出　　自： 《中國給水排水》 1998年第6期第29頁
發表時間： ： 1998-6

袁一星；趙明

( 哈爾濱建筑大學)

　　供水管網是給水系統重要的組成部分。原水經處理達到國家水質標準，通過供水管網輸送后，有時在細菌學指標、濁度、鐵錳含量、色度、有機物含量等方面超標，嚴重地影響了供水水質。發生這種現象的原因就是水在供水管網內有較長的停留時間并受到了供水管網內銹垢的二次污染。

1 銹垢的成因

　　供水管網內的銹垢主要由于水管受到化學腐蝕和生物腐蝕所形成 [1] 。對金屬管材而言，管道腐蝕主要受水中pH值和溶解氧的影響。首先，由于電化學作用，在管道內壁形成氫氧化亞鐵，然后被水中溶解氧氧化，生成氫氧化鐵，以膜的形式附著在管道內壁，在偏堿性水中，管壁被腐蝕的速度減慢，當水的pH值變化時，部分氫氧化鐵脫水形成鐵銹，沉積在管道內表面，它質地疏松，不能起保護作用，若水的pH值適宜，以上反應不斷進行，形成凹凸不平的銹垢。
　　在特定條件下，管道內壁是微生物繁殖生長的場所。通過高倍顯微鏡觀察，在管道內壁可發現微生物群集。管道內微生物的滋生可加速金屬的腐蝕，微生物的代謝過程往往和電化學腐蝕同時發生。曾通過斷管試驗檢查了管道內壁銹垢表、中、里三層的細菌菌屬，均發現普遍存在著絲狀鐵細菌。鐵細菌是一種特殊的自養細菌，依靠鐵和氧生存和繁殖。該菌在管道內壁上新陳代謝的結果，形成密集的銹瘤，同時產生黃褐色的絮狀物。銹瘤覆蓋的部位成為厭氧區，為腐蝕性很強的硫酸鹽還原菌的生長創造了條件，這種細菌可把硫酸鹽還原成硫酸鐵。水中的各種元素可以促進微生物的代謝過程，某些微生物的代謝產物又成為另一種微生物的營養源，這些過程都會導致管道腐蝕的加劇。
　　水中的某些金屬離子、微絮凝體均能在管道中產生后沉淀現象。首先是水中鐵、錳、鈣、鎂離子的后沉淀，這些金屬離子在供水管網內達到一定濃度后，隨著水的pH值、余氯量等因素的變化，沉積在管道內壁上。其次是微絮凝體后沉淀，在給水處理中，原水濁度與所投加的混凝劑形成的絮凝體，絕大部分在沉淀和過濾時被去除，但仍有少量微絮凝體隨出廠水一同進入管網，沉積在管道內壁上，形成具有粘性的沉積物，這種現象在水流速度小的供水管網末端更為明顯。
由上述分析可知，供水管網內水的侵蝕、微生物的腐蝕和后沉淀現象是相互影響、相互促進的。鋁鹽微絮凝體和鐵、錳的氫氧化物在管道內壁上粘附，形成一層粘膜，這又為鐵細菌的繁殖創造了條件，而鐵細菌的繁殖又和電化學腐蝕同時發生，腐蝕的結果形成銹瘤。在以上過程中，水中的雜質顆粒不斷粘附于管道內壁。因此，隨著時間的增長，形成了沿管道內壁下部較厚、上部較薄的銹垢。

2 銹垢對水質的影響

　　在我國許多城市，舊管道所占的比例較大，管內銹垢對水質的影響較為明顯，造成供水管網水質惡化。表1列出了東北地區幾家自來水公司的水質調查結果。
表1 出廠水質與管網水質比較

　　此外，還從管內銹垢析出13 種細菌，其中絲狀鐵細菌占優勢，還有腸道菌落、棲居菌落等。同時還發現，銹垢的主要成分為鐵、錳、鋅等16種元素。
　　為了消除銹垢對水質的影響，對東北地區某市的供水管網進行了沖洗前后的水質考察，結果見表2。
　　表2 管段沖洗前后水質變化

　　注 表中數據是三次測定平均值；括號內為沖洗后值

3 銹垢對管網余氯的影響

　　余氯在供水管網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 ——經過t時間后的余氯濃度，mg/L
　　C 0 ——余氯的初始濃度，mg/L
　　K——余氯的消耗速度系數，1/h
　　余氯消耗速度系數K值與管材、水質、水溫、管徑、管內衛生狀況有關。水溫7℃時，對于直徑為150mm的新、舊鑄鐵管及沖洗前后的K值進行了測定，結果見表3。
　　表3余氯消耗速度系數K值(溫度:7 ℃)

　　同時，還測定了管內余氯濃度隨時間的變化情況，見圖1。

4 銹垢對管道通水能力的影響

　　供水管網內銹垢會縮小管道的過水有效斷面，增加管道的阻力系數，從而直接影響了管道的通水能力和供水壓力。當前，國內許多城市雖然水廠不斷擴建，水量逐年增加，但供水管網低壓區卻不斷擴大，有的自來水公司采用增大供水水泵揚程的方法解決供水管網低壓區問題，這會浪費能量并增大供水管網漏失水量，導致供水成本的提高。
　　對東北地區某市的供水管網進行斷管分析，發現鋪設年代久的鑄鐵管，其有效直徑僅為新管直徑的30%～50%。
　　根據供水管網水頭損失計算方法 [2] 和管道沖洗試驗數據，得出供水管網內銹垢沖洗前后管道有效直徑或流量變化的一組數據。見表4。
　　表4 管道沖洗前后有效直徑和流量的變化

　　注 D 0 為管道直徑；d 1 、d 2 為管道沖洗前、后的平均有效直徑；Q 1 、Q 2 為管道沖洗前、后的流量；v、i為管道沖洗后的流速、水力坡度。
根據以上分析，可以認為供水管網內的銹垢是影響供水水質和通水能力的重要因素，應當引起人們的重視。有關部門應加大供水管網運行和管理的投入，建立供水管網水質和水壓的監控系統，有效地防止供水管網內銹垢的形成和危害。

參考文獻

　　1 吳紅偉等.配水管網中管垢的形成特點和防治措施.中國給水排水，1998；3
　　2 嚴煦世等.給水管網理論和計算.中國建工出版社，1986

　　作者通訊處:150008 哈爾濱市南崗區海河路202號
　　哈爾濱建筑大學市政環境工程學院
　　(收稿日期 1998-07-09)