管道材質對供水管網水質的影響

王 悠

(佛山市禪城區供水有限公司，廣東佛山528000)

《城市供水行業2010年技術進步發展規劃及2020年遠景目標》對管網水質監測提出了明確的目標,《廣東省城市供水管理規定》和《佛山市供用水管理規定》也強調了供用水管理規定需嚴格遵守國家水質管理的標準要求。城市供水企業應當采取措施，保證供水水質符合國家有關標準。

原水在供水企業經多種工藝處理、水質經106項檢測符合《生活飲用水衛生標準》[1]后出廠，通過配水管網供應至用戶。因此從出廠到管網末端的水質變化，主要來自管道運輸過程的影響，包括管道開裂引起泥沙滲入、周邊各種道路施工導致管道震動管垢剝落、管道長時間運行出現管銹導致水黃等，供水管道材料的不同會對管網水質產生不同程度的影響。

筆者基于供水管網GIS，對佛山市禪城區的供水管網進行科學選點和采樣，選取具有代表性的水質項目開展檢測，通過管網的類型、管齡和采樣點項目檢測數據，分析管材對管網水質的影響。

1 研究方案

佛山市禪城區原水為北江，屬于《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)[2]II類水。市區(除南莊)主要由3座水廠供水，出廠水近5年內所有項目均符合《生活飲用水衛生標準》(GB 5949—2006)，合格率為100%。截至2019年底，禪城區管網累計總長度達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)僅用于村居級和小區樓盤內等表后小口徑配水管網，在城鎮主要供水管道中的使用率極低，與其它類別管材的對比價值很小，因此重點研究對象為鋼管、球墨鑄鐵管、鋼筋混凝土管和鑄鐵管。

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

1.1 采樣點的選擇

在禪城各片區(除南莊)的小區布點，對符合條件的小區周邊表前3～4個消防栓進行采樣檢測，取平均值。在不影響小區居民用水的同時，盡量減少其它因素對管網水質的干擾。篩選條件包括：樓盤附近管齡較長(>15 a);入住率較高;用水量正常(不出現不定期的大幅度波動);10 a內未更換過表前管道，近期周邊沒有開展涉及挖地動工的道路工程；位于管網末端。最后確定如圖1所示的14個采樣點，采樣點對應的管網信息見表2。

圖1 管網水采樣點分布Fig.1 Distribution of water sampling points in pipeline network

表2 各個采樣點的管材和管齡Tab.2 Pipe material and pipe age of each sampling point

1.2 分析項目與依據

通過綜合分析禪城區歷年出廠水、管網水質數據得知，在實際情況和因素的影響下，管網水質變化、波動的主要項目為濁度、pH、余氯、肉眼可見物、色度、菌落總數、鐵、錳、揮發酚。其中，揮發酚主要在原水發生突發性水源污染時出現異常變化；肉眼可見物和色度的主觀誤差較大。因此，選擇其余6項作為主要評價參數，評價依據為《生活飲用水衛生標準》(GB 5749—2006)。

1.3 檢測方法

濁度：散射法-福爾馬肼標準；余氯：N,N-二乙基對苯二胺(DPD)分光光度法；pH：電極法；菌落總數：平皿計數法；鐵和錳：原子吸收分光光度法。濁度和余氯在現場測定，水樣在消防栓放水5 min后開始采集。

統計全部采樣點6項指標的檢測結果、平均值和合格率，并與該項目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項目，與各采樣點管材進行比較，評價管材對管網水質造成的影響。

2 數據分析

從表3可以看出，除濁度合格率為85.71%外，各個采樣點其他各項指標的合格率均為100%。

表3 采樣點6項指標的平均值和合格率Tab.3 Average value and qualified rate of six indexes of sampling points

由表3可見，禪城區供水水質從出廠到用戶表前消防栓存在小幅下降，但總體仍在國家標準限值之內。除濁度合格率稍低外，其他5項指標均達到國家標準。較出廠水而言，各采樣點波動最大的項目為濁度，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，其余項目例如菌落總數、pH、鐵、錳均與出廠水持平。

以管材對采樣點進行分類，與項目濁度、余氯作圖。從圖2、圖3可以發現，管道經長時間運行使用后，管材對這2項指標都產生了一定影響。

在濁度方面，鑄鐵材質對管網水濁度的影響最大。采樣點2和12的濁度平均值大于3 NTU，采樣點10的濁度也超過1 NTU。鋼管采樣點全部合格，除13號采樣點超過1 NTU外，剩下各點均在限值內。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，所有采樣點的平均值均低于1 NTU。

在余氯方面，不同材質管道的余氯測定結果無明顯差異，較出廠水的下降趨勢和幅度較為平均。

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

取采樣點余氯、濁度、鐵的平均值，計算出廠水對應項目的增長率并作折線圖。從圖4可以發現：余氯的增長率與不同管材之間沒有明顯的相關性。濁度增長率極易受管材影響，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。分析認為，造成管網水濁度升高的主要原因可能為：含鐵管道的管齡較長時，管道受到腐蝕，開始出現鐵銹，脫落的鐵銹等管垢隨管網壓力沖出管道，引起水中微粒增多、濁度升高。鐵的增長率總體相差較小，鑄鐵管和鋼管增長率分別為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。雖然前兩者的增長率相對較高，但未出現大幅上升的現象。

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

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

3 結論

① 排除用水量、管齡、施工等因素的干擾后，在禪城區城鎮供水管網中，濁度是不同管材引起水質變化和差異最大的指標。

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

③ 鋼管、球墨鑄鐵管、鋼筋混凝土管都會使濁度發生變化，但其程度遠遠低于鑄鐵管，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，對管網水濁度也會產生微小的影響。

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

⑤ 余氯濃度較出廠水普遍下降，但與管材無明顯相關性，下降原因可能為水體運輸過程中光解、與水中有機物和無機物反應等。

4 結語

① 球墨鑄鐵管是比較理想的管材，技術性能好，承受內壓高和受外荷載大，耐腐蝕性強，管內壁光滑(內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，內壁不易產生管垢，對管網水質影響很小。采用T型橡膠圈柔性接口，嚴密性強，漏耗水量少，節能，使用壽命長。近10余年來，廣泛應用于大、中、型城市管網改造和新建管道工程中，也是禪城區內新裝管道選用頻率最高的管材。

② 鋼管的技術性能好，承受內壓高和受外荷載大，韌性好，耐沖擊，對復雜地質有較強的適應性，造價比球墨鑄鐵管稍高。但管道防腐要求高，管道的加工要求精度高，維護工作量大，耐腐蝕性差，需采用特殊的防腐措施。若維護不當，可能影響管網水的濁度、鐵等項目，進而影響用水水質。

③ 鋼筋混凝土管與鋼管相比，可以節約大量鋼材，延長使用壽命，硬度較高，能承受較強的水壓。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，很少出現鐵銹管垢的情況，管內壁對水質的影響小。但由于自重大，安裝周期長，費工費時，抗裂性差且抗拉強度非常低，周邊地區施工也會影響其使用壽命并加速管道開裂，長時間運行后管外的地下水、泥沙容易混合滲入管內，污染水質。

④ 鑄鐵管在管網內水壓下具有良好的撓曲性、伸縮性，能適應較大的軸向位移和橫向由撓變形，適用于建筑物地下，造價低，適用面廣。但由于材質原因，長時間使用后內壁會發生腐蝕，同時腐蝕產物還會沉淀、粘結在管道內壁形成管垢，影響水質，減弱管道的輸水能力。

⑤ 為了更好地改善管網水質，減少管網材質因素對水質的影響，禪城區正按照計劃，配合市、區政府工程，逐步對供水管網進行替換，淘汰城鎮管網中現有的鑄鐵管。輸配水管道材質的選擇不僅對工程造價影響較大，還會直接關系到整個輸水系統，例如水壓、水質、密閉性的安全。因此應根據工程的具體特點、水質狀況和市場供應條件，進行供水管道和管網的選用和安裝施工。