城市供水水質(zhì)二次污染原因分析與整治

摘要：城市供水系統(tǒng)的任務(wù)之一就是提供給用戶符合國家現(xiàn)行《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的自來水。文章針對目前部分城市居民用水水質(zhì)問題，從城市管網(wǎng)和微生物對城市供水水質(zhì)二次污染的角度來分析其形成的原因，隨后探討產(chǎn)生的二次污染問題的整治，分析過程和結(jié)果對于城市供水水質(zhì)安全保證具有參考價值。

關(guān)鍵詞：城市供水；水質(zhì)二次污染；水質(zhì)污染整治；水質(zhì)安全

中圖分類號：TU991文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2009）05-0118-02

城市供水水質(zhì)的安全性對于城市各方面的正常運行具有重要意義。對于城市供水水質(zhì)安全評價來說從大的角度可分為水力安全性和水質(zhì)安全性。水力安全性是指供水系統(tǒng)提供給用戶滿足水量、水壓要求的自來水；水質(zhì)安全性是指用水的水質(zhì)滿足國家現(xiàn)行《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的限值。一方面，水質(zhì)安全性又包括無機(jī)毒害物、有機(jī)毒害物、放射性物質(zhì)和生物安全性。關(guān)于安全水質(zhì)的報道比較多的是消毒副產(chǎn)物及生物指標(biāo)的含量問題；另一方面，城市管網(wǎng)的狀況對城市供水也會產(chǎn)生大的影響。出現(xiàn)的城市居民用水水質(zhì)問題多表現(xiàn)為水質(zhì)渾濁顏色偏黃，有黑色懸浮物。然而化驗水廠的總出口水質(zhì)各項指標(biāo)為合格?；诖藢嶋H問題，本文提出并進(jìn)行城市供水水質(zhì)二次污染原因分析與整治研究，一方面來為解決具體的城市供水問題而提出具體的解決方案，另一方面探討城市供水防治水質(zhì)污染的主要來源和一般性的整治方法，據(jù)此為相關(guān)研究提供必要的技術(shù)支持和理論參考。

一、城市供水水質(zhì)二次污染的原因分析

綜合現(xiàn)有的研究資料和實際的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，引起城市飲用水水質(zhì)惡化的原因主要有三個方面：其一，現(xiàn)代化工業(yè)尤其是合成工業(yè)發(fā)展所產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)大部分都通過人類活動進(jìn)入了水體，使受納水體的物理化學(xué)性狀發(fā)生了顯著變化，水源污染相應(yīng)地引起了管網(wǎng)水的水質(zhì)惡化，主要是氨氮、消毒副產(chǎn)物等含量的升高；其二，水廠出水的生物穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性不足，且水在管網(wǎng)中停留時間較長，在輸配水過程中水自身及水與管道內(nèi)壁發(fā)生的物理、化學(xué)以及微生物等反應(yīng)引起水質(zhì)惡化；其三，由于爆管或更換管道后沖洗不徹底等外源性污染而造成的水質(zhì)惡化。

管網(wǎng)配水作為供水的最后一個環(huán)節(jié)，受水源污染狀況、城市供水日標(biāo)、供水管網(wǎng)及二次供水設(shè)施建設(shè)時間不長等原因，一直被供水單位和管理部門忽視，但隨著人們對水質(zhì)要求的提高和管道腐蝕等問題的出現(xiàn)，管網(wǎng)水質(zhì)二次污染問題近年來日益突出，因此，研究管網(wǎng)水質(zhì)二次污染及防治對策逐漸成為供水領(lǐng)域中的重要內(nèi)容。國內(nèi)外專家、學(xué)者對以下幾個方面主要包括供水管網(wǎng)水質(zhì)污染狀況調(diào)查、原因分析及控制措施等研究領(lǐng)域已作了大量工作，并取得了較大的進(jìn)展。飲用水二次污染問題可歸結(jié)為微生物、化學(xué)物理和感官三個方面：微生物污染包括微生物再生長(尤其是附著生物膜的生長)、硝化作用和水媒病等；化學(xué)物理污染包括消毒副產(chǎn)物、鉛、銅、鐵、鋅、溫度、腐蝕、PH穩(wěn)定性與結(jié)垢、管道涂層與襯里滲出物，消毒物殘留濃度的維持和管道沉積物；感官污染包括味道、氣味、渾濁度和色度的變化。此外，飲用水二次污染還包括因管道滲漏和其他因素帶來的外源性污染。

（一）城市供水管網(wǎng)管材對供水水質(zhì)的影響

出廠水在管網(wǎng)這個大反應(yīng)器中，繼續(xù)進(jìn)行其未完成的反應(yīng)及與管壁物質(zhì)的反應(yīng)。這些反應(yīng)有生物性的、物理性的、化學(xué)性的。除了受出廠水水質(zhì)影響外。與輸配水管道的材質(zhì)、使用年限、施工等因素有一定關(guān)系。

水質(zhì)的變化情況與所用管材關(guān)系密切。城市供水管材多采用鑄鐵管、水泥管或鋼管、復(fù)合材料管等不同管材，新管道過水后除余氯稍有降低，渾濁度、溶解性總固體略有升高外，其他指標(biāo)應(yīng)與出廠水相比較無明顯差異。但使用年限長的管道，由于內(nèi)壁腐蝕、結(jié)垢，導(dǎo)致水中鐵、錳、鉛、鋅等金屬物質(zhì)和各種細(xì)菌、藻類、苯類、揮發(fā)性酚類指標(biāo)的含量增大。管道更新改造研討會研究表明，對于未作防腐處理的金屬管道，當(dāng)年限超過5～10年時，污垢就己達(dá)到了惡化水質(zhì)的程度。對于防腐處理較低的金屬管道，3～5年就開始出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象；管道使用年限越長，腐蝕越嚴(yán)重，水質(zhì)狀況越糟。管網(wǎng)末端小口徑管道、用戶室內(nèi)管道對水質(zhì)的影響是輸水過程中水質(zhì)降低的重要因素。

（二）腐蝕、結(jié)垢和沉積物對水質(zhì)的污染

金屬管道、配件、清水罐和清水池等輸配水設(shè)施本身含有雜質(zhì)，金屬與雜質(zhì)之間存在著不同的電極電位，這樣，在水的作用下會形成無數(shù)微腐蝕原電池，由于化學(xué)和電化學(xué)作用往往會對管道內(nèi)壁造成較嚴(yán)重腐蝕，產(chǎn)生大量鐵、錳、鉛、鋅等金屬銹蝕物。其過程如下：首先，由于電化學(xué)的作用，在管壁附近形成氫氧化亞鐵，然后被水中溶解氧氧化，生成氫氧化鐵，形成鈍化保護(hù)膜。氫氧化鐵一般質(zhì)地疏松，一方面對金屬表面有一定的保護(hù)作用，另一方面部分氫氧化鐵脫水形成鐵銹三氧化二鐵，沉積于管道的內(nèi)表面，形成結(jié)垢。由于它質(zhì)地疏松，并不能起到保護(hù)作用。當(dāng)供水管網(wǎng)運行狀態(tài)發(fā)生改變，如檢修閥門、更換管道或當(dāng)流速突然增大時，氫氧化鐵就會從管道內(nèi)壁脫落而進(jìn)入水中，產(chǎn)生紅色的銹水，從而使水質(zhì)惡化。

對于飽和指數(shù)(LSI)>0和穩(wěn)定指數(shù)(RSI) <6.0的不穩(wěn)定水質(zhì)，往往會在供水管網(wǎng)中產(chǎn)生鈣垢或鎂垢，并沉積在管道內(nèi)壁上，形成水垢物。我國生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，出廠水渾濁度不超過1NTU。即使在這樣的水質(zhì)條件下，出廠水中還是含有定量的致濁物，在低流速時，可能導(dǎo)致沉積，同時管道中生物凝聚粘附性有可能使加水中浮物沉積，形成沉積物。

腐蝕物和水垢物是管網(wǎng)中形成的新的污染源，沉積物是潛在污染源。當(dāng)供水系統(tǒng)內(nèi)水流速度、力向或水壓發(fā)生波動和突變時，就會將上述污染物帶入水中，造成短時間的水質(zhì)惡化，出現(xiàn)色度、渾濁度、鐵、錳等多項指標(biāo)超標(biāo)。腐蝕物及水垢物對水質(zhì)危害程度與系統(tǒng)投入使用年限有關(guān)，年限越長對水質(zhì)污染也越嚴(yán)重。對于有些城市，部分管道或清水罐甚至使用超過了30年，有的管道斷面不及原來的一半，銹蝕問題非常嚴(yán)重，經(jīng)常出現(xiàn)“紅水”、“黑水”等水質(zhì)事故。本文分析中的水質(zhì)渾濁顏色偏黃，有黑色懸浮物，主要就是由于腐蝕物和水垢物集結(jié)而形成的。

三、城市供水水質(zhì)二次污染的整治及預(yù)防分析

要做出合適的城市供水水質(zhì)二次污染的整治，需要做出多個方案的綜合整治。主要的整治和預(yù)防方案如下：

（一）實行水質(zhì)分區(qū)，加大對水質(zhì)指標(biāo)的細(xì)化

對于部分城市反映出的水質(zhì)問題表現(xiàn)為局部小區(qū)水質(zhì)渾濁顏色偏黃，有黑色懸浮物的水質(zhì)問題，化驗各水廠的總出口水質(zhì)各項指標(biāo)均為合格的這一現(xiàn)實，提出實行水質(zhì)分區(qū)，加大對水質(zhì)指標(biāo)的細(xì)化。這是因為對于多水源供水系統(tǒng)，合理劃分各水廠的供水區(qū)域，這對于全面掌握系統(tǒng)的供水狀態(tài)、合理調(diào)度、保障供水系統(tǒng)水力、水質(zhì)的安全性有著重要的意義。目前，對供水系統(tǒng)的分區(qū)主要是建立在水力模擬的基礎(chǔ)上，通過對水流方向等水力要素綜合分析確定的，并在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行水質(zhì)研究或優(yōu)化調(diào)度。然而，目前供水企業(yè)對用戶用水量等方面的資料正在逐步累積和整理，所以建立在大量、準(zhǔn)確的管網(wǎng)資料基礎(chǔ)上的水力分區(qū)在許多供水系統(tǒng)中難以實施。

理論上，還可以通過示蹤劑法對供水區(qū)域進(jìn)行劃分；示蹤劑本身的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，便于成分分析，以確定水質(zhì)來源和水質(zhì)分區(qū)。但為了確保水質(zhì)安全性和輿論影響，這種投加示蹤劑的方法并不可行。

水質(zhì)指標(biāo)是出廠水的水質(zhì)特征，水源、處理工藝及其運行參數(shù)的不同，必然導(dǎo)致不同水廠出廠水水質(zhì)不同，水質(zhì)指標(biāo)值各異。而對于同一水廠來說，其進(jìn)廠水水質(zhì)和工藝運行效果較為穩(wěn)定，使得出廠水在一定時期具有相對穩(wěn)定性。根據(jù)同一水廠出廠水自身的相對穩(wěn)定性和不同水廠出廠水的水質(zhì)差異性，可以將相對穩(wěn)定的水質(zhì)指標(biāo)看成天然的示蹤劑，基于示蹤劑水質(zhì)分區(qū)的思想、利用水質(zhì)資料進(jìn)行水質(zhì)分區(qū)的方法在理論上是可行的。

（二）對城市供水管網(wǎng)管材進(jìn)行改進(jìn)——推廣應(yīng)用新型管材

主要是在管材選擇、設(shè)計施工、維護(hù)管理等方而進(jìn)行改進(jìn)完善。據(jù)調(diào)查目前我國城市供水管網(wǎng)中鑄鐵管占80%以上，近幾年逐漸淘汰了灰鑄鐵管，大量使用球墨鑄鐵管，球墨鑄鐵管是已經(jīng)成為城市供水管網(wǎng)的主要管材。在國外DN50～2900 mm之間均有球墨鑄鐵管的產(chǎn)品，在國內(nèi)DN100～2200 mm之間也有球墨鑄鐵管的產(chǎn)品。由于供水管網(wǎng)的建設(shè)費用通常占供水系統(tǒng)建設(shè)費用的50%～70%，因此如何通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析確定供水管網(wǎng)的建設(shè)規(guī)模，恰當(dāng)選用管材及設(shè)備是管網(wǎng)合理運行的保證。在國內(nèi)各城市供水管網(wǎng)中，球墨鑄鐵管目前宜適用于DN300～1200 mm之內(nèi)比較經(jīng)濟(jì)可行。目前迫切需要用新的管網(wǎng)材料（涂層）去裝備新鋪管線及更新己有管線。但是在選定供水系統(tǒng)中使用的各種材料時，必須從毒物學(xué)及微生物學(xué)兩方面充分進(jìn)行研究。

在設(shè)計施工方面，應(yīng)把水質(zhì)衛(wèi)生列入給水工程設(shè)計、施工的必要程序，選用防污染衛(wèi)生及耐腐蝕的材質(zhì)。合理解決生活與消防共用水箱的問題，定期對進(jìn)行消毒、沖洗，盡量減小水在水箱中的停留時間。對于停留時間在一天以上的水箱應(yīng)考慮補充加氣或加氯滅菌等措施，避免水質(zhì)二次污染。

在管理方面，制定城市二次供水管理的行政規(guī)章制度，建立二次供水管理體系，做到從設(shè)計到驗收，直至清洗、消毒的全過程都有人負(fù)責(zé)。

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作者簡介：張震宇(1975-)，男，黑龍江大慶人，大慶油田供水公司工程師，研究方向：城市供水水質(zhì)。