复合磷酸盐缓蚀剂对饮用水管网腐蚀行为及水质稳定性的调控机制研究

为解决饮用水分配系统(DWDSs)中管道腐蚀导致的余氯衰减和水质恶化问题，研究人员通过模拟管道实验和社区规模现场试验，系统评估了复合磷酸盐缓蚀剂对镀锌钢管的缓蚀效果及水质稳定性的影响。结果表明，缓蚀剂可使管道腐蚀率降低50%，余氯衰减速率从0.091 min?1降至0.048 min?1，同时有效抑制铁释放并维持浊度<0.15 NTU，且不影响消毒副产物(DBPs)和生物稳定性。该研究为保障饮用水安全提供了重要技术支撑。

　　

饮用水安全是公共卫生领域的重要议题，而饮用水分配系统(DWDSs)中的管道腐蚀问题长期困扰着供水行业。当残留消毒剂与管壁接触时，会引发复杂的化学反应，导致管道内表面腐蚀、余氯快速衰减，甚至形成有害的消毒副产物(DBPs)。更棘手的是，腐蚀产物和生物膜会成为微生物滋生的温床，进一步加剧水质恶化。尤其在我国，大量老旧金属管网的服役时间已超过20年，如何通过经济有效的手段控制腐蚀、保障"最后一公里"水质安全，成为亟待解决的工程难题。

针对这一挑战，同济大学环境科学与工程学院的研究团队开展了一项创新性研究。他们聚焦于复合磷酸盐缓蚀剂的应用潜力，通过实验室模拟和现场试验相结合的方式，系统评估了该技术对管网腐蚀行为和余氯衰减特性的调控效果。相关成果发表在《Water Cycle》期刊上，为饮用水安全管理提供了重要理论依据和技术参考。

研究团队采用了多尺度实验设计：在模拟管道系统中，通过动态水流实验观察镀锌钢试块30天内的腐蚀形貌，并采用扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)表征腐蚀产物组成；通过一级动力学模型拟合余氯衰减曲线。在社区现场试验中，选取包含新旧管段的三个末端监测点，持续监测常规水质指标、铁释放量、水质稳定性参数(Larson指数和Riddick指数)以及DBPs浓度变化，全面评估缓蚀剂的长期应用效果。

研究结果揭示：在模拟管道系统中，未添加缓蚀剂的镀锌钢试块表面形成44.41%的疏松铁氧化物层，而处理组试块锌层保留率达49.89%，磷元素含量从0.53%升至1.01%，证实缓蚀剂能形成有效保护膜。更关键的是，缓蚀剂使余氯衰减速率从0.091 min^?1降至0.048 min^?1，降幅达47%。

社区试验数据更具工程指导价值：在服役20年以上的老旧管段中，缓蚀剂使余氯衰减量减少40%，新管段(2020年更换)减少30%。出水浊度稳定在0.15 NTU以下，总铁释放量显著降低。水质稳定性分析显示，缓蚀剂通过调节SO₄^2?/HCO₃^?平衡，使Larson指数从>0.5降至0.4左右，Riddick指数从轻度腐蚀区(26-50)改善至非腐蚀区。

在生物安全性方面，尽管缓蚀剂含磷组分可能促进微生物生长，但监测数据显示总磷浓度仅增加0.035 mg/L，总菌落数保持<1 CFU/mL，大肠菌群始终未检出。DBPs检测发现三卤甲烷(THMs)仍是主要副产物，但缓蚀剂添加未改变其生成谱系，各点位TCM浓度均低于国标限值(0.06 mg/L)。

该研究的核心结论在于：复合磷酸盐缓蚀剂通过形成聚铁磷酸盐保护层，可同步解决管网腐蚀与余氯衰减两大难题，尤其适用于老化管网改造。其创新价值体现在三方面：首次系统证实缓蚀剂对余氯衰减的抑制机制；提出基于水质稳定性指数的效果评估体系；明确推荐剂量下不会引发微生物再生风险。这些发现为我国《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2022)的实施提供了关键技术支撑，也为欧盟《饮用水指令》(Directive (EU) 2020/2184)中未限定的磷酸盐使用提供了安全阈值参考。未来研究可进一步探索缓蚀剂与不同管材、消毒工艺的协同优化策略。