城市供水管網水質異常情況分析及應對方案

韓新盛，楊宏娟，宋云，靳千千

（1.中鐵水務集團有限公司，陜西 西安 710000；2.銀川中鐵水務集團有限公司，寧夏 銀川 750021）

供水管網是城市的生命線，管網水質安全直接影響著居民飲用水的安全和城市社會的穩定[1]。隨著供水企業生活飲用水生產工藝的不斷改進及完善，出廠水的水質均明顯提升，為滿足用戶終端用水安全提供了有效保障，但是即使出廠水完全滿足國家《生活飲用水衛生標準》，進入管網后水質仍會出現異常情況。一方面，由于供水管網系統錯綜復雜，在輸配水的過程中，出廠水將受到水壓、管材、流速、市政工程等諸多因素的影響，導致水質發黃、發黑等異常情況出現；另一方面，城市供水管道老化、爆管、漏損等問題日漸增加，造成終端用戶飲用水色度、渾濁度超標。

水質異常問題通常發生在老舊管道密集、供水管網末梢等水循環較差、管網材質老齡化等區域，為了改善水質，通常定期對管網進行沖洗，水質特征變化較為明顯。為避免引發二次污染，必須建立完善的水質異常應對沖洗方案，以確保城市居民用水安全。目前，中國相關規范明確規定了沖洗供水管道的要求，即按照流速不小于1.0 m/s 沖洗，直至水質達標[2]。本文對沖洗管網的水樣進行檢測，結合實際情況探究沖洗管網水質變化特征，以確定合理的應對方案。

自2018 年3 月起，北方某城市（以下簡稱“A 市”）某水廠所供水區域內A 小區出現水質發黃、發黑問題，B、C、D 等周邊小區均相繼出現不同程度的水質色度、渾濁度超標等異常情況。本文為確保該區域水質恢復正常狀態，結合以往管網沖洗經驗、用戶投訴反饋意見、管網水力條件、原水水質情況等因素，將采用水廠保障水壓水量、管網現場推進沖洗、營銷入戶解釋、水質監測現場反饋檢測數據多方聯動的方式對用戶投訴區域進行管網沖洗，沖洗完成后水質異常區域水質已恢復正常。

1 管網水質異常應對方案

1.1 系統全壓推進式沖洗

1.1.1 管網沖洗的目的

在制定管網沖洗方案前，應明確管網沖洗的目的。為確保供水管網水質安全，控制濁度指標可為針對性地提出有效控制濁度的措施提供理論依據[3]。本次沖洗主要目的為改善水質異常區域內水質渾濁度、色度超標等問題。

1.1.2 沖洗方法的選擇

本次管網沖洗結合城市管網的結構、材質、管道內壁附著物、微生物穩定性、化學穩定性等因素，選擇系統全壓推進式沖洗，主要是對水質異常區域內2 根供水DN800 的干管進行全壓推進式沖洗，對2 根供水干管進行推進式清洗，一段沖洗合格后，推進至下一管段。城市管網系統中水質異常區域內進行全覆蓋清洗時常使用該沖洗方式，可長期改善管網系統水質，以期達到保持余氯質量濃度、去除管壁附著物、降低消毒副產物質量濃度及盡量避免用戶投訴等目的。

1.1.3 確定沖洗目標

在確定沖洗目標前，應該先掌握翔實的管道材質、管徑和使用年限等，根據既有沖洗案例、經驗及用戶投訴記錄、當前管網水量、水壓數據等，查明常規狀態下的流向與途徑。

對涉及多種壓力供水區或多種模式供水區域的管網，應該充分了解其壓力調節系統。同時，還需要了解是否具備排放條件，以便確定管網沖洗水的排放方式。

由于長時間沖洗管網，大管徑閥門啟閉時間長，資金耗費較大，一般可根據自身管網狀態設定全面沖洗的頻率。

隨著居民對水質情況的關注及相關供水、水質常識的普及，有效投訴在管網沖洗方案制訂等方面發揮著重要作用。為此需詳細記錄用戶的投訴內容，以利于制訂合理的解決方案。

1.1.4 確定沖洗參數

干管沖洗流速宜大于等于1.2 m/s，水壓大于等于138 kPa。如有些管網老化，則需適當降低沖洗流速和壓力，防止因破損而增加維修費用。沖洗水量可參考表1（中國給水排水）。

表1 沖洗水流量

1.1.5 輿論宣傳工作

沖洗前可通過各種有效途徑，如微信公眾號、微博、小區公示、業主群公示等告知用戶，讓用戶理解沖洗的意義與可能發生的水質波動。沖洗后及時進行回訪，并記錄相關有效回訪記錄，作為管網沖洗的資料存檔。

1.2 水樣采集及檢測

1.2.1 水樣采集

為確保實時監控管網沖洗效果，將選取沖洗區域下游為排水點，取樣頻次由管網沖洗時間及監測數據決定。全程跟進管網沖洗，為沖洗團隊提供水質檢測技術服務，在不同布點、不同時間段，采集實時沖洗水樣進行色度、渾濁度、肉眼可見物、嗅味的檢測，并及時與沖洗參與人員就檢測指標與沖洗效果的關系進行合理推斷，大致判斷管網沖洗的現場效果。

1.2.2 分析方法

濁度分析采用HACH 2100 AN 型便攜式濁度儀，色度分析采用鉑鈷比色法，鐵、錳檢測采用contr AA300 原子吸收光譜儀。

1.3 多種途徑實時反饋

在沖洗管網的同時，水廠、管網、水質檢測、用戶末端、網絡實時投訴量均有反饋。水廠增壓，保障管網系統全壓沖洗，涉及區域居民用水量激減或停水，部分居民家中出現黃水時間與管網沖洗導致的壓力波動時間相差不大，在管網沖洗團隊系統全壓推進式沖洗完成，并反復鞏固，經水質檢測人員現場檢測后，營銷售后服務人員立即進入主要水質異常進行小區現場回訪調查，網絡實時投訴量下降，大多數投訴用戶保持冷靜觀察的態度，待家中水質改善后，并未進行后續投訴。

2 結果與分析

2.1 水質因素對水質異常的影響

2.1.1 鈣、鎂離子

水中鈣、鎂離子，容易和碳酸根離子結合形成難溶于水的碳酸鈣和氫氧化鎂，即水垢沉渣。水對金屬管道內壁進行化學腐蝕和電化學腐蝕，在管道內壁形成氧化物沉淀。

2.1.2 鐵、錳

鐵和錳對水的感官性狀影響類似。一般以溶解性的鐵化合物形式存在。當pH 值大于7 時，三價鐵幾乎微溶，故水中以二價鐵為主，含二價鐵的水體外觀清澈，一旦進入管網會被氧化成三價鐵，使水出現鐵銹色。同時，在鐵質水管中生長繁殖的鐵細菌是一種在二價鐵氧化成三價鐵過程中獲得能量的菌落，在水中能使亞鐵化合物氧化生成三價的氫氧化鐵沉淀，消毒劑無法殺滅，沉淀物將聚集在細菌周圍而產生黏泥，導致管道的不規則點蝕和銹瘤形成，進而縮短使用壽命。錳的化合物也會和鐵一起在水管內壁逐步沉積產生“鐵錳瘤菌”，水壓波動脫落時會造成水質異常。

2.1.3 天然腐殖酸

腐殖酸大部分為降解反應，也有一部分天然腐殖酸類容易與金屬離子發生絡合反應。腐殖酸通過羥基、磺酸基等多種基團與有機物進行結合，同時又具有疏松的“海綿狀” 結構和巨大的比表面積，通過吸附、脫附、生物富集等過程，進而影響有機物和金屬離子在水體中的遷移轉化。天然水體中色度的形成，有一部分原因也是由水體中的腐殖酸引起的。

2.1.4 管網生長環

在城市管網系統中，由于各種化學、物理、微生物等的常年互相作用，在管道內壁將逐漸形成不規則的環，稱為生長環。較成熟的生長環性質相對穩定，但是若水力條件變化頻率高，則會促進生長環脫落并進入管網水中，造成水質波動。因清洗后緩慢抑制了鐵、微生物及HPC（異養菌數量）等的增長速度，管道水質可明顯變好，但是沖洗后的管網在此投入使用后仍然會再次產生新的生長環。

2.2 管網沖洗水質變化特征

通常評價沖洗效果的現場檢測指標為渾濁度、色度和臭味。城市管網系統運行狀況不佳，導致渾濁度、色度增加，甚至出現異臭異味現象。在對管網進行沖洗時，水體顏色改變并伴有渾濁，同時會出現不同程度的鐵腥味，因此，在監測渾濁度、色度的同時還應對水中的鐵、錳質量濃度進行檢測。沖洗結束后，渾濁度、色度恢復正常狀態，則達到了預期的沖洗效果。為了查明水質異常情況的發生原因，沖洗前在管網管道內壁放入機器人探查干管內壁情況，視頻實時反饋回的影像資料可以看到管壁附著物及腐蝕情況，現場用毛線手套提取管壁左、右、上部的附著物，回實驗室做成分檢測分析。檢測數據詳情如表2 所示。

表2 沖洗管網水質檢測數據匯總表

由表2 可知：①由于沖洗前出廠水經城市管網系統輸配送后水質出現發黃、發黑、有雜質等異常情況，化學指標表現為管網水的渾濁度、色度增加，經過系統全壓推進式管網沖洗后，水的渾濁度、色度、嗅味得到控制，則沖洗取得了預期效果。各個排水點的色度、渾濁度均出現下降趨勢，異常情況得到控制。這是由于附著在管網管壁上的松散沉積物、泥沙、生物膜、腐蝕產物等經過高流速水流被沖洗下來。雖然沖洗后預期效果良好，但是由于高流速的水流打破了原有管道內壁的平衡，短期內將不能達到穩定狀態。為長期效果考慮，采用系統全壓推進式沖洗方式能夠使渾濁度、色度維持正常狀態。②利用機器人探測管道內壁，取回的附著物經酸溶解后檢測鐵、錳的質量濃度，與該點管道內正常過水鐵、錳的質量濃度檢測結果比對，相關性指征顯著。③在沖洗管道過程中，水質常常出現渾濁、顏色改變，因此本次沖洗在原有沖洗效果檢查指標基礎上增加鐵、錳質量濃度檢測。每個排水點的鐵、錳質量濃度不穩定。個別排水點的鐵、錳質量濃度隨著沖洗時間的推移出現先降低后升高的趨勢。可能是由于在沖洗管道時，高速水流將表層沉積物沖洗掉，但是隨著沖洗時間延長將繼續沖洗掉管道表層的沉積物造成的。因此，管網沖洗時應該結合鐵、錳質量濃度，使其達到平衡、穩定狀態，制定合理的管網沖洗時間。

3 結論

通過采取水廠保障水壓水量、管網系統全壓推進式管網沖洗、多途徑實時反饋、水質監測現場反饋檢測數據多方聯動的形式對用戶投訴區域進行管網沖洗，能夠達到改善輸配水管網水質的效果。

系統全壓推進式管網沖洗方式能夠將附著在管網管壁上的松散沉積物、泥沙、生物膜、腐蝕產物等沖洗下來。沖洗后，渾濁度和色度均明顯下降，能夠有效改善水質。

對2 根供水干管進行推進式清洗，一段沖洗合格后，再推進至下一管段。該沖洗方式可避免由于傳統沖洗方式造成的沖洗不徹底、周期性復沖洗等問題發生，且可改善水質。

利用機器人探測管道內壁，取回的附著物經實驗室分析檢測鐵、錳質量濃度，與該點管道內正常過水鐵、錳質量濃度檢測結果比對，相關性指征顯著。

在沖洗管道過程中，應與水質監測形成聯動機制，綜合考慮水質異常水體中色度、渾濁度、鐵、錳質量濃度等狀況，使其質量濃度達到平衡、穩定狀態，制定合理的管網沖洗時間。

由于用戶的反饋直接反映管網水質存在的問題，將以用戶投訴情況作為管網沖洗區域的依據。在管網沖洗過程中應與該區域用戶進行詳細交流，對反饋信息進行詳細記錄，以便提出針對性的解決方案。

本次水質異常可以考慮之前因部分水質異常小區供水模式、城市供水管網沖洗壓力波動，以及沖洗不徹底導致的水質異常問題一直存在于管網系統內部。