5.1.3.1 給水系統(tǒng)現(xiàn)存腐蝕問題

    從出廠水到用戶終端要經(jīng)過漫長的管網(wǎng)和蓄水措施，往往需要幾個(gè)小時(shí)，甚至幾天。管網(wǎng)實(shí)際上是一個(gè)大的反應(yīng)器，繼續(xù)進(jìn)行出廠水未完成的反應(yīng)及水與管壁物質(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、施工等因素有一定的關(guān)系。根據(jù)2012年，中國人大網(wǎng)發(fā)布的《國務(wù)院關(guān)于保障飲用水安全工作情況的報(bào)告》公布，“十一五”期間，全國設(shè)市城市和縣城公共供水日供水能力增加0.33億立方米，管網(wǎng)長度增加22.21萬公里。截至2010年底，全國城鎮(zhèn)供水人口達(dá)6.3億人，供水普及率達(dá)90.3%。全國設(shè)市城市公共供水廠出廠水水樣達(dá)標(biāo)率為83.0%，設(shè)市城市和縣城公共供水末梢水水樣達(dá)標(biāo)率為79.6%，合格率下降不足5%。然而，實(shí)際上中國多數(shù)城鎮(zhèn)自來水由水廠流經(jīng)管網(wǎng)到水龍頭時(shí)，水質(zhì)合格率約下降10%。一般而言經(jīng)過處理的出廠水水質(zhì)都能達(dá)到國家飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但是經(jīng)過給水管網(wǎng)的長距離輸配或停留較長時(shí)間后，到達(dá)用戶處時(shí)卻產(chǎn)生了種種問題，比如水質(zhì)下降，池度、色度、鐵等水質(zhì)指標(biāo)升高，嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生黃水、黑水等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響著居民的日常生活、危害居民的身體健康。新中國成立之初，由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展條件所限，包括城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)只能選擇價(jià)格較為低廉的材料，自來水管網(wǎng)多采用灰口鑄鐵管和混凝土管，而這類管材只有50年的使用年限，也大多處于壽命的臨界點(diǎn)。

    目前我國城市供水管網(wǎng)逾39萬公里，灰口鑄鐵管所占比重較大，部分城市老城區(qū)的管網(wǎng)長期超限運(yùn)行，年限達(dá)50年以上的約占全國供水管網(wǎng)總量的6%。有資料顯示，有的質(zhì)量較差的自來水管材，使用壽命甚至不超過5年，埋下地下的后果可想而知，如果施工質(zhì)量再不達(dá)標(biāo)，無疑更是雪上加霜。管網(wǎng)腐蝕、結(jié)坂和由化學(xué)穩(wěn)定性變化導(dǎo)致的鐵釋放現(xiàn)象問題是引起管網(wǎng)水質(zhì)惡化的幾個(gè)重要原因。目前常用的輸配水管材有：鑄鐵管、鋼管、球墨鑄鐵管、給水塑料管（UPVC管、PE管等）、壓力水泥管、玻璃鋼管、鋁塑復(fù)合管、襯里鋼管（PVC襯里、PE粉末樹脂襯里）等，雖然建設(shè)部已禁止鑄鐵管的使用，但是在國內(nèi)城市地下已的管道中，鑄鐵管仍占相當(dāng)大的比例。當(dāng)出廠水具有腐蝕性或管道使用年限過長時(shí)，鑄鐵管內(nèi)壁就會腐蝕結(jié)垢沉積，銹蝕產(chǎn)物中含有大量的鐵、鉛、鋅和各種細(xì)菌及藻類，當(dāng)管道內(nèi)水流速度、方向或水壓發(fā)生突變時(shí)，就會造成短時(shí)間的水惡化，出現(xiàn)鐵、錳、色度、濁度和細(xì)菌等指標(biāo)值的大幅度上升，同樣作為主要給水管材的鍍鋅鋼管也存在著類似的問題（早在20多年前，日本、新加坡等國就已開始禁止鍍鋅鋼管的使用，上海從1999年，逐步淘汰鍍鋅鋼管）。

    有研究表明，對于未作防腐處理的金屬管道，當(dāng)年限超過5~10年時(shí)，污垢就已達(dá)到了惡化水質(zhì)的程度，對于防腐處理較低差的金屬管道，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。住建部在2002年、2003年曾調(diào)查數(shù)百城市的供水管網(wǎng)，發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)質(zhì)量普遍低劣，已不符國標(biāo)的灰口鑄鐵管占50.80%，普通水泥管占13%，鍍鋅管等占6%。這三類低質(zhì)管網(wǎng)主要于上世紀(jì)70年代至2000年之間。2002年統(tǒng)計(jì)顯示，上海中心城區(qū)管網(wǎng)中有50年以上管齡的管道有132km，無內(nèi)襯的管道長度為378km，易爆易漏的管道約800km。為此，上海市水務(wù)局規(guī)劃更換800～1 000km 城市管道，并逐步將街坊管網(wǎng)納入自來水公司管轄。通常說來，未做防腐處理的鑄鐵管道，使用年限超過5年時(shí)，其腐蝕、污垢將達(dá)到嚴(yán)重的程度。

    根據(jù)中國水利水電科學(xué)研究院的數(shù)據(jù)顯示，目前我國城市供水管網(wǎng)大多處于壽命的臨界點(diǎn)，部分城市老城區(qū)的管網(wǎng)長期超限運(yùn)行，超過50年以上的約占全國供水管網(wǎng)總量的6%。一方面受管道內(nèi)氯腐蝕，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，管壁變薄；另一方面，管外壁受地下污水、臭氣侵蝕，且供水管線安裝之初防腐質(zhì)量不高等因素造成管外壁脫落。加之上述管材自身的嚴(yán)重缺陷，鑄鐵管受拉應(yīng)力影響，環(huán)向、縱向均易出現(xiàn)斷裂，發(fā)生漏水事故；鍍鋅鋼管主要是受腐蝕，老化嚴(yán)重，接口管箍斷裂及管身銹蝕剝落，管壁變薄，出現(xiàn)漏水；鋼筋混凝土管則是主要表現(xiàn)在接口膠圈老化，水壓過高被沖出，與鋼筋抗拉強(qiáng)度受損管身易出現(xiàn)環(huán)向裂縫引發(fā)漏水。

    例如，湖北黃石給水管網(wǎng)經(jīng)歷了從無到有、從小到大的發(fā)展過程，隨著花湖水廠竣工投產(chǎn)，黃石市的供水范圍上起鄂州花湖，下至大冶市區(qū)，向西覆蓋至鐵山，向東延伸至中窯，給水管網(wǎng)總長435公里。但是，這些給水管道大多運(yùn)行有五十多年，整體而言已趨于老化。特別是王家里水廠出廠主干管涵蓋的黃石大道、蕪湖路、武漢路等老市區(qū)，管內(nèi)腐蝕嚴(yán)重，經(jīng)常發(fā)生爆管事件。黃石市區(qū)給水管道年代跨度大，各種管材混雜，有石棉水泥管、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管、灰口鑄鐵管等，灰口鑄鐵管的比例達(dá)70%以上。上世紀(jì)六七十年代大量使用的灰口鑄鐵管，由于其生產(chǎn)工藝上有先天缺陷，如管體組織疏松、脆性大、不耐沖擊、抗彎抗拉強(qiáng)度低等，極易發(fā)生爆管、斷裂。

    管網(wǎng)老化會導(dǎo)致泄漏，北京市的漏水率都在20%左右，別的地方應(yīng)該更多。更嚴(yán)重的是，管網(wǎng)老化導(dǎo)致二次污染事件頻發(fā)。以北京為例，在水資源極度緊張的現(xiàn)實(shí)壓力下，北京不得不從多地調(diào)配水源。根據(jù)北京市自來水集團(tuán)公布的信息，目前北京自來水水源多達(dá)22處。

    再以深圳市深圳水務(wù)集團(tuán)市政管網(wǎng)（未包含小區(qū)與用戶管網(wǎng)）為例，深圳市水務(wù)集團(tuán)服務(wù)范圍內(nèi)的市政管網(wǎng)全長約821.5公里，其中鋼筋混凝土管174.6公里，鋼管216.8公里，鑄鐵管 210.8公里，球墨鑄鐵管35.9公里，PCCP 管10.8公里，因資料不全未知管材屬性的管道172.5公里，其鋼管、鑄鐵管和球墨鑄鐵管分別占27%、21%和4%，金屬管道在市政管網(wǎng)中比例超過50%。深圳特區(qū)的供水管網(wǎng)建設(shè)年限不長，但根據(jù)用戶問卷調(diào)查顯示，投訴水中有雜質(zhì)、沉渣、鐵銹，水管破舊，腐蝕生銹，有漏水問題的在用戶投訴中占80%以上。由此可見，我國城市金屬供水管網(wǎng)的腐蝕狀況及其造成的管網(wǎng)維護(hù)與水質(zhì)惡化等問題十分嚴(yán)重。

    山東煙臺開發(fā)區(qū)已建區(qū)19周年，全區(qū)目前已建成供水管網(wǎng)36平方公里、供水管線150公里，滿足了全區(qū)的用水需要。但是由于過去在設(shè)計(jì)、施工、管材等方面的種種原因，使開發(fā)區(qū)2平方公里起步區(qū)內(nèi)的供水系統(tǒng)存在著亟待解決的問題。原敷設(shè)的無內(nèi)襯管道已基本腐蝕，管道內(nèi)壁結(jié)垢現(xiàn)象嚴(yán)重，當(dāng)水壓水量波動時(shí)就容易形成“紅水”（鐵銹水），嚴(yán)重影響了該區(qū)域內(nèi)的企事業(yè)單位和居民的生產(chǎn)生活。根據(jù)不同的使用年限、不同的管材、管徑等因素，對管道內(nèi)壁的腐蝕情況進(jìn)行了取樣調(diào)查，從調(diào)查的情況分析，凡是沒做內(nèi)襯的管材，使用5年以上均100%被腐蝕，尤其是普通鑄鐵管材更為明顯，結(jié)出5 cm高的銹瘤。從管道中取出的銹塊，大的約有6 cm，可見管道腐蝕的嚴(yán)重性。

    1995年12月23日起，香港當(dāng)局禁止使用無內(nèi)搪層鍍鋅鋼管，規(guī)定必須使用銅管、不銹鋼管和聚乙烯管等，從而杜絕飲水受到銹蝕的影響。然而在中國內(nèi)地供水管道的材質(zhì)和使用根本無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)可循，在監(jiān)管上處于城建部門和衛(wèi)生部門“兩不管”的交叉帶。由于全國95%以上的公共供水廠是在飲用水衛(wèi)生新標(biāo)準(zhǔn)頒布之前建設(shè)的，導(dǎo)致目前中國有一半以上的城市供水管網(wǎng)漏損率超標(biāo)，年漏損水量達(dá)60億立方米，同時(shí)造成水質(zhì)在輸送過程下降。根據(jù)中國城鎮(zhèn)供水協(xié)會的不完全統(tǒng)計(jì)，1992年~2003年，全國城市供水管網(wǎng)平均漏損率從7.89%增加到17.92%。2002年建設(shè)部對全國408個(gè)城市的調(diào)查顯示城市公共供水系統(tǒng)管網(wǎng)漏損率平均達(dá)21.5%。2003年在29個(gè)有統(tǒng)計(jì)結(jié)果的省區(qū)中，包括黑龍江、海南、湖北、河南等10個(gè)省市的公共供水管網(wǎng)的平均漏損率均高于30%，其中個(gè)別城市甚至高達(dá)50%。而對于即將進(jìn)入管網(wǎng)的自來水來說，化學(xué)穩(wěn)定性和生物穩(wěn)定性的無法保證，導(dǎo)致出廠檢測中的數(shù)據(jù)極有可能因?yàn)槔吓f水管在腐蝕、結(jié)垢后形成的微生物細(xì)菌種子增多而被改變。由鐵銹產(chǎn)生的銹垢，鈣、鎂離子產(chǎn)生的結(jié)垢和水中的懸浮雜質(zhì)沉淀形成的泥垢使得管道結(jié)垢層的厚度會隨著時(shí)間的延續(xù)不斷地增加，形成了很好的細(xì)菌滋生場所，微生物附著生長從而形成“生物膜”。此類“二次污染”最終導(dǎo)致了2000年~2003年中國184個(gè)大中城市的城市供水管網(wǎng)共發(fā)生了4232次污染事件。

    5.1.3.2 給水管道腐蝕類型及機(jī)理

    1. 化學(xué)腐蝕

    金屬跟接觸到的物質(zhì)（如O2、Cl2、SO2等）直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕叫做化學(xué)腐蝕。這類反應(yīng)比較簡單，僅僅是金屬跟氧化劑之間的氧化—還原反應(yīng)，實(shí)際在生產(chǎn)實(shí)踐中單純化學(xué)腐蝕的例子是很少見的，它總是與電化學(xué)腐蝕交叉進(jìn)行。

    2. 電化學(xué)腐蝕

    金屬管道的內(nèi)腐蝕首先是電化學(xué)腐蝕的過程，并受陰極過程控制。以鋼管為例，陽極過程中，鐵以離子形式進(jìn)入水中，同時(shí)將電子留在金屬中；水中H+和氧吸收電子被還原而產(chǎn)生吸氧或析氫腐蝕。在管壁生成Fe（OH）2，進(jìn)一步氧化成Fe（OH）3附著于管壁面。主要的反應(yīng)式如下：

陽極： Fe－2e-→ Fe2+                           （5.1）

Fe2+ + 2OH- → Fe（OH）2                        （5.2）

4Fe（OH）2 + O2 + 2H2O → 4Fe（OH）3             （5.3）

陰極： O2 + 2H2O + 4e-→ 4OH-（中、堿性溶液中）                 （5.4）

2H+ + 2e- → H2（酸性溶液中）                        （5.5）

O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O（酸性溶液中）               （5.6）

    電化學(xué)腐蝕有多種表現(xiàn)形式，如由兩種不同的金屬或不同成分組成的一種金屬（合金）接觸于同一水體而發(fā)生的電偶腐蝕，以及由于金屬離子濃度、溶解氧濃度不同而產(chǎn)生的濃差腐蝕等。給水金屬管與土壤接觸同時(shí)某一地方的土壤或沿金屬管道長距離的土壤化學(xué)性質(zhì)不均勻或特性不同時(shí)，就好像兩塊不同金屬放在同一電解液中一樣，在這兩部分組織有差異的金屬管道之間發(fā)生電位差而形成電池從而腐蝕給水管。而對于管道內(nèi)壁來說，它所接觸的是城市的輸送水。水本身就是電解質(zhì)，水在給水管道的金屬表面的兩個(gè)不同物理或化學(xué)屬性有差異的部位將形成電極而造成腐蝕。