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管網(wǎng)材料及設備對水質(zhì)的影響及對策
摘要：本文通過(guò)分析管材及設備對管網(wǎng)水質(zhì)的影響，提出管材及設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(hù)水質(zhì) 二次污染 管材 設備 防腐
隨著(zhù)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(lái)越高。雖然水廠(chǎng)出廠(chǎng)水的各項指標都能達到國家水質(zhì)標準，然而自來(lái)水經(jīng)輸配管網(wǎng)送至用戶(hù)龍頭之前，已歷經(jīng)了數十公里乃至數百公里的旅程，常常會(huì )受到二次污染，造成到戶(hù)水質(zhì)變壞。保證到戶(hù)水質(zhì)的關(guān)鍵因素更多地取決于管網(wǎng)材料及設備的合理選擇與維護。
1 管材及設備對水質(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年對國內大中城市自來(lái)水公司的調查數據顯示，末端水的濁度、細菌總數、總大腸菌群和游離余氯全年綜合合格率較出廠(chǎng)水降低了3.05%，其中總大腸菌群合格率下降7.3%，接近標準臨界值。三氯甲烷、四氯化碳分別增加47.91%和38.78%，高錳酸鹽指數增加35.0%，反映出管網(wǎng)中有機污染物的增加和氯化作用的存在。我國許多城市在20世紀90年代前鋪設的管道當時(shí)未采用內外防腐措施，現在銹蝕已相當嚴重，成為"紅水"、"黑水"等水質(zhì)事故的誘因。
1.1.1 金屬材料
金屬管內壁腐蝕引起的濁度﹑色度﹑鐵﹑錳等含量增加，一般內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(jué)不快。另外金屬管子內壁腐蝕形成銹垢,，這種結垢層是細菌孳生的場(chǎng)所，微生物附著(zhù)生長(cháng)從而形成生物膜，美國在管道生物膜中檢出28種細菌。生物膜的老化與脫落引起了用戶(hù)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(lái)水微生物的數量。管道結垢層的厚度會(huì )隨著(zhù)時(shí)間的延續不斷地增加，使管道有效截面積不斷縮小，從而嚴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用水泥砂漿內襯涂防腐，從檢修挖出管道檢查情況來(lái)看，內防腐效果良好，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(cháng)期浸泡、沖刷，水泥成分滲出流失，以致引起水泥砂漿結構松散，部份脫落的水泥砂漿流至用戶(hù)表前，有的甚至導致閥門(mén)不能啟閉。
1.2 管道及設備損壞使水質(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(mén)滲漏、接口漏水等未得到及時(shí)修復，一旦失壓或停水，污水就有可能被吸入，引起管內污染。
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(mén)關(guān)閉不嚴，則會(huì )引起臟水倒灌，引起管內污染。
1.2.3 管道爆裂漏水，關(guān)閘后形成負壓，臟水吸入管內，管道修復后又未及時(shí)沖排形成污染。
1.2.4 用戶(hù)端的貯（用）水設備與供水管道相通，無(wú)任何隔斷措施，突因停水或其他種種原因引起外來(lái)水體回流入配水管內，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 管道及設備的材質(zhì)選擇不當造成水質(zhì)污染
作為輸送飲用水的管材和設備與水接觸的部分應該是無(wú)毒的，這是選用管材和設備最基本的要求。在目前市場(chǎng)上，管材和設備的品種繁多，怎么去鑒別管材和設備的衛生狀況呢?
1998年10月1日國家技術(shù)監督局與衛生部聯(lián)合發(fā)布了"生活飲用水輸配水設備及防護材料的安全性評價(jià)標準"（GB/T17219-1998），這是目前評價(jià)輸送生活飲用水管材衛生安全性的重要依據。
1.3.1 塑料管道及設備
成都水質(zhì)監測站按國家標準（GB/T17219-1998）對不同廠(chǎng)家的PVC-U管材和管件進(jìn)行安全性抽驗，有四次浸泡液中鉛含量嚴重超標，有一次出現氯仿、四氯化炭超標。監測站技術(shù)人員指出，鉛是一嚴重的蓄積性毒劑，是一種致癌變物質(zhì)，無(wú)論是由于短期還是長(cháng)期攝入人體的鉛，都會(huì )嚴重損害健康或造成死亡；氯仿、四氯化炭也均為高致癌風(fēng)險的有機毒物，由于生產(chǎn)成本等因素，有不少廠(chǎng)家采用低價(jià)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(huì )出現大量的鉛。而氯仿、四氯化炭超標則是由于管件與管材粘接時(shí)所使用的粘合劑的溶劑引起的。
1.3.2 玻璃鋼管
玻璃鋼管對內防滲層樹(shù)脂有明確的要求，要無(wú)毒、防滲、耐磨，厚度宜2mm。這樣防滲層應采用價(jià)格較貴的間苯性不飽和聚酯樹(shù)脂，但有的廠(chǎng)家采用價(jià)格較低的鄰苯性不飽和聚酯樹(shù)脂，厚度也相當薄，倘若此層出現裂紋，纖維容易浸入水中。離心工藝制管來(lái)源于奧地利；纏繞工藝制管來(lái)源于意大利�？墒蔷S也納、羅馬以及經(jīng)濟發(fā)達國家的大都市的自來(lái)水管網(wǎng)中，沒(méi)有或很少采用此類(lèi)管材。這些國家的一些廠(chǎng)商卻不斷向發(fā)展中國家傾銷(xiāo)此類(lèi)制管設備，大量用于城市供水管網(wǎng)中，應該三思。
1.3.3 對于水泥壓力管、內襯水泥砂漿的球墨鑄鐵管及鋼管，在衛生狀況上乃有兩點(diǎn)應請注意：
1.水泥成品往往滲入礦渣，這種水泥有無(wú)放射性指標超標的問(wèn)題值得留心，有些管廠(chǎng)的樣本上標注他們選用的水泥，放射性指標檢驗是合格的證明文件，應示歡迎。
2.上述管材內表面不應存在浮漿，就是管道清洗后灰粉層也往往會(huì )使輸水過(guò)程中懸浮物增多。
另外，鋼管及設備內涂涂料的問(wèn)題更應小心，避免有毒涂料造成污染。
2 防止因管材及設備造成污染的對策
2.1 推廣應用新型管材
隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，新型管材不斷地推陳出新�，F今，已開(kāi)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）、金屬塑料復合管（包括鋁塑復合管、鋼塑復合管等）、預應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出的結構獨特、強度高、內壁平滑、過(guò)流量大、耐腐蝕、無(wú)毒無(wú)污染、連接方便、接頭密封好、重量輕、施工快捷、使用壽命長(cháng)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定劑的鉛鹽嚴重超標，同時(shí)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）、金屬塑料復合管（包括鋁塑復合管、鋼塑復合管等）、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)量好的預應力混凝土管和玻璃纖維加強管也可應用；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管中選擇，直徑越大PCCP的技術(shù)經(jīng)濟的優(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(lèi)涂層
瀝青類(lèi)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(shí)將熔融的瀝青與加強物（如玻璃布）交替纏敷，形成多層厚涂層。其優(yōu)點(diǎn)是價(jià)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。石油瀝青抗細菌侵蝕及耐水性能差，易為植物根莖穿透。隨著(zhù)近幾年石油瀝青價(jià)格的上升，成本亦有所上漲。煤瀝青柔韌性較差，澆涂時(shí)嚴重污染環(huán)境并有致癌成分散發(fā)。
瀝青防腐層涂裝工藝復雜，施工時(shí)涂層質(zhì)量較難控制。當瀝青溫度較高時(shí)，涂層易出現針孔、流淌現象；瀝青溫度較低時(shí)，則流平性差使涂層厚度不均勻。尤其現場(chǎng)施工的防腐層質(zhì)量更難以保證。此外，管道處于土壤應力較大的環(huán)境中時(shí)，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(cháng)輸管線(xiàn)使用其防腐迄今已運行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(lái)水管線(xiàn)采用煤瀝青防腐，迄今已運行了74年，涂層和鋼管完好如初。由于環(huán)保因素的制約，國內各城市管網(wǎng)將逐漸淘汰瀝青類(lèi)涂層的使用。
2.2.1.2 環(huán)氧煤瀝青涂層
為改善其粘結力和減輕環(huán)境污染，在瀝青中加入環(huán)氧樹(shù)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)條件較為復雜，土壤電阻率中等的地段，較好滿(mǎn)足了市政管線(xiàn)防腐的需要，成為國內城市自來(lái)水管線(xiàn)的主流涂層，珠海和深圳特區管線(xiàn)外防腐目前基本上都是使用該類(lèi)涂層。
環(huán)氧樹(shù)脂的加入使涂層的粘接力大大增強，該涂料使用時(shí)無(wú)須熬制，實(shí)現了冷涂裝，從而使其對環(huán)境的影響大大減小。但涂裝后需要幾天時(shí)間才能完全固化投入使用。固化時(shí)氣溫變化、揚塵、雨雪等對涂層性能都有重要和直接的影響，涂料配制時(shí)的比例需按氣溫進(jìn)行相應調整，故對操作場(chǎng)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、不能達到設計總厚度是施工質(zhì)量的通病。工廠(chǎng)預制的涂層管在運輸過(guò)程中會(huì )有較多的破損，現場(chǎng)涂裝遇到惡劣氣候或溝底有積水時(shí)，將嚴重影響施工質(zhì)量及施工速度。此外，施工是有的隊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(mǎn)，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(gè)原因也是土壤應力對涂層的破壞。
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(shí)螺旋纏繞在涂刷了快干底漆的鋼管表面，其外側為光滑且化學(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力對涂層的破壞。聚乙烯具有很強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(guò)程基本無(wú)污染，環(huán)境對其性能基本無(wú)影響，膠帶材料本體在工廠(chǎng)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場(chǎng)操作。配合便攜式機具，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(mén)的大力歡迎。
膠帶適用于防腐管地面運輸較困難或環(huán)保要求嚴格的地區，在四川有很多應用，主要原因就是適合在丘陵地帶現場(chǎng)施工，避免了其它涂層管在運輸過(guò)程中的破損。國內在深圳、廣州等燃氣管線(xiàn)上有較多應用，施工時(shí)采用現場(chǎng)溝上，甚至溝下作業(yè)。廣州自來(lái)水公司在近年的新管網(wǎng)建設中已開(kāi)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(shuō)是合理的防腐方法，因此水泥沙漿襯層是最常見(jiàn)的管道內涂層，根據口徑不同，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(guò)水斷面，且表面粗糙，使流動(dòng)阻力增加，另外較重的管體增加了管道運輸和安裝的工程量。水泥砂漿涂層剛性且附著(zhù)力稍差，在管體變形時(shí)容易脫落。但其較低的造價(jià)成為國內自來(lái)水管道內防腐的首選涂層，但對于礦渣水泥有無(wú)放射性物質(zhì)應引起注意。
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、抗滲、抗裂性能，較強的粘接力及適應鋼材變形能力。
在油田水罐實(shí)用效果表明，涂層應變性良好，無(wú)脫落，水質(zhì)無(wú)變化。對于自來(lái)水管道，聚合物砂槳可較好滿(mǎn)足實(shí)用要求，且價(jià)格適中，目前正在推廣過(guò)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，表面光滑不結垢，可使過(guò)水能力提高8%-10%，同時(shí)因磨阻降低，可減少能耗6%-8%，缺點(diǎn)在于價(jià)格稍高。由于是用在管內壁，環(huán)境氣候對固化過(guò)程的影響很小。珠海水司目前大多使用無(wú)毒飲用水涂料作為內防腐。
使用飲用水涂料時(shí)需要注意的問(wèn)題是涂料的水質(zhì)的影響，國內較多使用的無(wú)毒環(huán)氧飲水涂料。
無(wú)論采用何種防腐涂料，均應注意對管件的防腐，而且應采用同種涂料。
2.2.2 管網(wǎng)設備的防腐
管網(wǎng)設備主要為閥門(mén)，閥門(mén)的防腐要求：
1、閥門(mén)內腔一律采用環(huán)氧混合粉末涂裝，涂層厚度≥200μm。大口徑閥門(mén)內腔采用環(huán)氧樹(shù)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(guò)4小時(shí)進(jìn)行加溫噴涂。
2、對安裝在野外的閥門(mén)外表面，在環(huán)氧涂裝外表面還應涂上一層耐紫外線(xiàn)的丙烯酸涂料。
3、所有閥門(mén)在涂裝前均必須作除油、噴砂處理。
2.3加強管材及防腐材料的檢測
在大批量選用一類(lèi)管材或防腐材料時(shí)，應委托水質(zhì)監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，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(gè)比較難解決的問(wèn)題，它發(fā)生的幾率高，點(diǎn)多面廣，不易監控。最近飲用水污染問(wèn)題也常見(jiàn)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，國內有些廠(chǎng)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《建筑給排水設計規范》詳細規定了倒流防止器的安裝場(chǎng)合。同時(shí)也說(shuō)明了倒流防止器和止回閥的區別（止回閥只是引導水流單向流動(dòng)的的閥門(mén)，不是防止倒流污染的有效裝置）。認真貫徹實(shí)施GB50015—2003規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)濟上的原因，以前埋設的管道相當一部份未做內防腐，導致管道內壁結垢，個(gè)別腐爛穿孔，嚴重影響水質(zhì)。隨著(zhù)城市建設的發(fā)展，借著(zhù)舊城改造的契機，有條件開(kāi)挖的地區，可廢除舊管敷設新管；無(wú)條件開(kāi)挖的地區，可采用免開(kāi)挖修復技術(shù)。免開(kāi)挖修復技術(shù)方法較多，其中復合材料軟管翻轉法和異徑HDPE管穿插法修復舊管道技術(shù)較為適用。同時(shí)應積極推廣對水質(zhì)無(wú)影響的內防腐涂料包括環(huán)氧系列涂料、氟碳涂料等。
2.6 管網(wǎng)沖洗
水廠(chǎng)的出廠(chǎng)水雖經(jīng)過(guò)處理,但不是純凈的水,它仍含有某些無(wú)機物、有機物及微生物。無(wú)論何種材質(zhì)的管道，水在管網(wǎng)的流動(dòng)過(guò)程中會(huì )出現管道結垢的情況。因此，應根據情況對管網(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的。從主管至消防栓一般都有5～10m左右的管道，而該段管內的水更成了“死水”影響了水質(zhì)。為了解決這個(gè)問(wèn)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(shí)排放措施（如我司在咸期過(guò)后對管網(wǎng)進(jìn)行一次全面排污）。對于管網(wǎng)末梢、居民集中的小區及用戶(hù)投訴水質(zhì)較差的地區，除要增設排污閥之外，還要通過(guò)不斷地摸索和實(shí)踐，制定相應的沖洗間隔時(shí)間。對管網(wǎng)進(jìn)行沖洗宜單向沖洗，即沖洗時(shí)把一端閥門(mén)關(guān)閉，使單向來(lái)水，然后再關(guān)閉另一端閥門(mén)，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)污染應視情況修好之后給予適當地沖洗；對于新敷設的管道并網(wǎng)之前，必須經(jīng)過(guò)認真地沖洗消毒。
3 結論
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(chǎng)水水質(zhì)的前提下加快城市舊管網(wǎng)改造步伐，推廣應用新型管材，按照規定做好設備及管道的內外防腐，加強管網(wǎng)的沖洗，并按GB50015—2003《建筑給排水設計規范》要求安裝倒流防止器。
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