徐业晟

【摘 要】 饮用水的安全对人体健康至关重要，而给水管网输配水是保障饮用水安全的重要环节。本文从辖区内管网水与出厂水水质数据对比出发，结合近几年国内外对管网水质的研究成果，总结归纳管网水质的变化参数、影响因素以及解决措施。

【关键词】 管网水质 饮用水安全 管网改造 二次供水

前言

2006年12月29日。由卫生部和国家标准化管理委员会联合发布了《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）和《生活饮用水标准检验方法》（GB5750-2006）。代替已使用20多年的标准GB5749-85和GB5750—85。并且已于2007年7月1日正式实施。新国标共有106个项目，分为常规指标和非常规指标。其中42项常规指标从2007年7月1日开始正式实施。64项非常规指标的实施项目和日期由省级人民政府根据当地实际情况确定，全部指标最迟于2012年7月1日实施。

所谓“常规指标”是指能反映生活饮用水水质基本状况的水质指标。它是一般水样均需检验的、常见的或经常被检出的、各地统一要求必须检测的项目。“非常规指标”是指相对局限存在于某地区或者不经常被检出的指标项目。它是不常见的、检出率比较低的、可根据当地具体条件需要而确定的检测项目。为了有利于检测机构在生活饮用水领域检测能力的变更、扩项等工作的开展，以更好地适应不同客户的需求。

1.1 新标准的变化

（1）指标数的改变

新标准的常规指标比旧标准增加11项，取消4项，使现有指标数由原来的35项变为42项，增加7项。即，微生物指标，由2项增加到4项，增加了对耐热大肠菌群、大肠埃希菌的要求；毒理指标，15项项数未变，但指标作了调整，取消了银、苯并（a）芘、六六六、滴滴涕4项指标，增补了溴酸盐、甲醛、亚氯酸盐、氯酸盐4项指标；感官性状和一般化学指标，由15项增加到17项，增加了对耗氧量、铝的要求；消毒剂指标，由l项增加到4项，增加了臭氧、一氯胺、二氧化氯的要求。

（2）标准限值的修订

新标准的标准限值是以旧标准为基础，以世界卫生组织《饮用水水质准则》为主要依据，基于国内的调查资料，并参考国外的研究报道和发达地区饮水标准而制定的。新标准常规指标的标准限值与旧标准相比主要包括对原有11项指标标准限值的修订和新增的11项指标限值的规定。

1.2 管网水与出厂水水质对比

对闵行公司出厂水、管网水进行国标35项分析研究，出厂水、管网水水质变化情况如下：

分析上述数据，由于出厂水具有一定腐蚀性，造成管网水铁、色度、浊度增加。又由于水中的有机物存在，也有可能造成管网细菌、大肠菌两项指标发生变化。另外管网水余氯有所衰减，而出厂水余氯均以化合氯形式出厂，氯仿、四氯化碳均无大变化。除此之外，其他指标均无大变化，因而在文章中主要研究的水质指标为色、铁、余氯、浊度、细菌总数和总大肠菌群。

1、影响管网水质的因素

1 出厂水水质状况

一是水质的合格率。如果出厂水的合格率不高，如出厂水没有加氯或加氯量不够，在管网里就可能使大肠杆菌等细菌大量繁殖，影响管网水质。二是水质的稳定性。水的稳定性与水中重碳酸钙、碳酸钙和二氧化碳之间的平衡有关，如果水中的游离C02含量比平衡量少，则会产生CaCO2沉淀。如果超过平衡量，则会产生碳酸腐蚀。当水中PH值小于6.5、且水中铁的含量超过3mg/L或管道为金属管时，将导致自氧型铁细菌的大量繁殖和金属腐蚀，进而造成细菌、浊度、色度、铁等指标的上升。另外水的不稳定性也会导致其他微生物的生长和繁殖，造成管网水的生物性污染。

2 给水管材对水质的影响

管网材质对水质的影响主要有两方面：管材与管网水发生的腐蚀反应（电化学反应）和管材对水中微生物的影响（生物反应）。铸铁管的腐蚀导致氯与管道溶出的亚铁离子反应；配水管网中不同管材对生物膜的影响，认为铸铁管对管壁生物膜的影响最大，塑料管对管壁生物膜的影响最小。具体情况笔者会在在第三章中作的进一步描述。

3 二次供水设施对水质污染原因分析

二次供水设施是指饮用水经蓄存、处理、输送等方式来保证正常供水的设备及管线，具体是指二次供水的水箱、水池、管道、阀门、水泵、计量器具及其附属设施。

在设计施工时，工艺管道布局等不合理：根据近年来建设的高层建筑贮水池来看，一般生活用水所占的比例在贮水池总容积的20%以下，而对于80%以上的消防用水则要求长期不被动用，靠生活用水将贮水池内的水全部更新一次所需的时间很长，池内的水流十分缓慢，流动性极差，此时自来水中余氯也已经耗尽，微生物滋生致使水质腐败，这是水质下降的根本原因。

其次，选材不当。有的水池用水泥砌而不作内衬处理，以致于水泥中的有害成份滲出。

另外，运行管理不善。水箱清洗的次数不够；水箱上面无盖或者遮盖不严密，这些都会导致微生物、青苔或细菌的滋生。

4 运行情况

低流速、长停留时间导致余氯消耗使细菌生长、沉积物增加。为减少病原体侵入要保持最低水压（特别是管道交叉联接处），水压太高能量消耗过大；流态变化也影响水质：在水管内表面有一层似乎不流动的薄水层，当流速增大时，水层减薄，通过该水层水流的氧的扩散补给容易，故促进锈蚀；当流速再增大时，氧补给增大，铁管表面氧气过剩趋于钝化反而腐蚀减少；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。

5 管网水停留时间的影响

在管网内的停留时间越长，则水体自身及水体与管网、水箱等输配水设施所接触表面之间越可能发生各种物理化学和生物化学的变化，最终影响管网水水质。造成管网水停留时间过长的原因主要有两方面：一是部分大口径管道流速较低；二是局部供水管道还没有形成环网，呈枝状，末端水流停滞。

6 加氯消毒状况

不加氯或加氯过量都有问题。加氯消毒虽然使出厂水和管网水符合了微生物指标，保持了水的新鲜和稳定，但如果加氯不合理，消毒副产物浓度增加，就会使水质越来越远离毒理学指标的要求，同样不利于人体健康。

7 其他因素对管网水质的影响

（1）管网爆裂、渗漏对水质的严重污染；

（2）没有对管道进行定期排泥、排污、冲洗、消毒；

（3）管道末梢、阀门及消防栓等水滞留时间过长，流动性差，造成污染现象。

（4）一些用戶终端引起的污染。

1、管道对水质变化的影响

一般来讲，经过水厂处理过的水都能达到国家所要求的水质标准。出厂水需要通过复杂庞大的管网系统才能输送到用户，其间管线长度可达数十上百公里，水在管网中的滞留时间可达数日，庞大的地下管网就如同一个大型的“反应器”。实验证明，水在这样的反应器内发生着复杂的物理、化学、生物的变化使管网结构完整性被破环，从而导致水质发生变化，造成管网污染。

1管道特性对水质的影响

所谓给水管的管道特性，是指给水管的管材、管径、内壁表面粗糙度和连接方法等。这些特性直接影响管道中水的品质。管材材质不同对水质的污染也不同，是影响水质的决定性因素。管径的大小决定了水与管内壁的接触面积，将影响水质。连接方法对水质的影响较小，但传统的镀锌钢管采用丝接或焊接等，连接处还是有一定的污染发生。内壁表面粗糙度对水质的影响情况比较复杂，当量粗糙度越大，对水质的影响越大，但由于管壁内表面水膜的存在，可能抵消了一部分影响，具体的定量分析应通过实验完成。

1.1管道材质对水质的影响

供水管道的材质主要分两大类：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它因素的影响下，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震动十分敏感，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。

1.2管道口径对水质的影响

通常来说，管径越小，单位体积水与管壁接触面积越大；而单位体积水与管壁的接触面积愈大，水质受管道的影响程度越大。例如，离心铸造的球磨铸铁管，其公称管径为DNl00的管道，单位体积水（1m3）与管壁的接触面积为37.74m2，而DNl200的管道，单位体积水（1m3）与管壁的接触面积为3.26m2，相差11.5倍。实际工程中正如人体的毛细血管，越到末端管道越细，比表面积越大，管材的品质对水质影响也越大。因此，实际工程中小管径的供水管道更应该使用高品质无污染的新型管材。

2 管网生长环对水质的影响

在给水管道中，由于各种化学、物理、微生物等作用，沿管道内壁逐渐形成不规则的环，称为生长环。研究发现原水经净化后仍含有一些可供微生物生长的营养物质。当水在管道中输送时，微生物就会附着在固体微粒和管壁上形成生长环，生长环内含有大量活性细菌，包括异养细菌、大肠杆菌、放线菌类和真菌类等，是病原细菌的来源和聚居地。当它从管壁进入水中时，不仅会恶化水质，还会产生气味和颜色。同时节水设备的使用和管理水平的提高又降低了日用水量，延长了水在管网中的停留时间，这又加剧了管网的水质问题。

成熟的生长环性质稳定，受水源、臭氧、活性碳、管材、pH、浊度、余氯、AOC（可同化有机碳）、铁、锰及有机碳等影响较小。所以生长环在管网水质问题中扮演了一个主要的角色。净水厂中微粒的不完全去除，滤池中滤料的释放，金属氧化物和碳酸钙的凝聚，后絮凝产物，微生物活动性及管道的锈蚀等是生长环形成的原因。铁、磷会促使水中MAP（可生物降解磷）沉积，而磷能加速细菌生长；温度升高会加速微生物增殖，同时减少余氯含量。铁的积累，有机物的沉淀以及管壁微生物的积累会导致生长环中微生物进入水中。而对于清洗后管道中新的生长环生长迅速的原因，是该管道上游管道生长环内物质的释放或生长环在管道死水区及夜间流速较低时的集聚。通过分析对比发现：

（1）水力状态影响水质，水力状态频繁变化会促使生长环脱落进入水中，造成水质降低以及水质波动剧烈的现象。

（2）清洗后管道的水质明显变好，延缓了铁、微生物及HPC（异养菌数量）等的增长，改善了水质波动尉烈的状况。

（3）清洗后的管道使用几个月之后仍然会产生新的生长环。

所以管道清洗只能解决暂时问题，不能解决根本问题。当生长环成熟后，去除就比较困难，所以仅依靠提高消毒剂浓度不仅不能去除生长环和生物膜，还会产生大量消毒副产物。采用管道冲洗也不能解决根本问题。解决问题的途径应该是防止或减少生长环的生长，应从研究生长环的形成机理以及生长环与水力状态之间的关系入手。

四、主要水质指标在管网中的变化规律

1 余氯

氯是一种强氧化剂，可以与主体水中和管道内壁的细菌等微生物及其他有机物和无机物发生化学反应，因而余氯在配水管网中呈现逐渐衰减趋势。

影响管网中余氯衰减的因素主要包括管道属性、季节因素和水力工况等。管道属性是影响余氯衰减变化规律的重要因素，包括管材、敷设年代、管径、防腐等。从分析结果来看，同样距离和基本相同的流速情况下，在钢管中水体余氯的衰减速率明显高于水泥管。另外，管径也是影响余氯消耗的一个要素，管径较大的管道消耗氯的速率慢，管径小的管道消耗速率快。这主要是因为大管径管道的比表面积小，管道内水体可与管壁接触的部分占的比例越小，被消耗的余氯占比例就相对越小。

不同季节，余氯衰减速率存在很大的差异。季节因素对余氯衰减变化规律的影响有两个方面，一方面，水质存在季节性的差异，导致主体水耗氯量的差异；另一方面，季节间温度的差异造成化学反应速率的不同。温度高时，化学反应速率较快，总余氯衰减速率系数较大；反之，则总余氯衰减速率系数较小。因而，为保证经济有效的消毒效果，水厂应根据季节的变化适当调整加氯量。

供水管网中的水力工况条件是影响余氯衰减的另一主要因素。不同时段余氯在配水管网中衰减速率变化较大，用水高峰时段管线余氯衰减最慢，随距离的衰减速率最小。这是因为在用水高峰时段，管线中流速快，水在管道中的停留时间短，水中余氯与管壁之间的反应时间短，余氯消耗少，所以余氯的衰减速率较慢；与此相反，在用水平均时段和用水低谷时段，余氯的衰减较快。

2 浊度

浊度是表征饮用水水质的一项重要指标。从出厂水到用户，水中浊度一般有逐渐升高的趋势。应该说，浊度在配水管网中的变化主要是管道属性和水力工况共同作用的结果。一般来说，浊度有规律的平稳变化，反映了管道属性对水质的影响，而浊度异常的变化往往是水力工况发生变化的结果。

管材是影响浊度变化的一个重要因素。大量监测数据表明，在无内防腐的铁质管道内，浊度随管线逐渐增加，在较长的管道中经常出现浊度增幅超过100%的情况。配水管网中总铁浓度的高低很大程度上影响着浊度在配水管网中的变化，而管网中铁浓度的增加正是由于管道腐蚀引起的。

流速是影响浊度的另一个重要因素。流速与浊度之间的关系可以用两个过程来描述，其一，水体对管壁的冲刷作用，是增加水体浊度的过程。其二，水体悬浮物向管壁附着或沉淀作用，是水体自净的过程。当流速较大时冲刷作用大于沉淀作用，表现为浊度升高；当流速较小时沉淀作用大予冲刷作用，表现为浊度降低。研究中发现，流速的变化是影响浊度的更重要的原因，当流速突然发生变化时，浊度都会有一个相应的变化，并且其变化幅度紧密相关。

3 铁

金属管道被腐蚀后，在管道表面形成一层蓬松的铁垢。在水流的物理冲刷作用下，铁垢中的Fe2+离子释放出来。Fe2+可以继续氧化成Fe3+，形成红色颗粒物导致水的色度升高，严重时产生“红水”现象。

影响管网水中铁离子浓度的主要因素包括管道属性（腐蚀情况等）、水质条件（pH、碱度等）、水力条件（流速等）等。管道属性是影响水中铁离子浓度变化的主要因素。pH和碱度对水中Fe的浓度影响非常大。一般来说，较高的pH和碱度有利于减轻金属管道的腐蚀，减少Fe的释放，可以有效控制红水现象的产生。水力条件也是影响水中铁离子浓度变化的重要因素。对于含充足溶解氧的流动水，溶解氧进入铁垢内部形成Fe3+的沉积物，亚铁离子不会直接释放到水中，因而流动的水不容易产生红水。

4 微生物学指标

管网中细菌总数的变化受到季节因素影响较大，主要表现在水温影响细菌的繁殖速度，高温促进细菌繁殖，缩短了其世代时间，低温抑制细菌繁殖，延长了其世代时间；不同季节用水量导致管网中水力停留时间的不同，造成细菌繁殖时间不同，用水量大，水力停留时间短，细菌繁殖时间短，相反，用水量小，水力停留时间长，细菌繁殖时间长。两种相反作用共同左右了管网中的细菌总数。

五、解决措施

l、推广应用新型管材

近年来新型供水管材不断推陈出新，在确定管道安全可靠运行的前提下，可采用钢筋混凝土管、钢管、铸铁管、球墨铸铁管、PE管等管材。在施工过程中有条件开挖的地区，可敷设新管废除旧管。无条件开挖的地区，可采用管道非开挖修复技术。管道非开挖修复技术方法较多，翻衬法、内衬PE管法较为适用。

2、采用不断水开梯技术

以往在设计和施工中，市政管网每隔一定距离设置预留梯口。但市政管网上过多的预留梯口带来诸多问题。据统计其使用率不到40%，管网预留梯口的闭置不仅是管道建设的一种浪费，而且预留梯管内滞留水质腐败也影响了管网水质。随着不停水开梯技术的日趋完善，在市政管网中可取消预留梯，需要开梯接驳管道时可采用不断水开梯技术解决用户的用水接口问题。一方面可避免因停水导致水资源的白白浪费，另一方面可以避免因停水导致水质的二次污染。

3、合理制定管网冲洗计划

对管网内壁已发生锈蚀的，尤其是小口径管道，污染量增加较多的管道以及用户投诉自来水浑浊较多的区域，要增加冲洗的力度及频率。管网冲洗主要是利用消火栓和排水阀。从主管至消火栓一般都有5米左右的管道，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火栓，避免管内“死水”时间过长水质变坏。

4、加强对二次供水设施的管理

目前，二次供水污染水质的问题越来越突出，因此。应加强对二次供水设施的管理，首先是对二次供水系统的设计、选材、施工和验收严格把关。其次要明确各有关单位的职责，加强对居民小区物业的监督管理，定期清洗水箱，并督促业主自管的水箱做定期清洗工作。

5、提高出厂水水质及其稳定性

为了控制管网水质恶化现象，长期以来一直采用余氯量来抑制管网水中细菌繁殖。但研究表明，氯消毒并不能完全抑制生物膜在管网中的生长繁殖。因此现在更多的考虑是降低出厂水中有机物含量，提高出厂水的生物稳定性，截断微生物的能量来源。细菌等微生物的生长有其适宜的pH环境。水在出厂前投加稳定剂，把pH值调整至7～8.5，可以提高水的化学稳定性。

6、加强陈旧市政管网改造

保证管网高效长期稳定运行由于技术和经济上的原因，以前埋设的城市供水管道，相当一部份未做内防腐，导致管道内壁结垢，个别腐烂穿孔，严重影响水质的管段及时改造。要保证管网水的合格，除出厂水首先要达标合格外，其管网材料选材也极为重要。

7、加强管网水质在线监控，建立管网水质模型

管网水质在线监测系统，能够实时监测管网部分物质的分布及变化，是全面掌握配水管网实时水质工况、日常运行管理和突发事件及时应对的保障。借助管网水质模型可及时发现导致水质恶化的“瓶颈”管段，制定相应的冲洗、维修甚至改造方案。同时还可为管网水质监测点的设置及优化管网二次加氯技术提供依据。

6、未来方向

改善管网水质是一项长期而重要的工作，每个供水企业都应该高度重视，采取切实有效的措施提高给水水质，以满足社會发展的需要。要提高给水管网水质，今后还应该做好以下几个方面的研究：

（1）从微生物和化学原理对管壁和管道水流上的微生物，化学物质的反应机理和影响因素进行研究；

（2）从化学和电化学及微生物学角度研究管材对给水管网水质的影响；

（3）研究水源水质、管材、温度及压力等对微生物，化学物质反应机理的影响。

（4）从毒理学角度研究管材对给水管网水质的影响。

（5）寻找更高效的算法研究管网。

（6）研究新型给水管材替代传统“易生锈、易腐蚀、易渗透、易结垢”的管材，最大限度降低管材对水质的影响。

（7）对水质监测点的优化布置研究。