淺析給水管網幾種清洗技術的原理及應用

韓曉曦

（天津市市政工程設計研究院，天津市 300051）

0 前言

飲用水在輸配過程中，雖然從水廠出水的各項水質指標已達到國家標準，但是在經過供水管網被輸送到用戶處的過程中，水會在管網中有一定的滯留時間。在這期間，管網中的水會相繼發生各種復雜的物理化學變化，沿管道內壁會形成由沉淀物、銹蝕物、黏垢以及生物膜相互結合構成的“生長環”。給水管網在運行過程中，一旦由于突發事故導致管網內水力條件突變時，在水流的作用下，其內部的“生長環”則會部分脫落，從而容易出現“黃水”、“黑水”的現象，造成給水管網水質二次污染。“生長環”的出現還會降低管道的有效直徑，致使管道的摩阻和水頭損失增大，造成管網末端水量和水壓的不足。不僅如此，“生長環”還加劇了對余氯的消耗，降低了管道內的殺菌效果。為了保障正常供水，滿足日常的生產和生活的需求，水廠出水位置水泵的揚程就需要相應提高，從而使供水電耗也隨之增大，對供水企業造成一定經濟損失。

1 減輕給水管網二次污染的必要性

一方面，《生活飲用水衛生標準》（GB 5749—2006）對供水水質的保障做了相應的明確規定，把“龍頭水”作為水質的主要評價點，這就要求我們加強對供水管網清潔、安全的管理；另一方面，根據《給水排水管道工程施工及驗收規范》（GB 50268—2008）要求，新排管道在并網運行前需進行沖洗消毒工作以保障管網內的水質。管網中發生的水質二次污染具有滯后性[1]，供水企業解決管網水質二次污染的方法十分有限，諸如更換管道和修復管道等，不僅需要花費較大的人力、物力和財力，并且影響管網的正常供水。對給水管網進行定期沖洗，不但能大大改善管網的水質，而且與其他方法相比所需的投入較少，基本上不影響供水。

2 改善給水管網水質的主要方法

對于改善管道二次污染的現象，抑制或去除管道內的“生長環”，國內外有許多不同的方法和手段，其中主要分為“控制”和“清除”兩大方向[2]。首先，控制管道內二次污染和“生長環”的生長，可以通過調節控制pH值來實現。pH值對水中細菌生長影響較大，其適宜生長環境一般在5.0

3 國內外管網清洗技術發展現狀

對于徹底清除給水管網中的“生長環”，有化學方法和物理方法之分?；瘜W方法由于具有成本高、效率低、安全性低和清洗不徹底等特點，因此不能在城市管網中普及使用。物理清洗法由于相對化學方法具有簡便易行、成本低、種類多和對正常供水影響小等特點，在我國和其他國家已被廣泛使用和普及。物理清洗法主要分為單向沖洗法、高壓射流法、機械刮管法和氣壓脈沖清洗法四大類[3]。

（1）單向沖洗法

管道沖洗技術被認為是保持配水系統水質管理過程中最有效的方法之一。管道沖洗不僅僅歷史悠久，而且和其他技術相比具有成本低、高效等特點。這不僅有助于去除沉積在管道內的泥沙和結垢，消除臭味，降低濁度，還能保證消毒劑殘余量，提供一個對控制微生物生長更好的途徑。管道沖洗不僅被用來對出現嚴重腐蝕和污染的事故管段進行應急處理，還可以從長遠規劃，定時沖洗管段，防止水質二次污染。

該方法的缺點是每次沖洗需要大量的用水，并且在對大管徑管道進行沖洗時，由于很難達到所需的流速，因而不適宜采用。一般來說，單向沖洗法的沖洗流速一般控制在管道水流速大于1.8 m/s，可以有效去除附著在管道內壁的“生長環”[4]。

（2）高壓射流法

高壓射流沖洗法在近幾年發展十分迅速，隨著清洗設備不斷的智能化和自定義功能的開拓，這項技術已經在各個領域廣泛應用。這種方法將水作為沖洗介質，通過對噴嘴形狀的選擇和增壓裝置的共同作用能產生成束狀的高速水射流，水中具有很高的能量密度[5]。該方法與電子束、激光束和等離子束統稱為高能粒子處理技術，但是與其他3種技術的區別是，高壓水射流技術是唯一的冷切割技術。高壓水射流沖洗法不但可以切割各種金屬、非金屬和塑料材質的物體，并且不會損害材料本身的物理和機械性能。該技術可以將管道內壁的沉積物完全去除，使其表面光滑干凈，不需任何化學藥劑，效率高而且環保。在給水管網清洗應用中，高壓水射流一次性沖洗管段的最大長度約為400 m左右，實際工程中需要采用超高壓設備來實現，并且對參與工作人員的安全知識和防護設施具有一定要求。

（3）機械刮管法

管道內壁“生長環”的堅硬垢狀物可用機械刮管的方式將其去除。當今主要使用的一種刮管方法稱作彈性沖管器法（Poly-Pig）。該技術是利用充氣的特制工具來刮掉管壁上附著的堅硬固體，通過選用不同的清管器，可以針對不同硬度的銹蝕部分或者結垢部分進行清洗，具有節水和效率高的特點。該方法的清垢原理一部分是靠清管器對管壁的磨擦和卷掃作用，使結垢和銹蝕脫離管壁；其次是清管器經過的瞬間以及之后一段時間內，管道中水產生的沖刷作用可以將沒有刮下來的頑固部分進行二次沖洗，將細小的碎片一起卷入水中，隨水流方向排出管外，從而完成一次完整的沖洗過程。這種方法由于對管道內壁的防護層傷害較大，再次通水很有可能加速腐蝕，因此一般與管道涂襯技術聯合使用。在清管器徹底清完管段后，可以在管道內壁附加水泥砂漿襯里或者環氧樹脂，增加管道的耐磨性、柔軟性和物理性能的保障，減少腐蝕發生的機會[6]。

（4）氣水脈沖清洗法

氣水脈沖法是哈爾濱工業大學給水排水系統研究所提出的一種新的給水管網沖洗技術。通過搭建的一套試驗平臺進行多次試驗，得到一些試驗數據，為現場沖洗試驗奠定了一定的基礎。該技術于2008年獲得國家專利。氣水脈沖清洗給水管網的原理類似于空化現象，當流體在有壓力存在的情況下，其內部的大氣泡和空腔發生爆裂，從而成為振動源。這種現象能夠在流體內部產生比較強烈的聲波，進而會交替產生壓縮和擴張，出現可爆裂的氣泡。當這種氣泡在固體表面附近位置形成時，例如管內壁表面，空化泡將會形成一個流速大于110 m/s的指向固體表面的液體射流[7]?？栈菰谄屏训臅r候會產生巨大的能量，并且集中作用在很多非常小的面積上，這會導致局部區域產生很高的應力，固體表面受到射流的巨大沖擊作用。由于射流作用產生的波以高速度和高壓力作用于固體表面，管內壁因這種高強作用而能夠被徹底地清洗。由于不使用任何化學試劑，該種方法被認為是純物理清洗，對水質無污染。

在實際工程中，氣水脈沖沖洗技術可以有效對給水管道“生長環”進行清除，沖洗后濁度和余氯等水質指標均達到國家飲用水水質標準。它解決了小管沖大管、沖洗水量不足及被沖管段地形變化較大等問題，以經濟環保的優勢成為當今供水企業解決管網二次污染，提高供水效率和供水水質的重要手段。

4 結語

隨著城市化的速度逐漸加快，管網的二次污染問題越加顯著，從而導致城市供水企業的負荷加大，水質污染、供水不足以及能耗增加等重大問題都成為不能滿足現代化社會供水需求和發展的障礙。眾所周知，解決管網二次污染最有效的方法即對給水管網定期進行更新換代[8,9]，但由于工程量繁重，投資巨大，工期長等特點使得該方法在短期內難以進行。與此同時，管網管道的清洗技術已成為解決給水管網二次污染，去除管道內部各種結垢、腐蝕的既經濟有效又僅需較少人力物力即可完成的一項成熟的技術。

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