给排水管材现状及管道内壁水质分析

　　国内近几年对管道的质量要求越来越严，对管材及配件技术的发展相当重视，并投入大量的资金进行开发和研究工作。经过几年的探索给排水工作者发现管道本体材料对管内水质的二次污染影响很大，管材选择是技术经济比较的结果，对于水中碳酸钙(镁)的结垢，水中溶解性铁离子氧化对管道的腐蚀、结垢，以及一些生物性的堵塞等状态，往往是选择管材另一方面重要因素。

1　给排水管道材料的现状
　　目前在我国许多省市如大连、上海、广东、福建、湖北、湖南等地建设部门已发布通知禁止给排水管道采用镀锌管和排水铸铁管，推广使用UPVC硬聚氯乙烯给水管和UPVC塑料排水管。这是一件利国利民的大事。为使给排水管道的应用与当代管道技术发展相一致，我国在大型企业和住宅中给排水管材一般按表1、表2来选用管材。

表1　给水系统选用的管材

表2　排水系统选用的管材

　　下面我就给排水管材的现状对水质的影响进行剖析。
1.1　金属管
　　目前常用的金属管主要有：钢管、镀锌管、铸铁管。铜管价格较高，主要用于热水管道。镀锌管道仍作为建筑给水管的主要管材，它比铜管价格低，但防腐性差，尤其是随着工业发展，水源污染，一些水厂为保证供水的卫生指标，采取了加大投氯量的措施，使水的侵蚀性增加，钢管内壁腐蚀结垢情况加剧，严重影响到镀锌管的使用寿命。铸铁管一般包括普通灰口铸铁管，铸钛球墨铸铁管和球墨铸铁管。前者为刚性管，后者为柔性管。目前我国城市供水工程中使用该管的比重也在上升，由于灰口铸铁管质量不稳定，爆管事故较多，因此对球墨铸铁管的开发，尽管国内起步较晚，但现在已形成规模。该管的特点是强度高、韧性大，此外，它还有较强的抗腐蚀能力，与钢管相比其腐蚀速度只有钢管的1/3～1/5，且安装施工也较方便。
1.2　非金属管
1.2.1　砼管系列
　　其中包括砼管、预应力砼管及防腐砼管。这些管的管径基本都在Φ300mm以上，大多数都用于大流量的排水工程中。特点是价格较其它材料的大口径管要低，而强度较高。在一般水质情况下不需防腐，但弯头、三通等配件的生产仍是空白。
1.2.2　塑料管材
　　此类管材属化学建材，其中用于给排水系统的主要有热塑性塑料管，包括：硬聚氯乙烯管(UP VC)、聚乙烯管(PE)、聚丙烯管(PP)、聚丁烯管(PB)、苯乙烯管(ABS工程塑料)等；以及热固性管，即：玻璃纤维增强树脂塑料管。但我国目前较为广泛使用的是UPVC管，特别是在沿海地区的南方，室内外已大量采用此管，甚至出现产品供不应求的情况。塑料管材与其它管材相比具有重量轻、耐腐蚀等优点。
1.2.3　复合管
　　复合管包括衬铅管、衬胶管、玻璃钢管。复合管大多是由工作层(要求耐水腐蚀)、支承层、保护层(要求耐腐蚀)组成。应该说复合管材是管径≥300mm以上给排水管道最理想的管材。但它又是目前发展较缓慢的一种管材。这是因为：①它要求各种材料之间亲和力较强。②要求各种材料的物理性能接近(越接近越好)。③生产工艺简单。④有良好可靠的接头方法。常见的复合管有：以铸铁作支撑材料，内衬以环氧树脂和水泥为主。它的特点是重量轻、内壁光滑、阻力小、耐腐性能好。以高强软金属作支撑，内衬为聚氯乙烯的钢管，它的特点是管道内壁不会腐蚀结垢，保证水质，施工可采用丝扣连接，使用寿命长。

2　管内水质分析及对管壁的腐蚀影响
　　在许多工程中和特殊工业工程中给水管道系统能否保持畅通、便捷、可靠，对工程的使用质量有着直接的影响。因此，对给水管道的要求质量是：水力条件好、安装简便、快速可靠、维护工作量少。同时管道的化学稳定性高，耐腐、质轻、韧性好、寿命长、折旧费用低。但由于多方面的原因，在建筑工程、工艺管道设计施工中，给水管材一直难以完全达到上述要求。给水管道基本上以选用金属材料的管道为主。因此常有管道腐蚀、结垢、堵塞的现象，管内的水质卫生状况也缺乏有效的监督保障。去年笔者曾亲自拆除一段1965年建造住宅的给水管道，DN40的镀锌管内壁已腐蚀、结垢，管内凹凸，过水面积相当于DN15的管，还伴有微生物，情况非常严重。如何使管材满足水质的要求和保证管道的使用寿命与建筑寿命一致，首先我们要弄懂以下问题：
　　一般来讲，供水水质在进入管道之前，都能达到国家标准。但因其不是纯净水，水中普遍含有某些金属元素、化合物及微生物。当水在管中流动时，有的化合物会分解，使水和管内壁的材质产生化学作用。同时，水中残留的细菌也可能再度繁殖，使管内水质出现变化。而输水的管道由于腐蚀作用，生成了各类沉积物，形成了结垢层，其厚度和管道使用的年数有关，它随时间的增加不断扩大，结垢层是细菌繁生的场所，形成了“生物膜”又称为“生长环”。有关部门对结垢管道中流出的水质进行化验发现多达28种细菌和16种金属元素，主要有铁、锰、锌、铅、汞等，水质直接影响了人们的身体健康。管材是水质污染的主要原因：①管内腐蚀、结垢对水质的影响。水对金属管道内壁腐蚀形成的结垢，其形成机理主要有三种解释。一种叫做氧化理论，即因水中碳酸作用，铁变成碳酸亚铁，接着再被水中的氧所氧化，成为氢氧化铁；其二称为过氧化理论，即铁先与水化合为氢氧化亚铁，产生的氢和水中的氧化合成双氧水，而后氢氧化亚铁和双氧水化合成氢氧化铁。
　　Fe+2H₂O →Fe(OH)₂+H₂
　　H₂+O₂→H₂O₂
　　2Fe(OH)₂+H₂O₂ →2Fe(OH)₃
　　第三种理论是微腐蚀电池理论。因金属本身含有许多杂质，金属和杂质之间存在着电位差，在水的介质中形成了无数微腐蚀电池，在铁管表面某一部位，因铁被腐蚀成铁离子进入水中而形成阳极，所释放的电子传递到铁管表面的另一部分形成阴极。在pH<7时，在阴极发生反应失去氢离子而增加氢氧离子，当达到足够的数量后和水中的铁离子形成氢氧化亚铁，再被水中溶解氢氧化铁形成铁锈，沉积于管内表面，呈凹凸不平的铁锈，在配水管网末端管道管径小，且流速低时，锈蚀会加剧。②水中碳酸钙(镁)沉淀形成水垢。在所有的天然水源中，几乎都含有钙镁离子。且水中碳酸根离子分解出二氧化碳和碳酸根离子，它和钙镁离子化合便生成碳酸钙(镁)，它难溶于水而变成沉渣。③管道内的生物性堵塞。一般供水都经过净化、消毒，在管网中一般是没有产生有机物和繁殖生物的可能，但是嗜铁细菌是一种特殊的化学营养菌类。它依靠铁盐的氧化，能在有机物含量极少的清洁水中，顺利地利用细菌本身生存过程中产生的能量生存。就这样嗜铁细菌附着在管内壁后，在生存过程中吸收亚铁盐，排出氢氧化铁，因而形成凸起物，从而使管径变小。
　　以上情况是引起管内沉淀与结垢的主要原因。可按其形成的条件和时间差异而大致分为坚硬性结垢和松软性沉淀。而坚硬性结垢主要原因在于金属管自身的腐蚀和生物性结垢。它是金属管道所独有的。松软性沉淀则在金属或非金属管内都可能存在。因此可见，管道内结垢是管网水质发生变化的主要因素之一。而金属管又是坚硬性结垢产生的主要原因。形成水源的再次污染。

3　建议在管网管理工作中采取以下措施和制度
　　(1)新管线投产和旧管线检修或换管后的冲洗、消毒制度。(2)管内“死水区”和管线终端等部位的定期放水，冲洗制度。(3)管内定期进行清管、刮管、除垢和衬涂的工作制度。(4)管线全面寻查和管道检漏及修理工作。(5)对老住宅的老管还应进行全面检查和规划更新改造工作。更新时应采用新产品、高质量的管材。(6)为确保居住区居民用水水质要求，如果二次污染细菌等指标问题较严重，小区加压站应采用二次消毒措施。

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