李相宜，趙 蓓，游曉旭，張永坡，李玉仙,韓雪嬌

(北京市自來水集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京市供水水質(zhì)工程技術(shù)研究中心，北京 100031)

隨著城市化推進(jìn)，水資源日益緊張，城市對(duì)水量和水質(zhì)安全的要求逐步提高，確保城市供水安全有利于經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定。對(duì)于水質(zhì)安全，不僅需要關(guān)注出廠水水質(zhì)，輸配過程也不容忽視。自來水從水廠到用戶終端要經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的管網(wǎng)輸送，水在管網(wǎng)中的滯留時(shí)間可能長(zhǎng)達(dá)數(shù)日[1]。研究表明，出廠水經(jīng)過供水管網(wǎng)輸送，各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)有發(fā)生明顯變化甚至超出國(guó)標(biāo)限值[2-5]。因此，除出廠水自身水質(zhì)對(duì)供水水質(zhì)有影響外，在供水過程中管道的材質(zhì)、使用年限、施工[6]等因素都可能對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生影響。

目前，在用的供水管材主要分為金屬、非金屬和復(fù)合管材3大類。金屬管材中，DN100以上的配水干管早期多采用灰口鑄鐵管，耐磨性好、造價(jià)低，但存在易老化漏損的問題，正在逐步更換為強(qiáng)度高、耐腐性好的球墨鑄鐵管；小口徑配水管線包括樓內(nèi)立管多為鍍鋅鋼管，但是早期采用的冷鍍鋅鋼管易腐蝕結(jié)垢，而不銹鋼管因其安全性能好、不易老化、強(qiáng)度高，正逐步替代鍍鋅鋼管被推廣采用。供水中在使用的非金屬管材為聚氯乙烯管(polyvinyl chloride，PVC)、聚乙烯管(polyethylene，PE)、無規(guī)共聚聚丙烯管(pentatricopeptide repeats，PPR)和硬聚氯乙稀管(unplasticized polyvinl chloride，UPVC)，都具內(nèi)壁光滑、不易結(jié)垢的優(yōu)點(diǎn)，但需關(guān)注其制造過程中使用的添加劑和重金屬溶出的風(fēng)險(xiǎn)。復(fù)合管材有涂塑不銹鋼管和襯塑不銹鋼管，結(jié)合鋼管和塑料管的優(yōu)點(diǎn)，使用壽命長(zhǎng)，抑菌性能好。

本文針對(duì)不同輸水管材對(duì)水質(zhì)的影響，總結(jié)上述3類供水管材的特性、適用條件、連接方式的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用情況，并重點(diǎn)對(duì)比分析各種管材對(duì)供水水質(zhì)影響方面的研究進(jìn)展，以期為供水輸配管網(wǎng)管材選擇和管網(wǎng)水質(zhì)管理提供參考。

1 金屬管材

金屬管材是城市供水系統(tǒng)中最常見的管材，包括灰口鑄鐵管、球墨鑄鐵管、不銹鋼管和銅管等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2004年全國(guó)供水管網(wǎng)中金屬管材使用率高達(dá)86%，其中使用最多的是鑄鐵管和鋼管[7]。因此，本文對(duì)于上述金屬管材的特性及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行適用性分析，并重點(diǎn)關(guān)注金屬腐蝕、漏損等易影響供水安全的因素。

1.1 灰口鑄鐵管

灰口鑄鐵管機(jī)械加工性能良好，制作工藝成熟，價(jià)格較低，在我國(guó)應(yīng)用范圍廣，市政供水DN100～DN1000的管道中均有使用，多用于中小口徑管道，可采用承插式和法蘭式兩種方式連接。其優(yōu)點(diǎn)主要是耐磨性好、造價(jià)低、材料購(gòu)買容易，而且對(duì)輸水水質(zhì)有一定保障?；铱阼T鐵管作為我國(guó)城鎮(zhèn)供水管網(wǎng)的主要管材被廣泛使用，因其易老化漏損，正逐步被球墨鑄鐵管等新型管材替代，但目前仍然有部分老舊管路為灰口鑄鐵管[8]。

金屬管道腐蝕是一個(gè)復(fù)雜問題，受供水系統(tǒng)中物理、化學(xué)和生物等各種因素影響。在城市供水領(lǐng)域，灰口鑄鐵管腐蝕主要是電化學(xué)腐蝕，生成管垢的主要成分是鐵氧化物[8-9]。王皓昉[10]采用灰口鑄鐵掛片模擬試驗(yàn)，運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)法，根據(jù)平均和瞬時(shí)腐蝕速率分析得到影響灰口鑄鐵腐蝕的因素重要性排列為：余氯>氯化鈉>溶解氧>溫度>pH。低余氯、低溶解氧環(huán)境引起的硫酸鹽還原菌過量生長(zhǎng)也是導(dǎo)致管道內(nèi)壁腐蝕、釋放鐵離子的重要因素之一[11]?；铱阼T鐵管被腐蝕后形成無規(guī)則分布的瘤狀突起，影響內(nèi)壁光滑度，不僅限制輸水流量，引起管內(nèi)流體流態(tài)紊亂、壓力和流速分布不均，增加水頭損失，且隨管道使用年限延長(zhǎng)而加劇，會(huì)導(dǎo)致管道穿孔、漏損概率增大[8-9]。被腐蝕后的管道在水源水質(zhì)發(fā)生改變時(shí)，會(huì)因內(nèi)壁腐蝕層的鐵釋放導(dǎo)致“紅水”、“黃水”問題[12-14]。前期研究發(fā)現(xiàn)，灰口鑄鐵管內(nèi)管垢層特性與水源切換后是否發(fā)生“黃水”有直接關(guān)系。沒發(fā)生過“黃水”的灰口鑄鐵管段內(nèi)壁腐蝕物較多，管垢瘤狀物外部具有堅(jiān)硬致密氧化層，內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松；發(fā)生過“黃水”的灰口鑄鐵管段管垢較薄，局部有瘤狀物[15]。不同供水區(qū)域灰口鑄鐵管腐蝕情況不同，輸送地表水廠管網(wǎng)前端和末梢管段管垢豐富且厚，而輸送地下水廠供水區(qū)域管垢較少且薄[15]，且長(zhǎng)期通地表水形成的管垢比長(zhǎng)期通地下水形成的管垢穩(wěn)定[16]。供水灰口鑄鐵管管垢的鐵釋放速率也與消毒劑和輸送水源類型有關(guān)，長(zhǎng)期使用氯胺消毒的灰口鑄鐵管段鐵釋放速率高，使用次氯酸鈉消毒的管段鐵釋放速率較低，在同為次氯酸鈉消毒的情況下，地下水管段切換水源后穩(wěn)定性較差，鐵釋放速率加快，而地表水管段穩(wěn)定性較好，不易出現(xiàn)“黃水”[17]。使用年限長(zhǎng)的灰口鑄鐵管內(nèi)壁會(huì)形成生物膜，為微生物提供良好棲息地，增加供水的生物不穩(wěn)定性。王薇[18]研究了灰口鑄鐵管、球墨鑄鐵管、鍍鋅管、不銹鋼復(fù)合管和塑料管5種管材管段中生物膜的微生物數(shù)量和群落結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)灰口鑄鐵管銹蝕程度明顯高于其他管段，且細(xì)菌總數(shù)最高。此外，灰口鑄鐵材質(zhì)較脆、延展性低，抗沖擊、抗震能力較差，重量大，發(fā)生接口漏水、折管和爆管事故的機(jī)率較高[19]。

1.2 球墨鑄鐵管

供水管使用的球墨鑄鐵管有硅酸鹽水泥砂漿內(nèi)襯，可避免鐵質(zhì)管道與水直接接觸，故其抗腐蝕性優(yōu)于無內(nèi)襯灰口鑄鐵管，是目前常用的市政供水管材之一。球墨鑄鐵管多用于供水主干管，主要適用于DN100～DN2000管道，特別是在DN400～DN1000價(jià)格優(yōu)勢(shì)明顯[20]。物理性能方面球墨鑄鐵管具有強(qiáng)度高、防腐性能良好的優(yōu)點(diǎn)，是室外埋地供水主管的首選材料。球墨鑄鐵管安裝后密閉性和抗腐蝕性好，內(nèi)外承壓性能好[20]。陳能等[21]對(duì)基于管材分類的供水管網(wǎng)爆管風(fēng)險(xiǎn)的研究中發(fā)現(xiàn)，球墨鑄鐵管在與灰口鑄鐵管占有率接近的情況下，歷史記錄爆管次數(shù)比例僅為灰口鑄鐵管的1/3，爆管風(fēng)險(xiǎn)低、可靠性高。水質(zhì)保障方面，球墨鑄鐵管因有水泥砂漿內(nèi)襯，金屬和水不直接接觸，長(zhǎng)期使用不易腐蝕，水質(zhì)穩(wěn)定性高。球墨鑄鐵管常用連接方式為承插式連接。

但含水泥砂漿內(nèi)襯的球墨鑄鐵管在通水初期可能對(duì)水質(zhì)有影響。孫俊峰等[22]研究發(fā)現(xiàn)，新鋪設(shè)的球墨鑄鐵管運(yùn)行初期，出現(xiàn)鋁、硅、鈣、鎂等溶出和pH升高的現(xiàn)象，運(yùn)行12 d后可基本恢復(fù)正常，建議新管道嚴(yán)格規(guī)范沖刷消毒流程，并盡量避免新鋪設(shè)管網(wǎng)發(fā)生長(zhǎng)期浸泡情況。球墨鑄鐵管的水泥砂漿內(nèi)襯會(huì)因溶蝕、結(jié)晶膨脹和結(jié)晶分解復(fù)合3種機(jī)理而破壞[23]。在長(zhǎng)期輸水條件下，當(dāng)水中鈣離子濃度低、水質(zhì)呈酸性、含一定濃度的氯離子時(shí)，會(huì)發(fā)生氫氧化鈣溶解或脫鈣形成的鈣溶蝕損傷和氯鹽腐蝕引起的鑄鐵銹蝕破壞，導(dǎo)致球墨鑄鐵管耐久性下降、服役壽命縮短[24]。內(nèi)襯完整的球墨鑄鐵管抗腐蝕性好，但內(nèi)襯剝落后腐蝕速度加快。張茹芳[25]研究表明，內(nèi)襯大部分脫落的球墨鑄鐵管金屬腐蝕與水泥砂漿溶蝕間存在協(xié)同促進(jìn)作用，再生水靜態(tài)浸泡條件下腐蝕速度較快，鐵釋放量大，渾濁度波動(dòng)明顯。

1.3 鍍鋅鋼管

鋼材暴露在空氣中或埋在土壤里均會(huì)因腐蝕造成結(jié)構(gòu)損壞，因此，工程中常在鋼材表面鍍鋅防止鋼管生銹及組織破壞。鍍鋅鋼管作為輸送飲用水的主導(dǎo)材料被許多發(fā)展中國(guó)家選用，也常作為建筑內(nèi)部燃?xì)?、暖氣管使用。常用的鍍鋅方式有冷鍍鋅和熱鍍鋅兩種。冷鍍鋅鋼管鋅層薄，鍍鋅量較少，鍍層不均勻，鋅層和鋼互相獨(dú)立，鍍層容易剝落，耐腐蝕性較差。北京市發(fā)布的《關(guān)于公布第二批12種限制和禁止使用落后建材產(chǎn)品目錄的通知》(京建材〔1999〕518號(hào))中規(guī)定，因冷鍍鋅鋼管污染飲用水，從2000年1月1日起居住建筑供水系統(tǒng)不允許使用。熱鍍鋅鋼管不僅鋅層厚、鍍層均勻，而且熔融金屬鋅和鐵基體相互反應(yīng)生成合金層，使鍍層與基體貼合緊密，耐腐蝕性強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)[26]。鍍鋅鋼管常見的連接方式為焊接、溝槽卡箍連接、法蘭連接、絲接和承插口連接。

在鍍鋅鋼管的腐蝕中均勻腐蝕、點(diǎn)蝕、金屬釋放等均較常見。研究報(bào)道，使用時(shí)間15年左右的鍍鋅鋼管內(nèi)壁腐蝕嚴(yán)重，水在管道中停留會(huì)導(dǎo)致渾濁度、鋅等超標(biāo)，水質(zhì)隨滯留時(shí)間延長(zhǎng)而逐漸變差[27]。長(zhǎng)期使用的鍍鋅鋼管壁形成的腐蝕瘤內(nèi)核為疏松多孔結(jié)構(gòu)，固液共存態(tài)的內(nèi)核層為微生物良好棲生場(chǎng)所，在微生物和電化學(xué)的共同作用下加速管道腐蝕[28]。鍍鋅鋼管不適宜在濕熱環(huán)境下使用，在高于60 ℃熱水中或環(huán)境溫度為60～120 ℃時(shí)，鋅變?yōu)檎龢O，促進(jìn)鋼鐵腐蝕[29]。鍍鋅鋼管若使用焊接，焊縫處易發(fā)生漏損[30]。

1.4 不銹鋼管

隨著供水水質(zhì)要求提高，世界上許多國(guó)家在供水方面推廣應(yīng)用不銹鋼管道。不銹鋼管抗腐蝕能力強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)性良好，是常見的管道材料之一，在市政管網(wǎng)、室內(nèi)供水管和消防供水管均可使用。美國(guó)國(guó)家衛(wèi)生基金標(biāo)準(zhǔn)(ANSI/NSF 61—1997a)規(guī)定，用于飲用水的金屬管道只允許使用不銹鋼和球墨鑄鐵管，且符合該標(biāo)準(zhǔn)要求的第一批材料為304/304L、316/316L不銹鋼[31]。其中，304L與316L的含碳量較低，具有較好的抗晶間腐蝕性[32]。厚壁不銹鋼管不僅可用焊接、法蘭、溝槽連接，還可用螺紋連接[30]，薄壁不銹鋼管適合二次供水使用，采用雙卡壓連接，施工方便，接口安全性能高[33-34]。

不銹鋼中所含鉻元素可增強(qiáng)不銹鋼抗腐蝕性能，使其防腐性能高于碳鋼基體[35]，不易老化，強(qiáng)度高、耐高溫性能優(yōu)于塑料管，耐腐蝕性優(yōu)于鍍鋅鋼管，且不會(huì)出現(xiàn)雙金屬?gòu)?fù)合管的電位差腐蝕[31]。特別是DN15～DN50的薄壁不銹鋼管，能滿足耐壓要求，且價(jià)格經(jīng)濟(jì)，卡壓連接方式牢固可靠[36]。

但是，不銹鋼管和球墨鑄鐵管共存于供水管網(wǎng)時(shí)，存在電偶腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。張海亞等[37]研究發(fā)現(xiàn)，304 不銹鋼和球墨鑄鐵偶合后，304不銹鋼作為陰極受保護(hù)而腐蝕減緩，球墨鑄鐵作為陽(yáng)極腐蝕加劇，特別是當(dāng)陰極面積增大，形成大陰極和小陽(yáng)極時(shí)，會(huì)使電偶電流集中于小陽(yáng)極上，導(dǎo)致局部嚴(yán)重腐蝕。建議在實(shí)際管道應(yīng)用中，盡量避免局部水泥砂漿內(nèi)襯脫落的裸露球墨鑄鐵與大面積304不銹鋼管直接連接，降低發(fā)生電偶腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。笱秀麗等[38]研究管材對(duì)直飲水水質(zhì)的影響發(fā)現(xiàn)，不銹鋼管長(zhǎng)時(shí)間浸泡會(huì)出現(xiàn)渾濁度上升和水中鎳含量超標(biāo)的問題，因此，使用不銹鋼管材時(shí)，應(yīng)關(guān)注鎳溶出問題，且盡量避免水在管內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間滯留。

此外，不銹鋼管長(zhǎng)期通水后會(huì)發(fā)生微生物腐蝕(MIC)，微生物產(chǎn)生酸破壞不銹鋼鈍化層，導(dǎo)致不銹鋼點(diǎn)腐蝕和縫隙腐蝕，王睿[36]對(duì)薄壁不銹鋼管在生活供水中腐蝕性研究發(fā)現(xiàn)，微生物腐蝕輸送自來水的薄壁不銹鋼時(shí)，細(xì)菌總數(shù)和TOC 與薄壁不銹鋼的腐蝕速率具有顯著相關(guān)性，可作為微生物腐蝕薄壁不銹鋼管的典型水質(zhì)指標(biāo)。外部環(huán)境也是不銹鋼腐蝕的影響因素之一，在環(huán)境中存在硫元素與氯元素的共同作用下會(huì)加劇不銹鋼管道腐蝕破壞，促進(jìn)晶間腐蝕發(fā)生[39]。

1.5 銅管

銅管多用于歐美發(fā)達(dá)國(guó)家供水管網(wǎng)，目前在國(guó)內(nèi)建筑供水管中應(yīng)用較少[27]。由于銅離子的溶出，銅管對(duì)管道內(nèi)壁微生物生長(zhǎng)有一定抑制作用[38]。銅管還具有局部漏損自修復(fù)能力，在0.14～0.28 MPa的環(huán)境下，pH值為3.0～11.0時(shí),銅管對(duì)于局部直徑小于150 μm的漏點(diǎn)可通過腐蝕沉淀自我修復(fù)[40]。然而，銅管造價(jià)高，且存在銅離子溶出超標(biāo)問題。茍秀麗等[38]研究發(fā)現(xiàn)直飲水浸泡銅管1 h后，水中銅離子超標(biāo)。周澤婷等[41]研究發(fā)現(xiàn)，相同環(huán)境下用銅管輸送pH較低的自來水，銅離子更易超標(biāo)，且銅管內(nèi)壁鈍化工藝不到位也是銅離子溶出的原因之一。因此，應(yīng)選擇安全合規(guī)的銅制管材，避免長(zhǎng)期攝入過量銅離子對(duì)人體造成不利影響。

2 非金屬管材

非金屬管材包括水泥管和塑料管(PVC、PE、PPR、UPVC等)。其中，普通水泥管雖然仍在國(guó)內(nèi)供水管網(wǎng)中占有相當(dāng)比例，但其抗沖擊和抗腐蝕能力差，易結(jié)垢、裂損，是《全國(guó)城市供水管網(wǎng)改造近期規(guī)劃(2006年—2007年)》的重點(diǎn)改造更換管材之一。塑料管材正在逐步推廣應(yīng)用，國(guó)家“十五”發(fā)展目標(biāo)要求2015年國(guó)內(nèi)建筑供水、熱水系統(tǒng)60%使用塑料管材，城市供水管道(DN400以下)塑料管使用率達(dá)50%[42]。因此，本節(jié)僅討論塑料管材特性及研究結(jié)果，主要分析非金屬管材有機(jī)物和添加劑溶出等與水質(zhì)安全直接相關(guān)的因素，綜合上述4種非金屬管材自身特性，總結(jié)各管材的適用條件。

2.1 PVC管

PVC管是國(guó)內(nèi)推廣最早的給排水塑料管材[43]，也是目前使用最多的塑料管材，2010年P(guān)VC管道占塑料加工產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總量的55%[44]。PVC管材密封性好，不透氧，不易腐蝕，材質(zhì)輕便，便于安裝，內(nèi)壁光滑，粗糙系數(shù)很小，對(duì)流體阻力小[45]。材質(zhì)無毒無味，適合作為供水管。PVC管常用連接方式有法蘭連接、膠水黏接和橡膠圈密封。

PVC樹脂不耐熱，加熱后管材變脆，抗沖強(qiáng)度下降，導(dǎo)致管材易損壞，并且環(huán)境溫度過高也會(huì)導(dǎo)致PVC單體和添加劑滲出，對(duì)水質(zhì)造成污染，因此，不適合輸送溫度過高的水，也不適合作為消防供水管[46]。PVC管在制造過程中會(huì)添加增塑劑，以降低高聚物的加工溫度，鄰苯二甲酸酯是常用增塑劑的一種，長(zhǎng)期超量攝入會(huì)嚴(yán)重影響人體內(nèi)分泌系統(tǒng)，部分PVC管材浸泡一定時(shí)間后，通過氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)可檢測(cè)出鄰苯二甲酸酯(PAEs)溶出[47]。重金屬銻常作為縮聚反應(yīng)的催化劑使用，因此，PVC管還有重金屬銻溶出風(fēng)險(xiǎn)，銻毒性強(qiáng)，長(zhǎng)期超量攝入會(huì)對(duì)人體肌肉造成不可逆的損傷。管材中重金屬銻的總量超過標(biāo)準(zhǔn)限值時(shí)，長(zhǎng)期浸泡銻可能遷移到飲用水中，增大飲用水的不安全性[48]，因此，在選購(gòu)管材時(shí)應(yīng)選擇合格的管材，規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 PE管

PE管適用于較小管徑，隨著管徑提升，PE管的經(jīng)濟(jì)性能下降，一般適用于DN500以下，壓力小于1.6 MPa的供水管道[20]。物理性能方面，PE管內(nèi)壁光滑，不易結(jié)垢，耐腐蝕性好，對(duì)埋管土壤要求不高，能長(zhǎng)時(shí)間保持硬度[49]，且質(zhì)量輕，運(yùn)輸方便。此外，PE材料環(huán)保，報(bào)廢后可回收，對(duì)環(huán)境污染小。目前，針對(duì)PE管已經(jīng)有《供水用聚乙烯管道國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 13663—2017)。PE管常用連接方式有熱熔連接、電熔連接、熱熔承插式連接、法蘭連接、鋼塑過渡接頭連接。

PE管不能長(zhǎng)時(shí)間在高溫環(huán)境下使用，在陽(yáng)光照射下，高溫加快管材老化，影響PE管道的耐壓性能，縮短壽命[50-51]。PE管因管材內(nèi)表面殘留了較多低分子量有機(jī)物，新管使用初期會(huì)快速釋放有機(jī)物。張玲等[52]對(duì)比UPVC、PPR和PE這3種常見供水塑料管材輸配水過程中有機(jī)物釋放發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過相同時(shí)間浸泡，PE管有機(jī)物釋放量最多。此外，管網(wǎng)中存在“死水區(qū)”時(shí)，由于水體與管材表面長(zhǎng)時(shí)間接觸反應(yīng)，管材釋放的有機(jī)物質(zhì)累積，易導(dǎo)致水質(zhì)問題。

2.3 PPR管

PPR管常作為建筑內(nèi)部住宅橫干管和立管使用[53]。已有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《冷熱水用聚丙烯管道系統(tǒng)》(GB/T 18742.1—2017)。PPR材料使用壽命長(zhǎng)[54]，在1.0 MPa、70 ℃環(huán)境下使用壽命超50年[55]。PPR管內(nèi)壁抑菌效果好，耐腐蝕性好，不易結(jié)垢。重金屬(錳、鋅、銅、鐵、鉛、鎳、鎘)溶出方面表現(xiàn)優(yōu)秀，經(jīng)過試驗(yàn)僅檢測(cè)到少量溶出，且溶出量均在安全合理范圍內(nèi)。高昂等[56]通過長(zhǎng)期浸泡試驗(yàn)考察PPR管中鐵、錳、銅、鋅、鉛、鎘、鎳7種重金屬離子的溶出，其中PPR 管材樣品全程未檢出銅、鐵、鎳離子。此外，PPR管廢棄后物料可回收，節(jié)能環(huán)保。PPR管常用連接方式為熱熔接、鞍形對(duì)接和鋼塑法蘭連接[57]。

PPR是可燃材料，不可用于消防供水系統(tǒng)，且PPR不抗紫外照射，在長(zhǎng)時(shí)間紫外線照射下易老化。此外，PPR管膨脹系數(shù)大，不能長(zhǎng)期在100 ℃以上的環(huán)境工作，如在建筑內(nèi)部輸送熱水時(shí)，由于熱伸縮會(huì)引起管道局部凸起，造成管道結(jié)構(gòu)損壞[58]。

2.4 UPVC管

UPVC管是美國(guó)常用的塑料管材，每年消耗量大。自“十五”規(guī)劃《國(guó)家化學(xué)建材產(chǎn)業(yè)“十五”計(jì)劃和2010年發(fā)展規(guī)劃綱要》頒布以來，我國(guó)也逐漸將UPVC管材投入使用[59]。UPVC管材具有內(nèi)壁光滑，不易結(jié)垢，抗腐蝕能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，而且質(zhì)地堅(jiān)硬，相比于其他塑料管材硬度較高。樊繼鵬等[60]在靜態(tài)環(huán)境下進(jìn)行了UPVC、PPR和PE 3種塑料管材的總有機(jī)碳析出量(TOC)分析，發(fā)現(xiàn)盡管這3種管材TOC析出量均符合衛(wèi)生指標(biāo)，但UPVC管材TOC析出量明顯小于其余兩種同類管材，說明UPVC在有機(jī)物溶出方面具有優(yōu)越性。UPVC管材目前已經(jīng)有《供水用硬聚氯乙烯(PVC-U)管材》(GB/T 10002.1—2006)。

UPVC施工具有優(yōu)勢(shì)，易連接，常用連接方式為承插式黏結(jié)、承插式膠圈連接、法蘭連接。管徑大于100 mm的UPVC管主要連接方式為承插式膠圈連接，管徑小于100 mm的UPVC管材采用黏合劑黏接[61]。但黏接劑使承插式連接產(chǎn)生阻力，導(dǎo)致插入深度不足，且膠黏管材連接強(qiáng)度不夠，通水后易發(fā)生漏損。因此，UPVC管材連接的過程中應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范操作，并做好管道后期養(yǎng)護(hù)工作[58,62]。雖然UPVC管材連接便捷，但承插連接過程中容易出現(xiàn)裂紋、漏水，安裝過程嚴(yán)格按照施工規(guī)范進(jìn)行操作，可在極大程度上避免管材裂損。

UPVC管材熱穩(wěn)定性較差，不宜長(zhǎng)期在高溫或低溫環(huán)境下使用，長(zhǎng)期高溫環(huán)境會(huì)使管材變黃、老化，添加辛基錫穩(wěn)定劑的UPVC管材熱穩(wěn)定性優(yōu)于添加其他穩(wěn)定劑的同種管材[63]。氣溫低于10 ℃時(shí)，管材受冷脆性增大，此時(shí)盡量不進(jìn)行施工，避免管道漏損[64]。此外，部分UPVC管材添加鉛鹽穩(wěn)定劑，長(zhǎng)期通水會(huì)有少量鉛溶出，UPVC管材鉛溶出量高于PE管。Zhang等[65]在靜態(tài)條件下使用自來水和再生水進(jìn)行鉛浸出泡管試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，UPVC管鉛釋放速率會(huì)隨pH降低和溫度升高而增加。在水中存在氯胺的情況下，鉛釋放速率比在水中存在游離氯時(shí)更快。

3 復(fù)合管材

鋼塑復(fù)合管是2004年被建設(shè)部列為科技成果的一種新型管材。鋼塑復(fù)合管具有鋼管和塑料管兩者的優(yōu)點(diǎn)，在供水工程的應(yīng)用中具有較大優(yōu)勢(shì)，是一種高性能、多用途、環(huán)保型復(fù)合管材[66]，鋼塑復(fù)合壓力管是替代中大口徑鍍鋅鋼管的理想管材[67]。在三峽工程管網(wǎng)改造建設(shè)過程中也大量使用了鋼塑復(fù)合管[68]。

鋼塑復(fù)合管道以無縫鋼管、焊接鋼管為基管，多為內(nèi)壁附著塑料材質(zhì)。鋼塑復(fù)合管按工藝不同分為襯塑和涂塑兩種[69]。襯塑不銹鋼復(fù)合管可作建筑內(nèi)部供水引入支管，美觀實(shí)用，內(nèi)涂塑復(fù)合管涂層均勻，內(nèi)壁光滑，物化性能穩(wěn)定[70]，可用作供水干管和供水支管，也可用于管廊內(nèi)架空敷設(shè)[71]。內(nèi)外涂塑復(fù)合管可有效解決管道腐蝕問題，一般暗裝或埋地敷設(shè)，也可作建筑消防供水管[72]。鋼塑復(fù)合管常見連接方式有法蘭連接、溝槽連接和螺紋連接3種[73]。

鋼塑復(fù)合管結(jié)合鋼管和塑料管的優(yōu)點(diǎn)，使用壽命長(zhǎng)。研究表明，日本的鋼塑復(fù)合管在沒有外腐蝕的情況下，使用壽命可以達(dá)到建筑物的使用壽命[74]，即使在高溫和強(qiáng)紫外線輻射條件下，使用壽命也在50年以上[75]。鋼塑復(fù)合管較其他塑料管而言，耐熱性好，因此，可用于住宅和商業(yè)樓宇的給排水系統(tǒng)的冷熱水管道。鋼塑復(fù)合管以塑料作為內(nèi)壁，耐腐蝕性好，耐化學(xué)腐蝕，耐土壤和海洋生物腐蝕，耐陰極剝離。鋼塑管以鋼管作為基材，穩(wěn)定性強(qiáng)，抑菌性好，鋼塑復(fù)合管不容易附著微生物，相同浸泡時(shí)間鋼塑復(fù)合管內(nèi)壁微生物數(shù)量少于PPR管，對(duì)水質(zhì)安全起到保障作用[76]。

質(zhì)量合格的鋼塑復(fù)合管性能優(yōu)秀，但質(zhì)量較差的涂塑復(fù)合管內(nèi)層容易剝落，內(nèi)襯碎片有堵塞管道的風(fēng)險(xiǎn)，而且內(nèi)襯脫落處暴露鋼層易發(fā)生腐蝕。襯塑復(fù)合管常見損壞形式是內(nèi)襯塑料層與鋼基層分離，導(dǎo)致管內(nèi)徑縮小，加重管線壓損[77]。

綜合上述對(duì)金屬、非金屬、復(fù)合管材3類管材的特性和研究情況，匯總各類管材的適用條件、優(yōu)缺點(diǎn)、應(yīng)用現(xiàn)狀和研究重點(diǎn)，如表1所示。

表1 供水管材特性、應(yīng)用現(xiàn)狀及研究重點(diǎn)

4 問題與展望

保障飲用水安全需要綜合考慮從水源到用戶龍頭的整個(gè)系統(tǒng)，供水管網(wǎng)是確保用戶終端水質(zhì)安全的重要環(huán)節(jié)。對(duì)于目前在用的金屬、非金屬、復(fù)合管材，需根據(jù)各管材特性和適用條件進(jìn)行管理和風(fēng)險(xiǎn)防控。金屬管材因其強(qiáng)度高、耐磨性和耐熱性好，通常作為室外供水管材，特別是球墨鑄鐵管和不銹鋼管的抗腐蝕能力與灰口鑄鐵管相比有較大提高。但是，仍需關(guān)注球墨鑄鐵管水泥砂漿內(nèi)襯部分脫落后，與金屬腐蝕的協(xié)同促進(jìn)作用對(duì)水質(zhì)的影響，以及其與不銹鋼管在管網(wǎng)中共存時(shí)發(fā)生電偶腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。非金屬管材具有輕便、內(nèi)壁光滑、不易結(jié)垢、抗腐蝕性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，常用作建筑內(nèi)部供水管，但需注意使用初期和管道內(nèi)水停滯時(shí)間較長(zhǎng)的情況下，有機(jī)物、增塑劑和重金屬添加劑如銻、鉛溶出的風(fēng)險(xiǎn)。復(fù)合管材是新型管材，結(jié)合鋼管和不銹鋼管二者的優(yōu)點(diǎn)，性價(jià)比高，經(jīng)濟(jì)性能良好，在未來還有較大發(fā)展空間。