供水管网二次污染的成因及防治措施

赖莉 张勇 何俊

1 概述

随着我国农村城镇化的不断推进和城市功能的日益完善,城市公共供水的规模也在不断壮大,水厂的供水能力和管网的总长度发生了质的飞跃,人们对水质的关注程度也愈来愈高。然而现阶段我国大多数城市把保证和提高水质的大量工作放在水源保护和水厂的净化工艺上,往往忽略了供水管网的“二次污染”。一般来讲,经过水厂处理过的水都能达到国家所要求的水质标准。出厂水需要通过复杂庞大的管网系统才能输送到用户,其间管线长度可达数十甚至上百千米,水在管网中的滞留时间可达数日,庞大的地下管网就如同一个大型的“反应器”。实验证明,水在这样的反应器内发生着复杂的物理、化学、生物的变化使管网结构完整性被破坏,从而导致水质发生变化,造成管网污染[1]。对用户的自来水进行长期监测,其余氯、浑浊度、细菌总数、总大肠杆菌四项常规指标和综合合格率均有较大的下降[2]。因此,常常会出现水厂出厂水水质完全符合国家标准,而用户投诉水质不合格,表现为浑浊、发黄、发红甚至发黑,这些特点都表明,水在管网输送过程中发生了二次污染。

2 供水管网二次污染的影响因素

2.1 出厂水水质稳定性

通常,水质的稳定性包括化学及生物稳定性,化学不稳定会腐蚀管道或产生管垢,生物不稳定会使细菌繁殖[3]。

化学稳定性主要就是要保持水质一定的pH范围,抑制管网中的进一步化学反应。可用饱和指数 IL(水的实测pH值(pH0)减去同一水的碳酸钙饱和平衡时的pH值(pHS))和稳定指数 IR(IR=2pHS-pH0)来表示:IL=0时,水质稳定;当 IL＞0时,碳酸盐处于过饱和,有结垢的倾向;当 IL＜0时,碳酸盐未饱和,二氧化碳过量,水对管壁具有腐蚀的倾向。当 IR＞7时,不会形成碳酸钙结垢呈腐蚀性;当IR＜7时有结垢趋势。

生物稳定性主要是指管网水中含有某些无机物、有机物及微生物会成为微生物繁殖的培养基,导致水中残存的细菌可能会再度繁殖和生长。生物稳定不会引起细菌在其中生长,主要是用AOC(生物可同化有机碳)指标来反映,它是衡量细菌在饮用水中生长潜力的水质参数。生物不稳定将导致微生物的生长繁殖,造成管网中的生物性污染。

2.2 管材对供水水质的影响

输水管材选用不当往往会产生管材内含物的外渗以及防腐衬里层脱落,而这些渗出物质都可能对水质造成污染。比如钢管镀锌层及沥青衬里可能导致水中铅、苯类、挥发性酚和总放射性等指标增高;而普遍使用的水泥砂浆衬里脱落物不但会造成水浑浊,其溶解性物质更会使pH值、硬度等指标升高,并渗出钡、铬、镉等金属污染物。实践表明,对于未作防腐处理的碳钢管道,使用年限超过5年的,其腐蚀、污垢将达到严重的程度,引起水质恶化,管道使用年限越长,腐蚀越严重,水质状况越糟[4]。

2.3 管网水停留时间的影响

在管网内的停留时间越长,则水体自身及水体与管网、水箱等输配水设施所接触表面之间越可能发生各种物理化学和生物化学的变化,最终影响管网水水质。因水在管网中停留的时间过长,当死头水中的氧消耗尽后,余氯几乎为零,管网内更易腐蚀、结垢、繁殖微生物,水质迅速恶化发臭,特别是在未涂衬或涂衬有缺陷的金属管道内更容易发生“红水”“黑水”现象[5]。

2.4 管道施工、抢修不规范造成的污染

由于管道施工过程中通常都要将管道停水断开,极易造成污染。特别是当发生大的爆管时,止水前爆管涌水而造成大量的地面积水,止水后部分积水回流到管道造成污染。此外在新装用水大户的用水、蓄水设施刚并网启用时,新管道未按照规范要求冲洗消毒。

2.5 二次供水设施对水质的污染

首先,设计施工时,工艺管道布局等不合理等。其次,选材不当。有的水池用水泥砌而不作内衬处理,以致于水泥中的有害成分渗出。另外,运行管理不善。水箱清洗的次数不够,水箱上面无盖或者遮盖不严密,这些都会导致微生物、青苔或细菌的滋生。

2.6 管网附属设施对水质的影响

为了管网的正常运行及管网功能的正常发挥,管网中尚需设置很多控制水路的阀门及其他附属设施,诸如:排水阀、排气阀、旁通阀、消火栓等。这些设备长期置于地下井室内或直接露天设置,极易腐蚀损坏而发生滴漏现象,管网一旦失压,会将附近地下污水吸入而造成污染。

3 供水管网二次污染的防治措施

3.1 提高出厂水的水质

出厂水的水质稳定性差是造成管网水水质二次污染的根本原因,所以防止管网水质的二次污染,必须保证出厂水水质的稳定性。出厂水要进行稳定性处理,在改善水质稳定性方面比较现实的做法是推行调整pH值法,即水在出厂前投加稳定剂,把pH值调整至7～8.5,提高水的化学稳定性。这种做法在欧美等发达国家已得到了广泛的应用,并且取得了很好的效果。

我国卫生部2001年颁布的《生活饮用水卫生规范》中把出厂水浊度规定为1 NTU,为改进居民生活饮用水水质提供了有力保障,同时为居民生活饮用水水质与国际接轨创造了条件。

3.2 加强管网水质的监测和预测

为了掌握管网水质变化动态,供水企业应按规定对管网采样点设置余氯连续测定仪、浊度测定仪、细菌测定仪,超过一定数值就报警。现在水质预报软件已经问世,它根据生物可降解有机物、细菌、余氯、pH值、水温等参数与水质变化的关系,可以预报管网中的余氯、细菌等指标的变化,为改善管网水质提供决策依据。

3.3 推广应用新型管材

在旧管道更换时应积极提倡采用新型管材。恰当选用管材及设备是管网合理运行的保证[8]。目前在给水工程中,PE管凭其自身独特的优势,越来越受到用户们的青睐。与其他管材相比,PE管具有如下特性:连接可靠、不泄漏;内壁光滑,管道水力条件好,水头损失小;柔韧性好;重量轻,运输、安装方便;卫生性能良好;抗应力开裂性能好;价格适中。

在选定供水系统中使用的各种材料时,必须从毒理学及微生物学两方面充分进行研究。对新材料应该进行水质析出实验,考察材质对水质的影响。

3.4 完善二次供水设施的设计与施工,加强管理

在设计施工方面,应把水质卫生列入给水工程设计、施工的必要程序。选用防污染、卫生的及耐腐蚀的材质。合理解决生活与消防共用水池(箱)的问题,定期对水箱进行消毒、冲洗,减少水在水箱中的停留时间。

在管理方面,制定城市二次供水管理的行政规章制度,建立二次供水管理体系,改变过去那种无人管的现状,做到从设计到验收,直至清洗、消毒的全过程都有人负责。

3.5 管网周期性冲洗

通过冲洗,可降低颗粒物在管道内的净积累量,将管网水的浑浊度控制在标准值以内。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。通过冲洗清除管道内壁的沉积和锈垢,还能提高通水能力、节约电耗、降低供水成本。此外,通过管道附件的周期性放水也可以起到对管道的冲洗作用,例如,周期性的从消火栓放水,既可以冲洗管道又可以防止消火栓形成死水端。

4 结语

供水管网是给水系统的重要组成部分,改善管网水质无疑是改善供水水质的重要环节,供水部门在发展净水、改造净水工艺设施,提高出水水质的同时,应该加强对输配水系统的维护管理,通过测定出厂水在管网中的生物稳定性和对造成管网水质二次污染主要因素的分析研究,提出改善管网水质,避免二次污染的技术措施。控制出厂水在输配过程中的二次污染,使生活用水达到国家饮水标准。这对保障人民身体健康、保证社会经济的持续稳定发展具有重要的积极的意义。

[1] 王向会.天津市供水管网影响水质变化的因素分析与对策探讨[J].供水技术与管理,2006(2):35-37.

[2] Anne K,Camper.Effect of distributionsystem materialson bacterial growth[J].AWWA,2003,95(7):107-121.

[3] 徐 兵.改善城市供水管网水质的实践与探讨[J].给水排水,2002,28(12):17-18.

[4] 杨怀军.给水管网二次污染的防治[J].山西财经大学学报,2006(2):14-15.

[5] 韩得志,葛茹倩.浅析管网水二次污染问题及其应对策略[J].供水技术与管理,2005(2):25-28.

[6] 赵志领,赵洪宾.城市给水管网水质安全保障研究[J].哈尔滨商业大学学报(自然科学版),2006,22(6):103-105.

[7] 傅金祥,李彤岩.我国城镇供水水质安全面临的问题与保障对策[J].给排水,2003(1):35-39.

[8] 童祯恭.供水管网水质安全及其保障措施探讨[J].净水技术,2005,24(1):49-53.