居住区供水水质的保障

作者：熊国锋 郭士权 梁建军

欢迎访问e展厅 展厅 3 环保设备/水处理设备展厅 噪音控制, 紫外线杀菌器, 反渗透装置, 粉尘过滤器, 除尘器, ... 摘要： 随着城市建设的迅速发展和居民生活水平的不断提高，城市的供水能力得到了相应的发展，特别是占给水系统投资55～65%的给水管网，越来越显示出巨大的作用，给水管道在城市的给水系统和建筑给水中承担着从配水厂到用户之间的输配水作用。因此，要求给水管道不但能满足人们所需要的水量和水压，而且还要保证所输配水的水质。目前我们大多数的供水企业把提高水质的大量工作用于净水厂的净化处理工艺上，忽略了给水管网产生的二次污染问题，自来水二次污染的产生有一段时间过程，所以往往没有引起人们的注意。但是给水管网，特别是铸铁管、冷镀锌钢管一旦发生二次污染将给我们带来更大危害，并且带来治理上更多的投资和麻烦。本文就居住区供水水质二次污染的产生及防治，提出看法，与大家讨论、研究。 关键词： 饮用水 水质 二次污染 1.自来水水质 城市自来水是城市的命脉，是每位居民每天必须的数量最大的食品，自来水的水质是关系到每家每户和子孙万代身体健康的大事、关系到部分产品质量、关系到整个社会环境，也是对外开放和吸引外资的重要条件。 衡量自来水水质的优劣和安全与否，国家颁布了“生活饮用水卫生标准”（GB5749―85)，简称标准。这是国家考虑到广大群众饮水安全和我国具体情况所制定的。生活饮用水卫生标准是现行评价水质安全的法规性文件。在这个标准中包括感官指标、一般化学指标、毒理学指标、细菌学指标及放射性指标等五类35项内容，这些指标值（特别是毒理学指标）与国际饮用水标准一致或接近。 1.1 据世界卫生组织对其所制订的“饮用水水质准则”（以下简称准则）的解释是：符合“准则”的水就是安全饮用水。水质“标准”或“准则”中微生物学指标是非常重要的，它不合格，可能在同一时间内造成大面积人群发病或死亡，因此要求有很高的合格率，如管网水大肠杆菌的合格率要大于95%。毒理学指标因制订指标时留有相当大的余地，有的是考虑终身摄入而无觉察的健康风险；有的是考虑在此浓度下饮用70年每10万人中增加一个癌症患者，因此它不意味着短时间内不能超过标准，只要在较长时间的平均值不超过所规定的水平即可饮用。感官性指标不良，可能为水质污染的反映，会导致消费者的怀疑或厌恶。 根据我国具体情况，建设部组织制订的城市供水行业2000年技术进步发展规划，要求一类自来水公司到2000年水质综合合格率达到95.94%，二类自来水公司要求达到92.37%，其它水司要求达到85%。 据1995年统计资料表明，全国521个自来水公司水质综合指标合格率完成较好。综合指标合格率最高完成100%；完成综合指标合格率99%以上的自来水公司有317个，占统计总数的60%；完成综合指标合格率90%以上的自来水公司共有508个，占统计总数的97.5%。 1.2 1997年小康住宅科技产业工程项目中；“居住区水质保障技术”专题组，为掌握我国城市供水厂出厂水水质状况，向全国大中城市的自来水公司和卫生防疫站发出了90份调查表，调查资料表明：1996年各自来水厂的出厂水各项水质指标的平均值符合现行生活饮用水卫生指标，平均总合格率为99.39%，其中浊度，细菌总数，总大肠菌群和游离余氯量四项指标全年综合合格率平均值达到98.73%。 从上述资料说明，我国大、中城市自来水公司净水厂的供水水质，基本上是符合生活饮用水卫生标准的，是适应人体健康要求的。 1.3 在这次水质调查中，对城市供水管网中的水质情况同时进行了调查，调查结果表明，从出水厂到管网水，到用户的自来水龙头，水质下降情况是存在的。1997年调查数据中管网中浊度，细菌总数，总大肠菌群和游离余氯量四项指标的全年综合合格率平均值为95.68%，较出厂水降低了3.05个百分点，其中下降量最大的总大肠菌群，下降了7.3个百分点，并且平均值已达2.96个/L，接近标准临界值。细菌总数也可看出管网水较地表水水厂和地下水水厂的出厂水分别增加了2.88倍和3.07倍。 另外指标中的氯仿、四氯化碳二项指标，从出厂水到管网水的水质对比变化率分别增加了47.91%和38.78%。从重点城市实测的高锰酸钾指数和亚硝酸盐两项指标的情况也表明，从出厂水到管网水的水质对比变化率也分别增加了52.4%和35.0%。这反应了管网中的水质有机污染物的增加和氯化作用的存在。 从上面的数据分析表明，城市供水由于输配水管网中的种种原因，使管网中的水质受到一定的二次污染，水质较出厂水有一定的下降。 1.4 城市供水系统中为了满足居住区内最不利点的水量和水压的要求，城市供水二次加压系统中的调贮水池，水塔和水箱，常常是二次污染的一个重要部位，1997年的调查对这部份作了专题调查。调查资料表明：在这些贮水设备中“生活饮用水卫生标准”中的35项指标的全年综合平均总合格率为93.92%，较出厂水降低了5.47个百分点，四项指标的全年平均综合合格率为83.81%，较出厂水降低了14.92个百分点，并且总大肠菌群已超标，游离余氯量已不达标。从水中有机污染项目也可看出，四氯化碳，高锰酸钾指数和亚硝酸盐等指标的平均值已接近标准的临界值。高锰酸钾指数和亚硝酸盐的合格率仅为52.35%和51.46%。 所以在城市供水系统中的居住区二次加压供水的调贮水池，水塔和水箱中的二次污染情况更为严重。 1.5 1997年水质调查中选择了有代表性的居住小区的给水支管和用水点的水样进行了实测，并和部份城市卫生防疫站监测资料进行了汇总。汇总资料表明，在用水点处的水质，35项指标的全年综合平均总合格率和四项指标的全年综合平均合格率为90.95%和80.94%，较出厂水的水质对应下降了8.44个百分点和17.79个百分点。四项指标中总大肠菌群和游离余氯平均值已不符合标准要求，浊度和细菌总数平均值已接近临界指标值。反映有机污染物情况的氯仿和四氯化碳和出厂水相比较分别增加了96.20%和88.07%，高锰酸钾指数和亚硝酸盐两项指标和出厂水相比分别增加了139.80%和187.50%，平均值均已超标。 所以城市供水到居住小区支管和居民用水点处，水质已明显下降，多项指标的平均值已超标。 2.居住区饮用水质二次污染的原因 2.1 输配水管道内的腐蚀、沉淀及粘垢是造成管内二次污染的原因之一，而管内的腐蚀和结垢程度，又常常是以下因素造成的。 2.1.1 在所有天然原水中几乎都含有钙镁离子，并且水中的重碳酸根离子易分解出CO2和碳酸根离子，这些钙镁离子和碳酸根离子化合形成CaCO3和Mg(OH)2难溶于水而形成水垢沉渣。 2.1.2 水对金属管道内壁的侵蚀，造成化学腐蚀和电化学腐蚀，因而在腐蚀电位差的阳极部位使金属遭到损坏，金属失去电子，以铁离子状态转入水中，下多余的电子趋向阴极。在阴极形成氢离子放电，溶液在阴极失去氢离子（H+)离子达到足够数量时，在溶液中的金属离子同OH-离子反应形成金属的低价氢氧化物，若低价氢氧化物Fe(OH)2被水中的溶解氧所氧化，变成高价氢氧化物Fe(OH)3，它沉积于管内使管道表面形成凹凸不平的氧化物沉淀。 水中溶解氧的大量存在，使金属管内壁形成保护性的氧化物薄膜。当给水管内的水中溶解氧含量不多时，就起不到上述钝性作用。比如，输水干管中流速大，氧气接连不断地由水带入，此时氧对金属起到钝性作用；而在配水管网的末端，管内流速较小，甚至有时不流动，水中的氧气处于无法补充的状态，水管就易腐蚀。 由于腐蚀的生成物能溶于酸性介质中，而不易溶解于碱性介质中。因此，PH值偏低的酸性介质能促进腐蚀作用，而PH值偏高则能阻止或完全停止腐蚀作用。 铸铁管的腐蚀还同铁和水接触的表面有关，因为在其接触的表面上有一层不流动的薄水层，流速增大，则水层变得更薄。通过该水层水流中的氧扩散，补给就容易，因而促进锈蚀。小口径给水铸铁管，由于流速处在较大的变化范围，所以锈蚀多，出现锈水机会就越多。据大量的水质监测数据表明，导致管网水质降低的主要原因是街坊内小口径管道，特别是用户内部管道。这些管道几乎没有采用涂衬保护措施，而我国有一半的大、中城市自来水出厂水水质有腐蚀趋向，致使管道锈蚀更为严重。从而导致水中余氯含量迅速减少，浊度、色度、铁、锰、锌、溶解性总固体、细菌学指标等明显增大，甚至出现“红水”、“黑水”等水质事故。 2.1.3 水中含铁量过高所引起的管道沉淀堵塞。作为给水的水源一般含有铁盐。生活饮用水水质标准中规定铁的最大允许浓度不超过0.3mg/L，当铁的含量过大时水应予以处理，否则在给水管网中容易形成大量沉淀。水中的铁常以重碳酸盐形式存在。以重碳酸铁形式存在时最不稳定，易分解出二氧化碳，而生成的碳酸铁经水中溶解氧的作用，转为絮状沉淀的氢氧化铁。它主要沉淀在管内底部，当管内流速度较大时，上述沉淀就难形成；反之，当管内水流速度较小时，就促进了管内沉淀物的形成。 2.1.4 管道内的生物性堵塞。从管道堵塞性沉积物的分析中得知，既有矿物成分也有有机成分。这种有机成分中包括微生物和藻类，它们大量地存在于给水的水源中。这些极小的，活的有机物进入管道内附着在管壁上，在具备良好的生存因素时，就繁殖而聚积，从而缩小了管道的有效过水面积。 城市给水管网内的水是经过处理和消毒的，在管网中一般就没有产生有机物和繁殖微生物的可能。但是铁细菌是一种特殊的自养菌类，它依靠铁盐的氧化，在有机物含量极少的清洁水中，利用细菌本身生长过程中所产生的能为生存源。这样，铁细菌附着在管内壁上后，在生存过程中能吸收亚铁盐和排出氢氧化铁，因而形成凸起物。由于铁细菌在生存期间能排出超过其本身体积499倍的氢氧化铁，所以有时能造成水管过水截面严重的堵塞，并且这种突起物是沿管内壁四周生成的，不仅是管底面而已。另外，硫酸盐还原菌是一种厌气细菌，它常存在于管内壁上，在缺氧的条件下，金属管道在电化学腐蚀过程中会起到加成的作用。据资料【4】Allen等发现在管网管垢中都有很大数量的球状菌、杆状菌、丝状菌和藻类，具有铁细菌特点的螺旋茎的盖式铁柄杆菌属也大量出现在水样和管壁上。 2.1.5 水中悬浮物的沉淀是形成沉渣的最简单的过程。尽管大多数给水管道所输送的水中，悬浮物含量很少，可是毕竟有沉淀物形成，特别是直接向管网输水的井水，往往使井中的粉砂，细砂随水流带入管内。尤其是生物的集聚粘附性能，使这些悬浮无机物很易在管道内沉积。 2.2 防腐衬里层渗出对水质的污染 2.2.1 镀锌钢管，特别是冷镀锌钢管，镀锌层脱落除对金属管道的腐蚀失去保护作用外，还会使水中锌含量增高； 2.2.2沥青衬里可能导致水中苯类，挥发性酚和总放射性等指标增高； 2.2.3 水泥砂浆衬里是我国目前铸铁管和大口径钢管常用衬里材料，但美国（AWWA）报导，如果处理不当其渗出物会恶化水质。小康住宅产业工程项目居住区水质保障技术专题组研究测定也发现“溶解性物质有一定提高，产生浊度物质，硬度变化和NH3渗出等问题存在”。 2.3 余氯量对水质的污染 管网中含有一定量的游离余氯对管网中水的消毒有好的作用。但是余氯量能和管网二次污染有机物作用生成各类有机氯，而有些有机氯是明确的致癌物质。1997年调查资料分析中也发现凡是出厂水余氯量较大，而用水点余氯量反而小的测点，恰好氯仿和四氯化碳二项指标增加值较大。 2.4 外界因素的影响对管网水质的污染 2.4.1 埋地管道管外壁腐蚀发生穿孔，接口不严密，发生不均匀沉降或接口渗漏，又未及时修理，一旦失压或停水，外部脏水就可能渗入管内； 2.4.2 安装在阀门井中的阀门渗漏和自动排气阀被污水侵泡，污染水渗入或被自动排气阀吸入管内； 2.4.3 管道爆裂不及时修复，脏水渗入； 2.4.4 生活饮用水管网和非生活饮用水管道或非城市自来水管网连通，阀门或逆止阀不严，其他管网的水串入城市生活饮用水管网造成污染。 2.4.5 用水端点的卫生设备，水箱，水池或压力设备出现水回流现象，将污染的水回流进入管网。 2.5 管网管理不善造成管网水质的污染 2.5.1 新敷设管线竣工后，没有严格按照必须高速冲洗，消毒液侵泡（24小时以上），清水冲洗的要求去做，致使投入运行后对整个管网水质产生影响； 2.5.2 没有对管网的死水区，线路终端等部位进行定期放水冲洗，使死水区水质下降； 2.5.3 没有对管网定期进行清管，刮管和衬涂内壁； 2.5.4 在旧管检修或更换后，急于供水，没有按要求进行管道的冲洗和消毒； 2.6 调贮水设备形成的二次污染 2.6.1 金属贮水设备一般都要涂刷内外防腐层，普通的防锈漆附着力差，一定时间会脱落，影响水质，同时失去对金属壁腐蚀保护作用。有些防锈漆也有渗出物会影响水质。 混凝土和钢筋混凝土贮水设备，采用水泥砂浆抹面也应注意水泥中可能渗出的有害物质。 2.6.2贮水设备的结构不合理，进出水管的位置不合适，往往造成池内的短流和出现死水区。 2.6.3 贮水设备的设计计算不合理，单求安全可靠，致使贮水设备容积过大，水在设备中停留时间过长也会影响水质。 2.6.4 贮水设备位置选择不合适，通气孔无防污染措施，人孔盖板密封不严密，埋地设备无防渗漏措施等造成外界的污染物进入设备，造成严重的二次污染。 2.6.5 管理不善，贮水设备长期不维修，不清扫，势必水质会逐步恶化。 据成都自来水公司对自来水在钢板、玻璃钢、钢筋混凝土水箱中，不同贮存时间的水质变化情况进行的监测。结果表明，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24h后，余氯为零。特别是在夏季水温较高，水中余氯含量迅速减小，12h后即为零，不宜直接饮用（见表1）。 高位水箱水质变化情况表1 项目 贮存时间（h） 0 6 12 24 48 余氯(mg/L) 0.4 微 0 0 0 浊度(NTU) 1.1 1.1 1.2 1.6 2.4 细菌总数(个/L) 4 3 6 46 147 总大肠菌群(个/L) <3 <3 <3 5 18 总有机碳(mg/L) 1.08 1.09 1.09 1.17 1.23 在他们近三年的跟踪调查中发现，凡是未清洗消毒的水箱其水质常规四项指标（指余氯、浑浊度、细菌总数、总大肠菌群）合格率低于10%；个别水箱中亚硝酸盐氮的含量高达0.48mg/L；有的水箱由于表面涂料质量较差，使水中酚类超标。每年清洗消毒一次，在清洗消毒周期内采集水样化验，常规四项指标都合格的合格率不足30%。 3. 防止居住区水质二次污染的技术措施 3.1 提高出厂水水质，消除输配水系统的二次污染隐患。因为水在管网中发生腐蚀，结垢和沉淀，是和出厂水的水质关系密切，是出厂水带来的隐患。如果出厂水是不稳定水或水中含铁量较高，或者水厂常有出浑水现象等，水在管道流动过程中发生腐蚀，结垢和沉淀等现象是难免的，这就要求提高出厂水水质。改进净水生产工艺，有可能宜采取水质稳定处理，如用石灰调节出厂水PH值，降低水的腐蚀性。 3.1.1 生物处理和活性炭吸附能提高水的生物稳定性。生物处理给水有很多优点，包括对微污染物的去除，减少氯的用量，减少消毒副产物的形成，去除有利于细菌再生长的有机物等。生物滤池，生物接触氧化池和生物流化床等，常用于饮用水的预处理。生物处理对去除水中的有机物是非常有效的，它对AOC的去除率可达到90%以上。水中常见的一些化工污染物，如芳香烃，氯苯，酚和氯化脂肪族在生物膜法中都能得到降解。研究表明，在混凝沉淀之后进行生物处理可保证获得生物稳定的饮用水，对水中的致突变有机物也有一定的去除作用，大大提高了饮用水的生物稳定性，使管网水具有更长的保质期。以活性炭为代表的吸附工艺是对付有机污染物的有效实用技术，其比表面积大，对色，嗅，味，农药，氯化物等都有良好的去除率，而且还能吸附水中的微生物。据研究表明，生物活性炭技术对酚的去除率达80%，对氯化物的去除率是65%，对铁，锰和铜等重金属的去除率可达80―92.5%。【6】 3.1.2 消毒剂的合理选择。近年来的研究已表明，氯胺在控制生物膜方面比自由氯更有效果。即使自由余氯为3―4mg/L，对铁管上生物膜的控制效果也不大，而余氯胺浓度只要大于2mg/L，就能成功地减少活菌计数。这是因为和氯胺发生化学反应的化合物类型受限制较多，因此它穿透生物膜层的能力强，使附着的微生物失活，而自由氯的反应速度快，在它穿过生物膜以前就被消耗掉了大部分，因此氯胺的消毒效果比自由氯好。在美国，70%以上的水厂使用氯胺消毒。但有研究表明，氯胺的浓度要在某一临界值以上才能有效控制铁管上生长的生物膜。资料说明：要使附着的细菌失活，余氯胺浓度维持在2.0mg/L是必要的。 3.2 在居民区，用水主要集中在几个时间段，其余时间水在小口径配水管及户内管中基本处于停滞状态，有利于微生物随机碰撞后发生粘附并稳定增长，使管道在较短时间内即出现腐蚀。考虑到小口径配水管和户内管对压力要求不高，可采用新型给水塑料管材，如硬聚氯乙烯（UPVC），高密度聚乙烯（HPDE）；交联聚乙烯（PEX）；聚乙烯（PB）；丙烯晴一丁二烯一苯乙烯（ABS）；氯化聚氯乙烯（CPVC）；铝塑复合管（PEX―AL―PEX）；改性聚丙烯（PPR）；钢塑复合管等等。这类管材内壁光滑，耐腐蚀，无污染，适用于建筑物内冷水、热水和饮用水的系统，可令用户高枕无忧，因而上海市建委发出通知，于1998年10月1日起开工的住宅，办公楼和公共建筑物，禁止设计、使用镀锌钢管，而应推广使用塑料管材。 3.3 从调查结果看，二次供水设施内流出的水质严重下降并会导致室内管道加速腐蚀。为此，必须提高二次供水设施的设计，加强运行管理，尤其要重视定期清洗消毒工作，有关贮水材料的腐蚀控制，贮水量的适时调节等方面的研究工作。 3.4 水池容积大，在较长的水力停留时间内，可能发生比较严重的底泥淤积并在下层形成厌氧环境，使硫酸盐还原菌等厌氧菌增殖，同时出现硝化和反硝化等过程。定期监测水库水质，观察水库底部和周壁污泥积累情况并及时清洗，这对优质供水和管道维护是必要的。 3.5 居住区输配水系统的腐蚀与水在管道内的流态密切相关。保持经济流速不仅能降低能耗，保证供水压力，也可有效控制腐蚀的发生。在对整个输配水系统进行评价时，应设法改造缓流区等易出现水质问题的区域，在全范围内平衡供水。 3.6 供水部门必须重视居住区输配水系统的腐蚀问题。在腐蚀严重区，应经常开展冲洗工作，冲洗过程中适当增加消毒剂用量，以杀死冲洗后重新悬浮的微生物。推荐在冲洗后投加腐蚀抑制剂，促进管道内表面保护膜的形成。若积累的腐蚀产物引起管道输水能力严重下降，应有计划地进行刮管衬里。 3.7 水龙头、阀件是输配水系统内腐蚀最严重的部位，因为同时存在着水腐蚀和气腐蚀，材质损耗速度快。为了防止水质在用户终端恶化，应推广使用耐腐蚀强的水龙头和阀件。 参考文献： 1. 中国城镇供水协会科技委员会， “供水企业改善水质的基本对策”中国城镇供水 Vol.79 No3. 1998. 2. 中国城镇供水协会科技委员会，“对我国城市供水系统的基本评价”中国城镇供水Vil.82 No6. 1998. 3. 周虎城 “管网水质与防止二次污染的技术措施” 给水排水技术与产品信息 Vol.22 No4. 1998. 4. Allen ， M.J. Geldreich ， E.E. "The occurrence of microorganisms in water main encrustations . " Journal ， AWWA ， 1980 ， 5. 方汝清 “高位水箱供水系统对水质的影响” 给水排水 Vol.23. No9 ， 1997. 6. 吴红伟等 “配水管网中管垢的形成特点和防治措施” 中国给水排水 Vol.14. No3 ， 1998.(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (5/8/2005)