给水管网的二次污染

给水管网的二次污染

摘要:分析了给水管材对二次污染的影响,介绍了给水管道中生长环的生成,探讨了屋顶水箱引起的二次污染,提出了降低给水管网二次污染的措施,以保证居民生活用水质量,从而保证社会经济的持续稳定发展。

关键词:给水管网,二次污染,水质管理,措施

水厂的出厂水要经过庞大复杂的管网给水系统才能到达用户,水在管网给水系统的滞留时间可能达数日。尽管我国大部分城市自来水厂的出厂水符合生活饮用水卫生标准,但经过输配水管网和贮水设备到达用户时,水质已经明显下降,多项指标达不到规定的生活饮用水标准。生活给水系统普遍存在二次污染问题,危害居民身体健康,导致一些疾病的产生。随着经济的发展,人们生活水平不断提高,人们对可能影响身体健康的水质二次污染问题也越来越关注。

给水管网的二次污染难以完全避免,但是在了解污染形成的基础上可以有的放矢的维护网管系统。本文就给水管网中可能引起水质恶化的一些因素加以分析,并且就此问题提出一些相应的对策。造成管网中水质恶化的因素很多,本文仅考虑由于给水管网本身在运行中可能引起的水质污染。为了给读者清晰的概念,本文从使用管材,污染形成机理两方面入手探讨了二次污染形成的主要因素———生长环。

1 管材对二次污染的影响

供水管网的管材主要分两大类:金属管材和非金属管材。目前,金属管材主要有:钢管、镀锌管、铸铁管;非金属管主要有混凝土管系列、塑料管和复合管。目前,铸铁管、钢管等金属管材在给水管网中使用极为广泛。国内外经验表明:金属给水管内壁在未采取有效防护措施的情况下运行,将发生不同程度的腐蚀结垢,并随着管道使用年限的延长而加剧,自来水在管网中不是沿着管壁流动而是沿着结垢层在流动,结垢层的存在不仅降低了管道的有效过水面积,当水的流速发生急剧变化或在其他因素的影响下,结垢层的表面物质会进入到管网水中,对供水水质构成污染。非金属管主要存在部分污染物质的析出问题,如水泥管对机械损坏的热振动十分敏感,小的裂缝能与插入的腐蚀产物形成碱性物质,并从水泥中浸出;塑料管在水中可能发生溶解反应,使化学物质从塑料中浸出,浸入水中的可能是溶解反应物、没反应的组分或杂质,所有这些都会造成水质污染。使用年限长且无衬里的管道和涂沥青类物质内衬的管道,由于内壁腐蚀、结垢,也会导致水中铁、锰、铅、锌等金属物质和各种细菌、藻类、苯类、挥发酚类指标的含量较大。管网中早期使用的管材,有些管道内壁没有防腐层,即使有,但经过多年的使用,管壁的防腐层也容易脱落,这部分管材与水中的氧发生氧化反应,在管壁形成锈垢,严重影响供水水质。水泥砂浆衬里是国内外常见的内衬涂料,它能有效地防止管网内壁腐蚀,并阻止红水现象的发生,但是,砂浆衬里的腐蚀或软化、水的碱化作用会对水质产生不良影响。

2 生长环的形成

给水管道在常年的运行中,由于物理、化学、电化学、微生物学等作用,沿管道内壁会逐渐形成不规则的环,本文中称之为“生长环”,它随着管龄的增长不断增厚,使过水断面减小。这样,管道的水是沿“生长环”流动,“生长环”的卫生状况,将直接影响供水水质。

由于给水管道内壁沉淀物、锈蚀物及生物膜相互作用形成了生长环。从管道材质上看,不同年代使用的管材不同,早期铺设的为铸铁管,很多管道没有防腐层,

管材与水中的氧发生化学反应形成了铁锈,铁锈不断沉积在管壁形成了锈垢。刚形成的锈垢比较疏松,水力条件改变时易被水流冲走,使用户处放出含有黄锈的水。未被水流冲走的锈垢积存下来,不断加厚并不断变硬,成为细菌繁殖生长的场所。由于水中含有钙离子、镁离子,水的化学稳定性受到pH 值、温度等因素的影响,水中的重碳酸根离子分解出二氧化碳和碳酸根离子,碳酸根离子与钙、镁离子化合形成碳酸钙、碳酸镁,难溶于水形成沉淀。水质化学稳定性指含碳酸盐水中碳酸钙的溶解平衡,稳定的水是指既不结垢也不腐蚀,当碳酸钙处于未饱和状态就有继续溶解的趋势,通常称为具有侵蚀性,若处于过饱和状态,趋于产生沉淀,称为具有沉积性,若大致处于饱和平衡状态,则称为具有稳定性。管网中的水受温度、pH 值、碱度的影响,处于过饱和状态时,钙、镁等离子以沉淀形式析出,沉积在管壁。水中含铁量过高也会促进沉淀的形成。水源中一般含有铁盐,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,以酸式碳酸铁的形式存在时最不稳定,易分解出二氧化碳;碳酸铁经水解成氢氧化铁。它主要沉淀在管内底部,当管内流速较大时,沉淀就难以形成。反之,当管内流速较小时,就促进管内沉淀物的形成。供水厂在处理工艺工程中,为强化沉淀效果,常在原水中加入一定量的絮凝剂以提高沉淀效果。但是它在处理工艺中并不能完全反应,有时会产生絮凝沉淀,在管道内沉积。

原水在水厂经过混凝、沉淀、过滤和消毒处理后,水中绝大部分的微生物、有机物及藻类已经去除,但有些细菌在消毒剂的作用下,可能暂时处于休眠或部分被破坏状态,在进入配水管网后,随着残余消毒剂浓度的下降而又重新恢复活性。水中有机物是细菌生长和繁殖的营养物质,出厂水中残留的有机物促进了管网中细菌的生长和繁殖。据报道,管道内容易繁殖耐消毒剂的藻类,它们由凝胶状薄膜包裹,可以抵抗消毒剂的作用。这些藻类消耗残余消毒剂,同时又使水中有机物浓度提高,有机物本身又成为细菌等微生物的营养物质。这些微生物以水中的有机物为能源进行新陈代谢,并促进金属表面的恶化。这种腐蚀为生物腐蚀、化学腐蚀的共同作用,导致生长环中含有大量的铁、锰、铝、锌以及各种细菌和藻类。

“生长环”的逐年加厚,不仅影响供水水质,还严重影响原有管道的过水断面,降低输水能力,也使管道阻力增大,而造成供水压力下降。为了保证供水服务的水压,必须采用高扬程水泵来加大水压,这不仅浪费电能,也会增大漏失水量。

3 屋顶水箱引起的二次污染

水箱在设计上总是存在着一部分死水体积,这里往往成为微生物、细菌、虫类等的孳生地。有资料表明,当水在水箱中滞留时间较短时,除铁质水箱中铁、锰含量略有增大外,一般理化指标和毒理学指标无明显差异。但自来水在水箱中贮存24 h 后,余氯为零,特别是在夏季水温较高,水中余氯含量迅速减少,12 h 后即为零。若贮水停留时间超过12 h ,水中细菌很快繁殖,造成二次污染,不宜直接饮用。

4 降低二次污染的措施

4. 1 提高出厂水水质

现在已有不少国家规定了出厂水中AOC ,BDOC 及高锰酸盐指数的上限值,以抑制管网中细菌的生长、繁殖。AOC 就是水中可被细菌利用的有机碳浓度,表征饮用水中细菌增殖的能量。通常AOC 在10μg/ L 下被认为是生物稳定水。管网水中AOC 小于50μg/ L 乙酸碳时,细菌P 的生长就受到限制。细菌等微生物的生长有其适宜的pH 环境。把出厂水的pH 值调整至7～8. 5 ,可以提高水的化学稳