自来水管道内腐蚀对管网水质的影响研究

 

  输配水系统是个巨大的反应器，其内出现的各种生物、物理和化学过程使管网水质和水量均发生不同程度的变化，系统物理结构也被破环，导致运行安全性下降。

  腐蚀是生物、物理和化学过程相互作用的结果，常见于各种输配水系统[1]。严重的管道腐蚀不仅使管网水的浊度、色度、细菌种类和数量、有毒重金属含量等水质指标恶化，而且引起管壁变薄穿孔，增加水头损失和输水能耗等[2，3]。有关腐蚀控制的研究对维持输配水系统正常的服务功能具有重要意义。

 

  2.1 样点选择

  根据管道埋设年代，二次供水和水库供水等情况，在某市市区内选择10个具有典型意义的样点，研究管道在不同条件下发生的腐蚀。

  2.2 水样采集

  将内装硫代硫酸钠溶液(1.5%)的玻璃瓶灭菌后采集细菌学检验水样，用于铁、锰分析的水样盛于聚乙烯瓶中。

  水样采集在清晨进行。要求采样人在前一天晚上将水龙头关严。1#—8#水样按以下程序采集：(1)在打开水龙头瞬间用玻璃瓶接取第一个水样，摇匀后将部分样水分装到聚乙烯瓶中，编号Sil(i＝1，2…，8)，用于评价水龙头腐蚀对水质的影响；(2)让水自由流淌2—3分钟(根据楼层高低确定)，分别用玻璃瓶和聚乙烯瓶接取第二个水样，编号Ss，用于评价小口径配水管对水质的影响；(3)在水继续流淌5—8分钟后接取第三个水样，编号Si，用于分析主(干)管，二次供水水箱或水库贮水的水质。

  采集第9#和10#水样了解水质在管网末梢，尤其是在户内发生的变化。在打开龙头瞬间，第l，2，3，5，7分钟时接取，编号SJk(j＝1，2；k＝l，2，…，6)。

  2.3 水样分析

  2.3.1 用美国HACH公司生产的2100P型便携式浊度计测样水浊度，结果保留小数点后一位(0.1NTU)。

  2.3.2 平板法检验细菌总数[4I，29il℃培养72小时。根据菌落生长特征确定物种多样性。

  多管发酵法(12管)检验铁细菌数量。培养基组成：硫酸铵0，5g，硝酸钠0.58，磷酸氢二钾0.5g，七水合硫酸镁0.58，柠檬酸铁铵10.08，PH7.2—7.4，121℃灭菌15分钟。

  2.3.3 原子吸收分光光度法测样水中铁、锰的含量。

 

  可看出，用户水龙头腐蚀相当严重，流出水的浊度，细菌种类和数量，铁和锰含量显著高于同期支管和干管内流动的水。

  小口径配水管的腐蚀程度明显差异。在早期埋设地区，如2*，54，伊采样地，管道已严重腐蚀。附生在管内壁的铁细菌易受水力冲刷而脱落，在水样中的检出量大。使用年限短的管道则较少被腐蚀。

  干管水样的铁细菌数量和铁含量较小口径配水管水样低，这表明干管腐蚀较小口径配水管轻，这与干管内水流速度快，微生物难以粘附生长并引起腐蚀等原因有关。

  可发现，从干管到用户水龙头，腐蚀呈逐渐增强趋势，水质相应恶化。

  3# 水样取自二次供水。从检测数据看，水箱内水的铁、锰含量高，细菌种类多，铁细菌数量尤其大。这些铁细菌进入户内管道后易在水温等环境条件适宜且水流水力停留时间长(夜间)的情况下增殖，进而发生粘附生长，不断消耗管材和各种附件，缩短管道有效服务年限，也使水龙头过早因腐蚀而出现关闭不严等现象，增加系统漏耗。

  7# 地区由距离水厂不远的水库供水。取样研究时，正值肠道传染病高发期，适当提高了加氯量，出厂水中无细菌检出。但这种洁净水流经水库后，水质明显下降，细菌增加到6种120个，铁细菌检出量达11.5个/ml，仅浊度有所下降，可能与悬浮颗粒在较长时间的静止过程中发生了凝聚沉降有关。从检测数据看，水库水的二次污染是比较严重的。由于水库调节较大范围内的供水，因而铁细菌等影响输配水系统腐蚀的细菌输配出去后，给管道维护带来很大困难。混合供水的水质不稳定。水箱内水的浊度较低，但由于腐蚀等原因，水中细菌数量大，而直接从输配水管道流出的水的浊度高。用户要取得洁净水，必须延长放水时间。

  9# 水样在其他用户放水后接取。分析发现，在积水排完后，龙头流出水较洁净。由此可见，启用关闭时间较长的水龙头时，适量排水是保证用水卫生的有效措施。

  10# 水样取自7楼用户。连续取样过程中，水质变化较复杂，但均能指示户内管发生了较为严重的腐蚀。

 

  输配水系统的腐蚀受一系列物理、化学和生物过程的影响。物理作用，如水流对管壁的冲刷；化学作用，如管壁铁锈的生成；生物作用，如调节金属氧化还原反应的微生物代谓I活动等都是控制管道腐蚀速率的因素。

  4.1 所进行的调查表明，水龙头是输配水系统内腐蚀最严重的部位。这与水龙头处存在多种水固，气固，水气界面，水腐蚀和大气腐蚀等同时进行，材料损耗速度快有关。为防止水质在用户终端恶化，应推广使用造价低，耐腐蚀能力强的水龙头。

  4.2 在居民区用水主要集中在几个时间段，其余时间内，水在小口径配水管及户内管内基本处于停滞状态，有利于微生物随机碰撞后发生粘附并稳定增长，使管道在较短时间内即出现腐蚀。考虑到小口径配水管和户内管对压力要求不高且PVC。PE管等的耐腐蚀性能好，建议在输配水系统末端和近末端，设计施工室内管道时多采用这些管材。

  4.3 随着高层建筑的迅速陨起，二次供水范围越来越广。从调查结果看，二次供水设施内流出的水的水质严重下降并会导致室内管道加速腐蚀；为了维持二次供水水质的稳定性，必须提高二次供水设施的设计，加强运行管理，尤其要重视定期清洗消毒工作，有关贮水材料的腐蚀控制，贮水量的适时调节等方面的研究也值得深人开展。

  4.4 水库容积大，在较长的水力停留时间队可能发生比较严重的底泥淤积并在下层形成厌氧环境，使硫酸盐还原茵等厌氧菌增殖，同时出现硝化和反硝化等过程r51。定期监测水库水质，观察水库底部和周壁污泥积累情况并及时清洗对优质供水和管道维护是必要的。

  4.5 提高出厂水水质，杜绝二次污染的发生是控制输配水系统腐蚀的根本途径。每种水都具有腐蚀性，其强弱与水的理化特征和所接触材料的表面性质有关。如果条件许可，应适当改进生产工艺，如用石灰调节出厂水pH，降低水的腐蚀性。一般情况下，与水质恶化有关的腐蚀主要受生物过程调控。抑制微生物在输配水系统内生长，首先要防止微生物由于处理不彻底或发生二次污染从外界进入管道。为此，可对消毒工艺和消毒剂类型进行调整。二氧化氯等消毒剂的氧化性强，杀细菌抱子和病毒等微生物的能力超过氯且除THM前驱物效果好，可先用其对原水进行初级消毒，过滤后再投加氯，确保消毒效果。氯胺反应活性差，但稳定性好，在水力停留时间长的夜间可替代氯使用，达到持续杀菌的目的。抑制微生物再生长的其他措施包括对水进行深度处理，降低微生物生长所必需的营养物质(如铁)的含量，使微生物因营养缺乏而不能繁殖生长。

  4.6 输配水系统的腐蚀与水在管道内的流态密切相关。保持经济流速不仅能降低能耗，保证供水压力，也可有效控制腐蚀的发生。在对整个输配水系统进行评价时，应设法改造缓流区等易出现水质问题的区域，在全范围内均衡供水。

  4.7 输配水系统发生腐蚀后，水质严重下降。居民可根据水质下降程度适当调整用水习惯，尽可能排尽积水后接取大口径输配水管内流出的洁净水。

  4.8 供水部门必须重视输配水系统的腐蚀问题。在腐蚀严重区，应经常开展冲洗工作。冲洗过程中，适当增加消毒剂用量，以杀死冲洗后重新悬浮的微生物。推荐在冲洗后投加腐蚀抑制剂，促进管道内表面保护膜的形成。若积累的腐蚀产物引起管道输水能力严重下降，应有计划地进行刮管衬里。

 

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