给水管网水质改善措施的探讨

摘要：本文通过分析影响管网水质变化的因素，初步提出了改善管网水质应从合理选择管材、管径，加强管道的防腐，周期性清洗管道及创建管网水质模型等方面入手，为保证供水水质安全提供相应的措施。

关键词：给水管网；供水水质；管道清洗

给水管网是城市供水的重要组成部分，研究和解决给水管网的水质问题，保障供水水质安全，是21世纪我国水行业需要解决的重要课题之一。由于城市供水管网错综复杂，水厂出水通常会经过几天甚至十几天才会传送到用户。管网水质的变化主要表现在余氯浓度、浊度、色度、细菌总数、铁、锰、锌等指标含量的变化。细菌总数每毫升甚至增加了20个cfu左右，水质总合格率下降到了原来的百分之八十左右。由于管网余氯浓度、浊度、色度、细菌总数、铁、锰、锌等指标含量与管材、管径、管道卫生状况等多个因素有关，本文通过分析合理选择管材、管径，加强管道的防腐，周期性清洗管道及创建管网水质模型等对水质的影响，提出改善管网水质的相应措施。

1.合理选择管材

目前，供水管材大概可以分为金属管、塑料管和水泥管三大类。金属管主要包括铸铁管、球墨铸铁管和钢管等；塑料管主要包括聚乙烯塑料管（PE）、聚氯乙烯塑料管（PVC）、三型聚丙烯塑料管（PPR）等；水泥管主要包括钢筋-预应力管、钢筋-非预应力管和无钢筋-非预应力管。这几种管材的主要特点如表1。

机械强度好，在抗拉、抗弯、耐冲击、耐振动等方面有优势；重量较轻，安装方便，价格经济，抗蚀性较强，无需防腐处理；价格便宜，施工方便，有较丰富的使用经验。 由于内部含有金属物质，易发生管网腐蚀；塑料在水中可能发生溶解反应，产生可溶解反应物渗入水中；自重大，对机械损坏的热震动敏感，碱性物质易从中渗出。

各种管材对管网水质的影响如下：

（1）管材对余氯的影响。对于供水管网中的余氯，在金属管道中消耗较快，但在塑料管和水泥管中消耗相对较慢。

（2）管材对细菌总数的影响。在金属管道和塑料管道中均检测出细菌总数超标，尤其是塑料管中，其细菌总数严重超标。这主要是因为金属管尤其是球墨铸铁管极易腐蚀，为微生物的吸附创造了有利条件。

（3）金属管道还会导致铁超标，塑料管中有铅离子溶出但未检测其超标。而且，已经有数据指出，部分饮用水中检测到了芳香烃，其质量浓度为千分之几克/ 升，这主要是由于塑料管材的特殊性质，土壤中所含的污染物（ 如甲醇、甲苯和除草剂） 可通过埋在土壤中的塑料管管壁渗入管内， 从而造成自来水的污染[3]。

2.合理选取管径

管径决定了管网中水的流速和单位体积水与管壁的接触面积。管径对水质的影响主要有以下两个方面：

（1）对浊度的影响。水体浊度的大小主要取决于管网中水的流速，浊度在管网中的变化主要体现在两个方面。一方面，管网中的水对管网有一定的冲刷作用，可将附着于管壁的物质冲刷下来，增加了水体的浊度。另一方面，水体中的悬浮物质也会附着于管壁，形成水体自净作用，使水体的浊度较低。一般情况下，当水体流速较大时，冲刷作用大于自净作用，使管网浊度升高；反之，管网浊度降低。因此，为降低管网浊度，若该管段流速较大，可适当增加管径。

（2）对余氯浓度的影响。一方面，管径越大，水在管网中流速越小，这就增加了水与管壁的反应时间，余氯衰减速率较快，水体中余氯浓度较小。另一方面，管径越大，单位体积水与管壁的接触面积越小，因此与管壁反应的余氯也较少，管网中余氯浓度较大。由于管网中余氯的衰减主要包括主体水中余氯的衰减和管壁造成的余氯的衰减。因此，若某段管道余氯主要通过与水体的反应而消耗，则管径越小，余氯衰减越慢，此段管径应尽量减小；若某段管道余氯主要通过与管壁的反应而消耗，则管径越大，余氯衰减越慢，此段管径应尽量增大。

由以上两个方面可以看出，管网水质受管径的影响较复杂，要在保证管网给水符合经济流速的前提下，综合考虑管网的情况来确定最经济合理的管径。

3. 加强管道防腐措施

水在管网中的化学与电化学作用会腐蚀管壁，产生铁、锰、锌等金属锈蚀物附着于管壁，甚至形成“生长环”，使水体浊度、色度、铁、锰、锌等指标增大，严重影响水质，降低管道寿命。因此，合理的防腐措施是必要的。

防腐衬里是抑制管道腐蚀的重要措施，但应根据实际情况选择合适的防腐衬里。镀锌钢管的防腐锌层较薄，附着力较差，脱落造成水体锌含量增加。目前常用的防腐衬里技术为水泥砂浆衬里。为保证管网水质，内衬的水泥砂浆需采用合格的水泥，其水泥与砂浆的配合比例应满足一定的要求。但已有研究表明，管网中的砂浆衬里会受到水中酸性物质的侵蚀， 从而导致腐蚀， 并发生脱钙（ 沙落） 现象， 进而污染水质。

4.周期性清洗管道

在管材、管径及内衬已经确定的情况下，周期性清洗管网对提高管网水质也是一种有效的措施。管网清洗剂既能恢复管网通水能力和抑制腐蚀的发生，又可以避免管网末梢消火栓和排水阀的死水回流进管网。常用的冲洗方法有机械刮管法、炮弹法、水力清洗法、高压射流法和气压脉冲法。各种方法的原理及特点如表2。

利用钢丝绳等，用外力使其在管道内来回运动；用头部是炮弹形状的清洗器穿越管道对管道进行清洗；用一定水压的高速水流对管道进行清洗；用高压水泵和软管连接，通过特制的喷嘴喷射清洗的管道；利用空气的可压缩性，使高压气体在管内形成气-水流，加剧管内水的紊流，增大剪切力，清洗管道。 适用于有坚硬积垢的管道，但需段管和停水；任何管径均适用，对有坚硬积垢的管道清洗不彻底；浪费水量较大，不适用于清洗具有坚硬积垢的管道；耗水量小，可清洗有坚硬积垢的管道，冲洗效果好；冲洗距离长，设备简单，操作方便。

综合各方面因素，宜选择高压射流法和气压脉冲法进行管道冲洗。

5.创建管网水质模型

随着电子技术的发达，用计算机模拟管网水质参数和某种污染物质在管网中随时间和空间的分布，建立管网水质模型，准确快速的发现管网中存在的问题并解决已经成为了改善管网水质的新的发展方式。水质模型经历了稳态、准动态及动态的发展过程。Wood教授提出了稳态下的水质模型，clark等提出了准动态模型，Rossman等人提出了动态水力工况下水质的模拟计算机动态水质模型。国内已有多个城市成功地创建了管网水质模型，并使管网水质得到了改善。

管网水质恶化是多种因素共同作用的结果，改善管网水质是一项复杂而重要的工作。除了文中所提到的管道属性及必要的防治措施外，还应加强管理，尤其是管网的信息化管理，在更大程度上改善管网水质。

参考文献：

[1] 尤作亮，徐洪福，曲志军. 配水管网中水质变化规律及主要影响因素分析[J].给水排水，2005，31（1）：21-26.

[2] 曲志军，徐洪福，尤作亮. 城市配水管网系统对水质的影响研究[J]. 城镇供水，2007（5）：36-40.

[3] 李欣，王郁萍，赵洪宾. 给水管道材质对供水水质的影响[J]. 哈尔滨工业大学学报，2001，33（5）：592-595.

[4] Ormsbee， L. E.， Wood， D. J. Explicit Pipe Network Calibration [J]. Journal of Water Resources Planning and Management， 1986， 112（2）： 166-182.