何維華

　　提要：本文針對當(dāng)前在改善管網(wǎng)水質(zhì)上，偏重于管道的更新改造，忽略了水質(zhì)穩(wěn)定的處理工藝及管網(wǎng)的運行管理措施。本文從腐蝕、結(jié)垢機理，水質(zhì)穩(wěn)定性的判別方法及對策方面，再次作了歸納性的闡述；對管網(wǎng)技改及運行管理的相關(guān)問題提出了具體建議。
　　關(guān)鍵詞：水質(zhì)穩(wěn)定　 管網(wǎng)改造　 管網(wǎng)運行管理

1. 背景

　　當(dāng)前談城市供水系統(tǒng)的水質(zhì)，相對而言凈水廠出廠水的水質(zhì)比較好，而用水戶放出的水問題不少。這里存在管網(wǎng)的結(jié)構(gòu)缺陷、管網(wǎng)的運行管理毛病，同時也存在出廠水的水質(zhì)穩(wěn)定問題。當(dāng)前談水質(zhì)穩(wěn)定系指化學(xué)穩(wěn)定性及生物穩(wěn)定性兩個方面，應(yīng)該說在不少城市供水系統(tǒng)中這兩個方面都存在著不同程度的問題，遺憾的是在國內(nèi)外飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)上，大多數(shù)沒有相關(guān)的要求，當(dāng)然國內(nèi)更沒有一家供水企業(yè)在供水的穩(wěn)定性上作出積極的對策。
　　在九十年代初，編制“城市供水行業(yè)2000年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃”時，筆者承擔(dān)‘改善管網(wǎng)水質(zhì)’子課題的主稿，對占當(dāng)時全國城市供水能力近一半的供水企業(yè)進(jìn)行了函調(diào)，函調(diào)資料匯總時，充分考慮了各企業(yè)供水規(guī)模的差異后，進(jìn)行加權(quán)平均，資料匯總分析的部分結(jié)論，如表1及表2。

表1

序號

水質(zhì)項目

管網(wǎng)水比地表水廠出廠水高出率％

管網(wǎng)水比地下水廠出廠水高出率％

1

2

3

4

5

6

7

渾濁度

色度

鐵

銅

鋅

余氯

細(xì)菌

24.43

12.29

21.83

33.64

13.23

-35.83

264.1

36.97

128.4

64.2

625.0

244.6

-32.72

1005

表2

序號

項　 目

地表水廠出廠水

地下水廠出廠水

1

2

3

水質(zhì)基本穩(wěn)定的％

水質(zhì)有腐蝕性傾向的％

水質(zhì)有輕微結(jié)垢傾向的％

21

50

29

50

30

20

　　針對供水管網(wǎng)中存在微生物孳生的條件，近十多年來國內(nèi)外學(xué)者提出生物穩(wěn)定性的問題，對于國內(nèi)供水企業(yè)多數(shù)采用液氯消毒法，特別采取源水預(yù)氯化措施，使出廠水的生物穩(wěn)定性存在差距。
　　管網(wǎng)水渾濁度比出廠水高24～37％，紅水、黑水現(xiàn)象經(jīng)常困擾各城市的供水管網(wǎng)，用水戶十分反感，對自來水的信譽產(chǎn)生質(zhì)疑，導(dǎo)致‘各類純凈水’搶占了大量的市場。
　　因此，管網(wǎng)水的穩(wěn)定性問題值得進(jìn)一步研究，應(yīng)通過試點探討對策；管網(wǎng)的合理改造及科學(xué)的運行管理亦應(yīng)值得高度的重視。
管內(nèi)腐蝕、結(jié)垢對水質(zhì)影響的機理
　　由凈水廠輸出的自來水不可能是純水，它含有某些無機物及微生物，水在管網(wǎng)內(nèi)流動時，有些水中化合物會分解，水和管內(nèi)壁的材質(zhì)亦會發(fā)生化學(xué)作用，水中殘存的細(xì)菌還可再繁殖，加之管網(wǎng)受到外來的二次污染，管網(wǎng)水質(zhì)發(fā)生變化，引起諸多問題。
　　水在管網(wǎng)流動的過程中，由于腐蝕等原因，往往形成管內(nèi)腐蝕、沉淀及結(jié)垢的情況，結(jié)垢層的厚度和管道輸配水的年數(shù)（管齡）有關(guān)，隨著時間的延續(xù)，管道有效截面積的縮小，直接影響管道的輸配水能力。這些結(jié)垢層又是細(xì)菌孳生的場所，形成“生物膜”，國內(nèi)學(xué)者稱“生長環(huán)”，直接威脅著水質(zhì)的安全。形成管內(nèi)結(jié)垢層的原因，歸納起來有以下五個方面：
　?。?） 水對金屬管道內(nèi)壁腐蝕形成的結(jié)垢；
　?。?） 水中碳酸鈣（鎂）沉淀形成的水垢；
　?。?） 水中含鐵量過高所引起的管道堵塞；
　　（4） 管道內(nèi)的生物性堵塞；
　　（5） 水中懸浮物沉淀。
　　以上五個方面有些往往又同時發(fā)生，形成不同形態(tài)的結(jié)垢與沉淀。如環(huán)向瘤狀沉積物、底部連續(xù)沉積物、底部與環(huán)向瘤狀混合沉積物、不均勻連續(xù)沉積物、均勻環(huán)向沉積物、底部瘤狀沉積物。
2.1水對金屬管道內(nèi)壁腐蝕形成的結(jié)垢
　　金屬被水浸蝕，對金屬而言呈現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。鐵管受腐蝕，產(chǎn)生鐵銹的機理有如下幾種論點：
2.1.1氧化理論
　　由于水中碳酸作用，鐵變成碳酸亞鐵，接著再被水中的氧所氧化，成為氫氧化鐵。
2.1.2過氧化理論
　　鐵首先和水合成為氫氧化亞鐵，這時產(chǎn)生的氫和水中的氧化合生成雙氧水，爾后氫氧化亞鐵和雙氧水化合生成氫氧化鐵。

　　Fe+2H₂0→Fe（OH）₂+H₂H₂+O₂→H₂O₂

　　2Fe（OH）₂+H₂O₂→Fe（OH）₃

2.1.3電化學(xué)理論
　　腐蝕是由于電化學(xué)反應(yīng)引起的，圖1表示鐵銹的生成機理。

　　對金屬管道而言，輸送的水就是一種電解液，水的pH值影響著管道的腐蝕速度，水中的溶解氧及二氧化碳的存在，是管道腐蝕的重要因素。
　　因電化學(xué)反應(yīng)，對于偏堿性水，且無侵蝕性二氧化碳時，首先生成的是氫氧化亞鐵，然后被水中溶解氧氧化，生成氫氧化鐵，形成鈍化保護(hù)膜，使管壁的腐蝕速度減慢。否則，在生成氫氧化亞鐵后，與二氧化碳作用生成重碳酸亞鐵，它具有可溶性而流失于水中，被水中溶解氧氧化，生成氫氧化鐵，出現(xiàn)紅水，其中部分脫水形成鐵銹。
2.1.4微腐蝕電池理論
　　金屬管本身含有許多雜質(zhì)，金屬和雜質(zhì)之間存在電位差，在水的介質(zhì)內(nèi)，形成無數(shù)微腐蝕電池。首先在鐵管表面上某一部位因鐵被腐蝕成鐵離子，進(jìn)入水中，而形成陽極。其反應(yīng)式為：

　　Fe→Fe⁺²+2e

　　所釋解的電子傳遞到鐵管表面的另一部位，形成陰極。
　　當(dāng)pH≤7時，在陰極發(fā)生析氫反應(yīng)，水在陰極失去氫離子而增加氫氧離子，當(dāng)達(dá)到足夠的數(shù)量時，和水中的鐵離子形成氫氧化亞鐵，再被水中溶解氧氧化成氫氧化鐵，其中部分脫水形成鐵銹，沉積于管內(nèi)表面，呈凹凸不平的銹垢，故鐵銹是鐵生成含水氧化鐵的現(xiàn)象。其反應(yīng)式如下：

　　2H₂O→2H⁺+2OH^-

　　2H⁺+2e→H↑

　　Fe⁺²+2OH^-→Fe(OH)₂

　　4Fe(OH)₂+2H₂O+O₂→4Fe(OH)₃　 (紅棕色沉淀)

　　2Fe(OH)₃→Fe₂O₃+3H₂O

　　當(dāng)pH>7時，在陰極將發(fā)生氧化還原反應(yīng)。

　　O₂+2H₂O+4e→OH^-

　　在陰極上氧被還原成氫氧根，由于靜電作用，陰極產(chǎn)物向陽極擴散，陽極產(chǎn)物向陰極擴散，然后彼此再進(jìn)一步作用，形成Fe(OH)₂，進(jìn)一步氧化生成Fe(OH)₃，其中部分脫水形成鐵銹Fe₂O₃·nH₂O。它質(zhì)地疏松，不能起保護(hù)作用，以上反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，鐵銹不斷沉積于管內(nèi)表面形成銹垢。
　　在與水接觸的管內(nèi)表面，有一層似乎不流動的薄水層，流速增大，該水層減薄，通過該水層水流中的氧的擴散、補給容易，故促進(jìn)銹蝕。當(dāng)管內(nèi)流速再加快，氧的補給量增多，鐵管表面由于氧氣過剩，趨于鈍態(tài)化，反使腐蝕減小。若流速繼續(xù)增大，由于紊流將發(fā)生氣蝕，因機械作用使鐵管表面產(chǎn)生空隙腐蝕。
　　配水管網(wǎng)末端的小口徑管道，管內(nèi)流速較小，甚至有時不流動，水中的氧氣難以補充，銹蝕較嚴(yán)重。相反，輸水干管通常流速大，氧不斷由水帶入，管內(nèi)壁趨于鈍態(tài)，腐蝕速度放慢。就是發(fā)生腐蝕，也往往因過大速度使銹垢剝離掉，故發(fā)生銹瘤的機會減少。
　　由于腐蝕的生成物能溶于酸性介質(zhì)中，而不易溶解于堿性介質(zhì)中。因此pH值偏低的酸性水能促進(jìn)腐蝕作用，而pH值偏高能阻止或完全停止腐蝕作用。
2.2水中碳酸鈣（鎂）沉淀形成的水垢
　　在所有的天然水中幾乎都含有鈣鎂離子，并且水中的重碳酸根離子分解出二氧化碳和碳酸根離子，這些鈣鎂離子和碳酸根離子化合成碳酸鈣（鎂），它難溶于水而變?yōu)槌猎?br> 　　酸式碳酸鈣（鎂）的分解作用，可用下式表示：

　　Ca(HCO₃)₂DCaCO₃+CO₂+H₂O

　　把這個重碳酸鹽溶液看作是一個平衡的體系，那么就可以確定，當(dāng)其它條件相同時，二氧化碳的排出導(dǎo)致化學(xué)作用單向進(jìn)行，并使碳酸鈣（鎂）濃度增大。若濃度超過本身的溶解度，則碳酸鈣（鎂）必定開始沉淀，直到形成新的平衡狀況時為止。因而影響管網(wǎng)水的濁度升高及總硬度的下降。
2.3水中含鐵量過高所引起的問題
　　作為給水的水源一般含有鐵鹽，生活飲用水的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定鐵的最大允許濃度不超過0.3mg/L，當(dāng)鐵的含量過大時，應(yīng)進(jìn)行除鐵處理，否則在管網(wǎng)中容易形成大量沉淀。水中的鐵常以重碳酸鐵、碳酸鐵等形式存在，以重碳酸鐵的形式存在時最不穩(wěn)定，分解出二氧化碳，而生成的碳酸鐵經(jīng)水解成氫氧化亞鐵。這種氫氧化亞鐵經(jīng)水中溶解氧的作用，轉(zhuǎn)為絮狀沉淀的氫氧化鐵。它主要沉淀在管內(nèi)底部，當(dāng)管內(nèi)水流速度較大時，上述沉淀就難以形成；反之，當(dāng)管內(nèi)水流速度較小時，就促進(jìn)管內(nèi)沉淀物的形成。
2.4管道內(nèi)的生物性堵塞
　　鐵細(xì)菌是一種特殊化的營養(yǎng)菌類，它依靠鐵鹽的氧化，以及在有機物含量極少的清潔水中，順利地利用細(xì)菌本身生存過程中所產(chǎn)生的能而生存。這樣，鐵細(xì)菌附著在管內(nèi)壁上后，在生存過程中能吸收亞鐵鹽和排出氫氧化鐵，因而形成凸起物。由于鐵細(xì)菌在生存期間能排出超過其本身體積499倍的氫氧化鐵，所以有時能使水管過水截面嚴(yán)重的堵塞，并且這些凸起物是沿著管內(nèi)壁四周生成的，不僅是管底面而已。大量的亞鐵離子儲存在鐵細(xì)菌本身，而在細(xì)菌表面生成了氧化后的產(chǎn)物（三價鐵的氫氧化合物），它為棕色粘泥。它的反應(yīng)過程是：

　　4FeCO₃+6H₂O+O₂"4Fe(OH)₃+4CO₂

　　硫酸鹽還原菌是一種腐蝕性很強的厭氣細(xì)菌，它常存在于管內(nèi)壁上，在沒有氧的條件下，在金屬管道電化學(xué)腐蝕過程中主要在陰極起極化劑的作用，能把硫酸鹽還原成硫化合物，這樣就加快了管道的腐蝕結(jié)垢速度。據(jù)報道，在鐵硫菌參與下的腐蝕速度會增大300～500倍。
　　任何一種細(xì)菌對pH值都有一定的適應(yīng)性，通常細(xì)菌在中性和偏堿性介質(zhì)中，生長最好。鐵細(xì)菌和硫酸鹽還原菌亦是如此，當(dāng)pH在8.0時，它們的生長就受到抑制，pH值在8.4以上時基本不生長，試驗表明pH在5.96～7.89范圍內(nèi)鐵細(xì)菌生長；pH在5.96～8.35范圍內(nèi)硫酸鹽還原菌生長。
2.5水中懸浮物的沉淀
　　水中懸浮物的沉淀是形成沉渣的最簡單過程，盡管多數(shù)給水管道所輸送的水中懸浮物含量很少，可仍然有沉淀物形成，當(dāng)深夜用水極少時刻，配水管道水流速度極小，乃至停流狀態(tài)，為水中微粒自然沉降創(chuàng)造了條件。特別是直接向管網(wǎng)輸送的井水，往往把井周圍粉砂、細(xì)砂隨水流帶入管內(nèi)，尤其是生物的集聚粘附性能，使這些懸浮無機物很容易在管道內(nèi)沉淀于底部。然而當(dāng)出廠水濁度長期保持在≤0.5NTU時，這樣的沉淀應(yīng)該是不嚴(yán)重的。
　　以上五種情況引起的管內(nèi)沉淀與結(jié)垢，因形成的條件和時間的差異，可分為堅硬性結(jié)垢和松軟性沉淀。形成堅硬性結(jié)垢之原因主要是金屬管道自身的腐蝕和生物性結(jié)垢，它為金屬管道獨有。松軟性沉淀主要是水中的懸浮鐵質(zhì)及碳酸鹽的沉淀，它在金屬管道或非金屬管道內(nèi)都可能存在。

3. 管網(wǎng)水的穩(wěn)定性問題

　　管網(wǎng)水的穩(wěn)定性問題包括化學(xué)穩(wěn)定性及生物穩(wěn)定性兩個問題。
3.1化學(xué)穩(wěn)定性
　　水是否化學(xué)性穩(wěn)定，傳統(tǒng)的概念是與水中重碳酸鈣、碳酸鈣和二氧化碳之間的平衡有關(guān)。如水中游離二氧化碳含量少時，則產(chǎn)生碳酸鈣沉淀；如超過平衡量時，則產(chǎn)生二氧化碳腐蝕。反應(yīng)式為：

　　Ca(HCO₃)₂DCaCO₃+CO₂+H₂O

3.1.1化學(xué)穩(wěn)定性的鑒別方法
　　（1）飽和指數(shù)、穩(wěn)定指數(shù)用來定性鑒別化學(xué)的穩(wěn)定性
　　飽和指數(shù)是水的實測pH值減去同一水的碳酸鈣飽和平衡時的pH值。

　　I_L＝pH₀－pH_s

_式中　IL －飽和指數(shù)(郎格利爾指數(shù))；
　　　　　pH₀ －水的實測pH值；
　　　　　pH_s －水在碳酸鈣飽和平衡時的pH值。

　　pH_{s值有多種計算方法，比較簡便的方法是根據(jù)水的總堿度、鈣硬度、總?cè)芙夤腆w的分析值和水溫的關(guān)系，在表3中查得相應(yīng)常數(shù)，按下式計算：}

_{pHs=(9.3+Ns+Nt)-(Nh+Na)}

_{式中　Ns－溶解固體常數(shù)；
　　　　　Nt－溫度常數(shù)；
　　　　　Nh－鈣硬度常數(shù)(以CaCO3)計，mg/L；
　　　　　Na－總堿度常數(shù)(以CaCO3)計，mg/L。}

　　當(dāng)I_L=0時，水質(zhì)穩(wěn)定；
　　當(dāng)I_L>0時，碳酸鹽處于過飽和，有結(jié)垢傾向；
　　當(dāng)I_L<0時，碳酸鹽未飽和，二氧化碳過量，有腐蝕的傾向。
　　穩(wěn)定指數(shù)(I_R)計算式為：

　　I_R =2pH_s – pH₀

　　式中I_R—穩(wěn)定指數(shù)（雷茲納指數(shù)）；

　　穩(wěn)定指數(shù)按表4對水的特性進(jìn)行鑒別。

計算值的常數(shù)　表3

總?cè)芙夤?體(mg/L)

N_s

水溫(℃)

N_t

鈣硬度(以CaCO₃計) (mg/L)

N_h

總堿度(以CaCO₃計)(mg/L)

N_a

50

75

100

200

300

400

600

800

1000

0.07

0.08

0.10

0.13

0.14

0.16

0.18

0.19

　 0.20

0～2

2～6

6～9

9～14

14～17

17～22

22～27

27～32

32～37

37～44

44～51

51～55

56～64

64～72

72～82

2.6

2.5

2.4

2.3

2.2

2.1

2.0

1.9

1.8

1.7

1.6

1.5

1.4

1.3

1.2

10～11

12～13

14～17

18～22

23～27

28～34

35～43

44～55

56～69

70～87

88～110

111～138

139～174

175～220

230～270

280～340

350～430

440～550

560～690

700～870

880～1000

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

2.0

2.1

2.2

2.3

2.4

2.5

2.6

10～11

12～13

14～17

18～22

23～27

28～34

35～43

44～55

56～69

70～87

88～110

111～138

139～174

175～220

230～270

280～340

350～430

440～550

560～690

700～870

880～1000

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

2.0

2.1

2.2

2.3

2.4

2.5

2.6

2.7

2.8

2.9

3.0

水的特性的鑒別表4

穩(wěn)定指數(shù)

水的傾向

穩(wěn)定指數(shù)

水的傾向

4.0～5.0

5.0～6.0

6.0～7.0

　 嚴(yán)重結(jié)垢

　 輕度結(jié)垢

　 基本穩(wěn)定

7.0～7.5

7.5～9.0

7.0以上

輕微腐蝕

嚴(yán)重腐蝕

極嚴(yán)重腐蝕

　　（2） 水質(zhì)穩(wěn)定問題與管網(wǎng)所用管材結(jié)合鑒別
　　上述飽和指數(shù)和穩(wěn)定指數(shù)配合使用，將有助于判斷水的穩(wěn)定性傾向，運用這些指數(shù)判別水質(zhì)問題有很大局限性，因它是以單一碳酸鈣的溶解平衡作為判別依據(jù)。沒有考慮電化學(xué)過程，更沒有考慮水中膠體的影響，而且把碳酸鈣既作為緩蝕劑，又作為水垢來考慮。因此水質(zhì)的腐蝕與結(jié)垢問題，不能僅按上述指數(shù)來區(qū)分，但如用指數(shù)數(shù)值來指示結(jié)垢傾向還有一定實際意義。
　　美國、德國、瑞典、丹麥、挪威等國聯(lián)合研討了這一問題，提出流入管網(wǎng)之水的穩(wěn)定問題，要同管網(wǎng)所用管材的材質(zhì)結(jié)合起來考慮。并提出以下帶結(jié)論性的建議：
　?。?.1）對于用鑄鐵管管材組成的管網(wǎng)，要求進(jìn)入管網(wǎng)的水應(yīng)符合以下條件：
　　pH=7～8.5之間；
　　堿度（以CaCO₃計）為10～25ppm；
　　鈣離子應(yīng)該存在；
　　
　　溶解氧>2ppm；
　　有機物必須存在，但數(shù)量不應(yīng)多。
　?。?.2）對于以水泥壓力管管材，水泥砂漿襯里的金屬管材所組成的管網(wǎng)，要求進(jìn)入管網(wǎng)的水應(yīng)符合以下條件：
　　pH≥7；
　　堿度（以CaCO₃計）>15ppm；
　　鈣離子>10ppm；
　　腐蝕性CO₂<5ppm。
　?。?.3）對于用各類管材組成的管網(wǎng)，要求進(jìn)入管網(wǎng)的水應(yīng)符合以下條件：
　　pH=8～8.5；
　　堿度（以CaCO₃計）為33～82ppm；
　　總硬度（以CaCO₃計）為37.5～75mg/L；
　　鹽：以Cl^-及SO₄^-2形成的鹽要少；
　　有機物應(yīng)存在，但數(shù)量應(yīng)少。
　　在結(jié)論性建議中強調(diào)指出，以上這些參數(shù)僅作為參考，實質(zhì)上在管網(wǎng)中的金屬管道襯里不完善的情況下，以上這些條件比較苛刻，多數(shù)情況難以滿足，關(guān)鍵是通過試驗確定本地區(qū)水源與管網(wǎng)相適應(yīng)的水質(zhì)控制條件。
3.1.2其它因素的影響
　　（1）當(dāng)pH值< 6.5且水中鐵含量超過3mg/L時，管道逐漸被鐵細(xì)菌的作用所堵塞。
　　（2）當(dāng)水中氯化物和硫酸鹽的濃度高達(dá)300～400mg/L時，即使I_L=0.2～0.4時也會發(fā)生大量的腐蝕性沉淀，這是因為氯離子和硫酸根離子具有破壞管壁保護(hù)性碳酸鹽薄膜的作用。
　?。?）自來水的水溫變化緩慢，若是熱水系統(tǒng)問題就突出了，當(dāng)水溫升高時水中二氧化碳逸出，碳酸鹽處于過飽和，有結(jié)垢傾向，反之則水具有腐蝕性。
　　（4）水中微生物大量繁殖，會形成生物性結(jié)垢，也有可能堵塞管道，影響管道輸水及管網(wǎng)水質(zhì)。
3.2生物穩(wěn)定性
　　生物穩(wěn)定性系用生物可同化有機碳(AOC)來表示管網(wǎng)水中被細(xì)菌利用的有機質(zhì)的濃度，它可作為管網(wǎng)中細(xì)菌生長的潛在能力指標(biāo)。
　　對于良好的水源，水未用氯消毒時，AOC小于10µg乙酸碳/L，異養(yǎng)菌不發(fā)生增值；
　　水經(jīng)消毒而AOC在50～100µg乙酸碳/L時，細(xì)菌孳生受到抑制，生物穩(wěn)定性好；
　　AOC大于200µg乙酸碳/L時生物穩(wěn)定性差，細(xì)菌迅速孳生。
　　用AOC評價水處理工藝對進(jìn)入管網(wǎng)水的生物穩(wěn)定性時，以下趨向引起關(guān)注：
　　· 用氯胺消毒的生物穩(wěn)定性優(yōu)于用液氯消毒；
　　· 采取二氧化氯替代液氯進(jìn)行源水的預(yù)氯化措施，可降低AOC值；
　　· 合理保持出廠水的余氯在偏低范圍，必要時管網(wǎng)內(nèi)局部補充加氯，可以降低管網(wǎng)水的AOC值；
　　· 膜過濾法處理水的生物穩(wěn)定性差，AOC值高；
　　· 生物活性碳法（GAC）處理水的生物穩(wěn)定性好；
　　· 美國、日本都已證實經(jīng)臭氧處理后的水，AOC值高。

4.具體建議

4.1供水企業(yè)出廠水的穩(wěn)定性，應(yīng)制定指導(dǎo)性要求
　　首先要求有條件的一類供水企業(yè)，對出廠水的水質(zhì)穩(wěn)定性進(jìn)行專題研討，對具有較嚴(yán)重腐蝕性的水質(zhì)，增添pH值調(diào)整的工藝措施；對出廠水的余氯值應(yīng)有更嚴(yán)的控制，必要時增設(shè)管網(wǎng)中間補加氯措施，乃至增添生物活性碳深度處理工藝，使生物穩(wěn)定性改善。這也是使自來水水質(zhì)趕上國際先進(jìn)水平，符合直飲要求的一個重要環(huán)節(jié)。由于這些措施增大了供水成本，建議先個別試點，總結(jié)效果，再論在怎么的范圍內(nèi)普及。提出這些建議的主要依據(jù)是：
　?。?）首先“生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)”中，對化學(xué)穩(wěn)定性和生物穩(wěn)定性補充提出指導(dǎo)性的要求；
　?。?） 當(dāng)源水水質(zhì)偏酸性時，將出廠水pH值調(diào)整至8.0～8.5，歐美應(yīng)用廣泛。十年前筆者在美國華盛頓北方水廠考察時，該廠水源來自湖泊，出廠水的pH值調(diào)至8.0～8.5，最高達(dá)9.0，當(dāng)pH超過8.4以后，鐵硫細(xì)菌生長基本抑制，延緩生物膜的發(fā)育；
　　（3）堿性介質(zhì)中，F(xiàn)e(OH)₃等溶解度小，生成鈍化膜，減輕腐蝕，亦不利于細(xì)菌孳生；
　?。?）選用二氧化氯進(jìn)行源水的預(yù)氯化、氯胺消毒、生物活性碳深度處理、采取管網(wǎng)補加氯來降低出廠水余氯值等措施，從而降低出廠水中AOC值，抑制細(xì)菌生長，當(dāng)管網(wǎng)水中AOC＜50μｇ乙酸碳/Ｌ時，細(xì)菌生長受到抑制；
　?。?）美國建議標(biāo)準(zhǔn)為AOC＜50～100μｇ乙酸碳/Ｌ；我國學(xué)者建議的近期目標(biāo)AOC＜200μｇ乙酸碳/Ｌ，遠(yuǎn)期目標(biāo)AOC＜100μｇ乙酸碳/Ｌ。
4.2加大管網(wǎng)技術(shù)改造的力度
4.2.1管網(wǎng)技改的原則
4.2加大供水管網(wǎng)的改造力度
4.2.1管網(wǎng)改造的原則
　　（1）要結(jié)合城市供水總體規(guī)劃的需要，要結(jié)合供水管網(wǎng)分塊管理的需要；
　?。?）易爆管段優(yōu)先列入更換；
　　（3） 建筑物等壓埋管段，建筑物等又難以拆除的，管道列入改遷；
　?。?） 管線走向不符規(guī)劃要求，影響嚴(yán)重的管段，列入改遷；
　?。?） 管道腐蝕嚴(yán)重，漏水頻繁的管段，列為改造；
　?。?） 管道內(nèi)壁腐蝕結(jié)垢，影響輸配水衛(wèi)生要求的，列為改造，其中嚴(yán)重不滿足輸配水要求的，優(yōu)先改造；
　　（7） 管段改造的設(shè)計構(gòu)思完善、管材選用可靠、施工質(zhì)量優(yōu)良，避免重新帶帳。
　　水表以內(nèi)的用戶內(nèi)部管道，亦應(yīng)參照以上原則調(diào)整，同時貯水池、水箱等亦應(yīng)配置合理，內(nèi)壁防腐符合衛(wèi)生要求。凡水表后為多層建筑物配水時，防止用戶內(nèi)部水回流入管網(wǎng)的可能，應(yīng)在水表后設(shè)置可靠的防回流裝置。
4.2.2管網(wǎng)改造的策略
　　（1） 按照以上原則編制現(xiàn)有管網(wǎng)技術(shù)改造規(guī)劃，針對各管段的具體情況，擬定技改的推薦方案。
　?。?） 編制年度管段技術(shù)改造計劃時，應(yīng)作經(jīng)濟(jì)效果的說明，這包括工程投資效益、運行能源效益及影響用戶的社會效益的分析，闡述該計劃是最佳方案的理由。
　?。?） 道路的擴寬改造是管道更新改造的最好機遇，通常以拆排新管為主。
　?。?） 易爆管段、漏水嚴(yán)重管段，通常以開挖式的拆排新管、非開挖式的脹破換管、管中管等方案比較選擇。
　　無內(nèi)襯、非易爆的金屬管段，為了改善管網(wǎng)水質(zhì)，應(yīng)慎重選擇最佳方案。通過國內(nèi)多年的實踐，對于中大口徑管道采用刮管、噴襯水泥砂漿，對于小口徑庭院及進(jìn)戶支管采用刮管、噴砂除銹后噴涂衛(wèi)生級環(huán)氧樹脂是較經(jīng)濟(jì)、易實施的方案，應(yīng)引起關(guān)注。需要說明的是水泥砂漿襯里的金屬管道及水泥壓力管所用的水泥應(yīng)有具體要求，因硅酸鹽水泥制造過程中摻和了高爐礦渣，這類摻和料成份不穩(wěn)定，有時帶有鋇、鎘等有害人體的金屬成份，有時存在放射性問題，故應(yīng)檢測水泥相關(guān)的化驗報告。對于管道的內(nèi)表面，噴涂衛(wèi)生級不飽和聚酯樹脂是較好的措施，它減緩了水泥砂漿層堿及有害成份的析出，延伸了管道的使用壽命，并對輸送水的水質(zhì)保證有利。
　　（5） 管道的技改應(yīng)包括盲腸管段的根除，排氣閥門安裝方式的改進(jìn)，盡量消除管網(wǎng)中的二次污染源。
　　盲腸管段在管網(wǎng)內(nèi)大量存在，它是管網(wǎng)幾十年形成與改造過程中遺留下來的問題，在盲腸管段內(nèi)的水是不流動的‘死水’，死水中的氧消耗盡后，水質(zhì)悪化發(fā)臭，若是金屬管，內(nèi)壁又沒襯里，則要產(chǎn)生‘紅水’、‘黑水’問題。
　　排氣閥是管道的呼吸器，長期處于地下井室內(nèi)，在南方地下水位較淺的環(huán)境，甚至浸泡在臟水中，它實質(zhì)上是管網(wǎng)嚴(yán)重的二次污染源。因此排氣閥不僅安裝的位置應(yīng)改進(jìn)，排氣閥本身也應(yīng)改造，應(yīng)附進(jìn)氣的空氣凈化設(shè)施。
　　（6） 管道技改應(yīng)包括閥門的改換，測壓、測流、檢測水質(zhì)點的增補，小區(qū)總表、檢漏分流水表的完善，管網(wǎng)分塊管理相關(guān)設(shè)施的增改。
　?。?） 管網(wǎng)技改本著‘先嚴(yán)重后一般’、‘先大后小’、‘先易后難’，進(jìn)行工程排序。
　　‘先嚴(yán)重后一般’系指：嚴(yán)重影響輸水水質(zhì)的管段、嚴(yán)重影響輸配水的瓶頸管段、嚴(yán)重影響管網(wǎng)連續(xù)供水的易爆管段、嚴(yán)重漏水的管段提前安排；
　　‘先大后小’系指：經(jīng)濟(jì)效益、社會效益影響較大的管段優(yōu)先安排；
　　‘先易后難’系指：道路改擴的、有資金來源的、投資少的、容易見效的管段先辦。
　　管道改造的較大工程，應(yīng)作多方案的經(jīng)濟(jì)、效益分析，選定改造的較優(yōu)方案。
4.3管網(wǎng)運行的科學(xué)管理
　　管網(wǎng)運行管理涉及的方面很多，這里僅探討‘改善管網(wǎng)水質(zhì)’相關(guān)的內(nèi)容。
4.3.1管網(wǎng)運行管理模式的探討
　　管網(wǎng)的運行有兩種模式，一種是被動管理模式；另一種是主動管理模式。
　?。?）被動管理模式
　　國內(nèi)外同行對管網(wǎng)的運行，采用的是被動管理模式，它也是一種對管內(nèi)水流非擾動模式，盡可能不擾動管網(wǎng)內(nèi)水流方向的變化，以免擾動管底的沉淀物，以免渾濁度劇變。實質(zhì)上這種運行模式對改善管網(wǎng)水質(zhì)，只能治標(biāo)不能治本，一旦控制失調(diào)，渾水現(xiàn)象難以避免。
　　（2）主動管理模式
　　主動管理模式系指對管內(nèi)水流可擾動模式，也就是管網(wǎng)內(nèi)水流方向、水流速度的較多的變化，不會引起管內(nèi)水渾濁度明顯波動。
　　長期以來，供水管網(wǎng)輸配水過程中流態(tài)的研究很粗，也可算是個空白，管道年年敷設(shè)，有時一條街道上重復(fù)敷設(shè)了3～5條平行管道，只安新管、不拆舊管，有些管段的輸配水能力超越實際需要太多，有些城市規(guī)劃功能重大調(diào)整（如工業(yè)區(qū)用水大戶整體外遷），致使配水管道中流速過低，配水管網(wǎng)形成了水的‘沉淀池’，這是導(dǎo)致管網(wǎng)水質(zhì)悪化的重要原因之一。
　　為此，首先建立好管網(wǎng)的地理信息系統(tǒng)（GIS），并達(dá)到管網(wǎng)建模、可復(fù)核運行計算的深度。
　　摸清各管段流速動態(tài)變化數(shù)據(jù)，繪制管網(wǎng)水齡（出廠水流至該點的小時數(shù)為該點的水齡）等值曲線。
　　逐條街道對平行的管道進(jìn)行流態(tài)分析，將一些可以‘退役’的管段，調(diào)整‘下崗’。對于當(dāng)前較富裕的聯(lián)絡(luò)管，只要對供水沒大的影響，亦可隔離‘臨時休息’。
　　通過閥門的啟閉調(diào)控，使部分流速偏低的管段，周期性增大流速，從而減少管網(wǎng)中沉淀物的形成。
　　也就是說管網(wǎng)中各管段的流速動態(tài)變化要摸清、要調(diào)控，有些管段要‘輪休’、要‘下崗’。
4.3.2管道的清洗
　　內(nèi)襯良好的管道在長期輸配水的過程中也存在管底、管壁附著沉淀物的問題，因此有些管道存在定期沖排‘洗澡’的要求。
　　當(dāng)然，對于管道內(nèi)襯符合要求，管內(nèi)流速能周期性大于自凈流速的管段，原則上不需要定期沖排‘洗澡’的。但對于管內(nèi)流速長期偏低的管段，特別是枝狀末端管段，定期沖排是十分必要的。國內(nèi)外一些同行對管網(wǎng)中的消火栓及枝狀末端管，要定期進(jìn)行沖排，這是值得推廣的一項制度。成都水司幾十年一直有專門班子對消火栓一個月排水一次，一方面保持消火栓長期處于良好的備用狀態(tài)；二方面排掉干管至消火栓的一段死水，特別是配水支管上的消火栓排水時間較長，亦是對配水管道的一次清洗。致于內(nèi)襯不符合要求的金屬管道，就是管內(nèi)流速較大，也應(yīng)定期沖排，當(dāng)然更重要的是襯里應(yīng)盡快完善。

5.結(jié)束語

　　總之，管網(wǎng)科學(xué)的運行管理是將管網(wǎng)的被動管理轉(zhuǎn)為主動管理，無序管理轉(zhuǎn)為有序管理，粗獷管理轉(zhuǎn)為分塊的效益管理。
　　當(dāng)前我國城市建設(shè)處于大興土木的發(fā)展期，城市供水管網(wǎng)亦處于更新改造的擴建期，管網(wǎng)運行管理的模式跳出被動的模式是不現(xiàn)實的，但在條件較優(yōu)的個別城市作些試點，積累經(jīng)驗，也是必要的。
　　應(yīng)該看到，要使用戶龍頭放出的水始終符合飲用水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。首先出廠水的水質(zhì)應(yīng)不低于當(dāng)前的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，出廠水化學(xué)、生物穩(wěn)定性均符合要求；次之管網(wǎng)（包括用水戶內(nèi)部管道）應(yīng)按衛(wèi)生等要求進(jìn)行改造；再之管網(wǎng)的運行實施了主動管理的模式，這三個方面缺一不可，否則達(dá)不到理想的效果。
　　需要說明的是飲用開水是個好習(xí)慣，我國的“飲用水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)”是符合飲用開水的水質(zhì)要求的；致于直飲水的水質(zhì)要求，筆者認(rèn)為現(xiàn)階段主要還在于龍頭放出的水，長期穩(wěn)定地達(dá)到水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)而已。
　　不過在此需要補充兩點：直飲水和飲用開水對味覺都是有要求的，其實“水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)”明確規(guī)定了自來水應(yīng)無異味，但長期存在的‘氯酚’味并沒有作為硬指標(biāo)來質(zhì)疑水質(zhì)是否達(dá)標(biāo)的依據(jù)，這一點可以商討，作為供水企業(yè)應(yīng)該采取措施，早日使出廠水全面達(dá)標(biāo)；直飲水對濁度的要求更為嚴(yán)格，因濁度趨于0.1NTU時，標(biāo)志著水中病毒、寄生蟲的消除。
　　在這里應(yīng)該估計到，要求與實施不是同步的，整個管網(wǎng)按要求徹底改造完，將是一個漫長而無終止的過程；管網(wǎng)運行管理亦難以達(dá)到理想的目標(biāo)。就是今后按規(guī)劃增敷的新管線，在投入輸配水的初期，水流速也難以達(dá)到規(guī)劃的要求，因此亦存在流速調(diào)控問題。
　　要求龍頭放出水的水質(zhì)好（包括感官好），則是用戶的緊迫要求，這么就好理解國外同行中對化學(xué)穩(wěn)定性差的出廠水，在清水池中投加大量石灰水，使出廠水的pH值調(diào)至8.0～8.5的原因。在這方靣，日本石橋多聞先生在《給水工程的事故與防治措施》一書中指出，供水管道防止內(nèi)腐蝕，只限于采用鐵管涂料覆蓋方法是不夠的，在接管部位、屋頂水箱、附件等處不易被徹底保護(hù)。因此在作好管內(nèi)防蝕襯里的同時，對進(jìn)入管網(wǎng)的水調(diào)整pH值是必要的。他指出：“歐美的供水系統(tǒng)自不待言，就是馬來西亞、印尼等南亞地區(qū)的供水，也都在推行調(diào)整pH值的方法，而日本所供給的水是世界上少見的腐蝕性強的軟水，卻輕視調(diào)整pH值的方法是很不應(yīng)該的”。他認(rèn)為“日本自來水事業(yè)自創(chuàng)建以來，就有輕視防蝕對策的不好傳統(tǒng)，供水技術(shù)人員對此漠不關(guān)心，僅僅為眼前的瑣事困擾，而不考慮長期腐蝕的影響，既使出現(xiàn)有腐蝕象征的紅水問題，也只是對鐵管采取水泥砂漿襯里、洗管、投加偏磷酸鹽等為中心的暫時或局部辦法解決問題，很少采用治本的措施來改善水質(zhì)”。近10多年來，在日本已有不少供水企業(yè)對出廠水采取調(diào)整pH值的措施了。
　　因此，在改善管網(wǎng)水質(zhì)這一課題上，出廠水的水質(zhì)與水質(zhì)的穩(wěn)定（包括化學(xué)、生物兩個方面）、合理改造管網(wǎng)以及管網(wǎng)運行的科學(xué)管理，均應(yīng)同時提上實施日程，這也是優(yōu)質(zhì)服務(wù)的重要環(huán)節(jié)。
　　以上所述，有些作法離現(xiàn)實還有一段距離，暫時實施有困難，筆者認(rèn)為這些對提高企業(yè)的服務(wù)質(zhì)量相關(guān)，遲早會引起關(guān)注的，因此以上觀點僅拋磚引玉，供同行商討，不當(dāng)之處望指點。

2004年4月4日

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