管道冰漿清洗在高品質(zhì)供水示范區(qū)建設(shè)中的應(yīng)用

施 凱，程志強(qiáng)，彭秀華，陳志偉，閔 奇，童雨泰

(蘇州吳中供水有限公司，江蘇蘇州 215100)

2020年3月1日，江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)《江蘇省城市自來(lái)水廠(chǎng)關(guān)鍵水質(zhì)指標(biāo)控制標(biāo)準(zhǔn)》(DB32/T 3701—2019)正式實(shí)施，該標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)江蘇省集中式飲用水源地原水水質(zhì)特點(diǎn)，提出了“不合格的水不出廠(chǎng)、不達(dá)標(biāo)的水不進(jìn)管網(wǎng)”的要求，在此基礎(chǔ)上，要求從供“合格水”向供“優(yōu)質(zhì)水”轉(zhuǎn)變，并明確了“正常時(shí)供優(yōu)質(zhì)水、應(yīng)急時(shí)供合格水”的具體目標(biāo)[1]。

2021年5月，蘇州市發(fā)布了《蘇州市高品質(zhì)供水三年行動(dòng)計(jì)劃》，明確提出“到2035年最終實(shí)現(xiàn)蘇州市全域高品質(zhì)供水”。各供水企業(yè)可根據(jù)供水現(xiàn)狀建設(shè)高品質(zhì)供水試點(diǎn)，形成可復(fù)制、可推廣、可持續(xù)的經(jīng)驗(yàn)。基于此，蘇州某供水企業(yè)根據(jù)轄區(qū)供水實(shí)際情況，劃定吳中東太湖片區(qū)作為高品質(zhì)供水示范區(qū)建設(shè)試點(diǎn)，并以其中的臨湖鎮(zhèn)作為先行啟動(dòng)區(qū)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)臨湖啟動(dòng)區(qū))。本文主要介紹了臨湖啟動(dòng)區(qū)概況以及目前建設(shè)情況，同時(shí)也探討了通過(guò)管道清洗實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)供水的可行性。

1 現(xiàn)狀供水水質(zhì)

客觀(guān)上，在經(jīng)過(guò)多年發(fā)展以后，供水行業(yè)已經(jīng)基本上建立了較為完善的從源頭到龍頭的飲用水水質(zhì)安全保障體系，自來(lái)水廠(chǎng)的處理工藝水平和供水水質(zhì)也有了大幅提升[2]。為保障轄區(qū)內(nèi)供水水質(zhì)安全、衛(wèi)生，提高供水品質(zhì)，蘇州某供水企業(yè)在參考國(guó)標(biāo)、省標(biāo)以及其他發(fā)達(dá)省市飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，提出了更嚴(yán)格的供水水質(zhì)內(nèi)控要求，例如出廠(chǎng)水渾濁度≤0.15 NTU、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)≤2.0 mg/L，管網(wǎng)水渾濁度≤0.3 NTU、CODMn≤2.2 mg/L。該供水企業(yè)下屬兩座水廠(chǎng)，分別記為老水廠(chǎng)和新水廠(chǎng)，供水規(guī)模分別為15萬(wàn)、40萬(wàn)m3/d，目前均已完成深度處理改造。兩座水廠(chǎng)有各自單獨(dú)的供水區(qū)域，但也有部分區(qū)域需要兩座水廠(chǎng)混合供水。該供水企業(yè)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，兩座水廠(chǎng)出廠(chǎng)水渾濁度基本在0.15 NTU以下，能達(dá)到公司內(nèi)控指標(biāo)。

雖然出廠(chǎng)水渾濁度能達(dá)到公司內(nèi)控要求，但是優(yōu)質(zhì)的出廠(chǎng)水在輸配過(guò)程中不可避免地會(huì)受到管網(wǎng)的二次污染，使得管網(wǎng)水水質(zhì)變差[3-5]。鑒于此，對(duì)供水區(qū)域內(nèi)管網(wǎng)水質(zhì)進(jìn)行了普查，共計(jì)434個(gè)檢測(cè)點(diǎn)。檢測(cè)結(jié)果表明，供水全域管網(wǎng)水渾濁度均在1.0 NTU以下；渾濁度在0.5 NTU以上的檢測(cè)點(diǎn)有5個(gè)，達(dá)不到《蘇州市生活飲用水水質(zhì)指標(biāo)限值》；渾濁度在0.3 NTU以上的檢測(cè)點(diǎn)有33個(gè)，達(dá)不到該供水企業(yè)內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)。

2 啟動(dòng)區(qū)概況

轄區(qū)部分供水區(qū)域需要老水廠(chǎng)和新水廠(chǎng)混合供水，管路情況較復(fù)雜，因此，在選擇啟動(dòng)區(qū)時(shí)首先考慮由某個(gè)水廠(chǎng)單獨(dú)供水，盡量減少影響管網(wǎng)水質(zhì)的外在因素，能更加客觀(guān)地追蹤檢測(cè)示范區(qū)建設(shè)過(guò)程中管網(wǎng)水質(zhì)改善情況。此外，還要考慮該啟動(dòng)區(qū)的行政區(qū)劃需較清晰，便于后續(xù)建設(shè)工程的開(kāi)展。基于此，該供水企業(yè)選擇供水區(qū)域內(nèi)靠近新水廠(chǎng)的臨湖鎮(zhèn)作為高品質(zhì)供水建設(shè)的先行啟動(dòng)區(qū)。

臨湖鎮(zhèn)位于蘇州市吳中區(qū)西側(cè)，臨近太湖，北至東太湖路，南至大缺港，冬至東山大道，西至環(huán)太湖路，行政區(qū)劃清晰，總面積約為54 km2，共包含44個(gè)小區(qū)、12個(gè)行政村，目前人口數(shù)量約為10萬(wàn)人。臨湖啟動(dòng)區(qū)飲用水主要由吳中新水廠(chǎng)供給，受水量約為2.5萬(wàn)m3/d。

2021年1月，以整個(gè)臨湖鎮(zhèn)內(nèi)各小區(qū)、行政村以及特殊管網(wǎng)點(diǎn)為對(duì)象，設(shè)置了60個(gè)水質(zhì)檢測(cè)點(diǎn)，對(duì)管網(wǎng)水水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，普查結(jié)果如表1所示。該鎮(zhèn)管網(wǎng)水渾濁度多處采樣點(diǎn)在0.3 NTU以上，其中4處渾濁度在0.5 NTU以上，雖然達(dá)到國(guó)標(biāo)GB 5749—2006的要求，但是未能完全達(dá)到《蘇州市生活飲用水水質(zhì)指標(biāo)限值》(管網(wǎng)水渾濁度≤0.5 NTU)以及該供水企業(yè)內(nèi)控要求(管網(wǎng)水渾濁度≤0.3 NTU)，達(dá)標(biāo)率僅為52%。CODMn可100%達(dá)到國(guó)標(biāo)GB 5749—2006的要求，但是僅70%達(dá)到內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)。

表1 臨湖片區(qū)管網(wǎng)水水質(zhì)普查結(jié)果Tab.1 General Survey Results of Pipelines Network Water Quality in Linhu Area

根據(jù)該供水企業(yè)對(duì)出廠(chǎng)水水質(zhì)每日兩次的檢測(cè)結(jié)果(上午、下午各一次)，2021年1月吳中新水廠(chǎng)出廠(chǎng)水渾濁度為0.06～0.13 NTU，平均渾濁度為0.10 NTU，由此可知臨湖片區(qū)管網(wǎng)水渾濁度遠(yuǎn)高于吳中新水廠(chǎng)出廠(chǎng)水渾濁度。

3 清洗方法的確定

目前，國(guó)內(nèi)水司實(shí)施管網(wǎng)水質(zhì)管理的最常用方法為管道清洗，而對(duì)一些管道清洗仍解決不了水質(zhì)問(wèn)題的老舊管道，則會(huì)進(jìn)行管道更新改造[6]。由以上分析可知，管網(wǎng)水水質(zhì)相對(duì)較好，管網(wǎng)水的渾濁度基本都在0.5 NTU以下，僅個(gè)別點(diǎn)位的管網(wǎng)水渾濁度在0.5 NTU左右。此外，該供水企業(yè)對(duì)臨湖啟動(dòng)區(qū)內(nèi)供水管道建設(shè)情況進(jìn)行了排查，大多數(shù)管道情況相對(duì)較好，且部分老舊管道之前已經(jīng)進(jìn)行了更換。鑒于以上兩點(diǎn)，并綜合考慮示范區(qū)建設(shè)周期、建設(shè)成本等因素，最終決定建設(shè)初期先對(duì)啟動(dòng)區(qū)內(nèi)市政供水管道及小區(qū)埋地管道進(jìn)行清洗，并在清洗管道的進(jìn)程中跟蹤檢測(cè)管網(wǎng)水渾濁度的變化，同時(shí)也探究了通過(guò)管道清洗實(shí)行高品質(zhì)供水的可行性。

供水企業(yè)最常用的管道清洗方法是單相水力沖洗法，但是該方法僅適用于給水管道內(nèi)壁僅存在松軟的積垢，對(duì)較堅(jiān)硬的生長(zhǎng)環(huán)沖洗效果不佳。此外，流速是影響水力沖洗效率最重要的參數(shù)，對(duì)于大口徑管道，提高流速較為困難，水力清洗效果不理想，且耗水量大。該供水企業(yè)通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料[7-10]以及咨詢(xún)其他供水企業(yè)管道清洗方法，重點(diǎn)比較了氣水脈沖清洗和冰漿清洗這兩種方法，并得出如下結(jié)論。采用氣水脈沖清洗管道，對(duì)水壓、氣壓、氣量的控制較重要：水量過(guò)大，無(wú)法形成湍流，不能形成噴砂效果；水量過(guò)小，易造成氣水分離，沖洗失敗；氣量越大效果越明顯，但是氣量越大，壓力越高，易造成管線(xiàn)破裂，需提前測(cè)試，尋找最佳水量、氣壓配合。冰漿清洗法則主要是以冰漿作為介質(zhì)來(lái)清洗管道，清洗前先將冰漿注入管道內(nèi)，然后利用上游市政水壓推動(dòng)冰漿向前移動(dòng)，在移動(dòng)時(shí)冰漿與管道內(nèi)壁發(fā)生碰撞及摩擦，使沉積物與附著物的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)遭到破壞而剝離管壁，這些物質(zhì)隨著冰漿向前移動(dòng)而排出管道，從而達(dá)到清洗管道的目的[10-12]。相比較而言，冰漿清洗操作較簡(jiǎn)單，噪音較小，施工時(shí)不需要開(kāi)挖管道，能快速恢復(fù)供水，對(duì)用戶(hù)的生活及生產(chǎn)影響較小，因此，最終選用冰漿清洗技術(shù)對(duì)啟動(dòng)區(qū)內(nèi)供水管道進(jìn)行清洗。

4 供水管道清洗過(guò)程及效果

臨湖啟動(dòng)區(qū)需清洗的市政供水管道和小區(qū)埋地管道統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示。臨湖啟動(dòng)區(qū)需冰漿清洗供水管道主要為球墨鑄鐵管和PVC管，管徑主要在100～600 mm，擬清洗市政供水管道長(zhǎng)度為141 405 m、小區(qū)埋地供水管道長(zhǎng)度為33 142 m，合計(jì)總長(zhǎng)度為174 547 m。

表2 臨湖啟動(dòng)區(qū)擬清洗的供水管道長(zhǎng)度Tab.2 Length of Water Supply Pipelines for Requiring Cleaning in Linhu Area

啟動(dòng)區(qū)內(nèi)進(jìn)行管道清洗時(shí)主要按照清洗效果好、停水影響小、停水時(shí)間短、不重復(fù)停水的原則，合理規(guī)劃管道清洗順序，科學(xué)編制管道清洗方案。冰漿清洗的工作程序包括資料收集、現(xiàn)場(chǎng)踏勘、方案編制、冰漿制備、設(shè)備準(zhǔn)備、清洗作業(yè)、成果檢驗(yàn)。具體清洗施工由第三方負(fù)責(zé)，清洗前的方案制定及現(xiàn)場(chǎng)勘察等工作由第三方和供水企業(yè)相關(guān)人員共同完成。

具體清洗方案的制定應(yīng)包括以下內(nèi)容：①冰漿清洗管道的基本狀況；②冰漿清洗作業(yè)的具體時(shí)間、影響供水范圍、客戶(hù)數(shù)量、停水時(shí)間、停水通知方式等；③冰漿清洗作業(yè)的具體流程和內(nèi)容；④冰漿清洗作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的人員分工及職責(zé)、具體操作內(nèi)容、操作時(shí)間、通訊方式等；⑤冰漿清洗作業(yè)的安全保證措施、水質(zhì)安全保障措施、突發(fā)情況應(yīng)急預(yù)案。

在采用冰漿清洗供水管道時(shí)，重點(diǎn)需要保證每次清洗管道所需冰漿用量及其濃度，冰漿加注量一般為待清洗管道容積的20%，具體可根據(jù)綜合條件確定；此外，需保證管內(nèi)沖洗流速不小于0.2 m/s，上游市政水壓宜在0.2～0.4 MPa。

自2021年1月開(kāi)始，供水企業(yè)開(kāi)始對(duì)臨湖啟動(dòng)區(qū)內(nèi)埋地供水管道進(jìn)行冰漿清洗。綜合考慮給水管道主干、分支以及小區(qū)、村落等的位置布局，逐步推進(jìn)啟動(dòng)區(qū)內(nèi)供水管道清洗工作。截至2021年9月底，已對(duì)片區(qū)內(nèi)多條市政管道及小區(qū)埋地供水管道進(jìn)行了冰漿清洗，已清洗供水管道總長(zhǎng)度約為100 km，接近全部待清洗管道的1/2，管道清洗效果十分顯著，清洗廢水最高渾濁度超過(guò)4 000 NTU，平均沖洗沉積物量超過(guò)20 kg/km。

2021年7月，在臨湖啟動(dòng)區(qū)內(nèi)使用冰漿清洗技術(shù)清洗部分市政及小區(qū)埋地管道后，對(duì)相同的60個(gè)水質(zhì)檢測(cè)點(diǎn)，再次進(jìn)行渾濁度指標(biāo)的檢測(cè)。前后兩次渾濁度檢測(cè)結(jié)果對(duì)比如表3和圖1所示。經(jīng)過(guò)冰漿清洗部分管道后，管網(wǎng)水的渾濁度平均值降低0.15 NTU，降幅約為48%，56個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的水質(zhì)得到提升。

表3 部分管道清洗前后管網(wǎng)水渾濁度變化Tab.3 Change of Turbidity in Pipelines Network before and after Some Pipelines Cleaning

由圖1可知，經(jīng)過(guò)冰漿清洗部分供水管道后，管網(wǎng)水渾濁度大幅度降低，目前管網(wǎng)水渾濁度大部分在0.1～0.2 NTU，僅有3個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的管網(wǎng)水渾濁度在0.3 NTU以上(0.32、0.33、0.37 NTU)，管網(wǎng)水質(zhì)明顯改善。待片區(qū)內(nèi)其余未清洗管道全部清洗完畢后，管網(wǎng)水質(zhì)會(huì)進(jìn)一步提升，管網(wǎng)水渾濁度可以全部降到0.3 NTU以下。這也表明，通過(guò)管道清洗實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)供水具有一定的可行性。

5 結(jié)論

(1)蘇州某供水企業(yè)劃定吳中東太湖片區(qū)作為高品質(zhì)供水示范區(qū)建設(shè)試點(diǎn)，并以其中的臨湖鎮(zhèn)作為啟動(dòng)區(qū)先行建設(shè)。本文介紹了臨湖啟動(dòng)區(qū)的概況，包括水質(zhì)情況、管道建設(shè)情況，并提出采用冰漿清洗技術(shù)清洗市政供水管道和小區(qū)埋地管道。通過(guò)冰漿清洗部分供水管道后，管網(wǎng)水渾濁度平均值降低0.15 NTU，降幅約為48%，56個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的水質(zhì)得到提升，清洗后管網(wǎng)水渾濁度大部分在0.1～0.2 NTU，僅有3個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的管網(wǎng)水渾濁度在0.3 NTU以上(0.32、0.33、0.37 NTU)，管網(wǎng)水質(zhì)明顯改善。待片區(qū)內(nèi)其余未清洗管道全部清洗完畢后，管網(wǎng)水質(zhì)會(huì)進(jìn)一步提升，管網(wǎng)水渾濁度可以全部降到0.3 NTU以下。

(2)實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)供水是一個(gè)持續(xù)性的系統(tǒng)化工作，供水管道清洗只是其中一個(gè)方面。后續(xù)還將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上加強(qiáng)水質(zhì)檢測(cè)管理，加密在線(xiàn)及人工水質(zhì)檢測(cè)點(diǎn)的布設(shè)；開(kāi)展用戶(hù)內(nèi)部管道調(diào)研，避免管道混接；開(kāi)展正面宣傳，加深用戶(hù)對(duì)高品質(zhì)飲用水的認(rèn)識(shí)，并加強(qiáng)用戶(hù)內(nèi)部供水管道設(shè)計(jì)選材及定期清洗維護(hù)的引導(dǎo)。