管道材質(zhì)對(duì)供水管網(wǎng)水質(zhì)的影響

王 悠

(佛山市禪城區(qū)供水有限公司，廣東佛山528000)

《城市供水行業(yè)2010年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃及2020年遠(yuǎn)景目標(biāo)》對(duì)管網(wǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)提出了明確的目標(biāo),《廣東省城市供水管理規(guī)定》和《佛山市供用水管理規(guī)定》也強(qiáng)調(diào)了供用水管理規(guī)定需嚴(yán)格遵守國家水質(zhì)管理的標(biāo)準(zhǔn)要求。城市供水企業(yè)應(yīng)當(dāng)采取措施，保證供水水質(zhì)符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

原水在供水企業(yè)經(jīng)多種工藝處理、水質(zhì)經(jīng)106項(xiàng)檢測(cè)符合《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》[1]后出廠，通過配水管網(wǎng)供應(yīng)至用戶。因此從出廠到管網(wǎng)末端的水質(zhì)變化，主要來自管道運(yùn)輸過程的影響，包括管道開裂引起泥沙滲入、周邊各種道路施工導(dǎo)致管道震動(dòng)管垢剝落、管道長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行出現(xiàn)管銹導(dǎo)致水黃等，供水管道材料的不同會(huì)對(duì)管網(wǎng)水質(zhì)產(chǎn)生不同程度的影響。

筆者基于供水管網(wǎng)GIS，對(duì)佛山市禪城區(qū)的供水管網(wǎng)進(jìn)行科學(xué)選點(diǎn)和采樣，選取具有代表性的水質(zhì)項(xiàng)目開展檢測(cè)，通過管網(wǎng)的類型、管齡和采樣點(diǎn)項(xiàng)目檢測(cè)數(shù)據(jù)，分析管材對(duì)管網(wǎng)水質(zhì)的影響。

1 研究方案

佛山市禪城區(qū)原水為北江，屬于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)[2]II類水。市區(qū)(除南莊)主要由3座水廠供水，出廠水近5年內(nèi)所有項(xiàng)目均符合《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5949—2006)，合格率為100%。截至2019年底，禪城區(qū)管網(wǎng)累計(jì)總長(zhǎng)度達(dá)1 600余公里，管材以鋼管為主，占31.23%，其次為鑄鐵管(灰口鑄鐵管)19.47%、鍍鋅管(除鋼塑鍍鋅管)13.90%、球墨鑄鐵管10.29%，不同管徑、長(zhǎng)度與管材的供水管道所占比例詳見表1。由于塑料管(PE管)、鍍鋅管(鋼塑管)僅用于村居級(jí)和小區(qū)樓盤內(nèi)等表后小口徑配水管網(wǎng)，在城鎮(zhèn)主要供水管道中的使用率極低，與其它類別管材的對(duì)比價(jià)值很小，因此重點(diǎn)研究對(duì)象為鋼管、球墨鑄鐵管、鋼筋混凝土管和鑄鐵管。

表1 禪城區(qū)供水管網(wǎng)中各類管道占比Tab.1 Proportion of various pipelines in water supply network of Chancheng District %

1.1 采樣點(diǎn)的選擇

在禪城各片區(qū)(除南莊)的小區(qū)布點(diǎn)，對(duì)符合條件的小區(qū)周邊表前3～4個(gè)消防栓進(jìn)行采樣檢測(cè)，取平均值。在不影響小區(qū)居民用水的同時(shí)，盡量減少其它因素對(duì)管網(wǎng)水質(zhì)的干擾。篩選條件包括：樓盤附近管齡較長(zhǎng)(>15 a);入住率較高;用水量正常(不出現(xiàn)不定期的大幅度波動(dòng));10 a內(nèi)未更換過表前管道，近期周邊沒有開展涉及挖地動(dòng)工的道路工程；位于管網(wǎng)末端。最后確定如圖1所示的14個(gè)采樣點(diǎn)，采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的管網(wǎng)信息見表2。

圖1 管網(wǎng)水采樣點(diǎn)分布Fig.1 Distribution of water sampling points in pipeline network

表2 各個(gè)采樣點(diǎn)的管材和管齡Tab.2 Pipe material and pipe age of each sampling point

1.2 分析項(xiàng)目與依據(jù)

通過綜合分析禪城區(qū)歷年出廠水、管網(wǎng)水質(zhì)數(shù)據(jù)得知，在實(shí)際情況和因素的影響下，管網(wǎng)水質(zhì)變化、波動(dòng)的主要項(xiàng)目為濁度、pH、余氯、肉眼可見物、色度、菌落總數(shù)、鐵、錳、揮發(fā)酚。其中，揮發(fā)酚主要在原水發(fā)生突發(fā)性水源污染時(shí)出現(xiàn)異常變化；肉眼可見物和色度的主觀誤差較大。因此，選擇其余6項(xiàng)作為主要評(píng)價(jià)參數(shù)，評(píng)價(jià)依據(jù)為《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)。

1.3 檢測(cè)方法

濁度：散射法-福爾馬肼標(biāo)準(zhǔn)；余氯：N,N-二乙基對(duì)苯二胺(DPD)分光光度法；pH：電極法；菌落總數(shù)：平皿計(jì)數(shù)法；鐵和錳：原子吸收分光光度法。濁度和余氯在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，水樣在消防栓放水5 min后開始采集。

統(tǒng)計(jì)全部采樣點(diǎn)6項(xiàng)指標(biāo)的檢測(cè)結(jié)果、平均值和合格率，并與該項(xiàng)目2019年出廠水平均值作比較，考察其受管材等因素影響下的變化幅度。篩選變化幅度較大的檢驗(yàn)項(xiàng)目，與各采樣點(diǎn)管材進(jìn)行比較，評(píng)價(jià)管材對(duì)管網(wǎng)水質(zhì)造成的影響。

2 數(shù)據(jù)分析

從表3可以看出，除濁度合格率為85.71%外，各個(gè)采樣點(diǎn)其他各項(xiàng)指標(biāo)的合格率均為100%。

表3 采樣點(diǎn)6項(xiàng)指標(biāo)的平均值和合格率Tab.3 Average value and qualified rate of six indexes of sampling points

由表3可見，禪城區(qū)供水水質(zhì)從出廠到用戶表前消防栓存在小幅下降，但總體仍在國家標(biāo)準(zhǔn)限值之內(nèi)。除濁度合格率稍低外，其他5項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。較出廠水而言，各采樣點(diǎn)波動(dòng)最大的項(xiàng)目為濁度，上升幅度為0.2～4.9 NTU；其次為余氯，下降幅度為0.1～0.8 mg/L，其余項(xiàng)目例如菌落總數(shù)、pH、鐵、錳均與出廠水持平。

以管材對(duì)采樣點(diǎn)進(jìn)行分類，與項(xiàng)目濁度、余氯作圖。從圖2、圖3可以發(fā)現(xiàn)，管道經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行使用后，管材對(duì)這2項(xiàng)指標(biāo)都產(chǎn)生了一定影響。

在濁度方面，鑄鐵材質(zhì)對(duì)管網(wǎng)水濁度的影響最大。采樣點(diǎn)2和12的濁度平均值大于3 NTU，采樣點(diǎn)10的濁度也超過1 NTU。鋼管采樣點(diǎn)全部合格，除13號(hào)采樣點(diǎn)超過1 NTU外，剩下各點(diǎn)均在限值內(nèi)。球墨鑄鐵管和鋼筋混凝土管的平均濁度較出廠水只有較小的上升，分別為0.5和0.2 NTU，所有采樣點(diǎn)的平均值均低于1 NTU。

在余氯方面，不同材質(zhì)管道的余氯測(cè)定結(jié)果無明顯差異，較出廠水的下降趨勢(shì)和幅度較為平均。

圖2 各類管材管道采樣點(diǎn)的濁度Fig.2 Turbidity of sampling points of various pipe material

取采樣點(diǎn)余氯、濁度、鐵的平均值，計(jì)算出廠水對(duì)應(yīng)項(xiàng)目的增長(zhǎng)率并作折線圖。從圖4可以發(fā)現(xiàn)：余氯的增長(zhǎng)率與不同管材之間沒有明顯的相關(guān)性。濁度增長(zhǎng)率極易受管材影響，其中鑄鐵管>鋼管>球墨鑄鐵管>鋼筋混凝土管，比出廠水分別平均上升1.7，0.6，0.5和0.2 NTU。分析認(rèn)為，造成管網(wǎng)水濁度升高的主要原因可能為：含鐵管道的管齡較長(zhǎng)時(shí)，管道受到腐蝕，開始出現(xiàn)鐵銹，脫落的鐵銹等管垢隨管網(wǎng)壓力沖出管道，引起水中微粒增多、濁度升高。鐵的增長(zhǎng)率總體相差較小，鑄鐵管和鋼管增長(zhǎng)率分別為5%和4%，平均上升0.005和0.004 mg/L，球墨鑄鐵管和鋼筋混凝土管較出廠水持平甚至降低。雖然前兩者的增長(zhǎng)率相對(duì)較高，但未出現(xiàn)大幅上升的現(xiàn)象。

圖3 各類管材管道采樣點(diǎn)的余氯Fig.3 Residual chlorine of sampling points of various pipe material

圖4 各類管材管道水的水質(zhì)Fig.4 Water quality of pipes of various material

3 結(jié)論

① 排除用水量、管齡、施工等因素的干擾后，在禪城區(qū)城鎮(zhèn)供水管網(wǎng)中，濁度是不同管材引起水質(zhì)變化和差異最大的指標(biāo)。

② 鑄鐵管濁度較出廠水增幅最大，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鋼管、球墨鑄鐵管、鋼筋混凝土管。當(dāng)管齡較長(zhǎng)(>15 a)時(shí)，鑄鐵管材容易被腐蝕，鐵銹和管垢會(huì)極大程度地影響水質(zhì)。

③ 鋼管、球墨鑄鐵管、鋼筋混凝土管都會(huì)使?jié)岫劝l(fā)生變化，但其程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鑄鐵管，且鋼管>球墨鑄鐵管>鋼筋混凝土管。鋼管由于耐腐蝕能力較弱、防腐要求高，對(duì)管網(wǎng)水濁度也會(huì)產(chǎn)生微小的影響。

④ 管網(wǎng)水中的鐵與出廠水相比有一定增長(zhǎng)，主要表現(xiàn)在鑄鐵管和鋼管兩種管材，但增長(zhǎng)幅度較低。由于禪城區(qū)原水、出廠水、管網(wǎng)水均偏堿性，常年pH平均值都在7.2～7.9之間且市區(qū)內(nèi)大口徑管道水壓較大，水體與管垢的接觸時(shí)間短，鐵銹在短時(shí)間內(nèi)被沖出管網(wǎng)，存留在管道的鐵銹并不足以導(dǎo)致水中鐵濃度大規(guī)模上升。

⑤ 余氯濃度較出廠水普遍下降，但與管材無明顯相關(guān)性，下降原因可能為水體運(yùn)輸過程中光解、與水中有機(jī)物和無機(jī)物反應(yīng)等。

4 結(jié)語

① 球墨鑄鐵管是比較理想的管材，技術(shù)性能好，承受內(nèi)壓高和受外荷載大，耐腐蝕性強(qiáng)，管內(nèi)壁光滑(內(nèi)襯防腐層為水泥砂漿)可防止二次污染。因其抗腐蝕能力出色，內(nèi)壁不易產(chǎn)生管垢，對(duì)管網(wǎng)水質(zhì)影響很小。采用T型橡膠圈柔性接口，嚴(yán)密性強(qiáng)，漏耗水量少，節(jié)能，使用壽命長(zhǎng)。近10余年來，廣泛應(yīng)用于大、中、型城市管網(wǎng)改造和新建管道工程中，也是禪城區(qū)內(nèi)新裝管道選用頻率最高的管材。

② 鋼管的技術(shù)性能好，承受內(nèi)壓高和受外荷載大，韌性好，耐沖擊，對(duì)復(fù)雜地質(zhì)有較強(qiáng)的適應(yīng)性，造價(jià)比球墨鑄鐵管稍高。但管道防腐要求高，管道的加工要求精度高，維護(hù)工作量大，耐腐蝕性差，需采用特殊的防腐措施。若維護(hù)不當(dāng)，可能影響管網(wǎng)水的濁度、鐵等項(xiàng)目，進(jìn)而影響用水水質(zhì)。

③ 鋼筋混凝土管與鋼管相比，可以節(jié)約大量鋼材，延長(zhǎng)使用壽命，硬度較高，能承受較強(qiáng)的水壓。由于混凝土材料的特性，其主要成分為水泥(硅酸鹽)、砂、石，不含鐵等金屬成分或含量極低，很少出現(xiàn)鐵銹管垢的情況，管內(nèi)壁對(duì)水質(zhì)的影響小。但由于自重大，安裝周期長(zhǎng)，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，抗裂性差且抗拉強(qiáng)度非常低，周邊地區(qū)施工也會(huì)影響其使用壽命并加速管道開裂，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后管外的地下水、泥沙容易混合滲入管內(nèi)，污染水質(zhì)。

④ 鑄鐵管在管網(wǎng)內(nèi)水壓下具有良好的撓曲性、伸縮性，能適應(yīng)較大的軸向位移和橫向由撓變形，適用于建筑物地下，造價(jià)低，適用面廣。但由于材質(zhì)原因，長(zhǎng)時(shí)間使用后內(nèi)壁會(huì)發(fā)生腐蝕，同時(shí)腐蝕產(chǎn)物還會(huì)沉淀、粘結(jié)在管道內(nèi)壁形成管垢，影響水質(zhì)，減弱管道的輸水能力。

⑤ 為了更好地改善管網(wǎng)水質(zhì)，減少管網(wǎng)材質(zhì)因素對(duì)水質(zhì)的影響，禪城區(qū)正按照計(jì)劃，配合市、區(qū)政府工程，逐步對(duì)供水管網(wǎng)進(jìn)行替換，淘汰城鎮(zhèn)管網(wǎng)中現(xiàn)有的鑄鐵管。輸配水管道材質(zhì)的選擇不僅對(duì)工程造價(jià)影響較大，還會(huì)直接關(guān)系到整個(gè)輸水系統(tǒng)，例如水壓、水質(zhì)、密閉性的安全。因此應(yīng)根據(jù)工程的具體特點(diǎn)、水質(zhì)狀況和市場(chǎng)供應(yīng)條件，進(jìn)行供水管道和管網(wǎng)的選用和安裝施工。