城市供水管网选材与水质污染分析

一、我国城市供水概况  

       中国是一个水资源贫乏且分布不均匀的国家。受气候和污染影响，水资源总量呈逐年下降趋势。中国水资源总量占全球的6%，但人口占全球的23%左右，导致人均水资源量仅为世界平均值的1/4。目前，全国水短缺总量接近400亿立方米，相当于人均每年短缺30立方米。

       根据生态环境部公布的数据，2024年上半年，全国地表水考核断面的水质优良（Ⅰ—Ⅲ类）断面比例为88.8%，同比上升1.0个百分点；劣Ⅴ类断面比例为0.8%，同比下降0.2个百分点。主要污染指标为化学需氧量、高锰酸盐指数和总磷。    

1.深圳市供水水质情况：深圳市水务局在2024年5月对全市41家水厂的41个出厂水和61个管网水进行了抽检。检测结果表明，所有出厂水和管网水样本均符合《生活饮用水水质标准》的规定，合格率达到100% 。

2.苏州市供水水质情况：苏州市水务局在2024年上半年对全市管网水水质进行了监测。结果显示，所有受检单位的水质合格率均为100%，符合《生活饮用水卫生标准》的要求。

3.饮用水水质抽检报告：中国水安全公益基金对全国29个大中城市的居民饮用水水质进行取样检测，发现14个城市存在一项或多项指标不合格的情况，约占抽检城市总数的48%。这表明在一些城市中，饮用水水质存在一定的问题。

     然而，全国范围内的水质状况存在一定差异，部分地区的供水水质可能面临更多挑战。未来，持续的水质监测和管理仍将是保障城市供水安全的重要任务。

二、给水管材质对水质的影响  
      自来水的出厂水与管网水的水质相比较，部分水质指标有较显著的差异，主要表现在余氯减小、浊度、色度升高、细菌总数、铁、锌、锰、溶解性总固体和总有机碳等指标的含量增大。水质变化情况与所用管材关系密切。城市给水干管由于采用钢筋混凝管或水泥砂浆衬里的铸铁管等管材，除余氯稍有降低，浑浊度、溶解性总固体略有升高外，其他指标与出厂水相比较无明显差异。但对于使用年限较长且未进行内涂衬的管道，由于内壁腐蚀、结垢、锈蚀物中含大量的铁、锰、铅、锌等金属物质和各种细菌及藻类。同时，涂沥青类物质内衬的管道，可能导致水中苯类、挥发性酚类和总α、总β放射性指标的含量增大。 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等保护措施，而我国有一半的大、中城市自来水出厂水水质具有腐蚀倾向，致使管道锈蚀较为严重。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。

           给水管材质对水质的影响可以从以下几个方面进行分析：

1. 溶出物

不同材质的管道可能会在长期使用过程中溶出不同的物质，影响水质。

金属管道：如铜管可能会溶出铜离子，长期摄入可能导致铜中毒。镀锌钢管可能溶出锌和铅等重金属。

塑料管道：某些塑料管材在特定条件下可能会溶出有机物，如塑化剂、抗氧化剂等。

2. 生物膜形成

管道内壁可能会形成生物膜，这取决于管道材质的表面特性。

粗糙表面：粗糙的管道内壁更容易附着微生物，促进生物膜的形成。

光滑表面：光滑的表面（如不锈钢、塑料）不易形成生物膜。

3. 化学稳定性

不同材质的化学稳定性不同，对水质的影响也不同。

耐腐蚀性：不锈钢、塑料管耐腐蚀性好，不易影响水质。

不耐腐蚀性：镀锌钢管在接触到特定化学物质时容易腐蚀，影响水质。

4. 温度影响

管道材质对温度的耐受性也会影响水质。

热膨胀：塑料管道在高温下可能会膨胀变形，导致溶出物增加。

热稳定性：金属管道如铜管、不锈钢管在高温下较为稳定。

5. 光照影响

对于某些塑料管道，光照可能会引起老化，影响水质。

UV稳定性：户外使用的管道需要具备良好的抗紫外线性能。

6. 水压影响

不同材质的管道对水压的耐受性不同，可能会影响水质。

耐压性：金属管道通常耐压性好，不易因水压变化而破裂。

脆性：某些塑料管道在低温下可能变脆，容易因水压变化而破裂。

7. 接口和连接

管道连接处的材质和质量也会影响水质。

密封性：如果接口密封不良，可能导致外部污染物进入管道，影响水质。

接头材质：接头的材质如果与管道材质不同，可能会引起电化学腐蚀。

8. 经济性和可维护性

材质的经济性和维护需求也会间接影响水质。

长期成本：虽然某些材质初期成本低，但长期维护成本高，可能导致水质问题。

维护频率：需要频繁维护的管道系统更容易出现水质问题。

       选择给水管材质时，应综合考虑上述因素，确保所选材质既能满足使用要求，又能保障水质安全。对于特定应用环境，应选择最适合的材质，并定期对管道系统进行检查和维护，以减少对水质的影响。同时，应遵循国家和行业的相关标准和规定，确保管道材质的安全性和可靠性。

三、常用给水管材的选择  

1.常用给水管材比较       水管性能应满足：有足够的强度，可以承受各种内外荷载；水密性、水管内壁面应光滑，以减小水头损失，价格较低，使用年限较长，且有较高的防止水和土壤的侵蚀能力。此外，水管接口应施工简便，工作可靠。工程中采用何种管材，应根据下面几点综合考虑进行选择。 

（1）技术性：由管材强度、重量、工作压力、工作温度、耐久性、耐腐蚀性、水力条件、抗振性能、管材规格等来考虑适用性。 

（2）施工工艺：施工方法、连接方式等方面。 

（3）经济性：市场成品规格以及价格等方面。 

2.常用给水管材分析      

随着科技发展，新型供水管材不断地推陈出新，通过上面的比较并结合实际工程经验，在确定管道运行安全可靠的前提下，以下是一个简化的常用给水管材比较表格，列出了几种常见的给水管材及其主要特性，以供分析和选择时参考：

管材类型	材质类型	材质特性	耐腐蚀性	耐温性	抗菌性	寿命	使用范围
钢管	钢管	强度高，可焊接	中	中	中	10-20年	大型供水工程
铸铁管	铸铁管	强度高，耐磨损，不易生锈	高	中	低	30-50年	城市供水管网
不锈钢管	不锈钢管	强度高，耐磨损，不易生锈	高	高	高	20-50年	高端建筑供水
塑料管	PVC管	轻便，耐化学腐蚀	高	低	高	20-30年	室内供水管道
	PE管	强度高、耐腐蚀、抗震性好	高	中	高	20-30年	市政给水、大型建筑主干管道
	PP-R管	耐温变，耐化学腐蚀	高	高	高	20-50年	冷热水供应
复合管	钢塑复合管	结合了金属和塑料的优点	中	中	中	15-30年	室内外供水
	铝塑复合管	轻便，耐腐蚀，机械性能好	高	中	高	20-30年	室内外供水

说明：耐腐蚀性：评估管材在接触水和其他化学物质时的抗腐蚀能力。耐温性：评估管材在高温或低温条件下的性能稳定性。

抗菌性：评估管材表面抑制细菌生长的能力。

寿命：评估管材的使用寿命，影响长期维护和更换的频率。

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适用范围：根据管材的特性，推荐适用的建筑和环境类型。

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在选择给水管材时，应综合考虑以上因素，并根据具体项目的需求、预算和环境条件做出合理选择。

四、管网水质污染的防治措施  

1. 提高出厂水水质及其稳定性      

出厂水的水质是造成管网水质污染的根本原因。这是因为出厂水中有机物和无机营养物的增多，给管网中微生物的繁殖提供了足够的营养；而且由于管壁附近水流缓慢，使微生物能附着生长从而形成生物膜。生物膜老化后脱落进入水中，不但会影响用户感官，而且危害人体健康，给管网水质带来严重影响。     

为了控制管网水质恶化现象，长期以来一直采用控制余氯量来抑制管网水中细菌繁殖。但研究表明，氯消毒并不能完全抑制生物膜在管网中的生长繁殖。由于细菌的生长繁殖必须以出厂水中的有机物为营养物质，有机物含量越高，微生物滋生的可能性越大。因此现在更多的考虑是降低出厂水中有机物含量，提高出厂水的生物稳定性，截断微生物的能量来源。     

现在已有不少国家规定了出水中 AOC、BDOC 及高锰酸盐指数的上限值，以抑制管网中细菌的生长、繁殖。其中?AOC 就是水中可被细菌利用的有机碳浓度，表征饮用水中细菌增殖的能量。通常 AOC 在10μg／L 下被认为是生物稳定水。管网水中 AOC＜50μg／L 乙酸碳时，细菌的生长就受到限制，故美国建议标准为 AOC＜50～100μg／L 乙酸碳，我国建议的近期目标为 AOC＜200μg／L 乙酸碳，远期目标 AOC＜100μg／L 乙酸碳。     细菌等微生物的生长有其适宜的 pH 环境。水在出厂前投加稳定剂，把 pH 值调整至7～8.5，可以提高水的化学稳定性，这种方法在欧美等发达国家已得到了广泛地应用，并且取得了很好的效果。pH 值超过8.4以后，铁、硫细菌的生长基本被抑 制。因此,可以通过提高出厂水的 pH 值来延缓生物膜的发育。而且在碱性介质中,Fe（OH）?等腐蚀生成物的溶解度小,所生成的钝化膜能减轻腐蚀作用。

1. 加快陈旧管网改造步伐        

   我国城市供水管网大多始建于上世纪五六十年代，经过几十年的运行，部分管网已达到设计使用年限，老化、漏损、水质污染等问题严重。据统计，我国城市公共供水管网漏损率高达15%以上，不仅浪费了大量水资源，还增加了供水企业的运行成本。此外，老旧供水管网的安全隐患也给城市运行带来了风险。因此，加快供水管网改造，提升城市供水安全保障能力。 

   开展供水管网改造工作是一个复杂且系统的工程，涉及规划、设计、施工、监管等多个环节。以下是一些关键步骤和策略：

（1）.前期准备：对现有供水管网进行全面调查，评估管道的年龄、材质、状况、漏损情况，根据城市发展规划和居民用水需求，预测未来的供水需求量，了解国家和地方的相关政策，争取政策支持和资金投。

（2）.规划设计：制定供水管网改造的整体规划，包括改造目标、规模、范围、时间表，根据现状调研结果，设计具体的改造方案，包括新技术和新材料的选用。

（3）.技术选择：根据实际情况选择合适的供水管道改造技术，如非开挖修复技术、智能检测技术等，选用符合国家标准、环保且耐用的管道材料。

3.加强管网的日常管理和维护工作

（1）合理制定管网冲洗计划。对供水管网内壁已发生锈蚀的，尤其是小口径管道、污染量增加较多的管道以及用户投诉黄水较多的地区，要增加冲洗频率。冲洗间隔时间可通过小区试点摸索，如先定半年或一个季度，以后根据水质情况再作调整。管网冲洗主要是利用消防栓和排水闸。从主管至消防栓一般都有5～10m 左右的管道，而该段管内的“死水”往往影响水质。为了解决这个问题，就必须定期排放消防栓。

（2）加强管网水质监测及维护工作。可以在管网中设置水质监测点，并在管网中设置了一些可实时传送回余氯、浊度及 pH 值等指标的在线监测点，随时监测管网水质及其变化情况，及时对管网进行维护，确保用户的水质。随着供水调度自动化程度 的提高，也可以建立管网水力学模型及水质模型，这将有助于水质管理。

五、结语 

     供水管网是城市的重要基础设施，在供水系统中占有举足轻重的地位。影响供水管网水质问题是多方面的，同时许多城市的供水管网建设大都滞后，加快市区供水管网改造势在必行；合理选用管材，保证所选管材不会带来管道水质的二次污染，提高出厂水水质及其稳定性、加强管网的日常管理和维护工作，保证供水行业的健康发展。