可可見，低pH值是濾管電電化學腐蝕的的重要因素之之一。PH值低的地下下水一般具有有硬度低，游游離碳酸等含含量多的特點點。地下水中中的鐵質含量量雖然與pH值沒有直接接的關系，但但據不完全統統計，我國大大多數(>80%%)含鐵地下水水的pH值小于7.0，僅少數(～10-200%)pH==7.0-77.5，個別pH>7..5。這就是含含鐵地下水中中濾管腐蝕的的主要原因之之一。(2)溶解氧的影影響當溶溶液中沒有溶溶解氧時，陰陰極反應按(4)式進行，生生成的原子態態H和氫氣將復復蓋在陰極表表面，產生超超電壓的極化化作用，只有有在Ph<4時，電極作作用才能持續續進行。當pH>5時，腐蝕將將會停止下來來。當水中有有溶解氧時，反反應按(5)或(6)式進行，此此時氧化為去去極劑使腐蝕蝕作用加劇。實實際上，當pH≌6時溶解氧是是決定腐蝕的的主要因素。實實踐證明，這這時腐蝕速度度與溶解氧含含量成正比。由由于含鐵地下下水中鐵質為為F2+e形式存在，一一般不含溶解解氧。這時參參與腐蝕、沉沉積的溶解氧氧的來源是一一個值得探討討的問題。我我們認為形成成的水位降落落漏斗以及間間斷抽水時的的水位波動是是造成井周圍圍地下水充氣氣溶氧的條件件，這一因素素的影響對埋埋藏淺的潛水水層尤為突出出。由于溶氧氧范圍只限于于地下水的表表層和濾管上上部，但是由由于地下水流流在濾管外圍圍一般都有濾濾流重分布現現象，從而使使表層含氧較較多的地下水水向沿濾管的的深層分布，是是含鐵地下水水取水構筑物物同樣遭受腐腐蝕沉積的原原因。(3)水流速度的的影響在在濾管及取水水井設備的腐腐蝕過程中，水水流速度影響響甚大。大致致有以下幾方方面。首先是是水流的機械械沖刷作用。實實際上可以觀觀察到，濾管管或深井設備備腐蝕嚴重的的部位往往是是水流集中、流流速較大的部部位。因此，減減少濾管進水水面的流速、使使濾流均勻分分布可以減緩緩濾管的腐蝕蝕。其次是水水流作用造成成的濃差影響響。水流速度度大時，水中中的溶解氧易易于向濾管的的陰極擴散，從從而形成一種種氧濃差電池池，使腐蝕過過程加劇。實際上影影響電化學腐腐蝕過程的因因素還很多。如如組成濾管的的材料與構造造形式，金屬屬結構、表面面加工處理與與各種應力的的不均勻性，地地下水與濾管管周圍含水層層的物理化學學性質，生成成物的物理化化學性質，微微生物作用與與施工運行條條件等。隨著著這些因素的的變化，濾管管的腐蝕情況況往往表現出出不同的形式式。例如，我我們通常采用用的纏絲濾管管一穿孔鋼（或或鑄鐵管）外外纏鍍鋅鐵絲絲，由于鋅的的電極電位(-0.776v)比鐵的(-0.444v)還要低，因因此濾管原電電池的極性與與前述濾管的的相反，這時時首先是鍍鋅鋅鐵絲遭到腐腐蝕，由此可可見不同的材材料與構造形形式決定了電電化學腐蝕過過程。又如由由于金屬結構構等因素的影影響引起的局局部原電池作作用，使濾管管骨架表面呈呈現麻坑狀腐腐蝕，再如，腐腐蝕生成物較較堅實時會影影響氧向陽極極擴散，產生生氧濃差電池池作用，還可可能在堅實的的沉積物下面面造成一種厭厭氧條件有利利于硫酸還原原菌的生存繁繁殖，會使腐腐蝕過程加劇劇，這些情況況在實際工作作中都應加以以區別。(4)沉積問題按(3)式生成的Fe(OHH)3沉淀物就是是造成濾管沉沉積堵塞的主主要成份之一一。可見，對對金屬濾管而而言腐蝕與沉沉積是伴生的的。對由銅網網與穿孔鋼管管組成的濾管管而言，在鋼鋼管發生電化化腐蝕的同時時即伴隨著Fe(OHH)3在銅網里側側面的沉積與與堵塞。水流流速度較大時時，因沖刷作作用銅網被堵堵塞的速度較較慢；反之，銅銅網即被迅速速堵塞。這就就是一些管井井在長時間停停用以后出水水量明顯下降降甚至不出水水的原因。此外，由由(6)式可知，由由電化學反應應而產生的OH’將在濾管附附近造成一種種特殊的pH濃差變化，其其分布情況與與濾管的材料料結構及水流流狀況有關，結結果將產生不不同部位的沉沉積堵塞。例例如，對上述述網式濾管而而言，作為陰陰極的銅網上上形成的OH’在水流的影影響上，常常常在銅網和穿穿孔鋼管骨架架的間隙內形形成pH值較高的“隔層”。地下水中中的Fe2+通過濾網網后與這一“隔層”相遇，即迅迅速生成Fe(OHH)3沉淀，結果果使間隙和骨骨架孔眼被堵堵塞。PH值較高的“隔層”照理應偏向向骨架的里側側。濾管管的堵塞同時時還伴隨著Ca、Mg及其他金屬屬鹽類的沉積積。后一情況況主要是因為為地下水流向向取水構筑物物時水頭損失失增加破壞了了地下水中的的氣相平衡與與化學平衡，引引起各種金屬屬鹽類的沉積積。同樣的情情況也產生于于大口井等取取水構筑物的的進水面上。由此可見見，地下水流流向取水構筑筑物的水頭損損失越大，越越易產生金屬屬鹽類的沉積積。這是所有有地下水取水水構筑物進水水面沉積堵塞塞的另一個主主要原因。實實際情況表明明，在同樣條條件下，兩個個出水流量不不同的取水構構筑物，出水水流量大的使使用期短，出出水流量小的的使用期長；；如就使用期期的總出水量量而論，前者者的總出水量量往往遠低于于后者的總出出水量。為此此，需要對井井的出水流量量和進口流速速加以限制。除上述沉沉積之外，還還存在著硅酸酸、有機物（包包括各類菌體體，如鐵細菌菌和硫酸還原原菌）及泥沙沙的沉積與膠膠結。因因此，如果不不去追究各種種沉積堵塞的的原因，單就就地下水取水水構筑物進水水面上沉積物物的沉積過程程、組成情況況、沉積形態態而言就有很很多不同的情情況。為了便便于解釋某些些實踐問題，大大致可作如下下說明：(1)進水面上的的沉積過程因為在濾濾管電化學腐腐蝕過程中形形成的特殊pH值濃差環境境的影響，以以及Fe(OHH)3的溶度積比比其它金屬鹽鹽低，所以在在地下水中特特別是含鐵地地下水中將主主要產生Fe(OHH)3的沉積。而而最先沉積的的部位是穿孔孔骨架的未穿穿孔部分，最最初形成的疏疏松沉積物，很很容易沿進水水孔的周圍吸吸著Fe(OHH)3、硅酸膠體體及其它化合合物，從而使使進水孔逐漸漸縮小。沉積積物的結構將將隨時間，逐逐漸密實。過過水面積越小小或流速越大大，上述沉積積過程越快。此此外，沉積過過程還與濾管管孔眼尺寸、形形狀有關，例例如濾管的有有效進水面積積相同，流速速相同，孔眼眼多而小的濾濾管及縫隙濾濾管堵塞較快快。上述述現象不僅限限于進水孔和和井的有關部部位，也存在在于取水構筑筑物的填料層層和含水層的的顆粒間隙。實實際證明，顆顆粒越粗、越越均勻（即間間隙大、透水水性強、含污污量大）越不不易堵塞；反反之，堵塞甚甚快。從從這個角度出出發，也需對對取水物構筑筑物的出水流流量和水流速速度加以限制制。(2)沉積物的組組成與地下水水的化學成分分密切相關。含鐵地下下水取水構筑筑物沉積物的的化學組成，以以鐵質最多（以以氧化鐵計，含含量一般在60%以上），此此外有硅酸、其其它金屬（鋁鋁、鈣、鎂、錳錳）及硫化物物、有機物及及水份，鐵細細菌及硫酸還還原菌。必須指出，即即使在同一取取水構筑物上上沉積物的化化學組成也是是不一樣的。例例如，濾網與與骨架間隙沉沉積物的鐵質質含量一般較較多，而濾管管周圍的填料料層與含水層層中沉積物的的鐵質相對較較少（硅酸較較多），這可可能與腐蝕生生成物的沉積積，pH值環境變化化有關；濾管管上部沉積物物中鐵質含量量較多，下部部鐵質含量相相對減少，這這可能與上部部地下水溶解解氧含量較多多有關。(3)沉積物形態態濾管上上沉積物的堆堆積一般上部部多下部少，沉沉積物的外觀觀形態不一，大大致有下列幾幾種情況：①砂礫巖狀沉沉積——沉積物中硅硅酸含量相對對較高，其它它金屬鹽類含含量也較多，鐵鐵質含量較少少，沉積物中中伴有相當數數量的砂、礫礫石膠結，故故強度較大。這這類沉積一般般難于清洗去去除。②疏松的層狀狀與海棉狀沉沉積——含鐵地下水水中多見。層層狀沉積有時時伴有少量砂砂粒膠結，強強度稍大；海海棉狀沉積結結構疏松，這這類沉積物中中鐵質含量越越大，硅酸與與其它金屬鹽鹽類沉積相對對減少。一般般較易清洗。③軟糊狀沉積——沉積物中有有機物較多。有有時可以在濾濾管上看到瘤瘤狀結節。金金屬濾管的腐腐蝕與沉積某某些情況下即即為同一過程程的兩種表現現形式。因而而同一取水構構筑物經常是是既受腐蝕又又遭沉積，其其結果不是大大量漏砂就是是嚴重堵塞，最最終報廢。除除了與水質有有關外，與取取水構筑物的的設計、構造造、施工、運運行管理也都都有關。二、有關含鐵地地下水取水構構筑物的幾個個問題1、取水構筑物物的型式水文地質條條件是決定構構筑物型式的的基本因素。但但是在含鐵質質過多的地下下水中不能不不考慮水質的的影響。通常常在同一水文文地質條件下下，如果進水水面的平均單單位負荷（取取水量）相同同，則大口井井的出水量比比管井要穩定定，或者說大大口井的使用用期限比管井井的長。這主主要是因為大大口井的實際際進水面積比比管井大，反反濾層的透水水性強，化學學沉積速度較較慢，此外不不存在電化學學腐蝕的影響響。從經濟上上分析，兩者者的單位造價價不分上下。目目前因大口井井的施工比較較麻煩、工期期長、特別是是采用排水下下沉法施工成成井質量較差差，往往影響響大口井的使使用效果。以以佳木斯自來來水公司四水水源的一個大大井口為例，地地下水含鐵量量12-133mg/l，井徑10m、井深16m，采用排水水下沉法施工工，歷年井的的出水量變化化情況見表2：表2時間Q(m3/h))S(m)G(m3/h··m)R(m)施工期（施工排排水）20009.5210數百68年建成后揚揚水5008.559.0

73年3207.542.6<15由上述情況況可知，該井井施工排水與與建成后揚水水的單位出水水量相差很大大，使用五年年后出水量又又進一步下降降。其原因是是施工排水量量過大，刃腳腳處的滲流速速度超過極限限，刃腳處形形成大范圍流流土破壞了含含水層的滲透透穩定性。施施工時，含水水層及沉井外外圍土層嚴重重坍塌，連土土筐都可以從從沉井外壁與與塌方土被水水流帶進入井井內。結果，在在井未建成時時已使含水層層被泥土淤塞塞。該井反濾濾層的敷設也也是在類似情情況下進行的的，很可能在在“流土”部位邊投填填料邊產生混混雜。其結果果不但沒有形形成透水性強強的穩定的支支撐層，反使使進水面的透透水性下降。從從而使建成前前后的單位出出水量相差3.5倍之多。這這樣井的使用用效果顯然受受到影響，使使用過程中也也更可能產生生沉積和膠結結。據觀測，該該井刃腳附近近有中細砂堆堆積的砂包，砂砂包附近砂礫礫混雜，表明明這些地方有有流土現象。另另外，有一次次在該井的井井底掏砂時，當當挖深至2m左右偶然發發生井底坍方方，引起井底底濾層松動，結結果動水位陡陡升2m，持續2-3天之后又恢恢復原狀，這這說明該井井井底有淤塞膠膠結現象。佳佳木斯紡織廠廠的一個大口口井，地下水水含鐵量8-15mmg/l，井徑6.0m。井深12m，井的出水量量逐年減少。于于是采取掏井井辦法增加出出水量，據估估計每掏一次次（井平均下下降20-300cm）可使出水水量增加30-400m3/hh，每次掏井井可維持3-4年，掏出砂砂粒呈紅色，也也可見流土現現象。再如，佳佳木斯造紙廠廠的大口井，采采取排水下沉沉，直徑6m、井深13m，56年投產時每每口井平均出出水量達100000m3/dd，兩年后下下降到5000m3/d，73年下降到3000m3/d。對于于管井，也因因施工方法的的影響成井質質量不高，普普遍存在前述述各方面問題題，影響其使使用效果。此此外，其它型型式的取水構構筑物也有類類似情況。22、施工方法法①大口井施工質量是是大口井成敗敗的關鍵。有有些施工單位位往往把大口口井沉降到設設計標高作為為施工的主要要目標，致于于成井質量則則很少考慮，因因此在選擇下下沉施工方法法時很少考慮慮沉井結構的的大口井的特特點——集水。如上上所述，目前前常用的排水水下沉法用于于大口井是值值得研究的。我我們認為對大大口井必須采采用不排水下下沉施工法，否否則很難解決決施工排水引引起的一系列列問題。而用用抓斗法不排排水下沉又有有許多局限性性，不便于采采用。我們推推薦采用“套管抽砂下下沉法”。“套管抽砂下下沉法“的要點是把把管井的套管管鉆進法用于于提取大口井井井底泥砂，以以使大口井不不排水下沉。在在沉井中心固固定一套管，套套管下端伸入入刃腳下的距距離約相當于于井底半徑，使使套管下端與與刃腳聯線和和水平面交角角約為45°，即相當于于砂在水中的的內摩擦角。提提砂工具是抽抽筒。隨井中中心泥砂被取取出，刃腳附附近泥砂即向向中心聚集井井身隨即下沉沉。這種下沉沉方法的優點點是設備簡單單、適應各種種地層、進度度快、節省人人工。新建大大口井的填料料層也建議采采用不排水敷敷設，以保證證井的施工質質量。②管井多多采用泥漿封封閉鑿井法施施工（以下簡簡稱泥漿法）與與套管封閉法法（簡稱套管管法也稱“清水鉆”）相比，這這種方法的優優點是節省套套管管材，施施工操作比較較簡單，進度度快。但是對對于供水管井井而言，泥漿漿法的最大缺缺點是膠結加加固井孔的泥泥壁很難用一一般洗井方法法清洗干凈，結結果對井的出出水量影響很很大。據觀察察分析，通常常僅局部范圍圍的泥壁被洗洗掉，使濾管管局部范圍的的濾流集中，實實際流速增加加，結果易使使對應部位迅迅速腐蝕、沉沉積堵塞或者者破壞含水層層的滲透穩定定性——形成管涌，從從而使管井早早期報廢。泥漿法施施工形成的泥泥壁厚度及強強度與灌注泥泥漿的數量及及性質有關，據據觀測有時泥泥壁厚度可達達數厘米。以以佳木斯四水水源的兩口管管井為例，其其一采用泥漿漿法（直接投投泥塊）施工工，井的單位位出水量為23m33/h·m；另一用套套管法施工，井井的單位出水水量為75m33/h·m。兩者相差差達三倍。（見見表3）表3井號直徑施工方法清洗情況抽降(m)出水量(m3//h)單位出水量(mm3/h·mm)No1400泥漿法

3.01654.90217250套管法

2.701194.900430NO2400泥漿法

3.01780.60260250套管法

2.421422.500590No3

泥漿法未徹底清洗3.281505.000

泥漿法徹底清洗2.802207.811

可見，盡管管泥漿孔直徑徑比套管孔大大，其出水量量反小。即使使同為泥漿孔孔，因洗井效效果不同出水水量相差也很很大。因因此，從長遠遠效果考慮，我我們認為對城城市及工業水水源在條件允允許時還是以以采用套管法法施工為宜。對對于含鐵地下下水尤須如此此。這樣可以以在很大的程程度上減少前前述許多不良良因素的影響響。否則，也也須對使用的的泥漿數量與與性質嚴加控控制，必要時時應在其中投投以附加劑使使泥壁易于清清洗，在洗井井方法上也須須考究。對于其它“清水鉆”法：如“水力反循環環鉆”法、“水射鉆進法”有條件時也也須試驗研究究。這類施工工方法的特點點是操作簡單單、進度快、有有利于提高成成井質量；但但是井孔易坍坍塌（不適于于組粉砂層），要要求迅速下管管，施工組織織計劃工作應應嚴密。③構造目目前關于濾管管防蝕的做法法大致有下列列幾方面：用用防腐涂料，如如瀝清、油漆漆涂料及環氧氧樹脂涂抹濾濾管金屬面，采采用非金屬材材料制作濾管管，一般多用用塑料管和其其它非金屬管管取代鋼管和和鑄鐵管，用用尼龍絲、塑塑料絲等代替替鍍鋅鐵絲或或銅絲。近來來在城市或工工業給水中開開始試用水泥泥礫石濾管。有有的地方仍用用一般纏絲濾濾管，并試用用環氧水泥、環環氧磁粉等固固定鍍鋅鐵絲絲以避免一般般焊錫固定部部位的腐蝕等等等。這些在在防止濾管腐腐蝕方面都取取得一定效果果。但是關于于減少濾管沉沉積堵塞的措措施尚少見。上上述作法也不不能從根本上上解決含鐵地地下水中的腐腐蝕特別是減減少沉積堵塞塞的矛盾。如如纏絲問題，不不管用什么材材料都避免不不了因氣相平平衡破壞而產產生的沉積堵堵塞。為為了使防止腐腐蝕與減少沉沉積堵塞都得得以兼顧，我我們覺得不能能單從材料上上著眼而須從從結構上采取取措施。為此此我閃設想取取消纏絲，用用一般穿孔管管代替纏絲濾濾管以避免因因纏絲而產生生的許多問題題。這樣要求求在穿孔管外外圍填多層（均均勻）反濾層層或單層（混混合）反濾層層——單層混合填填料。由于施施工條件的限限制，我們采采用了后一種種反濾層。從從原則上講，單單層混合填料料一方面可以以截留含水層層中的細顆粒粒到粗顆粒的的過渡，使穿穿孔管的孔眼眼有足夠大的的尺寸。采用用單層混合填填料可能產生生的問題是：：填料層較密密實透水性較較差，其水力力條件和防止止沉積的條件件不如多層（均均勻）反濾層層。施工投料料時可能產生生水力分層現現象，影響反反濾層和含水水層的滲透穩穩定性。某地含水層層情況：主要要含水層為粗粗砂夾礫石。濾管構造造：穿孔鑄鐵鐵管，直徑400mm，孔眼直徑20mm，孔隙率約20%。填料料：按截面0.1mm以上顆粒及及在孔眼（直直徑20mm）外保持穩穩定的要求考考慮，其其組成為：5-10mmm(40%%)，40-200mm(255%)20～30mm((15%)填料層層厚130mm。投料情情況：用土筐筐連續投入，每每填0.5m撥一次套管管。填料料完畢后，發發現井內有部部分填礫進入入，厚約5m，粒徑多為5-10mmm，少量為10-1