管網(wǎng)材料及設(shè)備對水質(zhì)的影響及對策
摘要：本文通過分析管材及設(shè)備對管網(wǎng)水質(zhì)的影響，提出管材及設(shè)備的選擇及防腐方法，論述了管網(wǎng)沖洗的重要性。
關(guān)鍵詞：到戶水質(zhì) 二次污染 管材 設(shè)備 防腐
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及人民生活質(zhì)量的提高，對水質(zhì)的要求也越來越高。雖然水廠出廠水的各項(xiàng)指標(biāo)都能達(dá)到國家水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，然而自來水經(jīng)輸配管網(wǎng)送至用戶龍頭之前，已歷經(jīng)了數(shù)十公里乃至數(shù)百公里的旅程，常常會受到二次污染，造成到戶水質(zhì)變壞。保證到戶水質(zhì)的關(guān)鍵因素更多地取決于管網(wǎng)材料及設(shè)備的合理選擇與維護(hù)。
1 管材及設(shè)備對水質(zhì)的影響
1.1 腐蝕
管網(wǎng)管體破損和腐蝕是水質(zhì)事故的重要成因。97年對國內(nèi)大中城市自來水公司的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，末端水的濁度、細(xì)菌總數(shù)、總大腸菌群和游離余氯全年綜合合格率較出廠水降低了3.05%，其中總大腸菌群合格率下降7.3%，接近標(biāo)準(zhǔn)臨界值。三氯甲烷、四氯化碳分別增加47.91%和38.78%，高錳酸鹽指數(shù)增加35.0%，反映出管網(wǎng)中有機(jī)污染物的增加和氯化作用的存在。我國許多城市在20世紀(jì)90年代前鋪設(shè)的管道當(dāng)時未采用內(nèi)外防腐措施，現(xiàn)在銹蝕已相當(dāng)嚴(yán)重，成為"紅水"、"黑水"等水質(zhì)事故的誘因。
1.1.1 金屬材料
金屬管內(nèi)壁腐蝕引起的濁度﹑色度﹑鐵﹑錳等含量增加，一般內(nèi)壁銹蝕的管道污染增加量較大，小口徑管道的增加量比大口徑更大。鐵銹溶于水中造成臭味及味覺不快。另外金屬管子內(nèi)壁腐蝕形成銹垢,，這種結(jié)垢層是細(xì)菌孳生的場所，微生物附著生長從而形成生物膜，美國在管道生物膜中檢出28種細(xì)菌。生物膜的老化與脫落引起了用戶的嗅、味和色度的增加，并且這些微生物漸漸對消毒劑產(chǎn)生了抵抗力，不易被殺滅，更增加了終端自來水微生物的數(shù)量。管道結(jié)垢層的厚度會隨著時間的延續(xù)不斷地增加，使管道有效截面積不斷縮小，從而嚴(yán)重影響了管道的輸水能力。
1.1.2 水泥材料
使用水泥材料的管子有混凝土管、石棉水泥管、水泥襯里管。水與管壁接觸部分的腐蝕都是出于同一機(jī)理。水中酸性成分消耗水泥堿性成分，引起Ca2與 OH分解，使飲用水水質(zhì)惡化。
我國1988年以后至今逐步推廣對金屬管道應(yīng)用水泥砂漿內(nèi)襯涂防腐，從檢修挖出管道檢查情況來看，內(nèi)防腐效果良好，但也存在一定的缺點(diǎn)，因管道施工回填后變形引起砂漿爆裂，部分脫落，以及水泥砂漿經(jīng)長期浸泡、沖刷，水泥成分滲出流失，以致引起水泥砂漿結(jié)構(gòu)松散，部份脫落的水泥砂漿流至用戶表前，有的甚至導(dǎo)致閥門不能啟閉。
1.2 管道及設(shè)備損壞使水質(zhì)受到污染
1.2.1 管道埋于地下，被受污染的地下水或污水浸泡，若是管道穿孔、閘門滲漏、接口漏水等未得到及時修復(fù)，一旦失壓或停水，污水就有可能被吸入，引起管內(nèi)污染。
1.2.2 管道上的排水閘出口低于河床水位或接至下水管道中，若閘門關(guān)閉不嚴(yán)，則會引起臟水倒灌，引起管內(nèi)污染。
1.2.3 管道爆裂漏水，關(guān)閘后形成負(fù)壓，臟水吸入管內(nèi)，管道修復(fù)后又未及時沖排形成污染。
1.2.4 用戶端的貯（用）水設(shè)備與供水管道相通，無任何隔斷措施，突因停水或其他種種原因引起外來水體回流入配水管內(nèi)，引起污染。而目前我國一般使用普通止回閥防止水倒流，但使用的效果不好。
1.3 管道及設(shè)備的材質(zhì)選擇不當(dāng)造成水質(zhì)污染
作為輸送飲用水的管材和設(shè)備與水接觸的部分應(yīng)該是無毒的，這是選用管材和設(shè)備最基本的要求。在目前市場上，管材和設(shè)備的品種繁多，怎么去鑒別管材和設(shè)備的衛(wèi)生狀況呢?
1998年10月1日國家技術(shù)監(jiān)督局與衛(wèi)生部聯(lián)合發(fā)布了"生活飲用水輸配水設(shè)備及防護(hù)材料的安全性評價標(biāo)準(zhǔn)"（GB/T17219-1998），這是目前評價輸送生活飲用水管材衛(wèi)生安全性的重要依據(jù)。
1.3.1 塑料管道及設(shè)備
成都水質(zhì)監(jiān)測站按國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T17219-1998）對不同廠家的PVC-U管材和管件進(jìn)行安全性抽驗(yàn)，有四次浸泡液中鉛含量嚴(yán)重超標(biāo)，有一次出現(xiàn)氯仿、四氯化炭超標(biāo)。監(jiān)測站技術(shù)人員指出，鉛是一嚴(yán)重的蓄積性毒劑，是一種致癌變物質(zhì)，無論是由于短期還是長期攝入人體的鉛，都會嚴(yán)重?fù)p害健康或造成死亡；氯仿、四氯化炭也均為高致癌風(fēng)險的有機(jī)毒物，由于生產(chǎn)成本等因素，有不少廠家采用低價的三鹽基性硫酸鉛或二鹽基性亞磷酸鉛作為產(chǎn)品的熱穩(wěn)定劑，因此產(chǎn)品中含有鉛，產(chǎn)品經(jīng)高氯水的浸泡后，水中自然會出現(xiàn)大量的鉛。而氯仿、四氯化炭超標(biāo)則是由于管件與管材粘接時所使用的粘合劑的溶劑引起的。
1.3.2 玻璃鋼管
玻璃鋼管對內(nèi)防滲層樹脂有明確的要求，要無毒、防滲、耐磨，厚度宜2mm。這樣防滲層應(yīng)采用價格較貴的間苯性不飽和聚酯樹脂，但有的廠家采用價格較低的鄰苯性不飽和聚酯樹脂，厚度也相當(dāng)薄，倘若此層出現(xiàn)裂紋，纖維容易浸入水中。離心工藝制管來源于奧地利；纏繞工藝制管來源于意大利。可是維也納、羅馬以及經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家的大都市的自來水管網(wǎng)中，沒有或很少采用此類管材。這些國家的一些廠商卻不斷向發(fā)展中國家傾銷此類制管設(shè)備，大量用于城市供水管網(wǎng)中，應(yīng)該三思。
1.3.3 對于水泥壓力管、內(nèi)襯水泥砂漿的球墨鑄鐵管及鋼管，在衛(wèi)生狀況上乃有兩點(diǎn)應(yīng)請注意：
1.水泥成品往往滲入礦渣，這種水泥有無放射性指標(biāo)超標(biāo)的問題值得留心，有些管廠的樣本上標(biāo)注他們選用的水泥，放射性指標(biāo)檢驗(yàn)是合格的證明文件，應(yīng)示歡迎。
2.上述管材內(nèi)表面不應(yīng)存在浮漿，就是管道清洗后灰粉層也往往會使輸水過程中懸浮物增多。
另外，鋼管及設(shè)備內(nèi)涂涂料的問題更應(yīng)小心，避免有毒涂料造成污染。
2 防止因管材及設(shè)備造成污染的對策
2.1 推廣應(yīng)用新型管材
隨著技術(shù)的進(jìn)步，新型管材不斷地推陳出新�，F(xiàn)今，已開發(fā)出可用于給水工程中的管材有聚乙烯管（PE管，包括HDPE管、MDPE管、LDPE管）、聚丙烯管（PP-R管、PP-C管）、交聯(lián)聚乙烯管（PE-X管）、聚丁烯管（PB管）、金屬塑料復(fù)合管（包括鋁塑復(fù)合管、鋼塑復(fù)合管等）、預(yù)應(yīng)力鋼筋鋼筒混凝土管（PCCP管）、玻璃鋼管、銅管、不銹鋼管等。盡管這些管材的材質(zhì)不盡相同，生產(chǎn)工藝各有其特點(diǎn)，但在給水工程中表現(xiàn)出的.結(jié)構(gòu)獨(dú)特、強(qiáng)度高、內(nèi)壁平滑、過流量大、耐腐蝕、無毒無污染、連接方便、接頭密封好、重量輕、施工快捷、使用壽命長等特點(diǎn)使其大大地優(yōu)于普遍使用的鍍鋅管、鋼管、鑄鐵管，成為他們最理想的替代品。最近，有些地區(qū)供水行業(yè)禁用硬聚氯乙烯管（UPVC管），理由是管中含鉛和用鉛鹽作穩(wěn)定劑的鉛鹽嚴(yán)重超標(biāo)，同時制備PVC的單體氯乙烯（VCM）是否有致癌作用，學(xué)術(shù)界尚在研究討論中。
一般情況下，管徑<50mm宜從聚乙烯管（PE管，包括HDPE管、MDPE管、LDPE管）、聚丙烯管（PP-R管、PP-C管）、交聯(lián)聚乙烯管（PE-X管）、聚丁烯管（PB管）、金屬塑料復(fù)合管（包括鋁塑復(fù)合管、鋼塑復(fù)合管等）、銅管、不銹鋼管中選擇；管徑在75-150mm宜從上述塑料管及球墨鑄鐵管中選擇；管徑在200-1200mm左右，宜首選球墨鑄鐵管、PCCP、質(zhì)量好的預(yù)應(yīng)力混凝土管和玻璃纖維加強(qiáng)管也可應(yīng)用；管徑>1400mm宜從PCCP、球墨鑄鐵管、鋼管及質(zhì)量可靠的玻璃纖維加強(qiáng)管中選擇，直徑越大PCCP的技術(shù)經(jīng)濟(jì)的優(yōu)越性越大。如生產(chǎn)及施工質(zhì)量難以確保，盡量避免使用鋼管。
2.2 管材及設(shè)備的防腐
2.2.1 球墨鑄鐵管和鋼管的防腐
2.2.1.1 瀝青類涂層
瀝青類涂層包括石油瀝青和煤瀝青，我國和東歐多采用石油瀝青，西方國家多采用煤瀝青。施工時將熔融的瀝青與加強(qiáng)物（如玻璃布）交替纏敷，形成多層厚涂層。其優(yōu)點(diǎn)是價格低廉，施工工藝成熟，其缺點(diǎn)在于低溫脆裂、高溫流淌，耐老化性能較差。石油瀝青抗細(xì)菌侵蝕及耐水性能差，易為植物根莖穿透。隨著近幾年石油瀝青價格的上升，成本亦有所上漲。煤瀝青柔韌性較差，澆涂時嚴(yán)重污染環(huán)境并有致癌成分散發(fā)。
瀝青防腐層涂裝工藝復(fù)雜，施工時涂層質(zhì)量較難控制。當(dāng)瀝青溫度較高時，涂層易出現(xiàn)針孔、流淌現(xiàn)象；瀝青溫度較低時，則流平性差使涂層厚度不均勻。尤其現(xiàn)場施工的防腐層質(zhì)量更難以保證。此外，管道處于土壤應(yīng)力較大的環(huán)境中時，涂層容易發(fā)生失粘剝離破壞。
石油瀝青適用于地下水位較低，植被較差，土壤電阻率較高的曠野，我國新疆的某長輸管線使用其防腐迄今已運(yùn)行40多年。煤瀝青則可用在土質(zhì)較好的地段，武漢的一條自來水管線采用煤瀝青防腐，迄今已運(yùn)行了74年，涂層和鋼管完好如初。由于環(huán)保因素的制約，國內(nèi)各城市管網(wǎng)將逐漸淘汰瀝青類涂層的使用。
2.2.1.2 環(huán)氧煤瀝青涂層
為改善其粘結(jié)力和減輕環(huán)境污染，在瀝青中加入環(huán)氧樹脂就制成了環(huán)氧煤瀝青涂料。其與玻璃布共同形成的環(huán)氧煤瀝青涂層適用于地質(zhì)條件較為復(fù)雜，土壤電阻率中等的地段，較好滿足了市政管線防腐的需要，成為國內(nèi)城市自來水管線的主流涂層，珠海和深圳特區(qū)管線外防腐目前基本上都是使用該類涂層。
環(huán)氧樹脂的加入使涂層的粘接力大大增強(qiáng)，該涂料使用時無須熬制，實(shí)現(xiàn)了冷涂裝，從而使其對環(huán)境的影響大大減小。但涂裝后需要幾天時間才能完全固化投入使用。固化時氣溫變化、揚(yáng)塵、雨雪等對涂層性能都有重要和直接的影響，涂料配制時的比例需按氣溫進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，故對操作場地和人員的素質(zhì)要求較高。
施工中因操作工人的原因，涂層總厚度也難以控制，厚薄不均、不能達(dá)到設(shè)計總厚度是施工質(zhì)量的通病。工廠預(yù)制的涂層管在運(yùn)輸過程中會有較多的破損，現(xiàn)場涂裝遇到惡劣氣候或溝底有積水時，將嚴(yán)重影響施工質(zhì)量及施工速度。此外，施工是有的隊(duì)伍有意提高稀釋劑用量以降低成本，以至固化后玻璃布網(wǎng)眼不能充滿，使涂層質(zhì)量得不到保證。上述原因造成環(huán)氧煤瀝青涂層使用效果往往不甚理想，涂層失效的另一個原因也是土壤應(yīng)力對涂層的破壞。
2.2.1.3 膠帶
膠帶由聚乙烯單面涂敷膠粘劑而成，較好克服了環(huán)氧煤瀝青涂層的缺點(diǎn)。施工時螺旋纏繞在涂刷了快干底漆的鋼管表面，其外側(cè)為光滑且化學(xué)惰性的聚乙烯，與土壤間作用很弱，因而較好避免了土壤應(yīng)力對涂層的破壞。聚乙烯具有很強(qiáng)的電絕緣能力和抗老化性。
纏繞后管道可立即下溝回填。其施工過程基本無污染，環(huán)境對其性能基本無影響，膠帶材料本體在工廠成型，可保證厚度和質(zhì)量均勻，操作人員素質(zhì)對防腐層性能的影響大大減小，這些特點(diǎn)使膠帶可非常方便地現(xiàn)場操作。配合便攜式機(jī)具，很適合市政管道有較多管件的操作環(huán)境，從而受到市政部門的大力歡迎。
膠帶適用于防腐管地面運(yùn)輸較困難或環(huán)保要求嚴(yán)格的地區(qū)，在四川有很多應(yīng)用，主要原因就是適合在丘陵地帶現(xiàn)場施工，避免了其它涂層管在運(yùn)輸過程中的破損。國內(nèi)在深圳、廣州等燃?xì)夤芫�上有較多應(yīng)用，施工時采用現(xiàn)場溝上，甚至溝下作業(yè)。廣州自來水公司在近年的新管網(wǎng)建設(shè)中已開始使用膠帶防腐。
2.2.1.4 水泥沙漿
不管是海水還是談水，水泥襯涂都可以使鐵表面鈍化，水泥還具有水化作用，可以說是合理的防腐方法，因此水泥沙漿襯層是最常見的管道內(nèi)涂層，根據(jù)口徑不同，管道涂層厚度為4-10mm，口徑越大涂層越厚。較厚的涂層減小了過水?dāng)嗝妫冶砻娲植�，使流動阻力增加，另外較重的管體增加了管道運(yùn)輸和安裝的工程量。水泥砂漿涂層剛性且附著力稍差，在管體變形時容易脫落。但其較低的造價成為國內(nèi)自來水管道內(nèi)防腐的首選涂層，但對于礦渣水泥有無放射性物質(zhì)應(yīng)引起注意。
在水泥沙槳中加入一定量的高分子聚合物就成為聚合物沙槳，已在我國石油工業(yè)輸水上有較多的應(yīng)用。其對鋼材的表面處理要求較低，特別適合于已有腐蝕麻坑的舊管，且具有良好的耐蝕、抗?jié)B、抗裂性能，較強(qiáng)的粘接力及適應(yīng)鋼材變形能力。
在油田水罐實(shí)用效果表明，涂層應(yīng)變性良好，無脫落，水質(zhì)無變化。對于自來水管道，聚合物砂槳可較好滿足實(shí)用要求，且價格適中，目前正在推廣過程中。
2.2.1.5 飲用水涂料
飲用水涂料較好解決了沙槳襯層的缺點(diǎn)，根據(jù)品種及使用環(huán)境不同，涂層厚度0.15-0.5mm。對管徑的影響很小，表面光滑不結(jié)垢，可使過水能力提高8%-10%，同時因磨阻降低，可減少能耗6%-8%，缺點(diǎn)在于價格稍高。由于是用在管內(nèi)壁，環(huán)境氣候?qū)袒^程的影響很小。珠海水司目前大多使用無毒飲用水涂料作為內(nèi)防腐。
使用飲用水涂料時需要注意的問題是涂料的水質(zhì)的影響，國內(nèi)較多使用的無毒環(huán)氧飲水涂料。
無論采用何種防腐涂料，均應(yīng)注意對管件的防腐，而且應(yīng)采用同種涂料。
2.2.2 管網(wǎng)設(shè)備的防腐
管網(wǎng)設(shè)備主要為閥門，閥門的防腐要求：
1、閥門內(nèi)腔一律采用環(huán)氧混合粉末涂裝，涂層厚度≥200μm。大口徑閥門內(nèi)腔采用環(huán)氧樹脂漆涂裝，涂層厚度≥125μm 。噴涂前必須對金屬表面進(jìn)行噴丸處理至近白級（Sa2 ½級），且需不超過4小時進(jìn)行加溫噴涂。
2、對安裝在野外的閥門外表面，在環(huán)氧涂裝外表面還應(yīng)涂上一層耐紫外線的丙烯酸涂料。
3、所有閥門在涂裝前均必須作除油、噴砂處理。
2.3加強(qiáng)管材及防腐材料的檢測
在大批量選用一類管材或防腐材料時，應(yīng)委托水質(zhì)監(jiān)測中心作浸泡水后的水質(zhì)分析，倘若多次檢測有某些元素含量超標(biāo)，此管材及防腐材料不宜選用。
2.4選用倒流防止器防止倒流引起的二次污染
二次污染是一個比較難解決的問題，它發(fā)生的幾率高，點(diǎn)多面廣，不易監(jiān)控。最近飲用水污染問題也常見諸報端。二次污染的共同特點(diǎn)，是非飲用水和飲用水的連接處出現(xiàn)了倒流造成污染。而目前我國一般使用普通止回閥防止水倒流，但使用的效果不好，為此，國內(nèi)有些廠家研制出倒流防止器，它的作用就是在任何工況下防止管道中的介質(zhì)倒流，以達(dá)到避免倒流污染的目的，防止管網(wǎng)二次污染。
因此GB50015—2003《建筑給排水設(shè)計規(guī)范》詳細(xì)規(guī)定了倒流防止器的安裝場合。同時也說明了倒流防止器和止回閥的區(qū)別（止回閥只是引導(dǎo)水流單向流動的的閥門，不是防止倒流污染的有效裝置）。認(rèn)真貫徹實(shí)施GB50015—2003規(guī)范是防止二次污染的有效途徑。
2.5 加快陳舊管網(wǎng)改造步伐
由于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的原因，以前埋設(shè)的管道相當(dāng)一部份未做內(nèi)防腐，導(dǎo)致管道內(nèi)壁結(jié)垢，個別腐爛穿孔，嚴(yán)重影響水質(zhì)。隨著城市建設(shè)的發(fā)展，借著舊城改造的契機(jī)，有條件開挖的地區(qū)，可廢除舊管敷設(shè)新管；無條件開挖的地區(qū)，可采用免開挖修復(fù)技術(shù)。免開挖修復(fù)技術(shù)方法較多，其中復(fù)合材料軟管翻轉(zhuǎn)法和異徑HDPE管穿插法修復(fù)舊管道技術(shù)較為適用。同時應(yīng)積極推廣對水質(zhì)無影響的內(nèi)防腐涂料包括環(huán)氧系列涂料、氟碳涂料等。
2.6 管網(wǎng)沖洗
水廠的出廠水雖經(jīng)過處理,但不是純凈的水,它仍含有某些無機(jī)物、有機(jī)物及微生物。無論何種材質(zhì)的管道，水在管網(wǎng)的流動過程中會出現(xiàn)管道結(jié)垢的情況。因此，應(yīng)根據(jù)情況對管網(wǎng)進(jìn)行沖洗。管網(wǎng)沖洗主要是利用消防栓和排污閥。消防栓是為了防火而建設(shè)的。從主管至消防栓一般都有5～10m左右的管道，而該段管內(nèi)的水更成了“死水”影響了水質(zhì)。為了解決這個問題就必須定期排放消防栓，一般每半年對消防栓必須進(jìn)行排放一次，并視情況制訂了臨時排放措施（如我司在咸期過后對管網(wǎng)進(jìn)行一次全面排污）。對于管網(wǎng)末梢、居民集中的小區(qū)及用戶投訴水質(zhì)較差的地區(qū)，除要增設(shè)排污閥之外，還要通過不斷地摸索和實(shí)踐，制定相應(yīng)的沖洗間隔時間。對管網(wǎng)進(jìn)行沖洗宜單向沖洗，即沖洗時把一端閥門關(guān)閉，使單向來水，然后再關(guān)閉另一端閥門，沖洗另一段管段。這樣沖洗效果更好。因維修管道停水造成的水質(zhì)污染應(yīng)視情況修好之后給予適當(dāng)?shù)貨_洗；對于新敷設(shè)的管道并網(wǎng)之前，必須經(jīng)過認(rèn)真地沖洗消毒。
3 結(jié)論
防治二次污染、改善管網(wǎng)水質(zhì)的主要措施是在提高出廠水水質(zhì)的前提下加快城市舊管網(wǎng)改造步伐，推廣應(yīng)用新型管材，按照規(guī)定做好設(shè)備及管道的內(nèi)外防腐，加強(qiáng)管網(wǎng)的沖洗，并按GB50015—2003《建筑給排水設(shè)計規(guī)范》要求安裝倒流防止器。
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