給水管道管材對水質的影響與防腐措施

張 亮

（深圳市深水龍崗水務集團有限公司，廣東 深圳 518055）

0 引言

隨著時代發展和社會進步，我國對于給水管道材料的要求變得越來越嚴格，相關部門更加重視管道材料的發展和優化，并投入大量資金進行研究與開發。給水系統所使用的材料不僅需要符合標準和要求，選擇正確合理的管道材料，才能夠更好地提升水質，帶動給水系統的正常運行。吳運明[1]提出了排水管道防腐性能的提升施工技術，包括管內防腐、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，提出使用熱穩定劑以及光穩定劑改善老化情況。王楊[2]對不銹鋼管、PPR 管和鋼塑復合管對水質的影響進行分析，提出不銹鋼管和PPR 管對水質影響相對較小。本文在前人研究的基礎上，從常見的給水管材料入手，分析不同管材對水質的影響，并提出了管道防腐措施。

1 給水管材的要求

當下，給水管道管網中使用的材料種類較多，應結合實際施工情況，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中，管道內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生其他的有害物質；

（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，在實際給水管材應用的過程當中很難會完全符合以上的標準。通常給水管道選擇會優先使用金屬材料，因此，在給水的過程當中經常出現堵塞和結垢的情況，導致實際輸送的水質未達到相應的標準。

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之上，將鎂合金及鎂等金屬加入已經熔化的鐵水當中，讓鐵水呈現出石墨球狀。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用中，增強了抗老化、抗沖擊及更快干燥的特性。我國城市當中給水管道材料通常使用的也是經過環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℃的溫度進行穩定安全的工作，因此，無論處在何等自然環境中，都會有著較為穩定的工作特性。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

玻璃鋼管是當代一種有著較好性能的新型復合材料，與傳統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，軟化的溫度通常可以達到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，能夠有效保證水質穩定。塑料鋼管通常也不會受到施工現場影響，極大地提升了供水的安全性和穩定性。

3 管道管材對供水水質的影響及檢測分析

3.1 金屬管材對水質的影響

過多的微生物繁殖會使金屬管材出現結垢的情況，腐蝕物中大量的藻類細菌和微生物都會造成水質迅速惡化，如果不進行防腐處理，那么金屬管道在運行5～10 年左右，就會出現影響水質的污垢。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，當水在管道中流動輸送時，由于涂層材料的脫落、化學物分解等原因，水與管道的內壁材質會發生化學作用。與此同時，水中所殘留的細菌和微生物也會再次繁殖，導致管道內的水質出現一定的變化。

腐蝕是由周圍介質的化學和電化學作用引起的，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。在產品生產過程中，如果生產人員專業水平不高，容易造成輸送管道質量缺陷，不符合標準的產品流入建設項目，造成輸送管道內外壁開裂和腐蝕。在施工過程中，操作人員不按照標準要求施工，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致管道腐蝕和泄漏。如果在施工過程中對已經完工的輸送管道保護不足，在交叉施工過程中，其他專業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境發生化學反應，如果在施工過程中沒有妥善處理環境因素的影響，管道在使用過程中可能會出現腐蝕問題。

3.2 色譜-質譜聯機定性檢測

使用色譜質譜聯機進行水質檢測，檢測發現出廠水經過化學反應后，一共出現了105 種有機物。經統計，應用環氧樹脂涂襯鐵柱管的水中，增加了36 種有機物。應用不銹鋼管道的水中增加了34 種有機物。應用玻璃鋼管道的水中，增加了28種有機物，應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中內壁腐蝕較為嚴重，管道在水中與腐蝕物質出現了劇烈的化學反應，導致水中有機物大量產生，并且在51 種新增有機物當中，存在12種有害物質。而使用環氧樹脂進行涂層的鑄鐵管道，因為有環氧樹脂防護，其實際防腐能力相對提高，因此水中出現的微生物數量降低，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，能夠預防管道內壁腐爛，減少水中出現有害物質和有機物質的可能性，從而優化水質。不銹鋼管道在進行相應的反應之后產生了新產物，對于實際供水水質的影響性并不大。玻璃管材是對水質影響最小的管材，但是在我國給水系統中玻璃管材的實際使用率并不高。最終，通過色譜質譜聯機定性檢測可以發現不銹鋼管道對于水質的實際影響最小，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，電鏡觀察時發現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，導致殺毒劑的作用無法充分發揮。觀察管道內部微生物的生長情況，發現球墨鑄鐵管道內部粗糙，微生物能夠吸附在管壁上，為微生物后續的繁衍和發展提供了生長場所，導致管壁的細菌密度較大，因此管道內壁十分容易受到侵蝕。使用環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 管材對細菌再生長的影響

經觀察發現，不銹鋼管材腐蝕程度較輕。環氧樹脂由高分子有機物構成，不存在細菌吸附的情況，且不銹鋼管道也不會向水中釋放有機物，因此不銹鋼管道內壁實際的細菌密度比較小。我國通常在水廠使用液氯對出廠水進行消毒，管道材質對給水管道中余氯的衰減情況會產生一定影響。如果管材內部穩定性較好，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物，所消耗余氯較少。如果管壁較為粗糙且化學穩定性較弱，那么就會大量消耗氯，當余氯消耗殆盡時，微生物就會大量繁殖，再一次腐蝕管壁，造成水質二次污染。從給水管道的管材對于管道內部余氯產生的影響效果來看，球墨鑄鐵管道余氯衰退速度要大于經由環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 提高出水水質和穩定性

我國市政給水工程當中，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準不斷提高，飲用水中所含的放射性物質及化學物質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。但受到環境因素的影響，珠江下游水質普遍呈現低堿度、低硬度、低PH、腐蝕性強的特點，對水廠出廠水及管網穩定帶來顯著影響，對供水安全帶來潛在風險[3]。常規提高水質穩定性的做法是調節原水的酸堿度，將PH調至7～8.5左右，以提高出廠水水質的穩定性，新建給水管道采用玻璃鋼管、環氧樹脂、涂襯球墨鑄鐵管以及塑料管等材質，能夠有效減少管道的腐蝕和結垢。

4.2 老舊供水管道修復技術

新敷設的管道費用較高。因此常采用管道修復技術對老舊管網進行維護，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，需要對管道內壁結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技術主要為以下幾種[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，能夠將管道內部的污垢打碎、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壁已經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結垢。對于較小口徑的管道結垢進行刮除時，使用的道具由切削環、刮管環及鋼絲刷共同組成，使用鋼絲繩在管道內來回地拖動道具，能夠刮下管內結垢并洗刷干凈。

（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，以此實現管道內壁污垢清除，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部的附著物進行刮除并清洗管道時，需要結合實際情況，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水的效果。

（5）空氣脈沖法。空氣脈沖法可使氣水混合物的壓力不斷變化，以此讓管道內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，直到水內不出現溶解物質以及酸為止。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，經過處理后的表面應當達到工業級標準，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管道的必要措施，防腐涂料種類隨著技術發展而逐漸豐富。我國在1995 年引進了聚乙烯防腐涂料，在管道外應用聚烯烴、膠粘劑和環氧涂料能夠避免管道受到外界環境影響[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部刷防腐涂料層，這樣不但可以讓舊管道恢復原有的疏水活力，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、環氧樹脂涂襯以及內襯軟管三種[9]。水泥砂漿襯里主要是依靠著管壁的支撐和自身的結構力，使管道實際的結構變得更加牢固，粗糙指數也會比金屬管小，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。環氧樹脂有較好的緊密性、耐磨性和柔韌性，硬化劑與環氧樹脂混合后的反應型樹脂，能夠快速形成耐用且堅固的涂層，經兩小時養護就可以開始使用。內襯軟管是在傳統的舊管內襯套管后，進行再一次套管，這樣的方式可以改變原有結構狀況，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，內側軟管的材料需從國外進口，很難進行大量推廣。

4.4 電化學保護

電化學保護是利用電流調節金屬的腐蝕電位，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。因此在管道具體設計時，需要根據設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，埋設管道后還要實時監測管道腐蝕情況，科學有效地保障水質。

5 結論

隨著技術發展，給水管道材料日益豐富，不同管材對水質也有著不同影響，經過對常用管材的檢測研究發現，不銹鋼管材具有較好的抗腐蝕性，對于水質的實際影響最小，因此使用不銹鋼管道進行給水輸送，能有效保障水質。給水管道出現腐蝕情況會對供水水質造成污染，無法保障人們的用水質量與安全，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。