用戶端自來水管道污染現狀及治理前景

廖玉斌，金宏浩，陳戰利，范 凌，唐詩輝

(南昌大學，江西 南昌 330031)

0 前 言

自來水廠的出水水質決定了人民是否能正常進行生產生活。盡管自來水廠擁有成熟、先進的飲用水處理工藝，能夠使出廠水的水質達到一定標準。但是，在供水的過程中，供水管道存在管道的銹蝕、生物膜的附著和沉積物的堆積等問題，致使最終輸入到用戶端的自來水水質下降。

近年來，龍頭水出水水質問題逐漸受到人們的關注，而在眾多的水質指標中，自來水的嗅、色、味是引發用戶投訴的三大主要原因。為了有效解決自來水在在供水管網中的二次污染問題，應從多方面入手，在分析管道二次污染成因的同時探索新型管道清潔技術，通過有效的清潔方法去除管道中的污染物質，從而解決管網供水的二次污染問題。管道清洗不僅能解決管道污染造成水體色、嗅、味惡化的問題，而且能清除管壁上附著的水垢和鐵銹，增大管道的水力半徑，使管道輸水能力得到一定程度的恢復，同時能減少管道漏損的發生，延長管道使用壽命。

對于不同類型的供水管道，需要選用不同的管道清洗方法。這主要取決于管道的類型、污垢性質、清洗工藝以及環境條件；同時要考慮管道清洗效率、施工成本、工作清洗過程的復雜程度等因素。本文分析了用戶端供水管網的污染現狀，介紹對比了幾種傳統的管道清潔方法，分析傳統清管技術存在的問題，同時提出了兩種先進的管道清理技術。最后對用戶端管道清理技術的發展前景進行了總結。

1 用戶端供水管網的現狀分析

水管的清潔是影響城市飲用水衛生健康的一個非常重要的環節，而該環節卻經常不被受到重視。管道的清潔度很大程度上決定了自來水的水質，而且決定了用戶的用水體驗。對于住宅用水用戶來說，用戶端管道系統的清潔度會影響龍頭水的水質及末端的出水水壓；而對于生產企業單位來說，管道的清潔度和水質狀況會影響輸送到生產車間以及企業的用水安全和生產生活。因此，用戶端管網的清潔是非常有必要的。

從自來水廠到用戶端出水口途徑兩類管網，即市政供水管網和用戶供水管網。市政供水管網多為環狀網，而用戶供水管網多為支狀網。這兩類管道在長期的輸水作業中會產生一定程度的污染。但是在通常情況下，自來水公司都會定期對市政管道進行專業的清理。并且由于市政管道管徑、流量、流速大，且流入的水體一直處于流動狀態、水質較好的原因，其并不容易形成污染。而在用戶端管網系統中，由于輸入到用戶端的水管管徑小、流量低、流速小、末端管網為支狀網的原因，管網末端的水體經常處于非流動狀態，而龍頭存在大量空氣滲入，因此，用戶端自來水管網往往成為生物膜生長繁殖的溫床、鐵銹污垢形成的主要場所。

目前，用戶端供水管網采用的管道主要有球墨鑄鐵管、鍍鋅鐵管(鋼管)、灰鑄鐵管和PVC管等無內襯管道[1]。由于用戶端配水管道大都埋入建筑墻體內部，管道分布錯綜復雜，給水附件繁多，因此，對用戶端管道進行清潔與更換的難度較大。常年使用的管道得不到清潔與更換，其管壁上累積了各種微生物膜、水垢與鐵銹，流經的自來水難免會受到二次污染，造成末端水水質惡化。當管內水的流速、流量或流向突然發生變化時，管道內壁壓力增大，將導致部分沉積物脫落，引起出水的色、嗅、味改變。在水壓突變的情況時，甚至會出現爆管現象，造成停水事故。這一系列的問題都將對用戶的生產生活造成影響。

2 傳統管道清潔技術

現階段的管道清洗技術主要包括液體沖洗、氣-液沖洗、化學清洗技術、機械清洗、高壓水射流技術等。

2.1 液體沖洗技術

液體沖洗是最簡單原始的管道清洗技術。通過向管道中不斷注入干凈的水，在水流的沖刷作用下，附著在管壁的松散沉積物被沖散破壞，這種技術可以在一定程度上清潔管道表面粗糙的污垢和鐵銹。液體沖洗的本質即用干凈的水代替受污染的水。但是液體沖洗存在較大的局限性，其無法有效清除管壁上的硬垢和生物膜。此外，要完成對整個用戶端供水管網的沖洗需要消耗的大量水資源，造成水資源的大量浪費。

2.2 氣液沖刷技術

氣液沖刷技術指交替通入空氣-水-空氣混合柱到管道中，混合空氣柱在管道中形成湍流以沖刷管道內壁，將沉積物沖出管道。首先，液體與空氣交替沖刷，空氣柱對管壁的摩擦很小，使得整個氣液柱能具有很高的移動能力。其次，氣液混合柱以排布的方式穿過管道，具有不同密度的兩種流體達到排放噴嘴，流體柱反復加速和減速交替沖擊管壁，能有效去除粗糙管壁上的松散沉積物和粗糙軟膜[2]。氣液沖刷技術的適用性較廣，可用于各種管道的清洗，相比純液體沖洗技術，可大大減少其水的消耗量，但是操作更為復雜。相較于純液體沖刷技術，管壁上光滑生物膜和硬垢的清除率并沒有顯著提高。

2.3 化學清洗技術

化學清洗技術是一種抑制有機酸和其他化學物質通過封閉的管道回路泵送的方法，這些化學物質可以軟化和溶解管道中的礦物質和部分生長環[3]。化學清洗技術中，常使用磷酸鹽類緩蝕劑等化學物質對管道污染物進行處理，存在磷酸鹽化學殘留的問題，因此，本方法并不適用于用戶端自來水的管道清潔。

2.4 機械清洗技術

機械清洗技術主要為機械刮除，通過向管道中加入表面粗糙顆粒如碳化物帶、塑料球或鋼絲球，利用其表面粗糙的性質，與管壁發生摩擦從而實現對管壁的清潔；另一種較為常見的機械清洗技術為PIG也稱管道豬，在使用PIG清管器是，水壓推動PIG在管道內前進，利用機械對管壁的剪切力來實現對內壁上的纖維物質和水垢的刮除。此外，還可采用球清洗技術，球清洗技術即利用水在膨脹的橡膠球周圍流動，在關閉表面附近產生高速射流，在管道中沖刷生物膜或軟垢[4]。機械清洗技術相較于前文所述幾種技術，可明顯去除更多的沉積物和生物膜，但用戶端管網錯綜復雜，使用該技術存在工程量巨大且繁瑣、成本高，不易將器械從管道中取出等明顯缺點。

2.5 小 結

管道清洗能清除管道中的鐵銹沉積物、微生物膜，同時恢復管道輸水能力。傳統的管道清洗方法中，液體沖洗和氣-液沖洗效率低下且浪費水資源，化學沖洗會損傷管道和污染飲用水，機械清洗無法適應變化錯綜復雜的供水管網和管道附件，其在管道中的移動能力欠缺。因此，探索新型的用戶端管道清洗技術具有顯而易見的必要性。

3 新型管道清潔技術

管道清洗技術需要不斷探索，不斷創新。隨著科學技術的發展與人工智能的普及，管道清潔技術也將迎來技術革新。傳統的清管技術都存在一定的缺點，同時具有一定的適用局限性。數控脈沖技術與冰漿清洗技術是兩種新型的管道清潔技術，具有較高的應用前景。

3.1 數控脈沖技術

數控脈沖管道清洗技術是指以空氣-水混合物為流體介質，利用臺風形成原理使混合介質高速旋轉進入管道中，通過數控電磁高頻脈沖儀控制，使氣-水介質形成高速旋轉射流，可控脈沖形成物理波進而對管壁上的銹蝕和沉積物進行沖刷和切削，從而使管壁沉積物清除[5]。這種技術只需利用原有管道設備進行施工，不需對管道進行打孔、開挖，可適用于不同管徑、不同角度的管道，對復雜的管網有很好的適用性。同時還具有安全、環保、施工量小、成本低的優勢。

3.2 冰漿清洗技術

冰漿清洗技術是一種新型的管道清洗技術，能夠較好地克服傳統清管技術存在的清潔效率低、成本高、操作復雜等問題。冰漿清洗技術是指將冰晶顆粒和水以一定比例混合制成冰漿灌入管道中，冰漿在管道中蠕動，具有較高的移動性能[6]。冰漿具有一定的黏性與粗糙度，在冰漿通過管道時，冰漿可以吸附和刮除管壁上附著的微生物膜及沉積物，而粘在管壁上的冰晶最終將融化形成水從管道中排出。不同比例的冰晶與水混合物具有的粗糙性與移動性能存在差異，而正是這種差異性使得冰漿在面對不同材質的管道時具有廣泛的適用性。這種技術具有高清潔型與高適用性，同時冰水混合物還具有可泵送的優點。這使得冰漿清潔技術具有較好的應用前景。

4 用戶端管道清潔技術的前景展望

自來水是人們生活必不可少的水資源。用戶端管網相較于市政管網，由于長期的使用與缺乏維護等原因，管道中將不可避免地將產生污染物質沉積現象，管壁形成微生物膜、鐵銹，造成管網末端水質二次污染、管徑變小和管網漏損等問題。因此，定期對用戶端管道進行檢測、維護、清洗，對提高人們的健康生活水平，實施可持續發展戰略，都具有重大的現實意義。傳統的管道清潔技術并不能有效地實現對用戶端自來水管網的清理，研發新型管道清潔技術已經刻不容緩，實現智能化、機械化的用戶管道清潔也將成為供水行業的新興技術。

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