摘要:水质稳定性对人体健康较为重要，本文对影响水质稳定性的管道锈蚀现象进行分析，找出影响锈蚀的主要因素，给出防止管道锈蚀提高水质稳定性措施。
关键词:水质稳定性;钝化;溶解氧 锈蚀
据相关部门调查，我国以地表水为源水的出厂水水质基本稳定的仅占21%，腐蚀性的占50%，轻微腐蚀的占29%。铁制管材一直是我国给水管网中最常用的管材。根据1996年的统计，我国给水管网的管材中铸铁管占51．67％ ，钢管占23．85％，这些铁制管材使管网水中铁含量超标现象严重[1]。
1、 水质的不稳定及危害
水质的稳定性包括化学稳定性和生物稳定性，化学稳定性主要就是要保持水质指标在一定的范围，抑制管网中的进一步化学反应；生物稳定性主要是指管网水中含有某些无机物、有机物及微生物会成为微生物繁殖的培养基，导致水中残存的细菌可能会再度繁殖和生长。水质化学不稳定会腐蚀管道，生物不稳定会使细菌繁殖，两者均会导致水质下降，使水质达不到饮用水卫生标准，影响人民的身体健康，国内外都不乏有因水质问题出现的水中毒事件。
2、 水质不稳定产生的原因
一般出厂水的水质都能达到饮用水卫生标准，终端用户用水由于各种原因往往不能达标，究其原因主要为：
2.1氯化消毒副产物
氯化消毒是我国净水处理普遍采用的消毒技术[2]，消毒效果较好，可防止管网细菌繁殖，但是在氯化消毒的同时，氯与水中的有机和无机成分反应，生成一系列难以去除的卤代有机副产物，长期饮用含有卤代有机副产物水对人体健康将产生危害。
2.2管网铁腐蚀造成的二次污染
净水厂的出水需经过庞大复杂的管网系统送到千家万户，而这个管网系统如同一个庞大的反应器，饮用水在这个大型的反应器中发生着复杂的物理、化学、生物反应，从而导致水质下降。使用年限长且无衬里的管道，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、笨类、挥发性酚类指标的含量增大。有研究表明，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年开始出现锈蚀现象，管道使用年限越长，锈蚀越严重，水质状况越糟。
2.3微量有机污染物
我国饮用水源水有机物污染严重，一些有机污染物表现为致癌，致畸、致突变作用， 这些有机污染物具有浓度低、危害大、去除难的特点。源水中有机物浓度过高，会对胶体产生严重的保护作用，导致混凝剂药耗增加，会产生大量的氯化消毒副产物[3]，危害人体的健康，同时有机物还会与地表水中的铁锰络合，络合物难以被常规处理工艺去除，使水的色度增加，影响水的观感指标。
3、管道腐蚀的影响因素
由于管道腐蚀，管网中饮用水水质稳定性随着停留时间的增加不断降低，国内外对管道腐蚀的机理进行了大量的研究，现对管道腐蚀的主要影响因素进行分析研究。
3.1、 PH值
由于腐蚀的生成物能溶解于酸性介质中，而不易溶解于碱性介质中。PH值低促进管道腐蚀，PH值高抑制腐蚀。
3.2、溶解氧
溶解氧作为水中重要的氧化剂，影响着管网管垢形成反应和铁释放反应。由于管垢的外部与含有溶解氧的管网水接触，处于高氧化状态，其构成大部分是三价铁的化合物，表面形成了致密的含有三价铁化合物的钝化层。而管垢内部处于低氧化状态，其构成为二价铁和三价铁的混合物。当管网水中溶解氧被耗尽时，先前已经沉淀的三价铁锈垢（羟基氧化铁）可能成为电子受体，管垢外部三价铁化合物被还原成二价铁，致使致密钝化层被破坏，内部的铁被释放出来[4]。二价铁的溶解度高于三价铁，因此低氧化状态下的二价铁容易被溶出，造成水中铁超标。因此较高的溶解氧浓度可以防止铁释放现象的发生。管网水中溶解氧的浓度与铁含量的关系见下图，可以看出，管网水中溶解氧浓度高，管网水铁含量就低，反之管网水溶解氧浓度低则铁含量高。对某市给水市政管网进行布点取样，经检验发现，水中溶解氧浓度一般为7~10mg/L，相应的铁含量低于0.20mg/L；但在距离制水厂的最远端取样检验发现，溶解氧浓度为2~4mg/L，相应的铁含量在0.60mg/L以上，最高铁含量为1.4mg/L。
3.3、温度
温度的变化不仅可以改变反应的速度，也影响了水中的含氧量。在供水管网系统中，随着水温的升高，金属表面温度也升高，按照化学动力学规律，氧向金属表面扩散的速度加快，二价铁在水溶液中的扩散速度加快，电解质的电阻降低，因而腐蚀速度加快。
3.4、水流速度
在与水管内表面有一层似乎不流动的薄水层，当流速增大时水层减薄，通过该水层水流的氧的扩散补给容易，促进锈蚀；当流速再增大时，氧供给增大，铁管表面氧气过剩利于钝化，反而腐蚀减少，若流速继续增大，由于紊流将发生气蚀，因机械作用使铁管表面产生空隙腐蚀。同时低流速、长停留时间导致余氯消减使细菌生长，沉积物增加，水质稳定性降低。
3.5、细菌
当水中PH值小于6.5且水中铁的含量超过3mg/l，将导致自养型铁细菌大量繁殖和金属腐蚀，进而造成细菌、浊度、色度、铁等指标的上升。管壁上细菌生物膜的生长为防止腐蚀起到屏障的作用，但是生物膜也可以形成一种大小不均的曝气间，使氧浓度和电位势发生局部变化，生物膜内的生物聚合物同时可以吸收溶解金属。各种细菌都可借助还原三价铁或氧化二价铁而影响铁的化合物形成，生物活性对铁腐蚀不利。铁细菌附着在管内壁后，在生存过程中能吸收亚铁盐并排出氢氧化铁，沿着管内壁四周形成凸起物，由于铁细菌在生存期间能排出超过其本身近500倍的氢氧化铁，所以有时能使水管过水截面严重堵塞。
3.6、余氯
高浓度的余氯具有强氧化性[5]，可以防止管垢外部致密钝化层中铁的释放，由于二价铁是还原性物质，可与余氯发生氧化还原反应，引起余氯含量的降低，影响水的生物稳定性。管网水中余氯含量越高，铁浓度越低，余氯浓度低，铁含量就高，管网水中余氯含量高于0.3mg/l，相应的管网水中铁含量基本不超标（在出厂水或氯投加点），但当管网余氯含量较低时，管网水铁含量全部超标。余氯作为消毒剂，可以杀灭管垢中的微生物，可以降低管壁微生物的活性。当余氯降低时，管壁微生物代谢产物将造成管垢与水接触面微环境PH值的改变，从而破化管垢外部的结构，造成二价铁的释放。
4、防止腐蚀措施
通过以上分析，造成管道锈蚀的原因较多，况且各种因素之间又相互影响，其中锈蚀是造成水质稳定性下降的主要原因，下面给出几种防止管道锈蚀提高水质稳定性的措施：
1、 直径大于200mm的钢管，应逐步更换成球墨铁管或内套铺聚乙烯给水管。
2、 对原有中、大口径钢管（直径大于600mm）在刮管除垢后，以内衬水泥砂浆为主要技改。
3、 定期利用市政给水栓、消火栓放掉管网末端的“死水”。
4、 控制水厂出水的PH值，抑制铁细菌大量繁殖和金属锈蚀。
5、 在市政管网中途加氯，提高管网中氯的含量。
6、 建立较为完善的水质监测系统，及时采取控制水质稳定的措施。
基金项目：安徽建筑工业学院硕博科研启动基金项目（20061201）
参考文献：
[1]徐冰峰，胡越峰，杨泽，等．常用给水管网的选材分析[J]．有色金属设汁，2004，31(1)：60―63．
[2]李圭白，张杰．水质工程学[M]．中国建筑工业出版社，2005
[3]李欣,张继良,王郁萍,赵洪宾.配水管网水质变化的研究(Ⅲ)──三卤甲烷的研究[J].哈尔滨建筑大学学报.2000,33(2):58～61.
[4]张晓健，牛彰彬．给水管网中铁稳定性问题及其研究进展[J].中国给水排水 .2006.1
[5]王海霞，张信阳.供水管网余氯预测的研究[J].天津工业大学学报.2003,22(6):34～36
