南方城市配水管网化学稳定性问题及控制对策
鲁巍1， 郄燕秋1， 黎泽钧2， 盛德洋2， 祖秉衡3， 乔晋2， 戴吉胜2
(1．北京市市政工程设计研究总院，北京100045；2．东江水务有限公司，广东东莞523000；3．东莞市城市管理局，广东东莞523000)
摘要： 通过评价我国南方某市配水管网水质的化学稳定情况，研究了碱度、氯化物等水质指标对管网腐蚀以及管网腐蚀对配水管网浊度、总铁含量的影响。结果表明：①在南方典型水源水质情况下，铁的稳定性是配水管网面临的主要问题，794个管网测试水样中总铁含量低于出厂水总铁含量的仅占32．8％，约7％的水样总铁含量超标。②低碱度、高氯化物含量是造成管网腐蚀的主要原因，水质拉尔森指数较高(LR，>1，LR2>0．3)，呈现出明显的电化学腐蚀性质。③管网浊度与总铁呈现出显著的线性相关关系，r=0．66(Ot=0．05，P—value<<0．05)，说明管网腐蚀是影响管网浊度的重要原因之一。最后结合该市实际情况和水质特点提出了相应的化学稳定性控制对策和建议。
关键词：化学稳定性；铁；腐蚀； 浊度；拉尔森指数；碱度
化学稳定性的评价是针对配水管网中化学无机物质的迁移转化(沉淀结垢和腐蚀管网)行为的。庞大的地下管网系统就如同一个大型的“反应器”。实践证明，水在这样的反应器内发生着复杂的物理、化学、生物的变化，从而导致水质发生变化，造成管网污染。给水管网化学不稳定将造成许多有害影响，如造成输水能耗的增加、在管网中发生反应，增加出水色、嗅味和浊度，严重时产生“红水”、在管网中发生反应，引起消毒剂(余氯等)和水中溶解氧的衰减。最终导致腐蚀管网，降低管网寿命j。
因此为了保证用户用上安全、健康的饮用水，在研究新的净水工艺和技术的同时评价饮用水进入管网后的行为十分必要。衡量给水管网化学稳定性一般需要考虑的问题包括：钙、镁离子的稳定性；碳酸盐系统的稳定性；铝离子的稳定性；铁离子的稳定性；锰离子的稳定性等等。本文重点结合南方某市的水质特点，对铁稳定系统及电化学腐蚀情况进行了研究和评价，最终针对管网水实际问题提出化学稳定性的控制对策和建议。
1现状水源水质特点
南方某市给水水源主要以地表水为主。水质总体水平达《地表水环境质量标准》Ⅱ～Ⅲ类水体的水平，其中高锰酸盐指数(CODMn)年均值低于4 mg／L。其区别于北方地区的部分水质特点有：
①水源水pH值较低，水质偏酸眭，处于6．6～7．2；
②水源水总碱度较低，平均<30 mg,／L；
③受咸潮影响较大，高时至250—400 mg／L(正常情况下氯化物浓度平均值为10～30 mg／L)。
2现状管网浊度变化特性
浊度是用来评价饮用水浑浊性的指标，是表征水质和过滤效果的重要参数。过高的浊度通常伴随着较高含量的致病微生物，如病毒、寄生虫和细菌等。我国饮用水行业标准《城市供水水质标准}CJ／T 206—2005中规定饮用水浊度应低于1 NTU(特殊情况≤3 NTU)。美国饮用水水质标准中更是明确规定以地表水为水源的饮用水系统其浊度任何情况下不得超过1 NTU，并且任何月份的连续日监测结果中95％的水样必须达到<0．3 NTU。
图1为该市第二、三、四、五水厂出厂水浊度的统计情况。共计有效数据148个，统计时间从2003年一2006年初。从图中可以看出，出厂水浊度<1 NTU的保证率约为99％，<0．5 NTU的保证率约为80％，<0．3 NTU的保证率约为65％。其中浊度最大值为2．68 NTU，最小值为0．13 NTU，平均值为0．34 NTU。总体上看，出厂水可以达到《城市供水水质标准》的要求，四个水厂的水处理工艺在浊度控制上有效。

图2为管网水浊度的统计情况。水样取自30个水质监测点，共计有效数据1366个，统计时间从2003年-2006年初。从图中可以看出，管网水浊度<3 NTU的保证率约为97．8％，<1 NTU的保证率约为80％，<0．5 NTU的保证率约为50％，<0．3 NTU的保证率约为25％。其中浊度最大值为10．7NTU，最小值0．13NTU，均值为0．73 NTU。比较出厂水与管网水浊度的变化差异，可以看出：①饮用水进入管网后浊度上升，水质不能完全达到饮用水相关水质标准；②管网水平均浊度为0．73 NTU，较出厂水平均浊度升高约0．4NTU；③管网水浊度
3铁稳定性问题现况
该市2003年_2006年4个同水源水厂出厂水总铁含量均<0．05 mg／L。图3为配水管网中总铁含量的累积分布情况。

从图3可以看出，794个管网测试水样中总铁含量≤0．05 mg/L的仅占32．8％。93．7％的水样总铁含量≤0．3 mg／L，约7％的水样不能达到相关水质标准中的水质要求(≤0．3 mg／L)。
根据铁的pc—pH溶解沉淀平衡关系，在饮用水的pH值条件范围内(6．5～8．5)，铁主要以Fe(OH)3(S)形式存在，在水中有沉淀的倾向，易形成Fe(OH)3颗粒的悬浮液，而该市配水管网中总铁含量又较出厂水总铁含量有明显提高，这就可以推断造成管网总铁含量升高主要是管网的腐蚀或管垢溶解等造成的铁释放引起的，因此该市配水管网中铁离子系统可能是不稳定的。
4铁稳定性问题分析
管网水的铁超标原因主要包括：①使用铁盐混凝剂造成；②管网中铁制管材腐蚀过程中生成的铁离子造成；③管壁管垢向管网水中过量释放铁而造成。结合该市的实际情况，很显然主要是来自管网的腐蚀和腐蚀产物的释放。
根据腐蚀产生地效果不同，腐蚀可以分为全面腐蚀和局部腐蚀，全面腐蚀包括均匀腐蚀和非均匀腐蚀，局部腐蚀包括浓差腐蚀和选择性腐蚀。而根据造成腐蚀的原因不同，腐蚀可以分为化学腐蚀、电化学腐蚀和微生物腐蚀。造成城市供水的原因是直接化学腐蚀和电化学腐蚀。
结合目前国内外的研究成果，氯离子和硫酸根离子是严重影响铁质管材腐蚀的重要因素。评价氯离子和硫酸根离子及碱度对管网腐蚀影响的主要参数为Larson指数(LR1＝2[SO42﹣]＋[CI﹣]/HCO3﹣；LR2＝CI﹣/HCO3﹣)。
这是1957年由Larson和Skold提出的，他们认为当LR， 0．3时，水质对于低碳钢的腐蚀速率明显增大。德国水质标准要求给水管网中LR，<1。

图4为该市4个水厂从2003年_2006年出厂水LR值的平均值。从图中可以看出，四个水厂出厂水LR，>1，LR：>0．3，水质呈现出非常明显的电化学腐蚀性质。
需重点指出的是，东莞市近年来在一定时期水源水均会受到海水倒灌导致的咸潮的影响。咸潮期间[cl一]浓度甚至会增加至250～400 mg／L以上(正常情况下氯化物浓度平均值为10～30 mg／L)，这将显著提高管网水的电化学腐蚀指数，可能会对管网的化学稳定性产生极为不利的影响，需要供水企业提高警惕。
5铁与浊度的关系

图5为管网水中总铁和浊度的相关关系图，从图中可以看出，两项指标的相关系数r=0．66(d=0．05，P—value<<0．05)，具有显著的相关性。这说明管网水浊度的升高与管网腐蚀有着密切的关系，这也解释了前述管网浊度上升的原因。
6控制对策与技术
针对管网水化学稳定性问题，提出几点控制对策和技术如下：
①制定供水企业出厂水稳定性的指导性要求
防腐蚀、除结垢措施，都比不上保持出水水质化学稳定的措施解决问题彻底，因此这不仅仅是个经济问题。在相关生活饮用水水质标准中，应当对化学稳定性补充提出指导性的要求，应该引起供水行业的重视。
②加大管网技术改造的力度以及管网运行的科学管理
③调节水质的化学性质
a．pH值。在必要的情况下应当对出厂水的pH进行调节，防止出厂水pH的变化造成管网铁化学不稳定，减少用户出水中总铁的含量。调节pH一般采用投加石灰等物质进行调节。
b．溶解氧(DO)。增加管网水中氧化剂的量可以减少腐蚀结垢产物中铁的释放，从而控制铁化学稳定性。目前，国外已将曝气法作为管网腐蚀控制技术用于中小型水厂以及人力物力资源相对紧张的水厂中。
C．碱度和缓冲强度。水中的碱度可以作为水中和酸能力的一种衡量，基本上是靠弱酸强碱盐作为缓冲体系，当加入酸时，可以阻止pH下降。在固定pH情况下，铁腐蚀速率一般随着总碱度的升高而降低。缓冲强度对腐蚀速率的影响主要是因为它减少了腐蚀反应造成的阴极阳极之问的巨大的pH的变化。
d．投加缓蚀剂。向水中投加少量的缓蚀剂可以减少腐蚀速率、金属的释放或者对两者都有减少，目前使用的缓蚀剂主要有磷酸盐和硅酸盐。我国深圳市水务集团已将石灰与Na3PO4缓蚀剂用于改善管网水质，控制管网水化学稳定性。
e．电化学阴极保护。通常通过用一个所谓的“牺牲阳极(sacrificial anode)”与要保护的材料电连接。阳极材料对整个系统来说是阳极的(比要保护的材料易受腐蚀)，从而将该系统转化为阴极，最终达到保护管网系统的目的。
7结论与建议
①在南方典型水源水质情况下，铁的稳定性问题是配水管网面临的主要问题，794个管网测试水样中总铁含量低于出厂水总铁含量的仅占32．8％，约7％的水样总铁含量超标。
②低碱度、高氯化物含量是造成管网腐蚀的主要原因，水质拉尔森指数较高(LR。>1，LR：>0。3)，呈现出明显的电化学腐蚀性质。对南方城市，尤其是沿海受咸潮影响的城市而言更为严重，需引起足够重视。
③管网浊度与总铁呈现出显著的线性相关关系，r=0．66(a=0．05，P—value≤0．05)，说明管网腐蚀是影响管网浊度的重要原因之一。
④保持出厂水水质化学稳定是从根本上解决管网腐蚀的重要措施之一。因此在相关生活饮用水水质标准中，应当对化学稳定性补充提出指导性的要求，供水行业应充分重视。

1给水管壁生物膜的影响因素
影响管壁生物膜的形成与生长有许多因素：管网水中的营养物质、管道的材料、水中的消毒剂浓度、水温、水力条件等。
许多研究对管壁生物膜生长与管网水中基质浓度的关系进行了探讨。Kooij等在玻璃容器生物膜生长试验中，对比了低浓度AOC的饮用水和外加微量碳源后反应器中生物膜形成速率，发现后者远远大于前者，而且饮用水中微量的AOC(<10ug／L)足以能够形成生物膜。
Chandy等研究了基质浓度对生物膜形成的影响以及生物膜对管网水中消毒剂余量的影响。研究发现悉尼饮水中碳源是生物膜生长的限制因素；在氯胺存在的条件下生物膜仍然可以生长，生物膜的形成加剧了氯胺的衰减。而在低基质浓度的条件下，加氯消毒，没有观测到生物膜生长的现象。他建议饮用水处理与管理应该将有机物去除、控制生物膜生长和管网水中余氯量的维持有机结合起来。
Ollos等对生物膜形成与基质浓度、消毒剂、水力条件、管材、温度的关系进行了研究。在试验条件下，消毒剂对于生物膜的形成影响最大；不添加营养基质条件下，温度对生物膜形成影响很小，而水流剪切力影响最大；低水流剪切力条件下，提供有机营养，温度成为生物膜形成的最大影响因素；高营养基质与低消毒剂余量，使得生物膜细菌数量大大升高。
李爽对给水管壁生物膜进行了初步研究，指出不同管材对于生物膜的发育过程影响很大，主要是因为不同管材内壁粗糙度和受腐蚀情况有所不同。PVC管与镀锌钢管相比，由于管壁粗糙度较小；受腐蚀程度较轻，PVC管不利于生物膜发育。通水六个月之后PVC管的生物膜活菌数比镀锌钢管低一个数量级，当生物膜发育日趋成熟时，管材的影响作用减小，不同管材之间生物膜活性相差不大。
2管壁生物膜对供水安全性的影晌
管壁生物膜给饮用水带来许多负面影响：管壁生物膜的细菌成为高级微生物的食料，使得高级微生物能够在管网水中生存；配水管网中生物膜中细菌死亡及生物膜脱落会导致水的浊度、味道和嗅味上升；造成生物腐蚀，使得配水管网的摩擦阻力升高；生物膜提供了致病菌存在与生长的场所，并且增加了病毒与寄生虫存在的可能性。生物膜同样也提高了细菌对消毒剂的抵抗能力。
一般来说，水源水经过自来水厂的处理，其细菌指标都能符合水质标准的要求。但是，在给水输送的过程中，生物膜在管网中生长发育。而附着生物膜中存在有各种各样的微生物，其中不乏病原体和机会病原体。
马从容对蚌埠市饮用水的生物稳定性进行了研究，通过管道垢样的扫描电镜观察发现管道中细菌的繁殖已极为严重，有杆菌、球菌、丝状菌等，它们藏匿、附着并栖息于管垢的颗粒物之中。菌种鉴定为管壁繁殖的细菌中有两种革兰氏阴性异养杆菌，其中一种是条件致病菌。
美国学者Norton等在他们的给水管道模拟系统中的管壁生物膜中分离出了鸟【型】结核分支杆菌(Mycobacterium avium)：这是一种非常严重的致病菌，可以引起结核病和麻风病。’

我就有点纳闷了，怎么讲的情况跟我们超滤机处理后的水一模一样，楼主，这是正常！

:handshake :handshake :handshake

水泵上有个汽蚀，也是讲气泡的，但好像和这个不一样啊。:( :(

遇到过类似情况，后来解决了:lol