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管网材料及设备对水质的影响及对策

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王杭州

珠海水务集团有限公司  519020  广东 珠海

摘  要 本文通过分析管材及设备对管网水质的影响,提出管材及设备的选择及防腐方法,论述了管网冲洗的重要性。

关键词】到户水质 二次污染 管材 设备  防腐

随着科学技术的发展及人民生活质量的提高,对水质的要求也越来越高。虽然水厂出厂水的各项指标都能达到国家水质标准,然而自来水经输配管网送至用户龙头之前,已历经了数十公里乃至数百公里的旅程,常常会受到二次污染,造成到户水质变坏。保证到户水质的关键因素更多地取决于管网材料及设备合理选择与维护。

一 、管材及设备对水质的影响       

1.1腐蚀

管网管体破损和腐蚀是水质事故的重要成因。97年对国内大中城市自来水公司的调查数据显示,末端水的浊度、细菌总数、总大肠菌群和游离余氯全年综合合格率较出厂水降低了3.05%,其中总大肠菌群合格率下降7.3%,接近标准临界值。三氯甲烷、四氯化碳分别增加47.91%和38.78%,高锰酸盐指数增加35.0%,反映出管网中有机污染物的增加和氯化作用的存在。我国许多城市在20世纪90年代前铺设的管道当时采用内外防腐措施,现在锈蚀已相当严重,成为"红水"、"黑水"等水质事故的诱因。

1.1.1金属材料

金属管内壁腐蚀引起的浊度﹑色度﹑铁﹑锰等含量增加,一般内壁锈蚀的管道污染增加量较大,小口径管道的增加量比大口径更大。锈溶于水中造成臭味及味觉不快。另外金属管子内壁腐蚀形成锈垢,,这种结垢层是细菌孳生的场所,微生物附着生长从而形成生物膜,美国在管道生物膜中检出28种细菌。生物膜的老化与脱落引起了用户的嗅、味和色度的增加,并且这些微生物渐渐对消毒剂产生了抵抗力,不易被杀灭,更增加了终端自来水微生物的数量。管道结垢层的厚度会随着时间的延续不断地增加,使管道有效截面积不断缩小,从而严重影响了管道的输水能力。

1.1.2水泥材料

使用水泥材料的管子有混凝土管、石棉水泥管、水泥衬里管。水与管壁接触部分的腐蚀都是出于同一机理。水中酸性成分消耗水泥碱性成分,引起Ca2与 OH分解,使饮用水水质恶化。

我国1988年以后至今逐步推广对金属管道应用水泥砂浆内涂防腐,从检修挖出管道检查情况来看,内防腐效果良好,但也存在一定的缺点,因管道施工回填后变形引起砂浆爆裂,部分脱落,以及水泥砂浆经长期浸泡、冲刷,水泥成分渗出流失,以致引起水泥砂浆结构松散,部份脱落的水泥砂浆流至用户表前,有的甚至导致阀门不能启闭。

1.2 管道及设备损坏使水质受到污染 

1.2.1 管道埋于地下,被受污染的地下水或污水浸泡,若是管道穿孔、闸门渗漏、接口漏水等未得到及时修复,一旦失压或停水,污水就有可能被吸入,引起管内污染

1.2.2 管道上的排水闸出口低于河床水位或接至下水管道中,若闸门关闭不严,则会引起脏水倒灌,引起管内污染。

1.2.3 管道爆裂漏水,关闸后形成负压,脏水吸入管内,管道修复后又未及时冲排形成污染。

1.2.4 用户端的贮(用)水设备与供水管道相通,无任何隔断措施,突因停水或其他种种原因引起外来水体回流入配水管内,引起污染。而目前我国一般使用普通止回阀防止水倒流,但使用的效果不好。

1.3管道及设备的材质选择不当造成水质污染

作为输送饮用水的管材和设备与水接触的部分应该是无毒的,这是选用管材和设备最基本的要求。在目前市场上,管材和设备的品种繁多,怎么去鉴别管材和设备的卫生状况呢?

1998年10月1日国家技术监督局与卫生部联合发布了"生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准"(GB/T17219-1998),这是目前评价输送生活饮用水管材卫生安全性的重要依据。

1.3.1塑料管道及设备

成都水质监测站按国家标准(GB/T17219-1998)对不同厂家的PVC-U管材和管件进行安全性抽验,有四次浸泡液中铅含量严重超标,有一次出现氯仿、四氯化炭超标。监测站技术人员指出,铅是一严重的蓄积性毒剂,是一种致癌变物质,无论是由于短期还是长期摄入人体的铅,都会严重损害健康或造成死亡;氯仿、四氯化炭也均为高致癌风险的有机毒物,由于生产成本等因素,有不少厂家采用低价的三盐基性硫酸铅或二盐基性亚磷酸铅作为产品的热稳定剂,因此产品中含有铅,产品经高氯水的浸泡后,水中自然会出现大量的铅。而氯仿、四氯化炭超标则是由于管件与管材粘接时所使用的粘合剂的溶剂引起的。

1.3.2玻璃钢管

玻璃钢管对内防渗层树脂有明确的要求,要无毒、防渗、耐磨,厚度宜2mm。这样防渗层应采用价格较贵的间苯性不饱和聚酯树脂,但有的厂家采用价格较低的邻苯性不饱和聚酯树脂,厚度也相当薄,倘若此层出现裂纹,纤维容易浸入水中。离心工艺制管来源于奥地利;缠绕工艺制管来源于意大利。可是维也纳、罗马以及经济发达国家的大都市的自来水管网中,没有或很少采用此类管材。这些国家的一些厂商却不断向发展中国家倾销此类制管设备,大量用于城市供水管网中,应该三思。

1.3.3对于水泥压力管、内衬水泥砂浆的球墨铸铁管及钢管,在卫生状况上乃有两点应请注意:

1.水泥成品往往渗入矿渣,这种水泥有无放射性指标超标的问题值得留心,有些管厂的样本上标注他们选用的水泥,放射性指标检验是合格的证明文件,应示欢迎。

2.上述管材内表面不应存在浮浆,就是管道清洗后灰粉层也往往会使输水过程中悬浮物增多。 

另外,钢管及设备内涂涂料的问题更应小心,避免涂料造成污染。

二、防止因管材及设备造成污染的对策

2.1推广应用新型管材

随着技术的进步,新型管材不断地推陈出新。现今,已开发出可用于给水工程中的管材有聚乙烯管(PE管,包括HDPE管、MDPE管、LDPE管)、聚丙烯管(PP-R管、PP-C管)、交联聚乙烯管(PE-X管)、聚丁烯管(PB管)、金属塑料复合管(包括铝塑复合管、钢塑复合管等)预应力钢筋钢筒混凝土管(PCCP)、玻璃钢管、铜管、不锈钢管等。尽管这些管材的材质不尽相同,生产工艺各有其特点,但在给水工程中表现出的结构独特、强度高、内壁平滑、过流量大、耐腐蚀、无毒无污染、连接方便、接头密封好、重量轻、施工快捷、使用寿命长等特点使其大大地优于普遍使用的镀锌管、钢管、铸铁管,成为他们最理想的替代品。最近,有些地区供水行业禁用硬聚氯乙烯管(UPVC管),理由是管中含铅和用铅盐作稳定剂的铅盐严重超标,同时制备PVC的单体氯乙烯(VCM)是否有致癌作用,学术界尚在研究讨论中。

一般情况下管径<50mm宜从聚乙烯管(PE管,包括HDPE管、MDPE管、LDPE管)、聚丙烯管(PP-R管、PP-C管)、交联聚乙烯管(PE-X管)、聚丁烯管(PB管)、金属塑料复合管(包括铝塑复合管、钢塑复合管等)、铜管、不锈钢管中选择;管径在75-150mm宜从上述塑料管及球墨铸铁管中选择;管径在200-1200mm左右,宜首选球墨铸铁管PCCP质量好的预应力混凝土管和玻璃纤维加强管也可应用;管径>1400mm宜从PCCP球墨铸铁管钢管及质量可靠的玻璃纤维加强管中选择,直径越大PCCP的技术经济的优越性越大。如生产及施工质量难以确保,尽量避免使用钢管。

2.2管材及设备的防腐  

2.2.1 球墨铸铁管钢管的防腐

2.2.1.1沥青类涂层

沥青类涂层包括石油沥青和煤沥青,我国和东欧多采用石油沥青,西方国家多采用煤沥青。施工时将熔融的沥青与加强物(如玻璃布)交替缠敷,形成多层厚涂层。其优点是价格低廉,施工工艺成熟,其缺点在于低温脆裂、高温流淌,耐老化性能较差。石油沥青抗细菌侵蚀及耐水性能差,易为植物根茎穿透。随着近几年石油沥青价格的上升,成本亦有所上涨。煤沥青柔韧性较差,浇涂时严重污染环境并有致癌成分散发。

沥青防腐层涂装工艺复杂,施工时涂层质量较难控制。当沥青温度较高时,涂层易出现针孔、流淌现象;沥青温度较低时,则流平性差使涂层厚度不均匀。尤其现场施工的防腐层质量更难以保证。此外,管道处于土壤应力较大的环境中时,涂层容易发生失粘剥离破坏。

石油沥青适用于地下水位较低,植被较差,土壤电阻率较高的旷野,我国新疆的某长输管线使用其防腐迄今已运行40多年。煤沥青则可用在土质较好的地段,武汉的一条自来水管线采用煤沥青防腐,迄今已运行了74年,涂层和钢管完好如初。由于环保因素的制约,国内各城市管网将逐渐淘汰沥青类涂层的使用。

2.2.1.2环氧煤沥青涂层

为改善其粘结力和减轻环境污染,在沥青中加入环氧树脂就制成了环氧煤沥青涂料。其与玻璃布共同形成的环氧煤沥青涂层适用于地质条件较为复杂,土壤电阻率中等的地段,较好满足了市政管线防腐的需要,成为国内城市自来水管线的主流涂层,珠海和深圳特区管线外防腐目前基本上都是使用该类涂层。 

环氧树脂的加入使涂层的粘接力大大增强,该涂料使用时无须熬制,实现了冷涂装,从而使其对环境的影响大大减小。但涂装后需要几天时间才能完全固化投入使用。固化时气温变化、扬尘、雨雪等对涂层性能都有重要和直接的影响,涂料配制时的比例需按气温进行相应调整,故对操作场地和人员的素质要求较高。

施工中因操作工人的原因,涂层总厚度也难以控制,厚薄不均、不能达到设计总厚度是施工质量的通病。工厂预制的涂层管在运输过程中会有较多的破损,现场涂装遇到恶劣气候或沟底有积水时,将严重影响施工质量及施工速度。此外,施工是有的队伍有意提高稀释剂用量以降低成本,以至固化后玻璃布网眼不能充满,使涂层质量得不到保证。上述原因造成环氧煤沥青涂层使用效果往往不甚理想,涂层失效的另一个原因也是土壤应力对涂层的破坏。

2.2.1.3胶带

胶带由聚乙烯单面涂敷胶粘剂而成,较好克服了环氧煤沥青涂层的缺点。施工时螺旋缠绕在涂刷了快干底漆的钢管表面,其外侧为光滑且化学惰性的聚乙烯,与土壤间作用很弱,因而较好避免了土壤应力对涂层的破坏。聚乙烯具有很强的电绝缘能力和抗老化性。

 缠绕后管道可立即下沟回填。其施工过程基本无污染,环境对其性能基本无影响,胶带材料本体在工厂成型,可保证厚度和质量均匀,操作人员素质对防腐层性能的影响大大减小,这些特点使胶带可非常方便地现场操作。配合便携式机具,很适合市政管道有较多管件的操作环境,从而受到市政部门的大力欢迎。

胶带适用于防腐管地面运输较困难或环保要求严格的地区,在四川有很多应用,主要原因就是适合在丘陵地带现场施工,避免了其它涂层管在运输过程中的破损。国内在深圳、广州等燃气管线上有较多应用,施工时采用现场沟上,甚至沟下作业。广州自来水公司在近年的新管网建设中已开始使用胶带防腐。

2.2.1.4水泥沙浆

不管是海水还是谈水,水泥衬涂都可以使铁表面钝化,水泥还具有水化作用,可以说是合理的防腐方法,因此水泥沙浆衬层是最常见的管道内涂层,根据口径不同,管道涂层厚度为4-10mm,口径越大涂层越厚。较厚的涂层减小了过水断面,且表面粗糙,使流动阻力增加,另外较重的管体增加了管道运输和安装的工程量。水泥砂浆涂层刚性且附着力稍差,在管体变形时容易脱落。但其较低的造价成为国内自来水管道内防腐的首选涂层,但对于矿渣水泥有无放射性物质应引起注意

在水泥沙桨中加入一定量的高分子聚合物就成为聚合物沙桨,已在我国石油工业输水上有较多的应用。其对钢材的表面处理要求较低,特别适合于已有腐蚀麻坑的旧管,且具有良好的耐蚀、抗渗、抗裂性能,较强的粘接力及适应钢材变形能力。 

在油田水罐实用效果表明,涂层应变性良好,无脱落,水质无变化。对于自来水管道,聚合物砂桨可较好满足实用要求,且价格适中,目前正在推广过程中。

2.2.1.5饮用水涂料

饮用水涂料较好解决了沙桨衬层的缺点,根据品种及使用环境不同,涂层厚度0.15-0.5mm。对管径的影响很小,表面光滑不结垢,可使过水能力提高8%-10%,同时因磨阻降低,可减少能耗6%-8%,缺点在于价格稍高。由于是用在管内壁,环境气候对固化过程的影响很小。珠海水司目前大多使用无毒饮用水涂料作为内防腐。

使用饮用水涂料时需要注意的问题是涂料的水质的影响国内较多使用的无毒环氧饮水涂料。

无论采用何种防腐涂料,均应注意对管件的防腐,而且应采用同种涂料。

2.2.2 管网设备的防腐

管网设备主要为阀门,阀门的防腐要求:

1、阀门内腔一律采用环氧混合粉末涂装,涂层厚度200μm。大口径阀门内腔采用环氧树脂漆涂装,涂层厚度125μm 。喷涂前必须对金属表面进行喷丸处理至近白级(Sa2 ½级),且需不超过4小时进行加温喷涂。

2、对安装在野外的阀门外表面,在环氧涂装外表面还应涂上一层耐紫外线的丙烯酸涂料。

3、所有阀门在涂装前均必须作除油、喷砂处理。

2.3加强管材及防腐材料的检测  

在大批量选用一类管材或防腐材料时,应委托水质监测中心作浸泡水后的水质分析,倘若多次检测有某些元素含量超标,此管材及防腐材料不宜选用。

2.4选用倒流防止器防止倒流引起的二次污染

二次污染是一个比较难解决的问题,它发生的几率高,点多面广,不易监控。最近饮用水污染问题也常见诸报端。二次污染的共同特点,是非饮用水和饮用水的连接处出现了倒流造成污染。而目前我国一般使用普通止回阀防止水倒流,但使用的效果不好,为此,国内有些厂家研制出倒流防止器,它的作用就是在任何工况下防止管道中的介质倒流,以达到避免倒流污染的目的,防止管网二次污染。

因此GB50015—2003《建筑给排水设计规范》详细规定了倒流防止器的安装场合。同时也说明了倒流防止器和止回阀的区别(止回阀只是引导水流单向流动的的阀门,不是防止倒流污染的有效装置)。认真贯彻实施GB50015—2003规范是防止二次污染的有效途径。

2.5 加快陈旧管网改造步伐

由于技术和经济上的原因,以前埋设的管道相当一部份未做内防腐,导致管道内壁结垢,个别腐烂穿孔,严重影响水质。随着城市建设的发展,借着旧城改造的契机,有条件开挖的地区,可废除旧管敷设新管;无条件开挖的地区,可采用免开挖修复技术。免开挖修复技术方法较多,其中复合材料软管翻转法和异径HDPE管穿插法修复旧管道技术较为适用。同时应积极推广对水质无影响的内防腐涂料包括环氧系列涂料、氟碳涂料等。

2.6 管网冲洗

水厂的出厂水虽经过处理,但不是纯净的水,它仍含有某些无机物、有机物及微生物。无论何种材质的管道,水在管网的流动过程中会出现管道结垢的情况。因此,应根据情况对管网进行冲洗

管网冲洗主要是利用消防栓和排污阀。消防栓是为了防火而建设的。从主管至消防栓一般都有5~10m左右的管道,而该段管内的水更成了“死水”影响了水质。为了解决这个问题就必须定期排放消防栓,一般每半年对消防栓必须进行排放一次,并视情况制订了临时排放措施(如我司在咸期过后对管网进行一次全面排污)。对于管网末梢、居民集中的小区及用户投诉水质较差的地区,除要增设排污阀之外,还要通过不断地摸索和实践,制定相应的冲洗间隔时间对管网进行冲洗宜单向冲洗,即冲洗时把一端阀门关闭,使单向来水,然后再关闭另一端阀门,冲洗另一段管段。这样冲洗效果更好。因维修管道停水造成的水质污染应视情况修好之后给予适当地冲洗;对于新敷设的管道并网之前,必须经过认真地冲洗消毒。

三、结语

防治二次污染、改善管网水质的主要措施是提高出厂水水质的前提下加快城市旧网改造步伐推广应用新型管材,按照规定做好设备管道的防腐,加强管网的冲洗,并按GB50015—2003《建筑给排水设计规范》要求安装倒流防止器

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