城市供水管網(wǎng)水質(zhì)異常情況分析及應(yīng)對(duì)方案

韓新盛，楊宏娟，宋云，靳千千

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

供水管網(wǎng)是城市的生命線(xiàn)，管網(wǎng)水質(zhì)安全直接影響著居民飲用水的安全和城市社會(huì)的穩(wěn)定[1]。隨著供水企業(yè)生活飲用水生產(chǎn)工藝的不斷改進(jìn)及完善，出廠水的水質(zhì)均明顯提升，為滿(mǎn)足用戶(hù)終端用水安全提供了有效保障，但是即使出廠水完全滿(mǎn)足國(guó)家《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，進(jìn)入管網(wǎng)后水質(zhì)仍會(huì)出現(xiàn)異常情況。一方面，由于供水管網(wǎng)系統(tǒng)錯(cuò)綜復(fù)雜，在輸配水的過(guò)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(dǎo)致水質(zhì)發(fā)黃、發(fā)黑等異常情況出現(xiàn)；另一方面，城市供水管道老化、爆管、漏損等問(wèn)題日漸增加，造成終端用戶(hù)飲用水色度、渾濁度超標(biāo)。

水質(zhì)異常問(wèn)題通常發(fā)生在老舊管道密集、供水管網(wǎng)末梢等水循環(huán)較差、管網(wǎng)材質(zhì)老齡化等區(qū)域，為了改善水質(zhì)，通常定期對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行沖洗，水質(zhì)特征變化較為明顯。為避免引發(fā)二次污染，必須建立完善的水質(zhì)異常應(yīng)對(duì)沖洗方案，以確保城市居民用水安全。目前，中國(guó)相關(guān)規(guī)范明確規(guī)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(zhì)達(dá)標(biāo)[2]。本文對(duì)沖洗管網(wǎng)的水樣進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)合實(shí)際情況探究沖洗管網(wǎng)水質(zhì)變化特征，以確定合理的應(yīng)對(duì)方案。

自2018 年3 月起，北方某城市（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“A 市”）某水廠所供水區(qū)域內(nèi)A 小區(qū)出現(xiàn)水質(zhì)發(fā)黃、發(fā)黑問(wèn)題，B、C、D 等周邊小區(qū)均相繼出現(xiàn)不同程度的水質(zhì)色度、渾濁度超標(biāo)等異常情況。本文為確保該區(qū)域水質(zhì)恢復(fù)正常狀態(tài)，結(jié)合以往管網(wǎng)沖洗經(jīng)驗(yàn)、用戶(hù)投訴反饋意見(jiàn)、管網(wǎng)水力條件、原水水質(zhì)情況等因素，將采用水廠保障水壓水量、管網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)推進(jìn)沖洗、營(yíng)銷(xiāo)入戶(hù)解釋、水質(zhì)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)反饋檢測(cè)數(shù)據(jù)多方聯(lián)動(dòng)的方式對(duì)用戶(hù)投訴區(qū)域進(jìn)行管網(wǎng)沖洗，沖洗完成后水質(zhì)異常區(qū)域水質(zhì)已恢復(fù)正常。

1 管網(wǎng)水質(zhì)異常應(yīng)對(duì)方案

1.1 系統(tǒng)全壓推進(jìn)式?jīng)_洗

1.1.1 管網(wǎng)沖洗的目的

在制定管網(wǎng)沖洗方案前，應(yīng)明確管網(wǎng)沖洗的目的。為確保供水管網(wǎng)水質(zhì)安全，控制濁度指標(biāo)可為針對(duì)性地提出有效控制濁度的措施提供理論依據(jù)[3]。本次沖洗主要目的為改善水質(zhì)異常區(qū)域內(nèi)水質(zhì)渾濁度、色度超標(biāo)等問(wèn)題。

1.1.2 沖洗方法的選擇

本次管網(wǎng)沖洗結(jié)合城市管網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、管道內(nèi)壁附著物、微生物穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性等因素，選擇系統(tǒng)全壓推進(jìn)式?jīng)_洗，主要是對(duì)水質(zhì)異常區(qū)域內(nèi)2 根供水DN800 的干管進(jìn)行全壓推進(jìn)式?jīng)_洗，對(duì)2 根供水干管進(jìn)行推進(jìn)式清洗，一段沖洗合格后，推進(jìn)至下一管段。城市管網(wǎng)系統(tǒng)中水質(zhì)異常區(qū)域內(nèi)進(jìn)行全覆蓋清洗時(shí)常使用該沖洗方式，可長(zhǎng)期改善管網(wǎng)系統(tǒng)水質(zhì)，以期達(dá)到保持余氯質(zhì)量濃度、去除管壁附著物、降低消毒副產(chǎn)物質(zhì)量濃度及盡量避免用戶(hù)投訴等目的。

1.1.3 確定沖洗目標(biāo)

在確定沖洗目標(biāo)前，應(yīng)該先掌握翔實(shí)的管道材質(zhì)、管徑和使用年限等，根據(jù)既有沖洗案例、經(jīng)驗(yàn)及用戶(hù)投訴記錄、當(dāng)前管網(wǎng)水量、水壓數(shù)據(jù)等，查明常規(guī)狀態(tài)下的流向與途徑。

對(duì)涉及多種壓力供水區(qū)或多種模式供水區(qū)域的管網(wǎng)，應(yīng)該充分了解其壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)。同時(shí)，還需要了解是否具備排放條件，以便確定管網(wǎng)沖洗水的排放方式。

由于長(zhǎng)時(shí)間沖洗管網(wǎng)，大管徑閥門(mén)啟閉時(shí)間長(zhǎng)，資金耗費(fèi)較大，一般可根據(jù)自身管網(wǎng)狀態(tài)設(shè)定全面沖洗的頻率。

隨著居民對(duì)水質(zhì)情況的關(guān)注及相關(guān)供水、水質(zhì)常識(shí)的普及，有效投訴在管網(wǎng)沖洗方案制訂等方面發(fā)揮著重要作用。為此需詳細(xì)記錄用戶(hù)的投訴內(nèi)容，以利于制訂合理的解決方案。

1.1.4 確定沖洗參數(shù)

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(wǎng)老化，則需適當(dāng)降低沖洗流速和壓力，防止因破損而增加維修費(fèi)用。沖洗水量可參考表1（中國(guó)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(guò)各種有效途徑，如微信公眾號(hào)、微博、小區(qū)公示、業(yè)主群公示等告知用戶(hù)，讓用戶(hù)理解沖洗的意義與可能發(fā)生的水質(zhì)波動(dòng)。沖洗后及時(shí)進(jìn)行回訪，并記錄相關(guān)有效回訪記錄，作為管網(wǎng)沖洗的資料存檔。

1.2 水樣采集及檢測(cè)

1.2.1 水樣采集

為確保實(shí)時(shí)監(jiān)控管網(wǎng)沖洗效果，將選取沖洗區(qū)域下游為排水點(diǎn)，取樣頻次由管網(wǎng)沖洗時(shí)間及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)決定。全程跟進(jìn)管網(wǎng)沖洗，為沖洗團(tuán)隊(duì)提供水質(zhì)檢測(cè)技術(shù)服務(wù)，在不同布點(diǎn)、不同時(shí)間段，采集實(shí)時(shí)沖洗水樣進(jìn)行色度、渾濁度、肉眼可見(jiàn)物、嗅味的檢測(cè)，并及時(shí)與沖洗參與人員就檢測(cè)指標(biāo)與沖洗效果的關(guān)系進(jìn)行合理推斷，大致判斷管網(wǎng)沖洗的現(xiàn)場(chǎng)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(cè)采用contr AA300 原子吸收光譜儀。

1.3 多種途徑實(shí)時(shí)反饋

在沖洗管網(wǎng)的同時(shí)，水廠、管網(wǎng)、水質(zhì)檢測(cè)、用戶(hù)末端、網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)投訴量均有反饋。水廠增壓，保障管網(wǎng)系統(tǒng)全壓沖洗，涉及區(qū)域居民用水量激減或停水，部分居民家中出現(xiàn)黃水時(shí)間與管網(wǎng)沖洗導(dǎo)致的壓力波動(dòng)時(shí)間相差不大，在管網(wǎng)沖洗團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)全壓推進(jìn)式?jīng)_洗完成，并反復(fù)鞏固，經(jīng)水質(zhì)檢測(cè)人員現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)后，營(yíng)銷(xiāo)售后服務(wù)人員立即進(jìn)入主要水質(zhì)異常進(jìn)行小區(qū)現(xiàn)場(chǎng)回訪調(diào)查，網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)投訴量下降，大多數(shù)投訴用戶(hù)保持冷靜觀察的態(tài)度，待家中水質(zhì)改善后，并未進(jìn)行后續(xù)投訴。

2 結(jié)果與分析

2.1 水質(zhì)因素對(duì)水質(zhì)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(jié)合形成難溶于水的碳酸鈣和氫氧化鎂，即水垢沉渣。水對(duì)金屬管道內(nèi)壁進(jìn)行化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕，在管道內(nèi)壁形成氧化物沉淀。

2.1.2 鐵、錳

鐵和錳對(duì)水的感官性狀影響類(lèi)似。一般以溶解性的鐵化合物形式存在。當(dāng)pH 值大于7 時(shí)，三價(jià)鐵幾乎微溶，故水中以二價(jià)鐵為主，含二價(jià)鐵的水體外觀清澈，一旦進(jìn)入管網(wǎng)會(huì)被氧化成三價(jià)鐵，使水出現(xiàn)鐵銹色。同時(shí)，在鐵質(zhì)水管中生長(zhǎng)繁殖的鐵細(xì)菌是一種在二價(jià)鐵氧化成三價(jià)鐵過(guò)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(jià)的氫氧化鐵沉淀，消毒劑無(wú)法殺滅，沉淀物將聚集在細(xì)菌周?chē)a(chǎn)生黏泥，導(dǎo)致管道的不規(guī)則點(diǎn)蝕和銹瘤形成，進(jìn)而縮短使用壽命。錳的化合物也會(huì)和鐵一起在水管內(nèi)壁逐步沉積產(chǎn)生“鐵錳瘤菌”，水壓波動(dòng)脫落時(shí)會(huì)造成水質(zhì)異常。

2.1.3 天然腐殖酸

腐殖酸大部分為降解反應(yīng)，也有一部分天然腐殖酸類(lèi)容易與金屬離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)。腐殖酸通過(guò)羥基、磺酸基等多種基團(tuán)與有機(jī)物進(jìn)行結(jié)合，同時(shí)又具有疏松的“海綿狀” 結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積，通過(guò)吸附、脫附、生物富集等過(guò)程，進(jìn)而影響有機(jī)物和金屬離子在水體中的遷移轉(zhuǎn)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(wǎng)生長(zhǎng)環(huán)

在城市管網(wǎng)系統(tǒng)中，由于各種化學(xué)、物理、微生物等的常年互相作用，在管道內(nèi)壁將逐漸形成不規(guī)則的環(huán)，稱(chēng)為生長(zhǎng)環(huán)。較成熟的生長(zhǎng)環(huán)性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，但是若水力條件變化頻率高，則會(huì)促進(jìn)生長(zhǎng)環(huán)脫落并進(jìn)入管網(wǎng)水中，造成水質(zhì)波動(dòng)。因清洗后緩慢抑制了鐵、微生物及HPC（異養(yǎng)菌數(shù)量）等的增長(zhǎng)速度，管道水質(zhì)可明顯變好，但是沖洗后的管網(wǎng)在此投入使用后仍然會(huì)再次產(chǎn)生新的生長(zhǎng)環(huán)。

2.2 管網(wǎng)沖洗水質(zhì)變化特征

通常評(píng)價(jià)沖洗效果的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)指標(biāo)為渾濁度、色度和臭味。城市管網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行狀況不佳，導(dǎo)致渾濁度、色度增加，甚至出現(xiàn)異臭異味現(xiàn)象。在對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行沖洗時(shí)，水體顏色改變并伴有渾濁，同時(shí)會(huì)出現(xiàn)不同程度的鐵腥味，因此，在監(jiān)測(cè)渾濁度、色度的同時(shí)還應(yīng)對(duì)水中的鐵、錳質(zhì)量濃度進(jìn)行檢測(cè)。沖洗結(jié)束后，渾濁度、色度恢復(fù)正常狀態(tài)，則達(dá)到了預(yù)期的沖洗效果。為了查明水質(zhì)異常情況的發(fā)生原因，沖洗前在管網(wǎng)管道內(nèi)壁放入機(jī)器人探查干管內(nèi)壁情況，視頻實(shí)時(shí)反饋回的影像資料可以看到管壁附著物及腐蝕情況，現(xiàn)場(chǎng)用毛線(xiàn)手套提取管壁左、右、上部的附著物，回實(shí)驗(yàn)室做成分檢測(cè)分析。檢測(cè)數(shù)據(jù)詳情如表2 所示。

表2 沖洗管網(wǎng)水質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù)匯總表

由表2 可知：①由于沖洗前出廠水經(jīng)城市管網(wǎng)系統(tǒng)輸配送后水質(zhì)出現(xiàn)發(fā)黃、發(fā)黑、有雜質(zhì)等異常情況，化學(xué)指標(biāo)表現(xiàn)為管網(wǎng)水的渾濁度、色度增加，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)全壓推進(jìn)式管網(wǎng)沖洗后，水的渾濁度、色度、嗅味得到控制，則沖洗取得了預(yù)期效果。各個(gè)排水點(diǎn)的色度、渾濁度均出現(xiàn)下降趨勢(shì)，異常情況得到控制。這是由于附著在管網(wǎng)管壁上的松散沉積物、泥沙、生物膜、腐蝕產(chǎn)物等經(jīng)過(guò)高流速水流被沖洗下來(lái)。雖然沖洗后預(yù)期效果良好，但是由于高流速的水流打破了原有管道內(nèi)壁的平衡，短期內(nèi)將不能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。為長(zhǎng)期效果考慮，采用系統(tǒng)全壓推進(jìn)式?jīng)_洗方式能夠使渾濁度、色度維持正常狀態(tài)。②利用機(jī)器人探測(cè)管道內(nèi)壁，取回的附著物經(jīng)酸溶解后檢測(cè)鐵、錳的質(zhì)量濃度，與該點(diǎn)管道內(nèi)正常過(guò)水鐵、錳的質(zhì)量濃度檢測(cè)結(jié)果比對(duì)，相關(guān)性指征顯著。③在沖洗管道過(guò)程中，水質(zhì)常常出現(xiàn)渾濁、顏色改變，因此本次沖洗在原有沖洗效果檢查指標(biāo)基礎(chǔ)上增加鐵、錳質(zhì)量濃度檢測(cè)。每個(gè)排水點(diǎn)的鐵、錳質(zhì)量濃度不穩(wěn)定。個(gè)別排水點(diǎn)的鐵、錳質(zhì)量濃度隨著沖洗時(shí)間的推移出現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)?？赡苁怯捎谠跊_洗管道時(shí)，高速水流將表層沉積物沖洗掉，但是隨著沖洗時(shí)間延長(zhǎng)將繼續(xù)沖洗掉管道表層的沉積物造成的。因此，管網(wǎng)沖洗時(shí)應(yīng)該結(jié)合鐵、錳質(zhì)量濃度，使其達(dá)到平衡、穩(wěn)定狀態(tài)，制定合理的管網(wǎng)沖洗時(shí)間。

3 結(jié)論

通過(guò)采取水廠保障水壓水量、管網(wǎng)系統(tǒng)全壓推進(jìn)式管網(wǎng)沖洗、多途徑實(shí)時(shí)反饋、水質(zhì)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)反饋檢測(cè)數(shù)據(jù)多方聯(lián)動(dòng)的形式對(duì)用戶(hù)投訴區(qū)域進(jìn)行管網(wǎng)沖洗，能夠達(dá)到改善輸配水管網(wǎng)水質(zhì)的效果。

系統(tǒng)全壓推進(jìn)式管網(wǎng)沖洗方式能夠?qū)⒏街诠芫W(wǎng)管壁上的松散沉積物、泥沙、生物膜、腐蝕產(chǎn)物等沖洗下來(lái)。沖洗后，渾濁度和色度均明顯下降，能夠有效改善水質(zhì)。

對(duì)2 根供水干管進(jìn)行推進(jìn)式清洗，一段沖洗合格后，再推進(jìn)至下一管段。該沖洗方式可避免由于傳統(tǒng)沖洗方式造成的沖洗不徹底、周期性復(fù)沖洗等問(wèn)題發(fā)生，且可改善水質(zhì)。

利用機(jī)器人探測(cè)管道內(nèi)壁，取回的附著物經(jīng)實(shí)驗(yàn)室分析檢測(cè)鐵、錳質(zhì)量濃度，與該點(diǎn)管道內(nèi)正常過(guò)水鐵、錳質(zhì)量濃度檢測(cè)結(jié)果比對(duì)，相關(guān)性指征顯著。

在沖洗管道過(guò)程中，應(yīng)與水質(zhì)監(jiān)測(cè)形成聯(lián)動(dòng)機(jī)制，綜合考慮水質(zhì)異常水體中色度、渾濁度、鐵、錳質(zhì)量濃度等狀況，使其質(zhì)量濃度達(dá)到平衡、穩(wěn)定狀態(tài)，制定合理的管網(wǎng)沖洗時(shí)間。

由于用戶(hù)的反饋直接反映管網(wǎng)水質(zhì)存在的問(wèn)題，將以用戶(hù)投訴情況作為管網(wǎng)沖洗區(qū)域的依據(jù)。在管網(wǎng)沖洗過(guò)程中應(yīng)與該區(qū)域用戶(hù)進(jìn)行詳細(xì)交流，對(duì)反饋信息進(jìn)行詳細(xì)記錄，以便提出針對(duì)性的解決方案。

本次水質(zhì)異常可以考慮之前因部分水質(zhì)異常小區(qū)供水模式、城市供水管網(wǎng)沖洗壓力波動(dòng)，以及沖洗不徹底導(dǎo)致的水質(zhì)異常問(wèn)題一直存在于管網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部。