水质稳定、管网改造及运行管理间的相互关系

何维华

　　提要：本文针对当前在改善管网水质上，偏重于管道的更新改造，忽略了水质稳定的处理工艺及管网的运行管理措施。本文从腐蚀、结垢机理，水质稳定性的判别方法及对策方面，再次作了归纳性的阐述；对管网技改及运行管理的相关问题提出了具体建议。
　　关键词：水质稳定　 管网改造　 管网运行管理

1. 背景

　　当前谈城市供水系统的水质，相对而言净水厂出厂水的水质比较好，而用水户放出的水问题不少。这里存在管网的结构缺陷、管网的运行管理毛病，同时也存在出厂水的水质稳定问题。当前谈水质稳定系指化学稳定性及生物稳定性两个方面，应该说在不少城市供水系统中这两个方面都存在着不同程度的问题，遗憾的是在国内外饮用水水质标准上，大多数没有相关的要求，当然国内更没有一家供水企业在供水的稳定性上作出积极的对策。
　　在九十年代初，编制“城市供水行业2000年技术进步发展规划”时，笔者承担‘改善管网水质’子课题的主稿，对占当时全国城市供水能力近一半的供水企业进行了函调，函调资料汇总时，充分考虑了各企业供水规模的差异后，进行加权平均，资料汇总分析的部分结论，如表1及表2。

表1

序号

水质项目

管网水比地表水厂出厂水高出率％

管网水比地下水厂出厂水高出率％

1

2

3

4

5

6

7

浑浊度

色度

铁

铜

锌

余氯

细菌

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

序号

项　 目

地表水厂出厂水

地下水厂出厂水

1

2

3

水质基本稳定的％

水质有腐蚀性倾向的％

水质有轻微结垢倾向的％

21

50

29

50

30

20

　　针对供水管网中存在微生物孳生的条件，近十多年来国内外学者提出生物稳定性的问题，对于国内供水企业多数采用液氯消毒法，特别采取源水预氯化措施，使出厂水的生物稳定性存在差距。
　　管网水浑浊度比出厂水高24～37％，红水、黑水现象经常困扰各城市的供水管网，用水户十分反感，对自来水的信誉产生质疑，导致‘各类纯净水’抢占了大量的市场。
　　因此，管网水的稳定性问题值得进一步研究，应通过试点探讨对策；管网的合理改造及科学的运行管理亦应值得高度的重视。
管内腐蚀、结垢对水质影响的机理
　　由净水厂输出的自来水不可能是纯水，它含有某些无机物及微生物，水在管网内流动时，有些水中化合物会分解，水和管内壁的材质亦会发生化学作用，水中残存的细菌还可再繁殖，加之管网受到外来的二次污染，管网水质发生变化，引起诸多问题。
　　水在管网流动的过程中，由于腐蚀等原因，往往形成管内腐蚀、沉淀及结垢的情况，结垢层的厚度和管道输配水的年数（管龄）有关，随着时间的延续，管道有效截面积的缩小，直接影响管道的输配水能力。这些结垢层又是细菌孳生的场所，形成“生物膜”，国内学者称“生长环”，直接威胁着水质的安全。形成管内结垢层的原因，归纳起来有以下五个方面：
　　（1） 水对金属管道内壁腐蚀形成的结垢；
　　（2） 水中碳酸钙（镁）沉淀形成的水垢；
　　（3） 水中含铁量过高所引起的管道堵塞；
　　（4） 管道内的生物性堵塞；
　　（5） 水中悬浮物沉淀。
　　以上五个方面有些往往又同时发生，形成不同形态的结垢与沉淀。如环向瘤状沉积物、底部连续沉积物、底部与环向瘤状混合沉积物、不均匀连续沉积物、均匀环向沉积物、底部瘤状沉积物。
2.1水对金属管道内壁腐蚀形成的结垢
　　金属被水浸蚀，对金属而言呈现腐蚀现象。铁管受腐蚀，产生铁锈的机理有如下几种论点：
2.1.1氧化理论
　　由于水中碳酸作用，铁变成碳酸亚铁，接着再被水中的氧所氧化，成为氢氧化铁。
2.1.2过氧化理论
　　铁首先和水合成为氢氧化亚铁，这时产生的氢和水中的氧化合生成双氧水，尔后氢氧化亚铁和双氧水化合生成氢氧化铁。

　　Fe+2H₂0→Fe（OH）₂+H₂H₂+O₂→H₂O₂

　　2Fe（OH）₂+H₂O₂→Fe（OH）₃

2.1.3电化学理论
　　腐蚀是由于电化学反应引起的，图1表示铁锈的生成机理。

　　对金属管道而言，输送的水就是一种电解液，水的pH值影响着管道的腐蚀速度，水中的溶解氧及二氧化碳的存在，是管道腐蚀的重要因素。
　　因电化学反应，对于偏碱性水，且无侵蚀性二氧化碳时，首先生成的是氢氧化亚铁，然后被水中溶解氧氧化，生成氢氧化铁，形成钝化保护膜，使管壁的腐蚀速度减慢。否则，在生成氢氧化亚铁后，与二氧化碳作用生成重碳酸亚铁，它具有可溶性而流失于水中，被水中溶解氧氧化，生成氢氧化铁，出现红水，其中部分脱水形成铁锈。
2.1.4微腐蚀电池理论
　　金属管本身含有许多杂质，金属和杂质之间存在电位差，在水的介质内，形成无数微腐蚀电池。首先在铁管表面上某一部位因铁被腐蚀成铁离子，进入水中，而形成阳极。其反应式为：

　　Fe→Fe⁺²+2e

　　所释解的电子传递到铁管表面的另一部位，形成阴极。
　　当pH≤7时，在阴极发生析氢反应，水在阴极失去氢离子而增加氢氧离子，当达到足够的数量时，和水中的铁离子形成氢氧化亚铁，再被水中溶解氧氧化成氢氧化铁，其中部分脱水形成铁锈，沉积于管内表面，呈凹凸不平的锈垢，故铁锈是铁生成含水氧化铁的现象。其反应式如下：

　　2H₂O→2H⁺+2OH^-

　　2H⁺+2e→H↑

　　Fe⁺²+2OH^-→Fe(OH)₂

　　4Fe(OH)₂+2H₂O+O₂→4Fe(OH)₃　 (红棕色沉淀)

　　2Fe(OH)₃→Fe₂O₃+3H₂O

　　当pH>7时，在阴极将发生氧化还原反应。

　　O₂+2H₂O+4e→OH^-

　　在阴极上氧被还原成氢氧根，由于静电作用，阴极产物向阳极扩散，阳极产物向阴极扩散，然后彼此再进一步作用，形成Fe(OH)₂，进一步氧化生成Fe(OH)₃，其中部分脱水形成铁锈Fe₂O₃·nH₂O。它质地疏松，不能起保护作用，以上反应继续进行，铁锈不断沉积于管内表面形成锈垢。
　　在与水接触的管内表面，有一层似乎不流动的薄水层，流速增大，该水层减薄，通过该水层水流中的氧的扩散、补给容易，故促进锈蚀。当管内流速再加快，氧的补给量增多，铁管表面由于氧气过剩，趋于钝态化，反使腐蚀减小。若流速继续增大，由于紊流将发生气蚀，因机械作用使铁管表面产生空隙腐蚀。
　　配水管网末端的小口径管道，管内流速较小，甚至有时不流动，水中的氧气难以补充，锈蚀较严重。相反，输水干管通常流速大，氧不断由水带入，管内壁趋于钝态，腐蚀速度放慢。就是发生腐蚀，也往往因过大速度使锈垢剥离掉，故发生锈瘤的机会减少。
　　由于腐蚀的生成物能溶于酸性介质中，而不易溶解于碱性介质中。因此pH值偏低的酸性水能促进腐蚀作用，而pH值偏高能阻止或完全停止腐蚀作用。
2.2水中碳酸钙（镁）沉淀形成的水垢
　　在所有的天然水中几乎都含有钙镁离子，并且水中的重碳酸根离子分解出二氧化碳和碳酸根离子，这些钙镁离子和碳酸根离子化合成碳酸钙（镁），它难溶于水而变为沉渣。
　　酸式碳酸钙（镁）的分解作用，可用下式表示：

　　Ca(HCO₃)₂DCaCO₃+CO₂+H₂O

　　把这个重碳酸盐溶液看作是一个平衡的体系，那么就可以确定，当其它条件相同时，二氧化碳的排出导致化学作用单向进行，并使碳酸钙（镁）浓度增大。若浓度超过本身的溶解度，则碳酸钙（镁）必定开始沉淀，直到形成新的平衡状况时为止。因而影响管网水的浊度升高及总硬度的下降。
2.3水中含铁量过高所引起的问题
　　作为给水的水源一般含有铁盐，生活饮用水的卫生标准中规定铁的最大允许浓度不超过0.3mg/L，当铁的含量过大时，应进行除铁处理，否则在管网中容易形成大量沉淀。水中的铁常以重碳酸铁、碳酸铁等形式存在，以重碳酸铁的形式存在时最不稳定，分解出二氧化碳，而生成的碳酸铁经水解成氢氧化亚铁。这种氢氧化亚铁经水中溶解氧的作用，转为絮状沉淀的氢氧化铁。它主要沉淀在管内底部，当管内水流速度较大时，上述沉淀就难以形成；反之，当管内水流速度较小时，就促进管内沉淀物的形成。
2.4管道内的生物性堵塞
　　铁细菌是一种特殊化的营养菌类，它依靠铁盐的氧化，以及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所产生的能而生存。这样，铁细菌附着在管内壁上后，在生存过程中能吸收亚铁盐和排出氢氧化铁，因而形成凸起物。由于铁细菌在生存期间能排出超过其本身体积499倍的氢氧化铁，所以有时能使水管过水截面严重的堵塞，并且这些凸起物是沿着管内壁四周生成的，不仅是管底面而已。大量的亚铁离子储存在铁细菌本身，而在细菌表面生成了氧化后的产物（三价铁的氢氧化合物），它为棕色粘泥。它的反应过程是：

　　4FeCO₃+6H₂O+O₂"4Fe(OH)₃+4CO₂

　　硫酸盐还原菌是一种腐蚀性很强的厌气细菌，它常存在于管内壁上，在没有氧的条件下，在金属管道电化学腐蚀过程中主要在阴极起极化剂的作用，能把硫酸盐还原成硫化合物，这样就加快了管道的腐蚀结垢速度。据报道，在铁硫菌参与下的腐蚀速度会增大300～500倍。
　　任何一种细菌对pH值都有一定的适应性，通常细菌在中性和偏碱性介质中，生长最好。铁细菌和硫酸盐还原菌亦是如此，当pH在8.0时，它们的生长就受到抑制，pH值在8.4以上时基本不生长，试验表明pH在5.96～7.89范围内铁细菌生长；pH在5.96～8.35范围内硫酸盐还原菌生长。
2.5水中悬浮物的沉淀
　　水中悬浮物的沉淀是形成沉渣的最简单过程，尽管多数给水管道所输送的水中悬浮物含量很少，可仍然有沉淀物形成，当深夜用水极少时刻，配水管道水流速度极小，乃至停流状态，为水中微粒自然沉降创造了条件。特别是直接向管网输送的井水，往往把井周围粉砂、细砂随水流带入管内，尤其是生物的集聚粘附性能，使这些悬浮无机物很容易在管道内沉淀于底部。然而当出厂水浊度长期保持在≤0.5NTU时，这样的沉淀应该是不严重的。
　　以上五种情况引起的管内沉淀与结垢，因形成的条件和时间的差异，可分为坚硬性结垢和松软性沉淀。形成坚硬性结垢之原因主要是金属管道自身的腐蚀和生物性结垢，它为金属管道独有。松软性沉淀主要是水中的悬浮铁质及碳酸盐的沉淀，它在金属管道或非金属管道内都可能存在。

3. 管网水的稳定性问题

　　管网水的稳定性问题包括化学稳定性及生物稳定性两个问题。
3.1化学稳定性
　　水是否化学性稳定，传统的概念是与水中重碳酸钙、碳酸钙和二氧化碳之间的平衡有关。如水中游离二氧化碳含量少时，则产生碳酸钙沉淀；如超过平衡量时，则产生二氧化碳腐蚀。反应式为：

　　Ca(HCO₃)₂DCaCO₃+CO₂+H₂O

3.1.1化学稳定性的鉴别方法
　　（1）饱和指数、稳定指数用来定性鉴别化学的稳定性
　　饱和指数是水的实测pH值减去同一水的碳酸钙饱和平衡时的pH值。

　　I_L＝pH₀－pH_s

_式中　IL －饱和指数(郎格利尔指数)；
　　　　　pH₀ －水的实测pH值；
　　　　　pH_s －水在碳酸钙饱和平衡时的pH值。

　　pH_{s值有多种计算方法，比较简便的方法是根据水的总碱度、钙硬度、总溶解固体的分析值和水温的关系，在表3中查得相应常数，按下式计算：}

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

_{式中　Ns－溶解固体常数；
　　　　　Nt－温度常数；
　　　　　Nh－钙硬度常数(以CaCO3)计，mg/L；
　　　　　Na－总碱度常数(以CaCO3)计，mg/L。}

　　当I_L=0时，水质稳定；
　　当I_L>0时，碳酸盐处于过饱和，有结垢倾向；
　　当I_L<0时，碳酸盐未饱和，二氧化碳过量，有腐蚀的倾向。
　　稳定指数(I_R)计算式为：

　　I_R =2pH_s – pH₀

　　式中I_R—稳定指数（雷兹纳指数）；

　　稳定指数按表4对水的特性进行鉴别。

计算值的常数　表3

总溶解固 体(mg/L)

N_s

水温(℃)

N_t

钙硬度(以CaCO₃计) (mg/L)

N_h

总碱度(以CaCO₃计)(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

水的特性的鉴别表4

稳定指数

水的倾向

稳定指数

水的倾向

4.0～5.0

5.0～6.0

6.0～7.0

　 严重结垢

　 轻度结垢

　 基本稳定

7.0～7.5

7.5～9.0

7.0以上

轻微腐蚀

严重腐蚀

极严重腐蚀

　　（2） 水质稳定问题与管网所用管材结合鉴别
　　上述饱和指数和稳定指数配合使用，将有助于判断水的稳定性倾向，运用这些指数判别水质问题有很大局限性，因它是以单一碳酸钙的溶解平衡作为判别依据。没有考虑电化学过程，更没有考虑水中胶体的影响，而且把碳酸钙既作为缓蚀剂，又作为水垢来考虑。因此水质的腐蚀与结垢问题，不能仅按上述指数来区分，但如用指数数值来指示结垢倾向还有一定实际意义。
　　美国、德国、瑞典、丹麦、挪威等国联合研讨了这一问题，提出流入管网之水的稳定问题，要同管网所用管材的材质结合起来考虑。并提出以下带结论性的建议：
　　（2.1）对于用铸铁管管材组成的管网，要求进入管网的水应符合以下条件：
　　pH=7～8.5之间；
　　碱度（以CaCO₃计）为10～25ppm；
　　钙离子应该存在；
　　
　　溶解氧>2ppm；
　　有机物必须存在，但数量不应多。
　　（2.2）对于以水泥压力管管材，水泥砂浆衬里的金属管材所组成的管网，要求进入管网的水应符合以下条件：
　　pH≥7；
　　碱度（以CaCO₃计）>15ppm；
　　钙离子>10ppm；
　　腐蚀性CO₂<5ppm。
　　（2.3）对于用各类管材组成的管网，要求进入管网的水应符合以下条件：
　　pH=8～8.5；
　　碱度（以CaCO₃计）为33～82ppm；
　　总硬度（以CaCO₃计）为37.5～75mg/L；
　　盐：以Cl^-及SO₄^-2形成的盐要少；
　　有机物应存在，但数量应少。
　　在结论性建议中强调指出，以上这些参数仅作为参考，实质上在管网中的金属管道衬里不完善的情况下，以上这些条件比较苛刻，多数情况难以满足，关键是通过试验确定本地区水源与管网相适应的水质控制条件。
3.1.2其它因素的影响
　　（1）当pH值< 6.5且水中铁含量超过3mg/L时，管道逐渐被铁细菌的作用所堵塞。
　　（2）当水中氯化物和硫酸盐的浓度高达300～400mg/L时，即使I_L=0.2～0.4时也会发生大量的腐蚀性沉淀，这是因为氯离子和硫酸根离子具有破坏管壁保护性碳酸盐薄膜的作用。
　　（3）自来水的水温变化缓慢，若是热水系统问题就突出了，当水温升高时水中二氧化碳逸出，碳酸盐处于过饱和，有结垢倾向，反之则水具有腐蚀性。
　　（4）水中微生物大量繁殖，会形成生物性结垢，也有可能堵塞管道，影响管道输水及管网水质。
3.2生物稳定性
　　生物稳定性系用生物可同化有机碳(AOC)来表示管网水中被细菌利用的有机质的浓度，它可作为管网中细菌生长的潜在能力指标。
　　对于良好的水源，水未用氯消毒时，AOC小于10µg乙酸碳/L，异养菌不发生增值；
　　水经消毒而AOC在50～100µg乙酸碳/L时，细菌孳生受到抑制，生物稳定性好；
　　AOC大于200µg乙酸碳/L时生物稳定性差，细菌迅速孳生。
　　用AOC评价水处理工艺对进入管网水的生物稳定性时，以下趋向引起关注：
　　· 用氯胺消毒的生物稳定性优于用液氯消毒；
　　· 采取二氧化氯替代液氯进行源水的预氯化措施，可降低AOC值；
　　· 合理保持出厂水的余氯在偏低范围，必要时管网内局部补充加氯，可以降低管网水的AOC值；
　　· 膜过滤法处理水的生物稳定性差，AOC值高；
　　· 生物活性碳法（GAC）处理水的生物稳定性好；
　　· 美国、日本都已证实经臭氧处理后的水，AOC值高。

4.具体建议

4.1供水企业出厂水的稳定性，应制定指导性要求
　　首先要求有条件的一类供水企业，对出厂水的水质稳定性进行专题研讨，对具有较严重腐蚀性的水质，增添pH值调整的工艺措施；对出厂水的余氯值应有更严的控制，必要时增设管网中间补加氯措施，乃至增添生物活性碳深度处理工艺，使生物稳定性改善。这也是使自来水水质赶上国际先进水平，符合直饮要求的一个重要环节。由于这些措施增大了供水成本，建议先个别试点，总结效果，再论在怎么的范围内普及。提出这些建议的主要依据是：
　　（1）首先“生活饮用水水质标准”中，对化学稳定性和生物稳定性补充提出指导性的要求；
　　（2） 当源水水质偏酸性时，将出厂水pH值调整至8.0～8.5，欧美应用广泛。十年前笔者在美国华盛顿北方水厂考察时，该厂水源来自湖泊，出厂水的pH值调至8.0～8.5，最高达9.0，当pH超过8.4以后，铁硫细菌生长基本抑制，延缓生物膜的发育；
　　（3）碱性介质中，Fe(OH)₃等溶解度小，生成钝化膜，减轻腐蚀，亦不利于细菌孳生；
　　（4）选用二氧化氯进行源水的预氯化、氯胺消毒、生物活性碳深度处理、采取管网补加氯来降低出厂水余氯值等措施，从而降低出厂水中AOC值，抑制细菌生长，当管网水中AOC＜50μｇ乙酸碳/Ｌ时，细菌生长受到抑制；
　　（5）美国建议标准为AOC＜50～100μｇ乙酸碳/Ｌ；我国学者建议的近期目标AOC＜200μｇ乙酸碳/Ｌ，远期目标AOC＜100μｇ乙酸碳/Ｌ。
4.2加大管网技术改造的力度
4.2.1管网技改的原则
4.2加大供水管网的改造力度
4.2.1管网改造的原则
　　（1）要结合城市供水总体规划的需要，要结合供水管网分块管理的需要；
　　（2）易爆管段优先列入更换；
　　（3） 建筑物等压埋管段，建筑物等又难以拆除的，管道列入改迁；
　　（4） 管线走向不符规划要求，影响严重的管段，列入改迁；
　　（5） 管道腐蚀严重，漏水频繁的管段，列为改造；
　　（6） 管道内壁腐蚀结垢，影响输配水卫生要求的，列为改造，其中严重不满足输配水要求的，优先改造；
　　（7） 管段改造的设计构思完善、管材选用可靠、施工质量优良，避免重新带帐。
　　水表以内的用户内部管道，亦应参照以上原则调整，同时贮水池、水箱等亦应配置合理，内壁防腐符合卫生要求。凡水表后为多层建筑物配水时，防止用户内部水回流入管网的可能，应在水表后设置可靠的防回流装置。
4.2.2管网改造的策略
　　（1） 按照以上原则编制现有管网技术改造规划，针对各管段的具体情况，拟定技改的推荐方案。
　　（2） 编制年度管段技术改造计划时，应作经济效果的说明，这包括工程投资效益、运行能源效益及影响用户的社会效益的分析，阐述该计划是最佳方案的理由。
　　（3） 道路的扩宽改造是管道更新改造的最好机遇，通常以拆排新管为主。
　　（4） 易爆管段、漏水严重管段，通常以开挖式的拆排新管、非开挖式的胀破换管、管中管等方案比较选择。
　　无内衬、非易爆的金属管段，为了改善管网水质，应慎重选择最佳方案。通过国内多年的实践，对于中大口径管道采用刮管、喷衬水泥砂浆，对于小口径庭院及进户支管采用刮管、喷砂除锈后喷涂卫生级环氧树脂是较经济、易实施的方案，应引起关注。需要说明的是水泥砂浆衬里的金属管道及水泥压力管所用的水泥应有具体要求，因硅酸盐水泥制造过程中掺和了高炉矿渣，这类掺和料成份不稳定，有时带有钡、鎘等有害人体的金属成份，有时存在放射性问题，故应检测水泥相关的化验报告。对于管道的内表面，喷涂卫生级不饱和聚酯树脂是较好的措施，它减缓了水泥砂浆层碱及有害成份的析出，延伸了管道的使用寿命，并对输送水的水质保证有利。
　　（5） 管道的技改应包括盲肠管段的根除，排气阀门安装方式的改进，尽量消除管网中的二次污染源。
　　盲肠管段在管网内大量存在，它是管网几十年形成与改造过程中遗留下来的问题，在盲肠管段内的水是不流动的‘死水’，死水中的氧消耗尽后，水质悪化发臭，若是金属管，内壁又没衬里，则要产生‘红水’、‘黑水’问题。
　　排气阀是管道的呼吸器，长期处于地下井室内，在南方地下水位较浅的环境，甚至浸泡在脏水中，它实质上是管网严重的二次污染源。因此排气阀不仅安装的位置应改进，排气阀本身也应改造，应附进气的空气净化设施。
　　（6） 管道技改应包括阀门的改换，测压、测流、检测水质点的增补，小区总表、检漏分流水表的完善，管网分块管理相关设施的增改。
　　（7） 管网技改本着‘先严重后一般’、‘先大后小’、‘先易后难’，进行工程排序。
　　‘先严重后一般’系指：严重影响输水水质的管段、严重影响输配水的瓶颈管段、严重影响管网连续供水的易爆管段、严重漏水的管段提前安排；
　　‘先大后小’系指：经济效益、社会效益影响较大的管段优先安排；
　　‘先易后难’系指：道路改扩的、有资金来源的、投资少的、容易见效的管段先办。
　　管道改造的较大工程，应作多方案的经济、效益分析，选定改造的较优方案。
4.3管网运行的科学管理
　　管网运行管理涉及的方面很多，这里仅探讨‘改善管网水质’相关的内容。
4.3.1管网运行管理模式的探讨
　　管网的运行有两种模式，一种是被动管理模式；另一种是主动管理模式。
　　（1）被动管理模式
　　国内外同行对管网的运行，采用的是被动管理模式，它也是一种对管内水流非扰动模式，尽可能不扰动管网内水流方向的变化，以免扰动管底的沉淀物，以免浑浊度剧变。实质上这种运行模式对改善管网水质，只能治标不能治本，一旦控制失调，浑水现象难以避免。
　　（2）主动管理模式
　　主动管理模式系指对管内水流可扰动模式，也就是管网内水流方向、水流速度的较多的变化，不会引起管内水浑浊度明显波动。
　　长期以来，供水管网输配水过程中流态的研究很粗，也可算是个空白，管道年年敷设，有时一条街道上重复敷设了3～5条平行管道，只安新管、不拆旧管，有些管段的输配水能力超越实际需要太多，有些城市规划功能重大调整（如工业区用水大户整体外迁），致使配水管道中流速过低，配水管网形成了水的‘沉淀池’，这是导致管网水质悪化的重要原因之一。
　　为此，首先建立好管网的地理信息系统（GIS），并达到管网建模、可复核运行计算的深度。
　　摸清各管段流速动态变化数据，绘制管网水龄（出厂水流至该点的小时数为该点的水龄）等值曲线。
　　逐条街道对平行的管道进行流态分析，将一些可以‘退役’的管段，调整‘下岗’。对于当前较富裕的联络管，只要对供水没大的影响，亦可隔离‘临时休息’。
　　通过阀门的启闭调控，使部分流速偏低的管段，周期性增大流速，从而减少管网中沉淀物的形成。
　　也就是说管网中各管段的流速动态变化要摸清、要调控，有些管段要‘轮休’、要‘下岗’。
4.3.2管道的清洗
　　内衬良好的管道在长期输配水的过程中也存在管底、管壁附着沉淀物的问题，因此有些管道存在定期冲排‘洗澡’的要求。
　　当然，对于管道内衬符合要求，管内流速能周期性大于自净流速的管段，原则上不需要定期冲排‘洗澡’的。但对于管内流速长期偏低的管段，特别是枝状末端管段，定期冲排是十分必要的。国内外一些同行对管网中的消火栓及枝状末端管，要定期进行冲排，这是值得推广的一项制度。成都水司几十年一直有专门班子对消火栓一个月排水一次，一方面保持消火栓长期处于良好的备用状态；二方面排掉干管至消火栓的一段死水，特别是配水支管上的消火栓排水时间较长，亦是对配水管道的一次清洗。致于内衬不符合要求的金属管道，就是管内流速较大，也应定期冲排，当然更重要的是衬里应尽快完善。

5.结束语

　　总之，管网科学的运行管理是将管网的被动管理转为主动管理，无序管理转为有序管理，粗犷管理转为分块的效益管理。
　　当前我国城市建设处于大兴土木的发展期，城市供水管网亦处于更新改造的扩建期，管网运行管理的模式跳出被动的模式是不现实的，但在条件较优的个别城市作些试点，积累经验，也是必要的。
　　应该看到，要使用户龙头放出的水始终符合饮用水的水质标准。首先出厂水的水质应不低于当前的水质标准，出厂水化学、生物稳定性均符合要求；次之管网（包括用水户内部管道）应按卫生等要求进行改造；再之管网的运行实施了主动管理的模式，这三个方面缺一不可，否则达不到理想的效果。
　　需要说明的是饮用开水是个好习惯，我国的“饮用水的水质标准”是符合饮用开水的水质要求的；致于直饮水的水质要求，笔者认为现阶段主要还在于龙头放出的水，长期稳定地达到水质标准而已。
　　不过在此需要补充两点：直饮水和饮用开水对味觉都是有要求的，其实“水质标准”明确规定了自来水应无异味，但长期存在的‘氯酚’味并没有作为硬指标来质疑水质是否达标的依据，这一点可以商讨，作为供水企业应该采取措施，早日使出厂水全面达标；直饮水对浊度的要求更为严格，因浊度趋于0.1NTU时，标志着水中病毒、寄生虫的消除。
　　在这里应该估计到，要求与实施不是同步的，整个管网按要求彻底改造完，将是一个漫长而无终止的过程；管网运行管理亦难以达到理想的目标。就是今后按规划增敷的新管线，在投入输配水的初期，水流速也难以达到规划的要求，因此亦存在流速调控问题。
　　要求龙头放出水的水质好（包括感官好），则是用户的紧迫要求，这么就好理解国外同行中对化学稳定性差的出厂水，在清水池中投加大量石灰水，使出厂水的pH值调至8.0～8.5的原因。在这方靣，日本石桥多闻先生在《给水工程的事故与防治措施》一书中指出，供水管道防止内腐蚀，只限于采用铁管涂料覆盖方法是不够的，在接管部位、屋顶水箱、附件等处不易被彻底保护。因此在作好管内防蚀衬里的同时，对进入管网的水调整pH值是必要的。他指出：“欧美的供水系统自不待言，就是马来西亚、印尼等南亚地区的供水，也都在推行调整pH值的方法，而日本所供给的水是世界上少见的腐蚀性强的软水，却轻视调整pH值的方法是很不应该的”。他认为“日本自来水事业自创建以来，就有轻视防蚀对策的不好传统，供水技术人员对此漠不关心，仅仅为眼前的琐事困扰，而不考虑长期腐蚀的影响，既使出现有腐蚀象征的红水问题，也只是对铁管采取水泥砂浆衬里、洗管、投加偏磷酸盐等为中心的暂时或局部办法解决问题，很少采用治本的措施来改善水质”。近10多年来，在日本已有不少供水企业对出厂水采取调整pH值的措施了。
　　因此，在改善管网水质这一课题上，出厂水的水质与水质的稳定（包括化学、生物两个方面）、合理改造管网以及管网运行的科学管理，均应同时提上实施日程，这也是优质服务的重要环节。
　　以上所述，有些作法离现实还有一段距离，暂时实施有困难，笔者认为这些对提高企业的服务质量相关，迟早会引起关注的，因此以上观点仅抛砖引玉，供同行商讨，不当之处望指点。

2004年4月4日

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