給水管道管材對水質(zhì)的影響與防腐措施

張 亮

（深圳市深水龍崗水務(wù)集團有限公司，廣東 深圳 518055）

0 引言

隨著時代發(fā)展和社會進步，我國對于給水管道材料的要求變得越來越嚴(yán)格，相關(guān)部門更加重視管道材料的發(fā)展和優(yōu)化，并投入大量資金進行研究與開發(fā)。給水系統(tǒng)所使用的材料不僅需要符合標(biāo)準(zhǔn)和要求，選擇正確合理的管道材料，才能夠更好地提升水質(zhì)，帶動給水系統(tǒng)的正常運行。吳運明[1]提出了排水管道防腐性能的提升施工技術(shù)，包括管內(nèi)防腐、表面防腐。王夏[2]對市政排水工程中使用的硬PVC 排水管材的老化進行分析，提出使用熱穩(wěn)定劑以及光穩(wěn)定劑改善老化情況。王楊[2]對不銹鋼管、PPR 管和鋼塑復(fù)合管對水質(zhì)的影響進行分析，提出不銹鋼管和PPR 管對水質(zhì)影響相對較小。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，從常見的給水管材料入手，分析不同管材對水質(zhì)的影響，并提出了管道防腐措施。

1 給水管材的要求

當(dāng)下，給水管道管網(wǎng)中使用的材料種類較多，應(yīng)結(jié)合實際施工情況，選擇最符合條件的管道材料。給水管道材料的篩選可以從以下幾個方面著手：

（1）在長期的疏水過程當(dāng)中，管道內(nèi)壁仍然可以保持光滑，并且維持較好的疏水效果；

（2）能夠承受一定的輸水壓力，有較強的荷載能力，和水接觸以后不會再額外產(chǎn)生其他的有害物質(zhì)；

（3）使用壽命較長，價格較低，安裝較為方便。

受到多種方面的影響和一些原因，在實際給水管材應(yīng)用的過程當(dāng)中很難會完全符合以上的標(biāo)準(zhǔn)。通常給水管道選擇會優(yōu)先使用金屬材料，因此，在給水的過程當(dāng)中經(jīng)常出現(xiàn)堵塞和結(jié)垢的情況，導(dǎo)致實際輸送的水質(zhì)未達到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

2 常見的給水管材材料

在我國實際給水工程中，給水管道主要使用的材料為不銹鋼管道、玻璃管道、塑料管道、環(huán)氧樹脂涂襯球磨鑄鐵管道等。

2.1 球墨鑄鐵管道

球墨鑄鐵管道主要是在原鋼成分的基礎(chǔ)之上，將鎂合金及鎂等金屬加入已經(jīng)熔化的鐵水當(dāng)中，讓鐵水呈現(xiàn)出石墨球狀。石墨鑄鐵管道的主要特性是韌性較大，強度較高，有較好的耐熱性和抗腐蝕性，實際的管壁厚度也較薄。不僅使給水管道內(nèi)部涂抹防腐涂層，增加了防腐效果，更讓球墨鑄鐵管道在實際應(yīng)用中，增強了抗老化、抗沖擊及更快干燥的特性。我國城市當(dāng)中給水管道材料通常使用的也是經(jīng)過環(huán)氧樹脂涂抹的球墨鑄鐵管道。

2.2 不銹鋼管道

不銹鋼管道有較好的耐磨特性和力學(xué)特性，強大的抗腐蝕性能以及拉伸能力。不銹鋼管道通常可以在-270℃～400℃的溫度進行穩(wěn)定安全的工作，因此，無論處在何等自然環(huán)境中，都會有著較為穩(wěn)定的工作特性。其較好的保溫性能也有效地降低了管道漏損的可能性。不銹鋼管的使用壽命較長，且基本不需要維修，運行費用較低，通常綜合的運行使用成本是鋼管的1/2，有效避免了管道更換的費用及麻煩。

2.3 玻璃鋼管

玻璃鋼管是當(dāng)代一種有著較好性能的新型復(fù)合材料，與傳統(tǒng)的塑料管材及混凝土管材相比，有著較好的耐腐蝕和耐水性，且強度較高，力學(xué)性能好，有較好的耐溫性，運營維護的費用較低，通常使用壽命較長，穩(wěn)定且安全。

2.4 塑料鋼管

塑料鋼管通常使用可塑性材料，能夠通過多次加工的方式來使其成型。一般給水管道使用的都是高密度的聚乙烯，軟化的溫度通?？梢赃_到120℃左右，有著較好的抗沖擊能力和柔韌性。塑料管道實際的連接方式也比較便捷，能夠保證連接口不漏水，在輸水過程中也不易造成污染，能夠有效保證水質(zhì)穩(wěn)定。塑料鋼管通常也不會受到施工現(xiàn)場影響，極大地提升了供水的安全性和穩(wěn)定性。

3 管道管材對供水水質(zhì)的影響及檢測分析

3.1 金屬管材對水質(zhì)的影響

過多的微生物繁殖會使金屬管材出現(xiàn)結(jié)垢的情況，腐蝕物中大量的藻類細(xì)菌和微生物都會造成水質(zhì)迅速惡化，如果不進行防腐處理，那么金屬管道在運行5～10 年左右，就會出現(xiàn)影響水質(zhì)的污垢。出廠水并不是處理后的純凈水，水中會存在一些微生物及金屬元素，當(dāng)水在管道中流動輸送時，由于涂層材料的脫落、化學(xué)物分解等原因，水與管道的內(nèi)壁材質(zhì)會發(fā)生化學(xué)作用。與此同時，水中所殘留的細(xì)菌和微生物也會再次繁殖，導(dǎo)致管道內(nèi)的水質(zhì)出現(xiàn)一定的變化。

腐蝕是由周圍介質(zhì)的化學(xué)和電化學(xué)作用引起的，怠速電流，含水量受酸度、堿度、濕度等因素都會對腐蝕速度造成影響。在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，如果生產(chǎn)人員專業(yè)水平不高，容易造成輸送管道質(zhì)量缺陷，不符合標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品流入建設(shè)項目，造成輸送管道內(nèi)外壁開裂和腐蝕。在施工過程中，操作人員不按照標(biāo)準(zhǔn)要求施工，在采取防腐措施前不清潔輸送管道，灰塵、油污會對防腐效果造成影響。部分污水管道不符合規(guī)范要求，例如有的排污管道沒有壓實回填、埋藏不深等。這些小問題在工程實踐中往往會導(dǎo)致管道腐蝕和泄漏。如果在施工過程中對已經(jīng)完工的輸送管道保護不足，在交叉施工過程中，其他專業(yè)工程機械的滾動會損壞輸送管道及防腐涂層，加速輸送管道腐蝕。管道埋地后，更容易與地下水及周圍環(huán)境發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，如果在施工過程中沒有妥善處理環(huán)境因素的影響，管道在使用過程中可能會出現(xiàn)腐蝕問題。

3.2 色譜-質(zhì)譜聯(lián)機定性檢測

使用色譜質(zhì)譜聯(lián)機進行水質(zhì)檢測，檢測發(fā)現(xiàn)出廠水經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)后，一共出現(xiàn)了105 種有機物。經(jīng)統(tǒng)計，應(yīng)用環(huán)氧樹脂涂襯鐵柱管的水中，增加了36 種有機物。應(yīng)用不銹鋼管道的水中增加了34 種有機物。應(yīng)用玻璃鋼管道的水中，增加了28種有機物，應(yīng)用鑄鐵管道的水中增加51 種有機物。鑄鐵管道增加量最多，主要是因為鑄鐵管道在長期運行當(dāng)中內(nèi)壁腐蝕較為嚴(yán)重，管道在水中與腐蝕物質(zhì)出現(xiàn)了劇烈的化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致水中有機物大量產(chǎn)生，并且在51 種新增有機物當(dāng)中，存在12種有害物質(zhì)。而使用環(huán)氧樹脂進行涂層的鑄鐵管道，因為有環(huán)氧樹脂防護，其實際防腐能力相對提高，因此水中出現(xiàn)的微生物數(shù)量降低，有機物的量也隨之下降。由此可見，對鑄鐵管道采取防腐 措施以后，能夠預(yù)防管道內(nèi)壁腐爛，減少水中出現(xiàn)有害物質(zhì)和有機物質(zhì)的可能性，從而優(yōu)化水質(zhì)。不銹鋼管道在進行相應(yīng)的反應(yīng)之后產(chǎn)生了新產(chǎn)物，對于實際供水水質(zhì)的影響性并不大。玻璃管材是對水質(zhì)影響最小的管材，但是在我國給水系統(tǒng)中玻璃管材的實際使用率并不高。最終，通過色譜質(zhì)譜聯(lián)機定性檢測可以發(fā)現(xiàn)不銹鋼管道對于水質(zhì)的實際影響最小，使用不銹鋼管道進行給水輸送，能有效保障水質(zhì)與用水安全。

3.3 掃描電鏡觀察

對城市的供水管道管材進行電鏡掃描，電鏡觀察時發(fā)現(xiàn)球墨鑄鐵管道腐蝕程度較大，且在腐蝕后，腐蝕物較為疏松并有許多孔隙和孔洞，大量的微生物藏于孔隙中，導(dǎo)致殺毒劑的作用無法充分發(fā)揮。觀察管道內(nèi)部微生物的生長情況，發(fā)現(xiàn)球墨鑄鐵管道內(nèi)部粗糙，微生物能夠吸附在管壁上，為微生物后續(xù)的繁衍和發(fā)展提供了生長場所，導(dǎo)致管壁的細(xì)菌密度較大，因此管道內(nèi)壁十分容易受到侵蝕。使用環(huán)氧樹脂涂襯的球波鑄鐵管道，在管壁長時間和水接觸的過程當(dāng)中，存在著部分涂層脫落的情況，依然存在一定程度的侵蝕。

3.4 管材對細(xì)菌再生長的影響

經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，不銹鋼管材腐蝕程度較輕。環(huán)氧樹脂由高分子有機物構(gòu)成，不存在細(xì)菌吸附的情況，且不銹鋼管道也不會向水中釋放有機物，因此不銹鋼管道內(nèi)壁實際的細(xì)菌密度比較小。我國通常在水廠使用液氯對出廠水進行消毒，管道材質(zhì)對給水管道中余氯的衰減情況會產(chǎn)生一定影響。如果管材內(nèi)部穩(wěn)定性較好，管壁很難受到侵蝕，這是因為管壁存在極少量的沉積物和腐蝕產(chǎn)物，所消耗余氯較少。如果管壁較為粗糙且化學(xué)穩(wěn)定性較弱，那么就會大量消耗氯，當(dāng)余氯消耗殆盡時，微生物就會大量繁殖，再一次腐蝕管壁，造成水質(zhì)二次污染。從給水管道的管材對于管道內(nèi)部余氯產(chǎn)生的影響效果來看，球墨鑄鐵管道余氯衰退速度要大于經(jīng)由環(huán)氧樹脂涂襯處理的球墨鑄鐵管道，而不銹鋼管與球墨鑄鐵管道相比余氯衰退速度最低，因此可以合理使用環(huán)氧樹脂對球墨鑄鐵管道進行涂襯，能夠有效地減緩給水管道中余氯的衰退速度。

4 防治措施

4.1 提高出水水質(zhì)和穩(wěn)定性

我國市政給水工程當(dāng)中，使用的管道為無毒、抗腐蝕性較強的塑料管道，隨著我國城市供水標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，飲用水中所含的放射性物質(zhì)及化學(xué)物質(zhì)不會影響到人的身體健康，且不存在致病的微生物，水的實際感官性狀較好。但受到環(huán)境因素的影響，珠江下游水質(zhì)普遍呈現(xiàn)低堿度、低硬度、低PH、腐蝕性強的特點，對水廠出廠水及管網(wǎng)穩(wěn)定帶來顯著影響，對供水安全帶來潛在風(fēng)險[3]。常規(guī)提高水質(zhì)穩(wěn)定性的做法是調(diào)節(jié)原水的酸堿度，將PH調(diào)至7～8.5左右，以提高出廠水水質(zhì)的穩(wěn)定性，新建給水管道采用玻璃鋼管、環(huán)氧樹脂、涂襯球墨鑄鐵管以及塑料管等材質(zhì)，能夠有效減少管道的腐蝕和結(jié)垢。

4.2 老舊供水管道修復(fù)技術(shù)

新敷設(shè)的管道費用較高。因此常采用管道修復(fù)技術(shù)對老舊管網(wǎng)進行維護，對于運行年限較長的舊管道，及時采取管道防腐措施十分重要。除銹是針對管道翻新的主要方式。除此以外，在實際項目的應(yīng)用中，只選用一種方式很難達到理想的處理效果，因此，需要對管道內(nèi)壁結(jié)垢的成分進行研究后，選擇多種方式組合進行清除。目前比較成熟的給水管道修復(fù)技術(shù)主要為以下幾種[4-7]：

（1）高壓射流法。高壓射流法通過使用高壓水，靠噴水向后射出的反作用力，能夠?qū)⒐艿纼?nèi)部的污垢打碎、脫落，再隨著水流逐漸排出。這種方式主要適用于管徑不大的管道，通常使用的高壓橡膠管的長度在50～70m。

（2）機械清洗。機械清洗法適用于管道內(nèi)壁已經(jīng)形成較為頑固的污垢，僅用高壓射流法很難進行解決的情況，此時采用機械刮除的方式可有效刮除管內(nèi)結(jié)垢。對于較小口徑的管道結(jié)垢進行刮除時，使用的道具由切削環(huán)、刮管環(huán)及鋼絲刷共同組成，使用鋼絲繩在管道內(nèi)來回地拖動道具，能夠刮下管內(nèi)結(jié)垢并洗刷干凈。

（3）電動刮管機。管徑為500～1 200mm 的管道，可用錘擊式的電動刮管機，刮管機器主要使用鏈輪進行旋轉(zhuǎn)，以此實現(xiàn)管道內(nèi)壁污垢清除，通過地面的自動操控臺操控刮垢，比人工除垢更加便捷。

（4）彈性沖管器。使用彈性沖管器對管道內(nèi)部的附著物進行刮除并清洗管道時，需要結(jié)合實際情況，針對不同的污垢和腐蝕處使用不同的輕管器，不但能用于清除對管道內(nèi)部的銹蝕污垢，同時還可以用于清理通水前的新管道，這種方式具有高效和節(jié)水的效果。

（5）空氣脈沖法?？諝饷}沖法可使氣水混合物的壓力不斷變化，以此讓管道內(nèi)壁的附著物自動脫落，這種方式適用于城市供水管道除銹。

（6）酸洗法。將一定濃度的硫酸或者鹽酸倒入管道中，浸泡14～18h 左右，可以去除鐵銹以及碳酸鹽等沉積物，浸泡后再使用清水沖洗，直到水內(nèi)不出現(xiàn)溶解物質(zhì)以及酸為止。但由于酸性溶液會對管壁造成腐蝕，因此在使用該方法時，需同步加入緩釋劑，保護管壁不被酸腐蝕。

（7）脫脂法。脫脂法能夠去除金屬的管道上的油脂，包括使用溶劑法、電解法等，經(jīng)過處理后的表面應(yīng)當(dāng)達到工業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)，即露出金屬光澤。

4.3 管壁防腐涂料

選擇合適的管壁防腐涂料是保護金屬材質(zhì)管道的必要措施，防腐涂料種類隨著技術(shù)發(fā)展而逐漸豐富。我國在1995 年引進了聚乙烯防腐涂料，在管道外應(yīng)用聚烯烴、膠粘劑和環(huán)氧涂料能夠避免管道受到外界環(huán)境影響[8]。無機非金屬材料防腐多采用水泥、搪瓷、玻璃、陶瓷等材料，具有耐磨性好等優(yōu)點。使用納米材料可以提高管道韌性，強化管道的防腐防水能力，該方法近年來已應(yīng)用于要求較高的工程防腐中。

對于老舊的供水管道，清洗后還需在管道內(nèi)部刷防腐涂料層，這樣不但可以讓舊管道恢復(fù)原有的疏水活力，還可延長舊管道的實際使用壽命，常見的方式包括水泥漿襯里、環(huán)氧樹脂涂襯以及內(nèi)襯軟管三種[9]。水泥砂漿襯里主要是依靠著管壁的支撐和自身的結(jié)構(gòu)力，使管道實際的結(jié)構(gòu)變得更加牢固，粗糙指數(shù)也會比金屬管小，不僅能對管壁起到物理保障，還能起到防腐的化學(xué)保障。水泥砂漿襯里涂層的厚度通常在3～5mm，水泥砂漿常選用石英砂、礦渣水泥等，水泥、沙和水按1：1：0.4左右的比例進行混合。環(huán)氧樹脂有較好的緊密性、耐磨性和柔韌性，硬化劑與環(huán)氧樹脂混合后的反應(yīng)型樹脂，能夠快速形成耐用且堅固的涂層，經(jīng)兩小時養(yǎng)護就可以開始使用。內(nèi)襯軟管是在傳統(tǒng)的舊管內(nèi)襯套管后，進行再一次套管，這樣的方式可以改變原有結(jié)構(gòu)狀況，形成管中有管的防腐形式，有較好的防腐效果。但該方法實際造價較高，內(nèi)側(cè)軟管的材料需從國外進口，很難進行大量推廣。

4.4 電化學(xué)保護

電化學(xué)保護是利用電流調(diào)節(jié)金屬的腐蝕電位，以減少腐蝕對金屬管道的影響，該方法分為陰極保護和陽極保護，犧牲陽極保護法是目前最常用的方法[10]。給水管道易受外界環(huán)境影響，埋地給水管道腐蝕的一個重要原因是土壤中存在電流。因此在管道具體設(shè)計時，需要根據(jù)設(shè)計項目所處的地理位置、對周邊條件、水文、土壤、溫度、濕度、潛在危害等環(huán)境因素進行全面分析和評價，為管道防腐措施制定提供實用依據(jù)，埋設(shè)管道后還要實時監(jiān)測管道腐蝕情況，科學(xué)有效地保障水質(zhì)。

5 結(jié)論

隨著技術(shù)發(fā)展，給水管道材料日益豐富，不同管材對水質(zhì)也有著不同影響，經(jīng)過對常用管材的檢測研究發(fā)現(xiàn)，不銹鋼管材具有較好的抗腐蝕性，對于水質(zhì)的實際影響最小，因此使用不銹鋼管道進行給水輸送，能有效保障水質(zhì)。給水管道出現(xiàn)腐蝕情況會對供水水質(zhì)造成污染，無法保障人們的用水質(zhì)量與安全，因此要做好給水管道除垢與防腐措施，利用新的管材以及防腐涂料提高管道的防腐性能，以此保障人們的用水安全。