水质对腐蚀给水管网的影响研究

谭智敏

（广东北控环境检测有限公司，广东鹤山 529700）

某城市部分村庄给水管网老旧、管龄较长，管道以钢管和镀锌管为主，内壁腐蚀严重[1]。2017年前，供水水源为江河水，其水质水压稳定，水质投诉较少。2017年进行水源切换，水源由江河水切换为水库水。水库水具有总硬度低、盐度低等特点，管道需要对水质适应一段时间。切换水源3年后，仍存在投诉“黄水”现象。

1 原因分析

经水质检测数据显示，“黄水”现象由水管中铁的释放导致[2-3]。水质主要不达标项目为浊度、色度、铁含量、余氯含量和细菌总数。采集管壁的管垢进一步分析，管垢含铁量为50.23%，三氧化二铁含量为71.76%。管道中未设置防腐内衬，使用单一水源时，水压水质稳定，经过长时间的电化学和微生物作用，管道逐渐腐蚀形成管垢，管垢上生成钝化层和生物膜，起到保护作用，防止管道进一步腐蚀，处于相对稳定的平衡状态[4-5]。切换水源后，水质、水力的变化导致原本稳定的管垢钝化层和生物膜受到破坏，管垢中的铁释放、生物膜脱落，溶入水体，使水的浊度、色度、铁含量和细菌总数升高，余氯衰减。

2 解决方案

（1）管道清洗。

针对“黄水”现象较严重的村庄，每月进行一次尾水排放及管道清洗，加强水质检测力度。

管道清洗对水质的影响如表1所示。

表1 管道清洗对水质的影响

由表1可知，清洗后，管道一周内的水质有所改善，但一周后又出现“黄水”现象，不达标项目为浊度、铁含量。措施浪费水资源，“黄水”现象反复。

（2）更换老旧水管。

研究地区的水管管龄较长，更换老旧水管可以彻底解决“黄水”问题。但更换水管范围广、投入成本大、更换时间长，对村民的用水影响大。

（3）技术改造。

采集6条不同区域的腐蚀严重的管道，水样在管中停留24 h，检测水中的铁含量，试验用水样分别为江河水和水库水。

试验水样主要水质参数如表2所示。

表2 试验水样主要水质参数表

3 管道试验

3.1 试验一

向B水库水中投加不同的pH值调节剂，对6条水管进行铁含量释放的比对试验。B水库水源pH值偏低，pH值为6.5～6.8，需要投加pH值调节剂，调节pH值至7.5～8.0，使水的pH值满足《生活饮用水卫生标准》要求，减缓对管道的腐蚀。投加不同的pH值调节剂对管道中铁释放的影响不同，分别使用氢氧化钠与熟石灰对水库水进行pH值调节，将pH值调节至7.5，对6条不同钢管的铁释放含量进行比对试验。不同pH值调节剂对钢管铁释放含量的影响如表3所示。

表3 不同pH值调节剂对钢管铁释放含量的影响 单位：mg/L

由表3可知，pH值一致时，与投加熟石灰相比，投加氢氧化钠后管道中铁含量释放更少，最大差值为0.071 mg/L。《生活饮用水卫生标准》规定，水中铁含量的限值为0.3 mg/L，即使投加氢氧化钠，部分管道中水的铁含量仍有超标风险。将氢氧化钠作为pH值调节剂具有易溶于水、投加方便、调节pH值稳定的优势，但其价格较贵；熟石灰作为pH值调节剂具有价格便宜的优点，但其难溶于水、投加不方便、调节pH值不稳定。基于控制成本考虑，B水库水厂选用熟石灰作为pH值调节剂（下文B水库出厂水均使用熟石灰）。

3.2 试验二

向B水库水出厂水投加不同浓度磷酸盐缓蚀剂，对腐蚀最严重的2号、6号管道进行铁含量释放试验。总磷含量限值为0.4 mg/L，为了避免给水环境的营养化平衡造成破坏，磷酸盐缓蚀剂的最高投加浓度为0.4 mg/L。不同浓度磷酸盐缓蚀剂对铁释放含量的影响如表4所示。

表4 不同浓度磷酸盐缓蚀剂对铁释放含量的影响 单位：mg/L

由表4可知，磷酸盐的最佳投加量为0.2 mg/L，铁含量释放最多减少0.187 mg/L，但仍有铁含量超标的风险。查阅有关资料显示，磷酸盐缓蚀剂投加量达到10 mg/L时，才能够对管道起到明显的控制作用。在实际生产中加入过高的磷酸盐会对生态环境造成破坏，使水体富营养化，不纳入考虑范围。

3.3 试验三

切换水源后，导致水质差异较大的指标为总硬度、硫酸盐、氯化物、溶解性总固体，试验尝试减少水质差异，减缓“黄水”现象。增加B水库出厂水总硬度和含盐量，向B水库出厂水中投加不同浓度氯化钙，对6条不同钢管进行铁释放试验。

不同浓度氯化钙对铁释放含量的影响如表5所示。

表5 不同浓度氯化钙对铁释放含量的影响 单位：mg/L

由表5可知，氯化钙的最佳投加量为40 mg/L，铁含量释放最多减少0.153 mg/L，投加氯化钙能够缓解部分管道的“黄水”现象，但仍有铁含量超标风险，不纳入考虑范围。

3.4 试验四

将A江河出厂水与B水库出厂水1∶1混合以减少水质差异。使用A江河出厂水、B水库出厂水、AB混合水，对6条不同钢管进行铁释放试验。

不同水质对水管铁释放含量的影响如表6所示。

表6 不同水质对水管铁释放含量的影响 单位：mg/L

由表6可知，与B水库出厂水相比，A江河出厂水和B水库出厂水1∶1混合后，铁含量释放最多减少0.257 mg/L，效果良好，铁含量超标风险明显降低。

4 不同试验对比分析

验对比分析汇总如表7所示。

表7 试验对比分析汇总

试验一、二、三均需要投加试剂，会增加成本，铁释放含量减少效果不明显，不纳入应用范围。试验四不需改变制水工艺，具有低成本、效果明显、实施简单的优点，作为最优方案开展应用尝试。

5 试验实践及应用

选用混合水源切换前后水质的方案，对某个黄水较为严重的村庄进行实际应用。

试验应用前、后的水质数据如表8所示。

表8 试验应用前、后的水质数据

由表8可知，试验实现成本低，水中铁含量明显降低，且应用后水质各项指标合格并稳定。应用3个月后，用户投诉由原来的每周的2～3单降为0单。

6 结语

水质变化会对腐蚀的管道造成严重影响，尤其是总硬度、含盐量、pH值相差较大的水质，水源切换需循序渐进进行。将切换前、后的两种水质进行混合尝试，管网水中水质达标并稳定后，逐渐减少切换前水源比例，如切换前∶切换后的水源比例由8∶2逐步调整至6∶4，再慢慢调整至4∶6，使管壁中的管垢和生物膜逐渐适应，实现水质稳步达标，实现水源切换。