氣水脈沖沖洗技術在天津市農村集中供水管網污染處理中的應用

張艷芬，袁 杰，于 謐，原鵬飛

（1.天津市水利科學研究院，天津 300061；2.天津市水利勘測設計院，天津 300204）

農村集中供水管網受使用年限、水源水質等影響，管道內極易形成銹垢、沉積物等污染物，嚴重影響農村居民飲水安全。目前，國內外清除供水管道內污染物的主要方法是沖洗管網，有高壓水沖洗法、氣水脈沖沖洗法、機械刮管清洗法等[1-3]。

為保障天津市農村居民的飲水安全，筆者對天津市農村集中供水管網污染情況進行了調研和分析，開展了氣水脈沖沖洗農村集中供水管網的試驗研究，以期指導天津市農村集中供水管網清洗工作。

1 污染調查與原因分析

1.1 污染調查

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

通過對天津市農村集中供水管網污染情況現場實際調查發現，使用年限超過5年的塑料管網，局部管網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，沿著管壁四周易均勻地附著黏附性較強的污染物。

選擇武清區大堿廠2006年飲水安全工程改造的一段PP管網進行現場切割發現：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現，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1～2 mm砂狀顆粒物和極細懸浮顆粒物，有較薄的片狀結構疏松物。污染原因具體分析如下：

（1）電化學腐蝕。由于集中供水廠清水池、金屬閥門、配件等供水設施本身含有雜質，金屬與雜質之間存在著不同的電極電位，這樣在水的作用下會形成無數微腐蝕原電池，在電化學作用下對供水管道內壁造成腐蝕，進而形成化學腐蝕物。

（2）化學沉淀。對于飽和指數（LSI）＞0 和穩定指數（RSI）＜6的不穩定水質，會產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。《生活飲用水衛生標準》（GB 5749-2006）規定，出廠水渾濁度不超過3NTU。即使在這樣的水質條件下，出廠水中還是含有一定量的致濁物，在低流速時可能導致沉積。同時，管壁附著的細菌等微生物極易發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）水力運行狀態。當供水管網水力運行狀態發生改變，如檢修閥門、更換管道或當流速突然增大時，污染物就會從管道內壁脫落而進入水中，從而影響水質，當腐蝕較嚴重時易出現水質事故。

綜上所述，管壁污染物是水中金屬和雜質電化學腐蝕、鈣鹽和鎂鹽化學沉淀、水中懸浮物物理沉積及水中細菌等微生物腐蝕造成的，是管網與水質發生的一系列物理腐蝕、化學腐蝕、電化學腐蝕、微生物腐蝕等綜合作用的結果。

1.3 管網污染的預防和根治

供水管道內壁出現污染物后，會逐漸降低管道的供水能力，污染供水水質，破壞管道的機械強度，造成較大的危害。為盡可能減小管道污染物的危害性，要對其進行預防和根治。

（1）從預防角度講，加強供水設施、供水管道的日常管理和定期維護，選擇材質好、可靠的管件、管材。

（2）從根治角度講，可更換新的管道，或對舊有管道進行管道沖洗。

2 氣水脈沖清洗管網污染技術實驗

2.1 基本情況

本試驗選在武清區大堿廠，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，管網使用年限為8年。

2.2 沖洗原理

水在圓形管道中的流態有層流和紊流兩種，給水管網內水流一般都是紊流。氣水脈沖沖洗給水管道就是利用空氣的可壓縮性，在計算機和電磁閥的控制下，使高壓空氣以一定的頻率進入給水管道內，在管內形成間斷的氣水流，隨著空氣的壓縮和擴張，使管內的紊流加劇，水流的剪切應力增大，在剪切應力的作用下，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，進行加氣點安裝和排污管線連接（排污管采用50 mm耐壓膠管，每根長度10 m，連接端均安裝50 mm法蘭）。

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

（3）啟動氣脈沖發生器和空氣壓縮機，調整氣脈沖發生器，氣壓在初期階段控制在0.2 MPA，然后逐漸調整至0.35～0.6 MPA。經過10 min 加氣后在排污口處形成脈沖波式排水，出現噴砂效果，管線內結垢物、沉積物被逐漸沖刷脫落排出。整個沖洗過程耗時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）沖洗前后水質情況。污染管網沖洗前后的水質指標對比，見表2。

表2 受污染管網沖洗前后水質對比

由表2可知，受污染管網沖洗后，各項水質指標有了大幅度的改善，菌落總數降低了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，使水質得到明顯改善，減輕了水質的二次污染。

（2）沖洗前后管壁厚度。使用游標卡尺測量沖洗前后管壁的厚度，進行對比。該管線投產時間8年，腐蝕嚴重。

表3 受污染管網沖洗前后管壁厚度對比

由表3可知，沖洗前的管壁平均厚度達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，過水斷面明顯增加，但管壁被化學腐蝕后最里層附著的黃色黏性極強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地色度較高地下水體的化學和電化學腐蝕作用下形成的。

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與電化學腐蝕物很難復原。但是，即便管壁無法由發黃狀況恢復到出廠狀況，該項技術對水質的改善效果還是很明顯的。

3 結論

氣水脈沖沖洗技術具有操作簡單、不破壞管網系統、不使用任何化學藥劑、沖洗效果好等優點，可以有效地清除供水管線內部的沉積物、水垢物和生物膜，可以減輕管網水質的二次污染，在天津市農村集中供水工程管網清洗工作中是一項值得推廣的技術措施。

[1]鄭亮，劉先銀.機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用[J].清洗世界，2006，22（4）：10-14.

[3]宋安坤.大慶供水管網氣水脈沖技術研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2007.