城市供水水质二次污染原因分析及整治

城市供水水质的安全性对于城市各方面的正常运行具有重要意义。对于城市供水水质安全评价来说从大的角度可分为水力安全性和水质安全性。水力安全性是指供水系统提供给用户满足水量、水压要求的自来水；水质安全性是指用水的水质满足国家现行《生活饮用水卫生标准》的限值。一方面，水质安全性又包括无机毒害物、有机毒害物、放射性物质和生物安全性。关于安全水质的报道比较多的是消毒副产物及生物指标的含量问题；另一方面，城市管网的状况对城市供水也会产生大的影响。出现的城市居民用水水质问题多表现为水质浑浊颜色偏黄，有黑色悬浮物。然而化验水厂的总出口水质各项指标为合格。基于此实际问题，本文提出并进行城市供水水质二次污染原因分析与整治研究，一方面来为解决具体的城市供水问题而提出具体的解决方案，另一方面探讨城市供水防治水质污染的主要来源和一般性的整治方法，据此为相关研究提供必要的技术支持和理论参考。

一、城市供水水质二次污染的原因分析

综合现有的研究资料和实际的生产实践经验，引起城市饮用水水质恶化的原因主要有三个方面：其一，现代化工业尤其是合成工业发展所产生的化学物质大部分都通过人类活动进入了水体，使受纳水体的物理化学性状发生了显著变化，水源污染相应地引起了管网水的水质恶化，主要是氨氮、消毒副产物等含量的升高；其二，水厂出水的生物稳定性和化学稳定性不足，且水在管网中停留时间较长，在输配水过程中水自身及水与管道内壁发生的物理、化学以及微生物等反应引起水质恶化；其三，由于爆管或更换管道后冲洗不彻底等外源性污染而造成的水质恶化。

管网配水作为供水的最后一个环节，受水源污染状况、城市供水日标、供水管网及二次供水设施建设时间不长等原因，一直被供水单位和管理部门忽视，但随着人们对水质要求的提高和管道腐蚀等问题的出现，管网水质二次污染问题近年来日益突出，因此，研究管网水质二次污染及防治对策逐渐成为供水领域中的重要内容。国内外专家、学者对以下几个方面主要包括供水管网水质污染状况调查、原因分析及控制措施等研究领域已作了大量工作，并取得了较大的进展。饮用水二次污染问题可归结为微生物、化学物理和感官三个方面：微生物污染包括微生物再生长(尤其是附着生物膜的生长)、硝化作用和水媒病等；化学物理污染包括消毒副产物、铅、铜、铁、锌、温度、腐蚀、PH稳定性与结垢、管道涂层与衬里渗出物，消毒物残留浓度的维持和管道沉积物；感官污染包括味道、气味、浑浊度和色度的变化。此外，饮用水二次污染还包括因管道渗漏和其他因素带来的外源性污染。

（一）城市供水管网管材对供水水质的影响

出厂水在管网这个大反应器中，继续进行其未完成的反应及与管壁物质的反应。这些反应有生物性的、物理性的、化学性的。除了受出厂水水质影响外。与输配水管道的材质、使用年限、施工等因素有一定关系。

水质的变化情况与所用管材关系密切。城市供水管材多采用铸铁管、水泥管或钢管、复合材料管等不同管材，新管道过水后除余氯稍有降低，浑浊度、溶解性总固体略有升高外，其他指标应与出厂水相比较无明显差异。但使用年限长的管道，由于内壁腐蚀、结垢，导致水中铁、锰、铅、锌等金属物质和各种细菌、藻类、苯类、挥发性酚类指标的含量增大。管道更新改造研讨会研究表明，对于未作防腐处理的金属管道，当年限超过5～10年时，污垢就己达到了恶化水质的程度。对于防腐处理较低的金属管道，3～5年就开始出现腐蚀现象；管道使用年限越长，腐蚀越严重，水质状况越糟。管网末端小口径管道、用户室内管道对水质的影响是输水过程中水质降低的重要因素。

（二）腐蚀、结垢和沉积物对水质的污染

金属管道、配件、清水罐和清水池等输配水设施本身含有杂质，金属与杂质之间存在着不同的电极电位，这样，在水的作用下会形成无数微腐蚀原电池，由于化学和电化学作用往往会对管道内壁造成较严重腐蚀，产生大量铁、锰、铅、锌等金属锈蚀物。其过程如下：首先，由于电化学的作用，在管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，形成钝化保护膜。氢氧化铁一般质地疏松，一方面对金属表面有一定的保护作用，另一方面部分氢氧化铁脱水形成铁锈三氧化二铁，沉积于管道的内表面，形成结垢。由于它质地疏松，并不能起到保护作用。当供水管网运行状态发生改变，如检修阀门、更换管道或当流速突然增大时，氢氧化铁就会从管道内壁脱落而进入水中，产生红色的锈水，从而使水质恶化。

对于饱和指数(LSI)>0和稳定指数(RSI) <6.0的不稳定水质，往往会在供水管网中产生钙垢或镁垢，并沉积在管道内壁上，形成水垢物。我国生活饮用水卫生标准中规定，出厂水浑浊度不超过1NTU。即使在这样的水质条件下，出厂水中还是含有定量的致浊物，在低流速时，可能导致沉积，同时管道中生物凝聚粘附性有可能使加水中浮物沉积，形成沉积物。

腐蚀物和水垢物是管网中形成的新的污染源，沉积物是潜在污染源。当供水系统内水流速度、力向或水压发生波动和突变时，就会将上述污染物带入水中，造成短时间的水质恶化，出现色度、浑浊度、铁、锰等多项指标超标。腐蚀物及水垢物对水质危害程度与系统投入使用年限有关，年限越长对水质污染也越严重。对于有些城市，部分管道或清水罐甚至使用超过了30年，有的管道断面不及原来的一半，锈蚀问题非常严重，经常出现“红水”、“黑水”等水质事故。本文分析中的水质浑浊颜色偏黄，有黑色悬浮物，主要就是由于腐蚀物和水垢物集结而形成的。

二、城市供水水质二次污染的整治及预防分析

要做出合适的城市供水水质二次污染的整治，需要做出多个方案的综合整治。主要的整治和预防方案如下：

（一）实行水质分区，加大对水质指标的细化

对于部分城市反映出的水质问题表现为局部小区水质浑浊颜色偏黄，有黑色悬浮物的水质问题，化验各水厂的总出口水质各项指标均为合格的这一现实，提出实行水质分区，加大对水质指标的细化。这是因为对于多水源供水系统，合理划分各水厂的供水区域，这对于全面掌握系统的供水状态、合理调度、保障供水系统水力、水质的安全性有着重要的意义。目前，对供水系统的分区主要是建立在水力模拟的基础上，通过对水流方向等水力要素综合分析确定的，并在此基础上再进行水质研究或优化调度。然而，目前供水企业对用户用水量等方面的资料正在逐步累积和整理，所以建立在大量、准确的管网资料基础上的水力分区在许多供水系统中难以实施。

理论上，还可以通过示踪剂法对供水区域进行划分；示踪剂本身的化学性质稳定，便于成分分析，以确定水质来源和水质分区。但为了确保水质安全性和舆论影响，这种投加示踪剂的方法并不可行。

水质指标是出厂水的水质特征，水源、处理工艺及其运行参数的不同，必然导致不同水厂出厂水水质不同，水质指标值各异。而对于同一水厂来说，其进厂水水质和工艺运行效果较为稳定，使得出厂水在一定时期具有相对稳定性。根据同一水厂出厂水自身的相对稳定性和不同水厂出厂水的水质差异性，可以将相对稳定的水质指标看成天然的示踪剂，基于示踪剂水质分区的思想、利用水质资料进行水质分区的方法在理论上是可行的。

（二）对城市供水管网管材进行改进——推广应用新型管材

主要是在管材选择、设计施工、维护管理等方而进行改进完善。据调查目前我国城市供水管网中铸铁管占80%以上，近几年逐渐淘汰了灰铸铁管，大量使用球墨铸铁管，球墨铸铁管是已经成为城市供水管网的主要管材。在国外DN50～2900 mm之间均有球墨铸铁管的产品，在国内DN100～2200 mm之间也有球墨铸铁管的产品。由于供水管网的建设费用通常占供水系统建设费用的50%～70%，因此如何通过技术经济分析确定供水管网的建设规模，恰当选用管材及设备是管网合理运行的保证。在国内各城市供水管网中，球墨铸铁管目前宜适用于DN300～1200 mm之内比较经济可行。目前迫切需要用新的管网材料（涂层）去装备新铺管线及更新己有管线。但是在选定供水系统中使用的各种材料时，必须从毒物学及微生物学两方面充分进行研究。

在设计施工方面，应把水质卫生列入给水工程设计、施工的必要程序，选用防污染卫生及耐腐蚀的材质。合理解决生活与消防共用水箱的问题，定期对进行消毒、冲洗，尽量减小水在水箱中的停留时间。对于停留时间在一天以上的水箱应考虑补充加气或加氯灭菌等措施，避免水质二次污染。

在管理方面，制定城市二次供水管理的行政规章制度，建立二次供水管理体系，做到从设计到验收，直至清洗、消毒的全过程都有人负责。