用戶端自來水管道污染現(xiàn)狀及治理前景

廖玉斌，金宏浩，陳戰(zhàn)利，范 凌，唐詩輝

(南昌大學(xué)，江西 南昌 330031)

0 前 言

自來水廠的出水水質(zhì)決定了人民是否能正常進(jìn)行生產(chǎn)生活。盡管自來水廠擁有成熟、先進(jìn)的飲用水處理工藝，能夠使出廠水的水質(zhì)達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)。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(zhì)下降。

近年來，龍頭水出水水質(zhì)問題逐漸受到人們的關(guān)注，而在眾多的水質(zhì)指標(biāo)中，自來水的嗅、色、味是引發(fā)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(wǎng)中的二次污染問題，應(yīng)從多方面入手，在分析管道二次污染成因的同時(shí)探索新型管道清潔技術(shù)，通過有效的清潔方法去除管道中的污染物質(zhì)，從而解決管網(wǎng)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(fù)，同時(shí)能減少管道漏損的發(fā)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(zhì)、清洗工藝以及環(huán)境條件；同時(shí)要考慮管道清洗效率、施工成本、工作清洗過程的復(fù)雜程度等因素。本文分析了用戶端供水管網(wǎng)的污染現(xiàn)狀，介紹對比了幾種傳統(tǒng)的管道清潔方法，分析傳統(tǒng)清管技術(shù)存在的問題，同時(shí)提出了兩種先進(jìn)的管道清理技術(shù)。最后對用戶端管道清理技術(shù)的發(fā)展前景進(jìn)行了總結(jié)。

1 用戶端供水管網(wǎng)的現(xiàn)狀分析

水管的清潔是影響城市飲用水衛(wèi)生健康的一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，而該環(huán)節(jié)卻經(jīng)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(zhì)，而且決定了用戶的用水體驗(yàn)。對于住宅用水用戶來說，用戶端管道系統(tǒng)的清潔度會(huì)影響龍頭水的水質(zhì)及末端的出水水壓；而對于生產(chǎn)企業(yè)單位來說，管道的清潔度和水質(zhì)狀況會(huì)影響輸送到生產(chǎn)車間以及企業(yè)的用水安全和生產(chǎn)生活。因此，用戶端管網(wǎng)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(wǎng)，即市政供水管網(wǎng)和用戶供水管網(wǎng)。市政供水管網(wǎng)多為環(huán)狀網(wǎng)，而用戶供水管網(wǎng)多為支狀網(wǎng)。這兩類管道在長期的輸水作業(yè)中會(huì)產(chǎn)生一定程度的污染。但是在通常情況下，自來水公司都會(huì)定期對市政管道進(jìn)行專業(yè)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(dòng)狀態(tài)、水質(zhì)較好的原因，其并不容易形成污染。而在用戶端管網(wǎng)系統(tǒng)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(wǎng)為支狀網(wǎng)的原因，管網(wǎng)末端的水體經(jīng)常處于非流動(dòng)狀態(tài)，而龍頭存在大量空氣滲入，因此，用戶端自來水管網(wǎng)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(wǎng)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(nèi)襯管道[1]。由于用戶端配水管道大都埋入建筑墻體內(nèi)部，管道分布錯(cuò)綜復(fù)雜，給水附件繁多，因此，對用戶端管道進(jìn)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(jīng)的自來水難免會(huì)受到二次污染，造成末端水水質(zhì)惡化。當(dāng)管內(nèi)水的流速、流量或流向突然發(fā)生變化時(shí)，管道內(nèi)壁壓力增大，將導(dǎo)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(shí)，甚至?xí)霈F(xiàn)爆管現(xiàn)象，造成停水事故。這一系列的問題都將對用戶的生產(chǎn)生活造成影響。

2 傳統(tǒng)管道清潔技術(shù)

現(xiàn)階段的管道清洗技術(shù)主要包括液體沖洗、氣-液沖洗、化學(xué)清洗技術(shù)、機(jī)械清洗、高壓水射流技術(shù)等。

2.1 液體沖洗技術(shù)

液體沖洗是最簡單原始的管道清洗技術(shù)。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(shù)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(zhì)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(gè)用戶端供水管網(wǎng)的沖洗需要消耗的大量水資源，造成水資源的大量浪費(fèi)。

2.2 氣液沖刷技術(shù)

氣液沖刷技術(shù)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(nèi)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(gè)氣液柱能具有很高的移動(dòng)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(dá)到排放噴嘴，流體柱反復(fù)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(shù)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(shù)，可大大減少其水的消耗量，但是操作更為復(fù)雜。相較于純液體沖刷技術(shù)，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(xué)清洗技術(shù)

化學(xué)清洗技術(shù)是一種抑制有機(jī)酸和其他化學(xué)物質(zhì)通過封閉的管道回路泵送的方法，這些化學(xué)物質(zhì)可以軟化和溶解管道中的礦物質(zhì)和部分生長環(huán)[3]?；瘜W(xué)清洗技術(shù)中，常使用磷酸鹽類緩蝕劑等化學(xué)物質(zhì)對管道污染物進(jìn)行處理，存在磷酸鹽化學(xué)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(jī)械清洗技術(shù)

機(jī)械清洗技術(shù)主要為機(jī)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(zhì)，與管壁發(fā)生摩擦從而實(shí)現(xiàn)對管壁的清潔；另一種較為常見的機(jī)械清洗技術(shù)為PIG也稱管道豬，在使用PIG清管器是，水壓推動(dòng)PIG在管道內(nèi)前進(jìn)，利用機(jī)械對管壁的剪切力來實(shí)現(xiàn)對內(nèi)壁上的纖維物質(zhì)和水垢的刮除。此外，還可采用球清洗技術(shù)，球清洗技術(shù)即利用水在膨脹的橡膠球周圍流動(dòng)，在關(guān)閉表面附近產(chǎn)生高速射流，在管道中沖刷生物膜或軟垢[4]。機(jī)械清洗技術(shù)相較于前文所述幾種技術(shù)，可明顯去除更多的沉積物和生物膜，但用戶端管網(wǎng)錯(cuò)綜復(fù)雜，使用該技術(shù)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(diǎn)。

2.5 小 結(jié)

管道清洗能清除管道中的鐵銹沉積物、微生物膜，同時(shí)恢復(fù)管道輸水能力。傳統(tǒng)的管道清洗方法中，液體沖洗和氣-液沖洗效率低下且浪費(fèi)水資源，化學(xué)沖洗會(huì)損傷管道和污染飲用水，機(jī)械清洗無法適應(yīng)變化錯(cuò)綜復(fù)雜的供水管網(wǎng)和管道附件，其在管道中的移動(dòng)能力欠缺。因此，探索新型的用戶端管道清洗技術(shù)具有顯而易見的必要性。

3 新型管道清潔技術(shù)

管道清洗技術(shù)需要不斷探索，不斷創(chuàng)新。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與人工智能的普及，管道清潔技術(shù)也將迎來技術(shù)革新。傳統(tǒng)的清管技術(shù)都存在一定的缺點(diǎn)，同時(shí)具有一定的適用局限性。數(shù)控脈沖技術(shù)與冰漿清洗技術(shù)是兩種新型的管道清潔技術(shù)，具有較高的應(yīng)用前景。

3.1 數(shù)控脈沖技術(shù)

數(shù)控脈沖管道清洗技術(shù)是指以空氣-水混合物為流體介質(zhì)，利用臺(tái)風(fēng)形成原理使混合介質(zhì)高速旋轉(zhuǎn)進(jìn)入管道中，通過數(shù)控電磁高頻脈沖儀控制，使氣-水介質(zhì)形成高速旋轉(zhuǎn)射流，可控脈沖形成物理波進(jìn)而對管壁上的銹蝕和沉積物進(jìn)行沖刷和切削，從而使管壁沉積物清除[5]。這種技術(shù)只需利用原有管道設(shè)備進(jìn)行施工，不需對管道進(jìn)行打孔、開挖，可適用于不同管徑、不同角度的管道，對復(fù)雜的管網(wǎng)有很好的適用性。同時(shí)還具有安全、環(huán)保、施工量小、成本低的優(yōu)勢。

3.2 冰漿清洗技術(shù)

冰漿清洗技術(shù)是一種新型的管道清洗技術(shù)，能夠較好地克服傳統(tǒng)清管技術(shù)存在的清潔效率低、成本高、操作復(fù)雜等問題。冰漿清洗技術(shù)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(dòng)，具有較高的移動(dòng)性能[6]。冰漿具有一定的黏性與粗糙度，在冰漿通過管道時(shí)，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(dòng)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(zhì)的管道時(shí)具有廣泛的適用性。這種技術(shù)具有高清潔型與高適用性，同時(shí)冰水混合物還具有可泵送的優(yōu)點(diǎn)。這使得冰漿清潔技術(shù)具有較好的應(yīng)用前景。

4 用戶端管道清潔技術(shù)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(wǎng)相較于市政管網(wǎng)，由于長期的使用與缺乏維護(hù)等原因，管道中將不可避免地將產(chǎn)生污染物質(zhì)沉積現(xiàn)象，管壁形成微生物膜、鐵銹，造成管網(wǎng)末端水質(zhì)二次污染、管徑變小和管網(wǎng)漏損等問題。因此，定期對用戶端管道進(jìn)行檢測、維護(hù)、清洗，對提高人們的健康生活水平，實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，都具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。傳統(tǒng)的管道清潔技術(shù)并不能有效地實(shí)現(xiàn)對用戶端自來水管網(wǎng)的清理，研發(fā)新型管道清潔技術(shù)已經(jīng)刻不容緩，實(shí)現(xiàn)智能化、機(jī)械化的用戶管道清潔也將成為供水行業(yè)的新興技術(shù)。

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