5.1.3.1 給水系統現存腐蝕問題

    從出廠水到用戶終端要經過漫長的管網和蓄水措施，往往需要幾個小時，甚至幾天。管網實際上是一個大的反應器，繼續進行出廠水未完成的反應及水與管壁物質的反應。這些反應有生物性的、物理性的、化學性的，除了受出廠水質影響外，與輸配水管道的材質、使用年限、施工等因素有一定的關系。根據2012年，中國人大網發布的《國務院關于保障飲用水安全工作情況的報告》公布，“十一五”期間，全國設市城市和縣城公共供水日供水能力增加0.33億立方米，管網長度增加22.21萬公里。截至2010年底，全國城鎮供水人口達6.3億人，供水普及率達90.3%。全國設市城市公共供水廠出廠水水樣達標率為83.0%，設市城市和縣城公共供水末梢水水樣達標率為79.6%，合格率下降不足5%。然而，實際上中國多數城鎮自來水由水廠流經管網到水龍頭時，水質合格率約下降10%。一般而言經過處理的出廠水水質都能達到國家飲用水水質標準，但是經過給水管網的長距離輸配或停留較長時間后，到達用戶處時卻產生了種種問題，比如水質下降，池度、色度、鐵等水質指標升高，嚴重時產生黃水、黑水等現象，嚴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，由于經濟發展條件所限，包括城市基礎設施建設只能選擇價格較為低廉的材料，自來水管網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。

    目前我國城市供水管網逾39萬公里，灰口鑄鐵管所占比重較大，部分城市老城區的管網長期超限運行，年限達50年以上的約占全國供水管網總量的6%。有資料顯示，有的質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，如果施工質量再不達標，無疑更是雪上加霜。管網腐蝕、結坂和由化學穩定性變化導致的鐵釋放現象問題是引起管網水質惡化的幾個重要原因。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、鋁塑復合管、襯里鋼管（PVC襯里、PE粉末樹脂襯里）等，雖然建設部已禁止鑄鐵管的使用，但是在國內城市地下已的管道中，鑄鐵管仍占相當大的比例。當出廠水具有腐蝕性或管道使用年限過長時，鑄鐵管內壁就會腐蝕結垢沉積，銹蝕產物中含有大量的鐵、鉛、鋅和各種細菌及藻類，當管道內水流速度、方向或水壓發生突變時，就會造成短時間的水惡化，出現鐵、錳、色度、濁度和細菌等指標值的大幅度上升，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，當年限超過5~10年時，污垢就已達到了惡化水質的程度，對于防腐處理較低差的金屬管道，3~5年就開始出現腐蝕現象，管道使用年限越長，腐蝕越嚴重，水質狀況越糟。住建部在2002年、2003年曾調查數百城市的供水管網，發現管網質量普遍低劣，已不符國標的灰口鑄鐵管占50.80%，普通水泥管占13%，鍍鋅管等占6%。這三類低質管網主要于上世紀70年代至2000年之間。2002年統計顯示，上海中心城區管網中有50年以上管齡的管道有132km，無內襯的管道長度為378km，易爆易漏的管道約800km。為此，上海市水務局規劃更換800～1 000km 城市管道，并逐步將街坊管網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，其腐蝕、污垢將達到嚴重的程度。

    根據中國水利水電科學研究院的數據顯示，目前我國城市供水管網大多處于壽命的臨界點，部分城市老城區的管網長期超限運行，超過50年以上的約占全國供水管網總量的6%。一方面受管道內氯腐蝕，產生化學反應，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量不高等因素造成管外壁脫落。加之上述管材自身的嚴重缺陷，鑄鐵管受拉應力影響，環向、縱向均易出現斷裂，發生漏水事故；鍍鋅鋼管主要是受腐蝕，老化嚴重，接口管箍斷裂及管身銹蝕剝落，管壁變薄，出現漏水；鋼筋混凝土管則是主要表現在接口膠圈老化，水壓過高被沖出，與鋼筋抗拉強度受損管身易出現環向裂縫引發漏水。

    例如，湖北黃石給水管網經歷了從無到有、從小到大的發展過程，隨著花湖水廠竣工投產，黃石市的供水范圍上起鄂州花湖，下至大冶市區，向西覆蓋至鐵山，向東延伸至中窯，給水管網總長435公里。但是，這些給水管道大多運行有五十多年，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，管內腐蝕嚴重，經常發生爆管事件。黃石市區給水管道年代跨度大，各種管材混雜，有石棉水泥管、預應力鋼筋混凝土管、灰口鑄鐵管等，灰口鑄鐵管的比例達70%以上。上世紀六七十年代大量使用的灰口鑄鐵管，由于其生產工藝上有先天缺陷，如管體組織疏松、脆性大、不耐沖擊、抗彎抗拉強度低等，極易發生爆管、斷裂。

    管網老化會導致泄漏，北京市的漏水率都在20%左右，別的地方應該更多。更嚴重的是，管網老化導致二次污染事件頻發。以北京為例，在水資源極度緊張的現實壓力下，北京不得不從多地調配水源。根據北京市自來水集團公布的信息，目前北京自來水水源多達22處。

    再以深圳市深圳水務集團市政管網（未包含小區與用戶管網）為例，深圳市水務集團服務范圍內的市政管網全長約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中比例超過50%。深圳特區的供水管網建設年限不長，但根據用戶問卷調查顯示，投訴水中有雜質、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的腐蝕狀況及其造成的管網維護與水質惡化等問題十分嚴重。

    山東煙臺開發區已建區19周年，全區目前已建成供水管網36平方公里、供水管線150公里，滿足了全區的用水需要。但是由于過去在設計、施工、管材等方面的種種原因，使開發區2平方公里起步區內的供水系統存在著亟待解決的問題。原敷設的無內襯管道已基本腐蝕，管道內壁結垢現象嚴重，當水壓水量波動時就容易形成“紅水”（鐵銹水），嚴重影響了該區域內的企事業單位和居民的生產生活。根據不同的使用年限、不同的管材、管徑等因素，對管道內壁的腐蝕情況進行了取樣調查，從調查的情況分析，凡是沒做內襯的管材，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，可見管道腐蝕的嚴重性。

    1995年12月23日起，香港當局禁止使用無內搪層鍍鋅鋼管，規定必須使用銅管、不銹鋼管和聚乙烯管等，從而杜絕飲水受到銹蝕的影響。然而在中國內地供水管道的材質和使用根本無統一標準可循，在監管上處于城建部門和衛生部門“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生新標準頒布之前建設的，導致目前中國有一半以上的城市供水管網漏損率超標，年漏損水量達60億立方米，同時造成水質在輸送過程下降。根據中國城鎮供水協會的不完全統計，1992年~2003年，全國城市供水管網平均漏損率從7.89%增加到17.92%。2002年建設部對全國408個城市的調查顯示城市公共供水系統管網漏損率平均達21.5%。2003年在29個有統計結果的省區中，包括黑龍江、海南、湖北、河南等10個省市的公共供水管網的平均漏損率均高于30%，其中個別城市甚至高達50%。而對于即將進入管網的自來水來說，化學穩定性和生物穩定性的無法保證，導致出廠檢測中的數據極有可能因為老舊水管在腐蝕、結垢后形成的微生物細菌種子增多而被改變。由鐵銹產生的銹垢，鈣、鎂離子產生的結垢和水中的懸浮雜質沉淀形成的泥垢使得管道結垢層的厚度會隨著時間的延續不斷地增加，形成了很好的細菌滋生場所，微生物附著生長從而形成“生物膜”。此類“二次污染”最終導致了2000年~2003年中國184個大中城市的城市供水管網共發生了4232次污染事件。

    5.1.3.2 給水管道腐蝕類型及機理

    1. 化學腐蝕

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

    2. 電化學腐蝕

    金屬管道的內腐蝕首先是電化學腐蝕的過程，并受陰極過程控制。以鋼管為例，陽極過程中，鐵以離子形式進入水中，同時將電子留在金屬中；水中H+和氧吸收電子被還原而產生吸氧或析氫腐蝕。在管壁生成Fe（OH）2，進一步氧化成Fe（OH）3附著于管壁面。主要的反應式如下：

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）

    電化學腐蝕有多種表現形式，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生的濃差腐蝕等。給水金屬管與土壤接觸同時某一地方的土壤或沿金屬管道長距離的土壤化學性質不均勻或特性不同時，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生電位差而形成電池從而腐蝕給水管。而對于管道內壁來說，它所接觸的是城市的輸送水。水本身就是電解質，水在給水管道的金屬表面的兩個不同物理或化學屬性有差異的部位將形成電極而造成腐蝕。