氣水脈沖沖洗技術(shù)在天津市農(nóng)村集中供水管網(wǎng)污染處理中的應(yīng)用

張艷芬，袁 杰，于 謐，原鵬飛

（1.天津市水利科學(xué)研究院，天津 300061；2.天津市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，天津 300204）

農(nóng)村集中供水管網(wǎng)受使用年限、水源水質(zhì)等影響，管道內(nèi)極易形成銹垢、沉積物等污染物，嚴(yán)重影響農(nóng)村居民飲水安全。目前，國(guó)內(nèi)外清除供水管道內(nèi)污染物的主要方法是沖洗管網(wǎng)，有高壓水沖洗法、氣水脈沖沖洗法、機(jī)械刮管清洗法等[1-3]。

為保障天津市農(nóng)村居民的飲水安全，筆者對(duì)天津市農(nóng)村集中供水管網(wǎng)污染情況進(jìn)行了調(diào)研和分析，開展了氣水脈沖沖洗農(nóng)村集中供水管網(wǎng)的試驗(yàn)研究，以期指導(dǎo)天津市農(nóng)村集中供水管網(wǎng)清洗工作。

1 污染調(diào)查與原因分析

1.1 污染調(diào)查

“十一五”和“十二五”期間，天津市分別改造老化管網(wǎng)41 744.867 和2 072.36 km。目前，天津市農(nóng)村集中供水管網(wǎng)，除薊縣山區(qū)仍采用鋼管外，其余以塑料管材為主，主要為UPVC、PPR、PE。

通過對(duì)天津市農(nóng)村集中供水管網(wǎng)污染情況現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)查發(fā)現(xiàn)，使用年限超過5年的塑料管網(wǎng)，局部管網(wǎng)的管壁易附著不均勻性污染物；使用年限超過8年的塑料管網(wǎng)，沿著管壁四周易均勻地附著黏附性較強(qiáng)的污染物。

選擇武清區(qū)大堿廠2006年飲水安全工程改造的一段PP管網(wǎng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)切割發(fā)現(xiàn)：管壁四周均勻地附著污染物，污染物最外層為一圈生物膜，摸上去黏糊糊的，顏色較深，稍加手力就可以擦除，最里層腐蝕物極強(qiáng)地附著在管壁周圍，即使用鋼絲球擦拭也不能輕易去掉。

1.2 原因分析

將PP管道中的污染物刮下來發(fā)現(xiàn)，污染物為灰褐色絮狀物，帶有草腥味，具有黏附性，夾雜粒徑可達(dá)1～2 mm砂狀顆粒物和極細(xì)懸浮顆粒物，有較薄的片狀結(jié)構(gòu)疏松物。污染原因具體分析如下：

（1）電化學(xué)腐蝕。由于集中供水廠清水池、金屬閥門、配件等供水設(shè)施本身含有雜質(zhì)，金屬與雜質(zhì)之間存在著不同的電極電位，這樣在水的作用下會(huì)形成無數(shù)微腐蝕原電池，在電化學(xué)作用下對(duì)供水管道內(nèi)壁造成腐蝕，進(jìn)而形成化學(xué)腐蝕物。

（2）化學(xué)沉淀。對(duì)于飽和指數(shù)（LSI）＞0 和穩(wěn)定指數(shù)（RSI）＜6的不穩(wěn)定水質(zhì)，會(huì)產(chǎn)生鈣鹽沉淀和鎂鹽沉淀，沉積在管壁上形成水垢物。

（3）物理沉積、微生物腐蝕。《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749-2006）規(guī)定，出廠水渾濁度不超過3NTU。即使在這樣的水質(zhì)條件下，出廠水中還是含有一定量的致濁物，在低流速時(shí)可能導(dǎo)致沉積。同時(shí)，管壁附著的細(xì)菌等微生物極易發(fā)生微生物腐蝕形成生物膜，具有一定的凝聚黏附性，易于使水中懸浮物、致濁物沉積，形成沉積物。

（4）水力運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)供水管網(wǎng)水力運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生改變，如檢修閥門、更換管道或當(dāng)流速突然增大時(shí)，污染物就會(huì)從管道內(nèi)壁脫落而進(jìn)入水中，從而影響水質(zhì)，當(dāng)腐蝕較嚴(yán)重時(shí)易出現(xiàn)水質(zhì)事故。

綜上所述，管壁污染物是水中金屬和雜質(zhì)電化學(xué)腐蝕、鈣鹽和鎂鹽化學(xué)沉淀、水中懸浮物物理沉積及水中細(xì)菌等微生物腐蝕造成的，是管網(wǎng)與水質(zhì)發(fā)生的一系列物理腐蝕、化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕、微生物腐蝕等綜合作用的結(jié)果。

1.3 管網(wǎng)污染的預(yù)防和根治

供水管道內(nèi)壁出現(xiàn)污染物后，會(huì)逐漸降低管道的供水能力，污染供水水質(zhì)，破壞管道的機(jī)械強(qiáng)度，造成較大的危害。為盡可能減小管道污染物的危害性，要對(duì)其進(jìn)行預(yù)防和根治。

（1）從預(yù)防角度講，加強(qiáng)供水設(shè)施、供水管道的日常管理和定期維護(hù)，選擇材質(zhì)好、可靠的管件、管材。

（2）從根治角度講，可更換新的管道，或?qū)εf有管道進(jìn)行管道沖洗。

2 氣水脈沖清洗管網(wǎng)污染技術(shù)實(shí)驗(yàn)

2.1 基本情況

本試驗(yàn)選在武清區(qū)大堿廠，選擇大堿廠供水站一段500 m 分干管，管材為PP 高壓聚丙烯管，管徑DN80，管壁厚度4 mm，管道承壓為0.8 MPA，試驗(yàn)壓力為0.2～0.6 MPA。該處地下水源水具有典型性，色度較高，源水色度值為40，出廠水色度值為18，管網(wǎng)使用年限為8年。

2.2 沖洗原理

水在圓形管道中的流態(tài)有層流和紊流兩種，給水管網(wǎng)內(nèi)水流一般都是紊流。氣水脈沖沖洗給水管道就是利用空氣的可壓縮性，在計(jì)算機(jī)和電磁閥的控制下，使高壓空氣以一定的頻率進(jìn)入給水管道內(nèi)，在管內(nèi)形成間斷的氣水流，隨著空氣的壓縮和擴(kuò)張，使管內(nèi)的紊流加劇，水流的剪切應(yīng)力增大，在剪切應(yīng)力的作用下，管壁上的沉積物和附著物被沖下，并隨著高速水氣流間斷地排出給水管。

2.3 沖洗過程

（1）首先，該段管線停止供水，進(jìn)行加氣點(diǎn)安裝和排污管線連接（排污管采用50 mm耐壓膠管，每根長(zhǎng)度10 m，連接端均安裝50 mm法蘭）。

（2）為避免因排氣不暢而發(fā)生爆管事故，需要先用清水單獨(dú)沖洗，待排水通暢后，再進(jìn)行氣水脈沖沖洗。開始單獨(dú)沖水時(shí)，出口壓力控制在0.1～0.2 MPA。

（3）啟動(dòng)氣脈沖發(fā)生器和空氣壓縮機(jī)，調(diào)整氣脈沖發(fā)生器，氣壓在初期階段控制在0.2 MPA，然后逐漸調(diào)整至0.35～0.6 MPA。經(jīng)過10 min 加氣后在排污口處形成脈沖波式排水，出現(xiàn)噴砂效果，管線內(nèi)結(jié)垢物、沉積物被逐漸沖刷脫落排出。整個(gè)沖洗過程耗時(shí)1 h 45 min，具體沖洗過程見表1。

表1 氣水脈沖沖洗過程描述

2.4 沖洗效果

（1）沖洗前后水質(zhì)情況。污染管網(wǎng)沖洗前后的水質(zhì)指標(biāo)對(duì)比，見表2。

表2 受污染管網(wǎng)沖洗前后水質(zhì)對(duì)比

由表2可知，受污染管網(wǎng)沖洗后，各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)有了大幅度的改善，菌落總數(shù)降低了73.5%，色度降低了50%，渾濁度降低了77%，肉眼可見物全部清除。可見，采用氣水脈沖方法沖洗污染管網(wǎng)，使水質(zhì)得到明顯改善，減輕了水質(zhì)的二次污染。

（2）沖洗前后管壁厚度。使用游標(biāo)卡尺測(cè)量沖洗前后管壁的厚度，進(jìn)行對(duì)比。該管線投產(chǎn)時(shí)間8年，腐蝕嚴(yán)重。

表3 受污染管網(wǎng)沖洗前后管壁厚度對(duì)比

由表3可知，沖洗前的管壁平均厚度達(dá)4.9 mm，沖洗后管壁平均厚度僅為4.1 mm。從沖洗前后壁厚度的變化可知，管壁四周附著的污染物最外層一圈生物膜可以沖洗下來，壁厚明顯變薄，過水?dāng)嗝婷黠@增加，但管壁被化學(xué)腐蝕后最里層附著的黃色黏性極強(qiáng)鈍化物很難被沖洗下來，即使用鋼絲球施加外力擦洗也很難徹底去除。這種黃色鈍化物主要是管壁在當(dāng)?shù)厣容^高地下水體的化學(xué)和電化學(xué)腐蝕作用下形成的。

由上述沖洗過程和效果可知，氣水脈沖沖洗技術(shù)僅能去除水中致濁物、懸浮物等沉積物、管壁上的鈣鎂鹽等水垢物和微生物膜，管壁本身所遭受的化學(xué)與電化學(xué)腐蝕物很難復(fù)原。但是，即便管壁無法由發(fā)黃狀況恢復(fù)到出廠狀況，該項(xiàng)技術(shù)對(duì)水質(zhì)的改善效果還是很明顯的。

3 結(jié)論

氣水脈沖沖洗技術(shù)具有操作簡(jiǎn)單、不破壞管網(wǎng)系統(tǒng)、不使用任何化學(xué)藥劑、沖洗效果好等優(yōu)點(diǎn)，可以有效地清除供水管線內(nèi)部的沉積物、水垢物和生物膜，可以減輕管網(wǎng)水質(zhì)的二次污染，在天津市農(nóng)村集中供水工程管網(wǎng)清洗工作中是一項(xiàng)值得推廣的技術(shù)措施。

[1]鄭亮，劉先銀.機(jī)械和高壓水射流管路清洗方法的比較[J].清洗世界，2004，21（5）：49-53.

[2]孫天金，周拾慶，張霞，等.清管器在小口徑注水管線清洗中的應(yīng)用[J].清洗世界，2006，22（4）：10-14.

[3]宋安坤.大慶供水管網(wǎng)氣水脈沖技術(shù)研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2007.