出　　自： 《中國給水排水》 1998年第6期第29頁
發(fā)表時間： ： 1998-6

袁一星；趙明

( 哈爾濱建筑大學)

　　供水管網(wǎng)是給水系統(tǒng)重要的組成部分。原水經(jīng)處理達到國家水質(zhì)標準，通過供水管網(wǎng)輸送后，有時在細菌學指標、濁度、鐵錳含量、色度、有機物含量等方面超標，嚴重地影響了供水水質(zhì)。發(fā)生這種現(xiàn)象的原因就是水在供水管網(wǎng)內(nèi)有較長的停留時間并受到了供水管網(wǎng)內(nèi)銹垢的二次污染。

1 銹垢的成因

　　供水管網(wǎng)內(nèi)的銹垢主要由于水管受到化學腐蝕和生物腐蝕所形成 [1] 。對金屬管材而言，管道腐蝕主要受水中pH值和溶解氧的影響。首先，由于電化學作用，在管道內(nèi)壁形成氫氧化亞鐵，然后被水中溶解氧氧化，生成氫氧化鐵，以膜的形式附著在管道內(nèi)壁，在偏堿性水中，管壁被腐蝕的速度減慢，當水的pH值變化時，部分氫氧化鐵脫水形成鐵銹，沉積在管道內(nèi)表面，它質(zhì)地疏松，不能起保護作用，若水的pH值適宜，以上反應不斷進行，形成凹凸不平的銹垢。
　　在特定條件下，管道內(nèi)壁是微生物繁殖生長的場所。通過高倍顯微鏡觀察，在管道內(nèi)壁可發(fā)現(xiàn)微生物群集。管道內(nèi)微生物的滋生可加速金屬的腐蝕，微生物的代謝過程往往和電化學腐蝕同時發(fā)生。曾通過斷管試驗檢查了管道內(nèi)壁銹垢表、中、里三層的細菌菌屬，均發(fā)現(xiàn)普遍存在著絲狀鐵細菌。鐵細菌是一種特殊的自養(yǎng)細菌，依靠鐵和氧生存和繁殖。該菌在管道內(nèi)壁上新陳代謝的結果，形成密集的銹瘤，同時產(chǎn)生黃褐色的絮狀物。銹瘤覆蓋的部位成為厭氧區(qū)，為腐蝕性很強的硫酸鹽還原菌的生長創(chuàng)造了條件，這種細菌可把硫酸鹽還原成硫酸鐵。水中的各種元素可以促進微生物的代謝過程，某些微生物的代謝產(chǎn)物又成為另一種微生物的營養(yǎng)源，這些過程都會導致管道腐蝕的加劇。
　　水中的某些金屬離子、微絮凝體均能在管道中產(chǎn)生后沉淀現(xiàn)象。首先是水中鐵、錳、鈣、鎂離子的后沉淀，這些金屬離子在供水管網(wǎng)內(nèi)達到一定濃度后，隨著水的pH值、余氯量等因素的變化，沉積在管道內(nèi)壁上。其次是微絮凝體后沉淀，在給水處理中，原水濁度與所投加的混凝劑形成的絮凝體，絕大部分在沉淀和過濾時被去除，但仍有少量微絮凝體隨出廠水一同進入管網(wǎng)，沉積在管道內(nèi)壁上，形成具有粘性的沉積物，這種現(xiàn)象在水流速度小的供水管網(wǎng)末端更為明顯。
由上述分析可知，供水管網(wǎng)內(nèi)水的侵蝕、微生物的腐蝕和后沉淀現(xiàn)象是相互影響、相互促進的。鋁鹽微絮凝體和鐵、錳的氫氧化物在管道內(nèi)壁上粘附，形成一層粘膜，這又為鐵細菌的繁殖創(chuàng)造了條件，而鐵細菌的繁殖又和電化學腐蝕同時發(fā)生，腐蝕的結果形成銹瘤。在以上過程中，水中的雜質(zhì)顆粒不斷粘附于管道內(nèi)壁。因此，隨著時間的增長，形成了沿管道內(nèi)壁下部較厚、上部較薄的銹垢。

2 銹垢對水質(zhì)的影響

　　在我國許多城市，舊管道所占的比例較大，管內(nèi)銹垢對水質(zhì)的影響較為明顯，造成供水管網(wǎng)水質(zhì)惡化。表1列出了東北地區(qū)幾家自來水公司的水質(zhì)調(diào)查結果。
表1 出廠水質(zhì)與管網(wǎng)水質(zhì)比較

　　此外，還從管內(nèi)銹垢析出13 種細菌，其中絲狀鐵細菌占優(yōu)勢，還有腸道菌落、棲居菌落等。同時還發(fā)現(xiàn)，銹垢的主要成分為鐵、錳、鋅等16種元素。
　　為了消除銹垢對水質(zhì)的影響，對東北地區(qū)某市的供水管網(wǎng)進行了沖洗前后的水質(zhì)考察，結果見表2。
　　表2 管段沖洗前后水質(zhì)變化

　　注 表中數(shù)據(jù)是三次測定平均值；括號內(nèi)為沖洗后值

3 銹垢對管網(wǎng)余氯的影響

　　余氯在供水管網(wǎng)中的消耗速度可用下式表示:
　　dC/dt=-KC或ln(C t /C 0 )=-K t
　　式中 C t ——經(jīng)過t時間后的余氯濃度，mg/L
　　C 0 ——余氯的初始濃度，mg/L
　　K——余氯的消耗速度系數(shù)，1/h
　　余氯消耗速度系數(shù)K值與管材、水質(zhì)、水溫、管徑、管內(nèi)衛(wèi)生狀況有關。水溫7℃時，對于直徑為150mm的新、舊鑄鐵管及沖洗前后的K值進行了測定，結果見表3。
　　表3余氯消耗速度系數(shù)K值(溫度:7 ℃)

　　同時，還測定了管內(nèi)余氯濃度隨時間的變化情況，見圖1。

4 銹垢對管道通水能力的影響

　　供水管網(wǎng)內(nèi)銹垢會縮小管道的過水有效斷面，增加管道的阻力系數(shù)，從而直接影響了管道的通水能力和供水壓力。當前，國內(nèi)許多城市雖然水廠不斷擴建，水量逐年增加，但供水管網(wǎng)低壓區(qū)卻不斷擴大，有的自來水公司采用增大供水水泵揚程的方法解決供水管網(wǎng)低壓區(qū)問題，這會浪費能量并增大供水管網(wǎng)漏失水量，導致供水成本的提高。
　　對東北地區(qū)某市的供水管網(wǎng)進行斷管分析，發(fā)現(xiàn)鋪設年代久的鑄鐵管，其有效直徑僅為新管直徑的30%～50%。
　　根據(jù)供水管網(wǎng)水頭損失計算方法 [2] 和管道沖洗試驗數(shù)據(jù)，得出供水管網(wǎng)內(nèi)銹垢沖洗前后管道有效直徑或流量變化的一組數(shù)據(jù)。見表4。
　　表4 管道沖洗前后有效直徑和流量的變化

　　注 D 0 為管道直徑；d 1 、d 2 為管道沖洗前、后的平均有效直徑；Q 1 、Q 2 為管道沖洗前、后的流量；v、i為管道沖洗后的流速、水力坡度。
根據(jù)以上分析，可以認為供水管網(wǎng)內(nèi)的銹垢是影響供水水質(zhì)和通水能力的重要因素，應當引起人們的重視。有關部門應加大供水管網(wǎng)運行和管理的投入，建立供水管網(wǎng)水質(zhì)和水壓的監(jiān)控系統(tǒng)，有效地防止供水管網(wǎng)內(nèi)銹垢的形成和危害。

參考文獻

　　1 吳紅偉等.配水管網(wǎng)中管垢的形成特點和防治措施.中國給水排水，1998；3
　　2 嚴煦世等.給水管網(wǎng)理論和計算.中國建工出版社，1986

　　作者通訊處:150008 哈爾濱市南崗區(qū)海河路202號
　　哈爾濱建筑大學市政環(huán)境工程學院
　　(收稿日期 1998-07-09)