供水管网内锈垢的成因及危害

出　　自： 《中国给水排水》 1998年第6期第29页
发表时间： ： 1998-6

袁一星；赵明

( 哈尔滨建筑大学)

　　供水管网是给水系统重要的组成部分。原水经处理达到国家水质标准，通过供水管网输送后，有时在细菌学指标、浊度、铁锰含量、色度、有机物含量等方面超标，严重地影响了供水水质。发生这种现象的原因就是水在供水管网内有较长的停留时间并受到了供水管网内锈垢的二次污染。

1 锈垢的成因

　　供水管网内的锈垢主要由于水管受到化学腐蚀和生物腐蚀所形成 [1] 。对金属管材而言，管道腐蚀主要受水中pH值和溶解氧的影响。首先，由于电化学作用，在管道内壁形成氢氧化亚铁，然后被水中溶解氧氧化，生成氢氧化铁，以膜的形式附着在管道内壁，在偏碱性水中，管壁被腐蚀的速度减慢，当水的pH值变化时，部分氢氧化铁脱水形成铁锈，沉积在管道内表面，它质地疏松，不能起保护作用，若水的pH值适宜，以上反应不断进行，形成凹凸不平的锈垢。
　　在特定条件下，管道内壁是微生物繁殖生长的场所。通过高倍显微镜观察，在管道内壁可发现微生物群集。管道内微生物的滋生可加速金属的腐蚀，微生物的代谢过程往往和电化学腐蚀同时发生。曾通过断管试验检查了管道内壁锈垢表、中、里三层的细菌菌属，均发现普遍存在着丝状铁细菌。铁细菌是一种特殊的自养细菌，依靠铁和氧生存和繁殖。该菌在管道内壁上新陈代谢的结果，形成密集的锈瘤，同时产生黄褐色的絮状物。锈瘤覆盖的部位成为厌氧区，为腐蚀性很强的硫酸盐还原菌的生长创造了条件，这种细菌可把硫酸盐还原成硫酸铁。水中的各种元素可以促进微生物的代谢过程，某些微生物的代谢产物又成为另一种微生物的营养源，这些过程都会导致管道腐蚀的加剧。
　　水中的某些金属离子、微絮凝体均能在管道中产生后沉淀现象。首先是水中铁、锰、钙、镁离子的后沉淀，这些金属离子在供水管网内达到一定浓度后，随着水的pH值、余氯量等因素的变化，沉积在管道内壁上。其次是微絮凝体后沉淀，在给水处理中，原水浊度与所投加的混凝剂形成的絮凝体，绝大部分在沉淀和过滤时被去除，但仍有少量微絮凝体随出厂水一同进入管网，沉积在管道内壁上，形成具有粘性的沉积物，这种现象在水流速度小的供水管网末端更为明显。
由上述分析可知，供水管网内水的侵蚀、微生物的腐蚀和后沉淀现象是相互影响、相互促进的。铝盐微絮凝体和铁、锰的氢氧化物在管道内壁上粘附，形成一层粘膜，这又为铁细菌的繁殖创造了条件，而铁细菌的繁殖又和电化学腐蚀同时发生，腐蚀的结果形成锈瘤。在以上过程中，水中的杂质颗粒不断粘附于管道内壁。因此，随着时间的增长，形成了沿管道内壁下部较厚、上部较薄的锈垢。

2 锈垢对水质的影响

　　在我国许多城市，旧管道所占的比例较大，管内锈垢对水质的影响较为明显，造成供水管网水质恶化。表1列出了东北地区几家自来水公司的水质调查结果。
表1 出厂水质与管网水质比较

　　此外，还从管内锈垢析出13 种细菌，其中丝状铁细菌占优势，还有肠道菌落、栖居菌落等。同时还发现，锈垢的主要成分为铁、锰、锌等16种元素。
　　为了消除锈垢对水质的影响，对东北地区某市的供水管网进行了冲洗前后的水质考察，结果见表2。
　　表2 管段冲洗前后水质变化

　　注 表中数据是三次测定平均值；括号内为冲洗后值

3 锈垢对管网余氯的影响

　　余氯在供水管网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 ——经过t时间后的余氯浓度，mg/L
　　C 0 ——余氯的初始浓度，mg/L
　　K——余氯的消耗速度系数，1/h
　　余氯消耗速度系数K值与管材、水质、水温、管径、管内卫生状况有关。水温7℃时，对于直径为150mm的新、旧铸铁管及冲洗前后的K值进行了测定，结果见表3。
　　表3余氯消耗速度系数K值(温度:7 ℃)

　　同时，还测定了管内余氯浓度随时间的变化情况，见图1。

4 锈垢对管道通水能力的影响

　　供水管网内锈垢会缩小管道的过水有效断面，增加管道的阻力系数，从而直接影响了管道的通水能力和供水压力。当前，国内许多城市虽然水厂不断扩建，水量逐年增加，但供水管网低压区却不断扩大，有的自来水公司采用增大供水水泵扬程的方法解决供水管网低压区问题，这会浪费能量并增大供水管网漏失水量，导致供水成本的提高。
　　对东北地区某市的供水管网进行断管分析，发现铺设年代久的铸铁管，其有效直径仅为新管直径的30%～50%。
　　根据供水管网水头损失计算方法 [2] 和管道冲洗试验数据，得出供水管网内锈垢冲洗前后管道有效直径或流量变化的一组数据。见表4。
　　表4 管道冲洗前后有效直径和流量的变化

　　注 D 0 为管道直径；d 1 、d 2 为管道冲洗前、后的平均有效直径；Q 1 、Q 2 为管道冲洗前、后的流量；v、i为管道冲洗后的流速、水力坡度。
根据以上分析，可以认为供水管网内的锈垢是影响供水水质和通水能力的重要因素，应当引起人们的重视。有关部门应加大供水管网运行和管理的投入，建立供水管网水质和水压的监控系统，有效地防止供水管网内锈垢的形成和危害。

参考文献

　　1 吴红伟等.配水管网中管垢的形成特点和防治措施.中国给水排水，1998；3
　　2 严煦世等.给水管网理论和计算.中国建工出版社，1986

　　作者通讯处:150008 哈尔滨市南岗区海河路202号
　　哈尔滨建筑大学市政环境工程学院
　　(收稿日期 1998-07-09)