生长环的研究与防治

摘要：在管道卫生学里，对生长环的控制不仅可以恢复其通水能力，降低电耗，而且可改善管道内卫生状况，保证供水水质。它是由于给水管道在长年的运行中，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。本文中对其成因、危害以及控制技术的几个方面进行了综合论述。

关键词：生长环 管道 防腐

1、給水管网生长环的成因

1.1 水对管道内壁侵蚀形成的锈垢

对金属管材而言， 输送的水就是一种电解质溶液， 水的pH 值影响着管道被腐蚀的速度， 水中的溶解氧对管道腐蚀结垢有很大影响。首先， 由于电化学的作用， 在管内壁附近形成氢氧化亚铁， 然后被水中溶解氧氧化， 生成氢氧化铁， 形成一层保护膜， 在偏碱性水中， 使管壁的腐蚀速度减慢。当水中的pH 值变化时， 部分氢氧化铁脱水形成铁锈， 沉积于管道的内表面， 它质地松疏， 不能起保护作用， 以上反应不断进行， 形成凸凹不平的锈垢。

1.2 微生物的腐蚀

管内壁上的锈垢是微生物繁殖生长的场所， 微生物的滋生可加速管道的腐蚀。根据实验观察， 微生物腐蚀往往和电化学腐蚀同时发生， 微生物主要通过电极电位和浓差电池发生变化而间接参与腐蚀作用。我们对沈阳市自来水公司的管道进行现场断管试验， 检验了管内生长环表、中、里三层的细菌菌属， 均发现普遍存在着丝状铁细菌。铁细菌是一种特殊的自养菌属， 依靠铁和氧生存和繁殖。丝状铁细菌在管壁上繁殖的结果， 形成密集的锈瘤， 同时产生黄褐色絮状物。在给水管网运行中， 出现的“红水”水质恶化现象， 就是丝状铁细菌所致。

1.3 管内后沉淀现象

水中的微絮凝体、某些金属离子均能在管道中产生后沉淀现象。首先是微絮凝体后沉淀， 在给水处理中， 混凝剂所形成的絮凝体， 绝大部分在沉淀和过滤时被截留去除， 但仍有少量微细絮凝体随出厂水一同进入管网， 并继续凝聚水中杂质， 沉积在管内壁锈垢上， 形成具有粘性的沉淀物。这种现象在水流速度小的给水管网末端更为明显。其次是水中铁、锰、钙、镁离子的后沉淀， 这些金属离子， 在给水管网内达到一定浓度， 随着水的pH值、余氯含量等因素的变化， 都会沉积在管内壁上。

由上述分析可知， 管道内的沉积现象互相影响、互相促进， 铝盐微絮凝体和铁、锰的氢氧化物在管壁上粘附， 形成一层粘膜， 这又为铁细菌的繁殖创造了条件， 而铁细菌的繁殖又和电化学腐蚀同时发生， 腐蚀的结果形成锈瘤。在以上过程中，水中的杂质又不断粘附于管内壁， 因此， 随着时间的增长， 形成了沿管内壁下部较厚， 上部较薄的生长环。

2、管道产生长环的危害

2.1 管内生长环对供水水质的影响

由于长期受到水的腐蚀作用，管内壁上生成一种含有多种成分和细菌的生长环，它的厚度主要受水质、管道材料和使用时间的影响，这些锈垢上所含的多种成分和细菌，会溶于水中，使水质受到“二次污染”。还有管道结垢后，水质“二次污染”，使水中余氯被有机物消耗殆尽，所以细菌的总数增加，在这些细菌中有病原菌，也有对管道起腐蚀作用的细菌。这些各种各样的细菌，有的严重影响水质，有的则加剧了管道腐蚀，从而缩短管道的使用寿命。

2.2 管道生长环对输水能力的影响

给水管网生长环不仅影响了供水水质、恶化了管内卫生状况，随着管道内生长环的逐年加厚，从而会不断缩小管道的过水断面， 增加了管道的阻力系数， 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。当前， 国内很多城市虽然水厂不断扩建， 水量逐渐增加， 但给水管网低压区却不断扩大， 这些都是由于给水管网生长环的存在使得水头损失增大引起的。有的城市采用增大供水水泵扬程的方法采用高扬程水泵来加大水压来解决这一问题， 这不仅浪费电能，还会使管网漏失水量增大， 导致供水成本的提高。

3、解决管道腐蚀的技术方法

随着我国供水事业的不断发展，旧管道比例不断增加。管道腐蚀和结垢现象越来越严重，重新敷设管道对城市破坏较大，而且费用不菲。因此，清除给水管道内锈垢并采取必要的防腐措施，不仅可以恢复其通水能力，降低电耗，而且可改善管道内卫生状况，保证供水水质。该课题具有重要的经济效益和社会效益。目前比较成熟的免开挖管道修复技术除了能保证管道的使用寿命外，还减少了对城区的破坏，成本也较新敷设管道低，是解决供水管道腐蚀问题的行之有效的新方法。它首先对管道进行刮管除垢来清洗管内壁，之后再用衬里进行防腐处理的除垢、涂膜工艺。

3.1 刮管方法

（1）高压射流法

它是用高压泵提供的高压水，经高压胶管送至喷头，由喷孔将高压流速水流转变为低压高流速射流，冲击管壁锈垢。这种方法，可以不需要断管面利用管道本身的一些附属设备进行除垢。使用的喷头直径很小，喷射出水流的除垢效果距离喷头越近越好。所以清洗管道的口径适合中、小型管道。

（2）机械刮管

机械刮管是首先将管段卸下，在通过机械对该工作断进行断管、刮管、涂衬、水泥砂浆养护、冲管等多道工序，一般要5-7天才能完成。机械刮管的施工长度，一般每次可刮管100-150米，对于较长距离的管道要分成若干个清洗段，分别断开，逐段实施，从而增加人工开挖工程量和施工停水时间。

3.2 管道衬里的方法

（1）水泥砂浆衬里法

水泥砂浆衬里靠自身的结合力和管壁支托，结构牢靠，其粗糙系数比金属管小，对管壁能起到物理性能保障外，也能起到防腐的化学性能，因水泥与金属管壁接触，形成很高的pH值。

（2）环氧树脂涂衬法

环氧树脂具有耐磨性、柔软性、紧密性，使用环氧树脂和硬化剂混合后的反应型树脂，可以形成快速、强劲、耐久的涂膜。环氧树脂的喷涂方法一次喷涂的厚度为0.5-1.0mm，便可满足防腐要求。使用速硬性环氧树脂涂衬后，经过2小时的养护，清洗排水后便可使管道投入运行。

（3）化学成膜剂防腐法

化学成膜剂防腐是指利用化学物质与金属发生反应，形成反应物沉积并粘结在金属表面形成有一定强度的保护膜使金属与腐蚀环境隔开，从而达到防腐的目的。

4、结束语

旧管道内沉积和锈蚀的日益严重，不仅降低了供水能力，还导致管道内水质恶化，影响区域形象。因此，加强给水管道的科学管理，正确解决管道内的沉积锈蚀，利用管道的刮管与涂衬，是提高效益、节约资金、搞好服务的一项重要措施，它既能改善供水水质，又可延长管道的使用寿命，有不容忽视的经济效益和社会效益。

参考文献：

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[2] 李欣、王郁萍、齐晶瑶、赵洪宾，给水管道生长环的冲洗与防治，哈尔滨工业大学学报，Vol.35， No.6， Dec. 2002

[3] 袁一星、赵洪宾、赵明，给水管网生长环研究，哈尔滨工业大学学报，Vo1.31，No.1，Feb.1998

[4] 赵洪宾、李林、吴学伟，城市给水管道除垢及防腐的研究，管道技术与设备，1997

作者简介：李力争（1984- ），男，重庆人，哈尔滨工程大学市政工程学院硕士，中机中联工程有限公司工程师。