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管網(wǎng)供水材料及設備對水質(zhì)影響及對策

瀏覽次數(shù)： 時間：2017-12-13

隨著科學技術的發(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指標都能達到國家水質(zhì)標準，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(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(shù)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未采用內(nèi)外防腐措施，現(xiàn)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(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,，這種結垢層是細菌孳生的場所，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(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，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構松散，部份脫落的水泥砂漿流至用戶表前，有的甚至導致閥門不能啟閉。 
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、閘門滲漏、接口漏水等未得到及時修復，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，若閘門關閉不嚴，則會引起臟水倒灌，引起管內(nèi)污染。
1.2.3管道爆裂漏水，關閘后形成負壓，臟水吸入管內(nèi)，管道修復后又未及時沖排形成污染。 
1.2.4用戶端的貯（用）水設備與供水管道相通，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毒的，這是選用管材和設備最基本的要求。在目前市場上，管材和設備的品種繁多，怎么去鑒別管材和設備的衛(wèi)生狀況呢? 
1998年10月1日國家技術監(jiān)督局與衛(wèi)生部聯(lián)合發(fā)布了"生活飲用水輸配水設備及防護材料的安全性評價標準"（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塑料管道及設備 
成都水質(zhì)監(jiān)測站按國家標準（GB/T17219-1998）對不同廠家的PVC-U管材和管件進行安全性抽驗，有四次浸泡液中鉛含量嚴重超標，有一次出現(xiàn)氯仿、四氯化炭超標。監(jiān)測站技術人員指出，鉛是一嚴重的蓄積性毒劑，是一種致癌變物質(zhì)，無論是由于短期還是長期攝入人體的鉛，都會嚴重損害健康或造成死亡；氯仿、四氯化炭也均為高致癌風險的有機毒物，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?？墒蔷S也納、羅馬以及經(jīng)濟發(fā)達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(nèi)襯水泥砂漿的球墨鑄鐵管及鋼管，在衛(wèi)生狀況上乃有兩點應請注意： 
1.水泥成品往往滲入礦渣，這種水泥有無放射性指標超標的問題值得留心，有些管廠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(nèi)表面不應存在浮漿，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，鋼管及設備內(nèi)涂涂料的問題更應小心，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 
隨著技術的進步，新型管材不斷地推陳出新。
現(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，但在給水工程中表現(xiàn)出的結構獨特、強度高、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)定劑的鉛鹽嚴重超標，同時制備PVC的單體氯乙烯（VCM）是否有致癌作用，學術界尚在研究討論中。 
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物（如玻璃布）交替纏敷，形成多層厚涂層。其優(yōu)點是價格低廉，施工工藝成熟，其缺點在于低溫脆裂、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，施工時涂層質(zhì)量較難控制。當瀝青溫度較高時，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，該涂料使用時無須熬制，實現(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行相應調(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、不能達到設計總厚度是施工質(zhì)量的通病。工廠預制的涂層管在運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，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。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，這些特點使膠帶可非常方便地現(xiàn)場操作。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(qū)，在四川有很多應用，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輸過程中的破損。國內(nèi)在深圳、廣州等燃氣管線上有較多應用，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斷面，且表面粗糙，使流動阻力增加，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?jié)B、抗裂性能，較強的粘接力及適應鋼材變形能力。 
在油田水罐實用效果表明，涂層應變性良好，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，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，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行噴丸處理至近白級（Sa2?級），且需不超過4小時進行加溫噴涂。 
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，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，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(guī)范》詳細規(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（止回閥只是引導水流單向流動的的閥門，不是防止倒流污染的有效裝置）。認真貫徹實施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 
由于技術和經(jīng)濟上的原因，以前埋設的管道相當一部份未做內(nèi)防腐，導致管道內(nèi)壁結垢，個別腐爛穿孔，嚴重影響水質(zhì)。隨著城市建設的發(fā)展，借著舊城改造的契機，有條件開挖的地區(qū)，可廢除舊管敷設新管；無條件開挖的地區(qū)，可采用免開挖修復技術。免開挖修復技術方法較多，其中復合材料軟管翻轉(zhuǎn)法和異徑HDPE管穿插法修復舊管道技術較為適用。同時應積極推廣對水質(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,它仍含有某些無機物、有機物及微生物。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)管道結垢的情況。因此，應根據(jù)情況對管網(wǎng)進行沖洗
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(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)，除要增設排污閥之外，還要通過不斷地摸索和實踐，制定相應的沖洗間隔時間。對管網(wǎng)進行沖洗宜單向沖洗，即沖洗時把一端閥門關閉，使單向來水，然后再關閉另一端閥門，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)污染應視情況修好之后給予適當?shù)貨_洗；對于新敷設的管道并網(wǎng)之前，必須經(jīng)過認真地沖洗消毒。 
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(guī)定做好設備及管道的內(nèi)外防腐，加強管網(wǎng)的沖洗，并按GB50015—2003《建筑給排水設計規(guī)范》要求安裝倒流防止器。