给水管道管材对水质的影响与防腐措施

张 亮

（深圳市深水龙岗水务集团有限公司，广东 深圳 518055）

0 引言

随着时代发展和社会进步，我国对于给水管道材料的要求变得越来越严格，相关部门更加重视管道材料的发展和优化，并投入大量资金进行研究与开发。给水系统所使用的材料不仅需要符合标准和要求，选择正确合理的管道材料，才能够更好地提升水质，带动给水系统的正常运行。吴运明[1]提出了排水管道防腐性能的提升施工技术，包括管内防腐、表面防腐。王夏[2]对市政排水工程中使用的硬PVC 排水管材的老化进行分析，提出使用热稳定剂以及光稳定剂改善老化情况。王杨[2]对不锈钢管、PPR 管和钢塑复合管对水质的影响进行分析，提出不锈钢管和PPR 管对水质影响相对较小。本文在前人研究的基础上，从常见的给水管材料入手，分析不同管材对水质的影响，并提出了管道防腐措施。

1 给水管材的要求

当下，给水管道管网中使用的材料种类较多，应结合实际施工情况，选择最符合条件的管道材料。给水管道材料的筛选可以从以下几个方面着手：

（1）在长期的疏水过程当中，管道内壁仍然可以保持光滑，并且维持较好的疏水效果；

（2）能够承受一定的输水压力，有较强的荷载能力，和水接触以后不会再额外产生其他的有害物质；

（3）使用寿命较长，价格较低，安装较为方便。

受到多种方面的影响和一些原因，在实际给水管材应用的过程当中很难会完全符合以上的标准。通常给水管道选择会优先使用金属材料，因此，在给水的过程当中经常出现堵塞和结垢的情况，导致实际输送的水质未达到相应的标准。

2 常见的给水管材材料

在我国实际给水工程中，给水管道主要使用的材料为不锈钢管道、玻璃管道、塑料管道、环氧树脂涂衬球磨铸铁管道等。

2.1 球墨铸铁管道

球墨铸铁管道主要是在原钢成分的基础之上，将镁合金及镁等金属加入已经熔化的铁水当中，让铁水呈现出石墨球状。石墨铸铁管道的主要特性是韧性较大，强度较高，有较好的耐热性和抗腐蚀性，实际的管壁厚度也较薄。不仅使给水管道内部涂抹防腐涂层，增加了防腐效果，更让球墨铸铁管道在实际应用中，增强了抗老化、抗冲击及更快干燥的特性。我国城市当中给水管道材料通常使用的也是经过环氧树脂涂抹的球墨铸铁管道。

2.2 不锈钢管道

不锈钢管道有较好的耐磨特性和力学特性，强大的抗腐蚀性能以及拉伸能力。不锈钢管道通常可以在-270℃～400℃的温度进行稳定安全的工作，因此，无论处在何等自然环境中，都会有着较为稳定的工作特性。其较好的保温性能也有效地降低了管道漏损的可能性。不锈钢管的使用寿命较长，且基本不需要维修，运行费用较低，通常综合的运行使用成本是钢管的1/2，有效避免了管道更换的费用及麻烦。

2.3 玻璃钢管

玻璃钢管是当代一种有着较好性能的新型复合材料，与传统的塑料管材及混凝土管材相比，有着较好的耐腐蚀和耐水性，且强度较高，力学性能好，有较好的耐温性，运营维护的费用较低，通常使用寿命较长，稳定且安全。

2.4 塑料钢管

塑料钢管通常使用可塑性材料，能够通过多次加工的方式来使其成型。一般给水管道使用的都是高密度的聚乙烯，软化的温度通常可以达到120℃左右，有着较好的抗冲击能力和柔韧性。塑料管道实际的连接方式也比较便捷，能够保证连接口不漏水，在输水过程中也不易造成污染，能够有效保证水质稳定。塑料钢管通常也不会受到施工现场影响，极大地提升了供水的安全性和稳定性。

3 管道管材对供水水质的影响及检测分析

3.1 金属管材对水质的影响

过多的微生物繁殖会使金属管材出现结垢的情况，腐蚀物中大量的藻类细菌和微生物都会造成水质迅速恶化，如果不进行防腐处理，那么金属管道在运行5～10 年左右，就会出现影响水质的污垢。出厂水并不是处理后的纯净水，水中会存在一些微生物及金属元素，当水在管道中流动输送时，由于涂层材料的脱落、化学物分解等原因，水与管道的内壁材质会发生化学作用。与此同时，水中所残留的细菌和微生物也会再次繁殖，导致管道内的水质出现一定的变化。

腐蚀是由周围介质的化学和电化学作用引起的，怠速电流，含水量受酸度、碱度、湿度等因素都会对腐蚀速度造成影响。在产品生产过程中，如果生产人员专业水平不高，容易造成输送管道质量缺陷，不符合标准的产品流入建设项目，造成输送管道内外壁开裂和腐蚀。在施工过程中，操作人员不按照标准要求施工，在采取防腐措施前不清洁输送管道，灰尘、油污会对防腐效果造成影响。部分污水管道不符合规范要求，例如有的排污管道没有压实回填、埋藏不深等。这些小问题在工程实践中往往会导致管道腐蚀和泄漏。如果在施工过程中对已经完工的输送管道保护不足，在交叉施工过程中，其他专业工程机械的滚动会损坏输送管道及防腐涂层，加速输送管道腐蚀。管道埋地后，更容易与地下水及周围环境发生化学反应，如果在施工过程中没有妥善处理环境因素的影响，管道在使用过程中可能会出现腐蚀问题。

3.2 色谱-质谱联机定性检测

使用色谱质谱联机进行水质检测，检测发现出厂水经过化学反应后，一共出现了105 种有机物。经统计，应用环氧树脂涂衬铁柱管的水中，增加了36 种有机物。应用不锈钢管道的水中增加了34 种有机物。应用玻璃钢管道的水中，增加了28种有机物，应用铸铁管道的水中增加51 种有机物。铸铁管道增加量最多，主要是因为铸铁管道在长期运行当中内壁腐蚀较为严重，管道在水中与腐蚀物质出现了剧烈的化学反应，导致水中有机物大量产生，并且在51 种新增有机物当中，存在12种有害物质。而使用环氧树脂进行涂层的铸铁管道，因为有环氧树脂防护，其实际防腐能力相对提高，因此水中出现的微生物数量降低，有机物的量也随之下降。由此可见，对铸铁管道采取防腐 措施以后，能够预防管道内壁腐烂，减少水中出现有害物质和有机物质的可能性，从而优化水质。不锈钢管道在进行相应的反应之后产生了新产物，对于实际供水水质的影响性并不大。玻璃管材是对水质影响最小的管材，但是在我国给水系统中玻璃管材的实际使用率并不高。最终，通过色谱质谱联机定性检测可以发现不锈钢管道对于水质的实际影响最小，使用不锈钢管道进行给水输送，能有效保障水质与用水安全。

3.3 扫描电镜观察

对城市的供水管道管材进行电镜扫描，电镜观察时发现球墨铸铁管道腐蚀程度较大，且在腐蚀后，腐蚀物较为疏松并有许多孔隙和孔洞，大量的微生物藏于孔隙中，导致杀毒剂的作用无法充分发挥。观察管道内部微生物的生长情况，发现球墨铸铁管道内部粗糙，微生物能够吸附在管壁上，为微生物后续的繁衍和发展提供了生长场所，导致管壁的细菌密度较大，因此管道内壁十分容易受到侵蚀。使用环氧树脂涂衬的球波铸铁管道，在管壁长时间和水接触的过程当中，存在着部分涂层脱落的情况，依然存在一定程度的侵蚀。

3.4 管材对细菌再生长的影响

经观察发现，不锈钢管材腐蚀程度较轻。环氧树脂由高分子有机物构成，不存在细菌吸附的情况，且不锈钢管道也不会向水中释放有机物，因此不锈钢管道内壁实际的细菌密度比较小。我国通常在水厂使用液氯对出厂水进行消毒，管道材质对给水管道中余氯的衰减情况会产生一定影响。如果管材内部稳定性较好，管壁很难受到侵蚀，这是因为管壁存在极少量的沉积物和腐蚀产物，所消耗余氯较少。如果管壁较为粗糙且化学稳定性较弱，那么就会大量消耗氯，当余氯消耗殆尽时，微生物就会大量繁殖，再一次腐蚀管壁，造成水质二次污染。从给水管道的管材对于管道内部余氯产生的影响效果来看，球墨铸铁管道余氯衰退速度要大于经由环氧树脂涂衬处理的球墨铸铁管道，而不锈钢管与球墨铸铁管道相比余氯衰退速度最低，因此可以合理使用环氧树脂对球墨铸铁管道进行涂衬，能够有效地减缓给水管道中余氯的衰退速度。

4 防治措施

4.1 提高出水水质和稳定性

我国市政给水工程当中，使用的管道为无毒、抗腐蚀性较强的塑料管道，随着我国城市供水标准不断提高，饮用水中所含的放射性物质及化学物质不会影响到人的身体健康，且不存在致病的微生物，水的实际感官性状较好。但受到环境因素的影响，珠江下游水质普遍呈现低碱度、低硬度、低PH、腐蚀性强的特点，对水厂出厂水及管网稳定带来显著影响，对供水安全带来潜在风险[3]。常规提高水质稳定性的做法是调节原水的酸碱度，将PH调至7～8.5左右，以提高出厂水水质的稳定性，新建给水管道采用玻璃钢管、环氧树脂、涂衬球墨铸铁管以及塑料管等材质，能够有效减少管道的腐蚀和结垢。

4.2 老旧供水管道修复技术

新敷设的管道费用较高。因此常采用管道修复技术对老旧管网进行维护，对于运行年限较长的旧管道，及时采取管道防腐措施十分重要。除锈是针对管道翻新的主要方式。除此以外，在实际项目的应用中，只选用一种方式很难达到理想的处理效果，因此，需要对管道内壁结垢的成分进行研究后，选择多种方式组合进行清除。目前比较成熟的给水管道修复技术主要为以下几种[4-7]：

（1）高压射流法。高压射流法通过使用高压水，靠喷水向后射出的反作用力，能够将管道内部的污垢打碎、脱落，再随着水流逐渐排出。这种方式主要适用于管径不大的管道，通常使用的高压橡胶管的长度在50～70m。

（2）机械清洗。机械清洗法适用于管道内壁已经形成较为顽固的污垢，仅用高压射流法很难进行解决的情况，此时采用机械刮除的方式可有效刮除管内结垢。对于较小口径的管道结垢进行刮除时，使用的道具由切削环、刮管环及钢丝刷共同组成，使用钢丝绳在管道内来回地拖动道具，能够刮下管内结垢并洗刷干净。

（3）电动刮管机。管径为500～1 200mm 的管道，可用锤击式的电动刮管机，刮管机器主要使用链轮进行旋转，以此实现管道内壁污垢清除，通过地面的自动操控台操控刮垢，比人工除垢更加便捷。

（4）弹性冲管器。使用弹性冲管器对管道内部的附着物进行刮除并清洗管道时，需要结合实际情况，针对不同的污垢和腐蚀处使用不同的轻管器，不但能用于清除对管道内部的锈蚀污垢，同时还可以用于清理通水前的新管道，这种方式具有高效和节水的效果。

（5）空气脉冲法。空气脉冲法可使气水混合物的压力不断变化，以此让管道内壁的附着物自动脱落，这种方式适用于城市供水管道除锈。

（6）酸洗法。将一定浓度的硫酸或者盐酸倒入管道中，浸泡14～18h 左右，可以去除铁锈以及碳酸盐等沉积物，浸泡后再使用清水冲洗，直到水内不出现溶解物质以及酸为止。但由于酸性溶液会对管壁造成腐蚀，因此在使用该方法时，需同步加入缓释剂，保护管壁不被酸腐蚀。

（7）脱脂法。脱脂法能够去除金属的管道上的油脂，包括使用溶剂法、电解法等，经过处理后的表面应当达到工业级标准，即露出金属光泽。

4.3 管壁防腐涂料

选择合适的管壁防腐涂料是保护金属材质管道的必要措施，防腐涂料种类随着技术发展而逐渐丰富。我国在1995 年引进了聚乙烯防腐涂料，在管道外应用聚烯烃、胶粘剂和环氧涂料能够避免管道受到外界环境影响[8]。无机非金属材料防腐多采用水泥、搪瓷、玻璃、陶瓷等材料，具有耐磨性好等优点。使用纳米材料可以提高管道韧性，强化管道的防腐防水能力，该方法近年来已应用于要求较高的工程防腐中。

对于老旧的供水管道，清洗后还需在管道内部刷防腐涂料层，这样不但可以让旧管道恢复原有的疏水活力，还可延长旧管道的实际使用寿命，常见的方式包括水泥浆衬里、环氧树脂涂衬以及内衬软管三种[9]。水泥砂浆衬里主要是依靠着管壁的支撑和自身的结构力，使管道实际的结构变得更加牢固，粗糙指数也会比金属管小，不仅能对管壁起到物理保障，还能起到防腐的化学保障。水泥砂浆衬里涂层的厚度通常在3～5mm，水泥砂浆常选用石英砂、矿渣水泥等，水泥、沙和水按1：1：0.4左右的比例进行混合。环氧树脂有较好的紧密性、耐磨性和柔韧性，硬化剂与环氧树脂混合后的反应型树脂，能够快速形成耐用且坚固的涂层，经两小时养护就可以开始使用。内衬软管是在传统的旧管内衬套管后，进行再一次套管，这样的方式可以改变原有结构状况，形成管中有管的防腐形式，有较好的防腐效果。但该方法实际造价较高，内侧软管的材料需从国外进口，很难进行大量推广。

4.4 电化学保护

电化学保护是利用电流调节金属的腐蚀电位，以减少腐蚀对金属管道的影响，该方法分为阴极保护和阳极保护，牺牲阳极保护法是目前最常用的方法[10]。给水管道易受外界环境影响，埋地给水管道腐蚀的一个重要原因是土壤中存在电流。因此在管道具体设计时，需要根据设计项目所处的地理位置、对周边条件、水文、土壤、温度、湿度、潜在危害等环境因素进行全面分析和评价，为管道防腐措施制定提供实用依据，埋设管道后还要实时监测管道腐蚀情况，科学有效地保障水质。

5 结论

随着技术发展，给水管道材料日益丰富，不同管材对水质也有着不同影响，经过对常用管材的检测研究发现，不锈钢管材具有较好的抗腐蚀性，对于水质的实际影响最小，因此使用不锈钢管道进行给水输送，能有效保障水质。给水管道出现腐蚀情况会对供水水质造成污染，无法保障人们的用水质量与安全，因此要做好给水管道除垢与防腐措施，利用新的管材以及防腐涂料提高管道的防腐性能，以此保障人们的用水安全。