管道材质对供水管网水质的影响

王 悠

(佛山市禅城区供水有限公司，广东佛山528000)

《城市供水行业2010年技术进步发展规划及2020年远景目标》对管网水质监测提出了明确的目标,《广东省城市供水管理规定》和《佛山市供用水管理规定》也强调了供用水管理规定需严格遵守国家水质管理的标准要求。城市供水企业应当采取措施，保证供水水质符合国家有关标准。

原水在供水企业经多种工艺处理、水质经106项检测符合《生活饮用水卫生标准》[1]后出厂，通过配水管网供应至用户。因此从出厂到管网末端的水质变化，主要来自管道运输过程的影响，包括管道开裂引起泥沙渗入、周边各种道路施工导致管道震动管垢剥落、管道长时间运行出现管锈导致水黄等，供水管道材料的不同会对管网水质产生不同程度的影响。

笔者基于供水管网GIS，对佛山市禅城区的供水管网进行科学选点和采样，选取具有代表性的水质项目开展检测，通过管网的类型、管龄和采样点项目检测数据，分析管材对管网水质的影响。

1 研究方案

佛山市禅城区原水为北江，属于《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)[2]II类水。市区(除南庄)主要由3座水厂供水，出厂水近5年内所有项目均符合《生活饮用水卫生标准》(GB 5949—2006)，合格率为100%。截至2019年底，禅城区管网累计总长度达1 600余公里，管材以钢管为主，占31.23%，其次为铸铁管(灰口铸铁管)19.47%、镀锌管(除钢塑镀锌管)13.90%、球墨铸铁管10.29%，不同管径、长度与管材的供水管道所占比例详见表1。由于塑料管(PE管)、镀锌管(钢塑管)仅用于村居级和小区楼盘内等表后小口径配水管网，在城镇主要供水管道中的使用率极低，与其它类别管材的对比价值很小，因此重点研究对象为钢管、球墨铸铁管、钢筋混凝土管和铸铁管。

表1 禅城区供水管网中各类管道占比Tab.1 Proportion of various pipelines in water supply network of Chancheng District %

1.1 采样点的选择

在禅城各片区(除南庄)的小区布点，对符合条件的小区周边表前3～4个消防栓进行采样检测，取平均值。在不影响小区居民用水的同时，尽量减少其它因素对管网水质的干扰。筛选条件包括：楼盘附近管龄较长(>15 a);入住率较高;用水量正常(不出现不定期的大幅度波动);10 a内未更换过表前管道，近期周边没有开展涉及挖地动工的道路工程；位于管网末端。最后确定如图1所示的14个采样点，采样点对应的管网信息见表2。

图1 管网水采样点分布Fig.1 Distribution of water sampling points in pipeline network

表2 各个采样点的管材和管龄Tab.2 Pipe material and pipe age of each sampling point

1.2 分析项目与依据

通过综合分析禅城区历年出厂水、管网水质数据得知，在实际情况和因素的影响下，管网水质变化、波动的主要项目为浊度、pH、余氯、肉眼可见物、色度、菌落总数、铁、锰、挥发酚。其中，挥发酚主要在原水发生突发性水源污染时出现异常变化；肉眼可见物和色度的主观误差较大。因此，选择其余6项作为主要评价参数，评价依据为《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)。

1.3 检测方法

浊度：散射法-福尔马肼标准；余氯：N,N-二乙基对苯二胺(DPD)分光光度法；pH：电极法；菌落总数：平皿计数法；铁和锰：原子吸收分光光度法。浊度和余氯在现场测定，水样在消防栓放水5 min后开始采集。

统计全部采样点6项指标的检测结果、平均值和合格率，并与该项目2019年出厂水平均值作比较，考察其受管材等因素影响下的变化幅度。筛选变化幅度较大的检验项目，与各采样点管材进行比较，评价管材对管网水质造成的影响。

2 数据分析

从表3可以看出，除浊度合格率为85.71%外，各个采样点其他各项指标的合格率均为100%。

表3 采样点6项指标的平均值和合格率Tab.3 Average value and qualified rate of six indexes of sampling points

由表3可见，禅城区供水水质从出厂到用户表前消防栓存在小幅下降，但总体仍在国家标准限值之内。除浊度合格率稍低外，其他5项指标均达到国家标准。较出厂水而言，各采样点波动最大的项目为浊度，上升幅度为0.2～4.9 NTU；其次为余氯，下降幅度为0.1～0.8 mg/L，其余项目例如菌落总数、pH、铁、锰均与出厂水持平。

以管材对采样点进行分类，与项目浊度、余氯作图。从图2、图3可以发现，管道经长时间运行使用后，管材对这2项指标都产生了一定影响。

在浊度方面，铸铁材质对管网水浊度的影响最大。采样点2和12的浊度平均值大于3 NTU，采样点10的浊度也超过1 NTU。钢管采样点全部合格，除13号采样点超过1 NTU外，剩下各点均在限值内。球墨铸铁管和钢筋混凝土管的平均浊度较出厂水只有较小的上升，分别为0.5和0.2 NTU，所有采样点的平均值均低于1 NTU。

在余氯方面，不同材质管道的余氯测定结果无明显差异，较出厂水的下降趋势和幅度较为平均。

图2 各类管材管道采样点的浊度Fig.2 Turbidity of sampling points of various pipe material

取采样点余氯、浊度、铁的平均值，计算出厂水对应项目的增长率并作折线图。从图4可以发现：余氯的增长率与不同管材之间没有明显的相关性。浊度增长率极易受管材影响，其中铸铁管>钢管>球墨铸铁管>钢筋混凝土管，比出厂水分别平均上升1.7，0.6，0.5和0.2 NTU。分析认为，造成管网水浊度升高的主要原因可能为：含铁管道的管龄较长时，管道受到腐蚀，开始出现铁锈，脱落的铁锈等管垢随管网压力冲出管道，引起水中微粒增多、浊度升高。铁的增长率总体相差较小，铸铁管和钢管增长率分别为5%和4%，平均上升0.005和0.004 mg/L，球墨铸铁管和钢筋混凝土管较出厂水持平甚至降低。虽然前两者的增长率相对较高，但未出现大幅上升的现象。

图3 各类管材管道采样点的余氯Fig.3 Residual chlorine of sampling points of various pipe material

图4 各类管材管道水的水质Fig.4 Water quality of pipes of various material

3 结论

① 排除用水量、管龄、施工等因素的干扰后，在禅城区城镇供水管网中，浊度是不同管材引起水质变化和差异最大的指标。

② 铸铁管浊度较出厂水增幅最大，且远远超过钢管、球墨铸铁管、钢筋混凝土管。当管龄较长(>15 a)时，铸铁管材容易被腐蚀，铁锈和管垢会极大程度地影响水质。

③ 钢管、球墨铸铁管、钢筋混凝土管都会使浊度发生变化，但其程度远远低于铸铁管，且钢管>球墨铸铁管>钢筋混凝土管。钢管由于耐腐蚀能力较弱、防腐要求高，对管网水浊度也会产生微小的影响。

④ 管网水中的铁与出厂水相比有一定增长，主要表现在铸铁管和钢管两种管材，但增长幅度较低。由于禅城区原水、出厂水、管网水均偏碱性，常年pH平均值都在7.2～7.9之间且市区内大口径管道水压较大，水体与管垢的接触时间短，铁锈在短时间内被冲出管网，存留在管道的铁锈并不足以导致水中铁浓度大规模上升。

⑤ 余氯浓度较出厂水普遍下降，但与管材无明显相关性，下降原因可能为水体运输过程中光解、与水中有机物和无机物反应等。

4 结语

① 球墨铸铁管是比较理想的管材，技术性能好，承受内压高和受外荷载大，耐腐蚀性强，管内壁光滑(内衬防腐层为水泥砂浆)可防止二次污染。因其抗腐蚀能力出色，内壁不易产生管垢，对管网水质影响很小。采用T型橡胶圈柔性接口，严密性强，漏耗水量少，节能，使用寿命长。近10余年来，广泛应用于大、中、型城市管网改造和新建管道工程中，也是禅城区内新装管道选用频率最高的管材。

② 钢管的技术性能好，承受内压高和受外荷载大，韧性好，耐冲击，对复杂地质有较强的适应性，造价比球墨铸铁管稍高。但管道防腐要求高，管道的加工要求精度高，维护工作量大，耐腐蚀性差，需采用特殊的防腐措施。若维护不当，可能影响管网水的浊度、铁等项目，进而影响用水水质。

③ 钢筋混凝土管与钢管相比，可以节约大量钢材，延长使用寿命，硬度较高，能承受较强的水压。由于混凝土材料的特性，其主要成分为水泥(硅酸盐)、砂、石，不含铁等金属成分或含量极低，很少出现铁锈管垢的情况，管内壁对水质的影响小。但由于自重大，安装周期长，费工费时，抗裂性差且抗拉强度非常低，周边地区施工也会影响其使用寿命并加速管道开裂，长时间运行后管外的地下水、泥沙容易混合渗入管内，污染水质。

④ 铸铁管在管网内水压下具有良好的挠曲性、伸缩性，能适应较大的轴向位移和横向由挠变形，适用于建筑物地下，造价低，适用面广。但由于材质原因，长时间使用后内壁会发生腐蚀，同时腐蚀产物还会沉淀、粘结在管道内壁形成管垢，影响水质，减弱管道的输水能力。

⑤ 为了更好地改善管网水质，减少管网材质因素对水质的影响，禅城区正按照计划，配合市、区政府工程，逐步对供水管网进行替换，淘汰城镇管网中现有的铸铁管。输配水管道材质的选择不仅对工程造价影响较大，还会直接关系到整个输水系统，例如水压、水质、密闭性的安全。因此应根据工程的具体特点、水质状况和市场供应条件，进行供水管道和管网的选用和安装施工。