影响管网水质的因素及对策

冷 震
济宁供水集团总公司

　　提 要 从出厂水水质、输配水管网、二次供水设施、加氯消毒等方面分析了造成水质恶化的原因，并有针对性地提出了改善管网水质的5项措施。
　　关键词 管网水质 因素 状况 措施

　　由于城市水源的污染，不少供水企业努力采取措施（如在常规水处理工艺的基础上增加预处理、深度处理及特殊处理等工艺）提高出水水质，使之符合《生活饮用水卫生标准》（GB5749--85），有的甚至自觉地以《城市供水行业二000年技术进步发展规划》中水质标准或西方发达国家的饮用水水质标准作为衡量标准，以满足人们对饮用水水质越来越高的要求。但有一种情况一直被不少供水企业所忽视：合格甚至优质的出厂水输送到用户终端，水质会发生怎样的变化呢？根据对国内45个城市（其中回函37个）调研函件结果（平均值），管网水浊度比出厂水增加0.38NTU，色度增加0.45度，铁增加0.04mg/L，锰增加0.02mg/L，细菌增加18个/mL，管网末端余氯下降到0.015mg/L，大肠杆菌增加0.4个/L，水质总合格率平均下降到83.4%，表明水质已经恶化。近期对济宁市城区管网的水质监测结果也表明，细菌、大肠杆菌、浊度、余氯、铁等主要指标值发生了明显变化，尤其是管网末梢，有的已不符合《生活饮用水卫生标准》。这说明自来水在输送过程中，受一些因素的影响，使水质发生了变化。

一、影响管网水质的因素

1、出厂水水质状况
　　包括两个方面，一是水质的合格率，二是水质的稳定性。如果出厂水的合格率不高，将直接影响管网水的质量，这种情况主要表现在一些县级水厂中，如出厂水没有氯或加氯量不够，在管网里就可能使细菌、大肠杆菌等微生物大量繁殖，影响管网水质。又如出厂水铁含量超标而水又有腐蚀性时，会使管内产生铁锈，造成腐蚀，特别是在流量偏低或水呈滞流状态时，铁锈易沉积，一理管内水流方向、速度发生变化时，就有可能造成局部时间的红水现象。
　　水的浊度是反映水质优劣的重要指标，水中的一些污染物本身就是微粒，是致病细菌和微生物的保护体和寄生体。如果由于水厂净化处理不彻底、滤池故障、清水池未能定时清洗或水位太低时将沉泥带出使出厂水的浊度增高，相应地有机物的含量也增高，那么就有可能导致管网内细菌和病毒大量生长繁殖形成生物膜，从而影响水质。
　　水的稳定性与水中重碳酸钙、碳酸钙和二氧化碳之间的的平衡有关，反应式为：Ca(HCO₃)₂ CaCO₃+CO₂+H₂O。如果水中游离CO₂含量比平衡量少时，则产生CaCO₃沉淀；如超过平衡量时，则产生耐烦酸腐蚀，当水中pH值小于6.5且水中铁的含量超过3mg/L或管道为金属管时，将导致自氧型铁细菌和的大量系列和金属腐蚀，进而造成细菌、浊度、色度、铁等指标的上升，另外，水的不稳定性也会导致其它微生物的生长繁殖，造成管网中的生物性污染。
2、输配水管网状况
　　从出厂水到用户终端要经过漫长的管网和蓄水措施，往往需要几个小时，甚至几天。管网实际上是一个大的反应器，继续进行出厂水未完成的反应及水与管壁物质的反应。这些反应有生物性的、物理性的、化学性的，除了受出厂水水质影响外，与输配水管道的材质、使用年限、施工等因素有一定的关系。
　　目前我国常用的输配水管材有：铸铁管、钢管、球墨铸铁管、给水塑料管（UPVC管、PE管等）、压力水泥管、玻璃钢管、铝塑复合管、衬里钢管（PVC衬里、PE粉末树脂衬里）等，虽然建设部已禁止铸铁管的使用，但是目前在国内城市地下已铺设的管道中，铸铁管仍占相当大的比例。当出厂水具有腐蚀性或管道使用年限过长时，铸铁管内壁就会腐蚀结垢 沉积，锈贸易市场物中含有大量的铁、铅、锌和各种细菌及藻类，当管道内水流速度、方向或水压发生突变时，就会造成短时间的水恶化，出现铁、锰、色度、浊度和细菌等指标值的大幅度上升，同样作为主要给水管材的镀锌钢管也存在着类似的问题（早在20多年前，日本、新加坡等国就已开始禁止镀锌钢管的使用，上海已从99年10月1日起，逐步淘汰镀锌钢管）。有研究表明，对于未作防腐处理的金属管道，当年限超过5--10年时，污垢就已达到了恶化水质的程度，对于防腐处理较低差的金属管道，3--5年就开始出现腐蚀现象，管道使用年限越长，腐蚀越严重，水质状况越糟。近年来随着水泥砂浆衬里技术的应用和非金属管道的推广，这种情况有所改观，如济宁市城区建设路、光河路、火炬路铺设的球面三角形墨铁铸管、吴泰闸水厂二期工程铺设的玻璃钢管、UPVC管，其管内水质状况较好。但是检测结果也显示，（球墨铸铁管）水泥硝浆衬里会造成溶解性物质含量的提高，硬度发生变化，NH₃渗出，管内水被碱化。另一方面，水的不稳定性也会影响内衬的水泥砂浆，当水中CO₂超平衡量浓度达到7mg/L时会导致砂浆受损、砂粒流失，在一定程度上也影响了水质。非金属管道如UPVC管在使用初期也存在防腐剂、固化剂渗入水中的情况。
　　此外由于管道施工不规范，未能保证与其它管道（尤其是排水管道）交叉时的最小间距，新铺管道冲洗消毒不稀薄度；管道安装分支或维修时停水作业管道渗碳漏未能及时发现检修；树状管道铺设过长，造成末端滞水；与自备水源或非饮用水管道连接时没有采取防污措施；直接用泵从管网上抽水造成负压时的污水侵入；消火栓不常使用或检修而形成死水；有些阀门、水表、管件长期浸泡在水中，一旦损坏，就可能使污水进入管道中，这些因素也对管网水造成了不同程度的污染。
3、二次供水设施状况
　　目前，部分城市二次供水设施，如蓄水池、高位水箱等卫生状况不甚理想，存在不少问题，一旦这些设施内的水由于管网失压等原因倒流入管网，就会使局部管网水质恶化。
　　首先设计施工不合理。如用户用水量小而蓄水池或高位水箱容积较大，使水在水池或水箱中滞留时间较长，生活与消防共用蓄水池，形成消防死水区；工艺管道布局不合理；水池（箱）底未设计坡度，某些微生物或有机物易于沉积，水池（箱）内壁粗糙易导致青苔等微生物附壁生长；只设一个通气管或不设通气管；水池或水箱的通风孔、人孔密闭性差，导致尘、虫、鼠入内；溢流管未设存水弯，水池的溢流管、排水管直接与市政排水检查井相连，容易造成污水倒流或间接污染，水池位置设置不当，与排水检查井、化粪池距离太近，周围卫生环境差，极易受污染。
　　其次，选材不当。目前蓄水构筑物多为水池和水箱，水池大多采用钢筋混凝土结构，有的未作内衬处理，使水泥中有害成分析出，有的水池内壁涂料采用水泥涂料、聚胺涂料及一般环氧华脂涂料，这些涂料均对水质造成不同程度的影响，水箱中仍有不少焊接钢板水箱在使用，焊接钢板水箱防腐多以防锈漆为主，其附着力差，一般3--6个月就脱落，尤其不抗水力冲刷，脱落的漆会直接影响水质，经过其浸泡水进行分析，有机物种类多于其它涂料，且含致癌物质，冷镀锌防锈漆为主，其附着力差，一般3--6个月就脱落，尤其不抗水力冲刷，脱落的漆会直接影响水质，经对其浸泡水进行分析，有机物种类多于其它涂料，且含致癌物质，冷镀锌防腐层也存在首附着力差、脱落物使水中锌含量增高的现象。
　　另外，运行管不善。缺乏二次供水管理可供操作的行政规章和管理体系；没有建立起二次供水专职管理机构和专业服务公司；一些用户没有专人维护管理二次供水设施；有的蓄水池上倒满了垃圾，有的蓄水池、水箱人孔盖破损或无盖，致使池（箱）内蚊虫孽生、藻类漂浮；有的蓄水池、水箱自投入使用后，两年多没有清洗消毒。
　　正是由于上述原因，使得水池、水箱内浊度、色度、氨氮、亚硝酸盐、耗氧量、大肠菌群、细菌总数等指标发生显著的变化。根据对济宁市城区20座蓄水池和16座高位水箱的水质检测结果表明，浊度平均值5.2NTU，细菌总数平均值173个m/L，大肠菌群平均值5.4个/L，亚硝酸盐平均值0.65mg/L，余氯值均接近于零，大大超过了饮用水卫生标准，水质严重恶化。
4、加氯消毒状况
　　为了保证出厂水和管网水的水质，消毒是必不可少的环节。由于氯具有较强的持续性消毒作用、价格低等因素，在我国氯仍是主要的消毒剂。但是目前有两种极端情况出现一些水厂中：一种情况是一些水厂，尤其是县级水厂，由于经济等原因，没有对出厂水进行消毒。即使这些水厂出厂水水质较好，管网水质也很难保证，因为余氯的持续性消毒作用能较好地抵制管网中细菌、病毒等微生物的生长繁殖，保持水质的稳定；另一种情况是有些水厂加氯量偏大，这可能是认识上的误区，虽然加氯量越多，消毒效果越好，但是加氯量越多，副作用也越大，这往往被人所忽视。研究表明：当水中含有腐蚀酸、富里酸等有机物时，加氯后就会产生卤代烃类有机物，目前在用氯消毒的饮用水中，已检测出500多种有机氯化物，其中有的是致癌或可疑致癌的，氯的加注量越高，加注点越在前面（尤其是沉淀前加氯）产生的卤代烃越多，副作用也越大。因此加氯消毒虽然使出厂水和管网水符合了微生物指标，保持了水的新鲜和稳定，但同时如果加氯不合理，就会使水质越来越远离毒理学指标的要求，同样不利于人体健康。
5、其它因素
　　这主要指由于一些用户终端引起的污染，如用管道直接冲洗的蹲式大便器，当管道堵塞、大便器内水位达到溢流水位时，如果管道内水压突然下降成负压，就有可能使粪便虹吸到流管中；又如消火栓的皮管淹没在水中，或卫生器具上的水龙头安装位置太低（在溢流水位以下），都有可能使污水倒流而污染管网水质。

二、改善管网水质的主要措施

1、提高出厂水水质和稳定性，严格控制浊度超标
　　由于不稳定或水质不好的出厂水直接导致管网水质的变化，因此提高和稳定出厂水水质就显得尤为重要。
　　城市水源的严重污染，使水中有机污染物的含量大大的增加，经传统常规处理工艺（混凝、沉淀、过滤、消毒）处理净化的水，有的已不符合饮用水标准，可增加预处理和浓度处理工艺，如臭氧法、活性炭法，生物活性炭法、接触氧化法、光氧化法等。对含铁量高的地下水，可增加特殊处理工艺，如氧化法、碱化法、充氧回藻法。含氟量高的可采用沉淀法、离子交换法。同时加强净水过程的全面质量控制工作，合理加药，实现投注加药自动化，以提高供水水质。尤其是要严格控制水的浊度指标，因为降低水的浊度，不仅可以满足感官要求，而且对降低管网中病毒、细菌和有机物的含量是非常重要的，有研究资料表明，当水中的浊度为2.5NTU时，水中有机物去除了27.3%，浊度降至1.5NTU时，有机物去除了60%，浊度隆至0.5NTU时，有机物去除了79.6%，浊度降至0.1NTU时，绝大多数有机物予以去除，致病微生物的含量也大大地降低。西方发达国家把浊度隆至0.1NTU甚至接近0，就是这个原因。另一方面有机物含的降低，也减少了加氯消毒后有机卤代烃的含量。
　　在水质稳定性方面，水厂出厂水要进行稳定性处理，必须进行较长时间的测定与小范围试验，必须有一套工艺设施。但要在短时间内完成这一技术措施还有一定难度。目前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，提高水的稳定性，这种方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。
2、更新或改造供水管道系统，深化管网管理
　　就是从管材选择、设计施工、维护管理等方面进行改进完善。
　　在管材方面首先要选用产品质量较好的厂家，管道要有较好的内壁，既能抗腐蚀又不析出有害物质。新铺设的管道或对旧管道更新改造的管道，如预应力钢筋混凝土管、给水塑料管、玻璃钢管、球墨铸铁管等；100mm以下的可采用给水塑料管、衬里钢管、铝塑复合管、薄壁不锈钢管等，应逐步减少镀锌钢管的使用；管道上的阀门等附件要推广采用橡胶衬里的球面三角形软件、环氧树脂喷涂的铸件和不锈钢配件；在做金属管道衬里时，可加丙烯酸树脂分散剂（占硝浆干重3%）或采用蒸汽养护，以增强抗酸性水的能力、抗腐蚀能力，此外施压法衬里比喷压法衬里质量好，砂子失落量小。
　　在设计施工方面，应严格遵守给水工程设计、施工规范，做到合理设计、合理施工，如给管道与其它管（尤其是排水管）交叉时，要保证规范要求的最小间距，与自备水源或非饮用水管道连接时，应采取空气隔断装置等措施，防止饮用水的污染；由于环状管网比树状管线水质条件好，如经济条件许可，管线尽可能采取环状，即使采用树状，管线也不宜太长，以免末端滞水，如果管线延伸太长，应考虑在中途加氯和定期冲洗；推行管道不停水引接分支管和维修作业，减少管道停水机率，减少管内流向、流速的剧变；泄水阀安装位置要合理，不要淹没在水中；减少管道集水机率，减少管内流向、流速的剧变；泄水阀安装位置要合理，不要淹没在水中；管道安装或抢修完毕后要彻底冲洗消毒；打水钻时，施工要小心，防止管道碎片落入管中；禁止用泵直接从管网抽水，确需加压时，最好增设蓄水池，以免管网产生负压，使污物浸入，卫器具的安装要规范、合理。
　　在维护管理方面，调研与控制管网的流态，减少低流速管段，消除死水管段，对使用年限太长的供水管道进行更新改造或刮管涂衬；其次要定期冲洗管道，这可作为一项经常性运行的措施，冲洗周期根据当地客观情况而定，但两年至少一次，对管网末端冲洗周期一年不少于一次，济宁水司在这方面做得比较好，每年8月份对市区所有主干管道集中冲洗一次，管网末端则根据具体情况进行区域冲洗；此外尽量降低管网漏水机率，加强管网检漏工作，及时抢修漏水管道；定期对水表、阀门、消火栓进行检查保养，对淹没在水中的阀门、水表要及时清理，阀门要每隔一、二年人为地活动活动，消火栓要经常冲洗；用泵抽水加压时，对备用泵要经常检查，防止由于备用泵长期不用造成污染。
3、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，改进水池（箱）的工艺结构避免了出现死水区，使水形成推流式流动状态，并保持一定流速；消防水池（箱）与生活水池（箱）宜分开建设，如果合建可采取隔离措施，生活用水部分可进入消防系统，但消防系统水不可进入生活水系统，消防水的卫生问题可通过定期排放用于它用，以定期更新；生活水池（箱）容积不宜过大，以满足一天用水量的40--60%为宜；进、出水管的设置要合理，进水管要设置水位控制阀，尽量不要设溢流管，如设溢流管应设存水弯，放空管（排水管）应采取间接排水不应与市政排水设施直接相连；水池（箱）内空气流通，通气管宜采用罩形或下弯管形；人孔要采用密闭式。在材质方面，水池一般多为水泥材料，为防止水泥中有害成分析出，要做好内衬处理，内壁和底部要光滑平整；水箱宜采用装配式不锈钢水箱、玻璃钢水箱、搪瓷钢板水箱、热浸镀锌钢板水箱，若要使用焊接水箱，则应做好焊接钢板的防腐处理，选用对水质无影响的防腐涂料，如食品级环氧树脂。
　　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，如郑州市人民政府颁布布实施的《郑州市城市饮用水二次供水设施管理办法》，操作性很强，有效地解决了郑州市城区的二次供水问题。其次要设置专门管理机构，对二次供水设施中的设计院、选材、施工进行审查、监理，保证二次供水设施的设计、施工符合技术规范要求。同时会同卫生防疫部门，加强水质监测，监督用户对水箱、水池进行清洗、消毒，每年不少于一次，建立二次供水设施档案，健全周期监督管理制度。如西安市1995年成立了城市二次管理办公室，济宁市1997年成立了二次供水管理处，对有效解决二次供水中存在的水质问题发挥了重要作用。
4、合理加氯
　　合理加氯的基本原则是：在保证消灭水中细菌、病毒和其他微生物的前提下，应尽量降低氯的投加量，加氯点尽量往后道工序移，在设施上尽可能实现多点加氯，为了有利于保持管网的余氯，可使出厂水余氯呈氯胺状态，和出厂水充分混合，保持30分钟以上的接触时间。同时要增强水质检测手段，加强对出厂水氯含量和管网余氯量的连续监测，提高加氯自动化程度，这是实现合理加氯的关键。如管道过长余氯不足时，要考虑中途加氯，此外，当水中铁、锰含量高时，不宜用氯消毒，以免其析出造成黑褐色水，如北京市通州就出现过这种情况，因此也要逐步试验推广新型消毒剂，如臭氧等，作业氯的替代产品，以便更好地提高水质。
5、加强管网水质的测定和预测
　　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。