供水管网的单向冲洗研究

供水管网的单向冲洗研究焦文海1，刘志强1，孙井梅，徐洪福2，尤作亮2(1．天津大学环境科学与工程学院，天津300072；2．深圳市水务集团有限公司，广东深圳518031)摘要：管网冲洗的目的主要是去除附着在管道内壁上的生物膜、部分管垢及沉积物。传统冲洗方法打开消火栓是无序的，没有采取关闭阀门等措施控制流向，因此冲洗效果不明显。单向冲洗方法通过关闭阀门和调整打开的消火栓个数来控制水的流向和流速(1．8m／s)，各冲洗区域互不影响，克服了传统冲洗方法的弊端，能够有效改善管网水水质。对某小区供水管网进行单向冲洗的结果表明，经过单向冲洗后管网水中的细菌总数与浊度明显降低，余氯与Langelier指数在短期内(1周)有下降的趋势，但当管道内壁状况稳定后，这两项指标与冲洗前相比变化不大。关键词：供水管网；单向冲洗；冲洗流速管网冲洗是维护和改善管网水水质的重要措施之一，但是国内的供水企业对此不够重视，有些供水企业几乎不主动冲洗管网。有研究表明，管网冲洗除了对管网具有清洁作用外，还具有改善管道输水能力、检查供水系统及其附属构筑物运行状况的作用。目前常用的管网冲洗方法包括传统冲洗方法和单向冲洗方法两种。传统冲洗方法又称点冲洗，是指打开供水管网中指定位置的消火栓进行冲洗，直到出水的浊度、色度、余氯等指标达到饮用水水质标准规定的限值。由于打开消火栓是无序的，而且不关闭阀门控制流向和流速，因而冲洗效果不理想，有时还会发生冲洗水进入已冲洗区域的情况，进一步降低了冲洗效果。单向冲洗方法是对传统冲洗方法的改进，它具有以下三个特点：通过关闭相关阀门使待冲洗区域的管道内水流呈单向流动，各冲洗区域互不影响；通过调整打开消火栓的数量和放水口的大小、个数控制管道内流速1．8m／s(能够有效去除管壁上生物膜、腐蚀副产物和其他沉积物的经济流速)；冲洗的顺序是从水厂到管网、从大口径管道到小口径管道，水的流向一直是从已经冲洗的区域到未冲洗的区域。与传统冲洗方法相比，单向冲洗方法具有冲洗效果好、节约冲洗水量等优点。笔者以A小区供水管网为例介绍单向冲洗的步骤及冲洗效果。1单向冲洗的步骤①熟悉待冲洗管网现状。A小区建于1987年左右，共有700多户居民，由于该小区处于供水管网末梢，故管道内沉积物多、水质较差。管网中消火栓及阀门的位置见图1。②划分冲洗区域。根据待冲洗管网的大小位置，以及参加冲洗工作的人数、冲洗设备的数量划分冲洗区域(A小区为本次试验的冲洗区域一)。③确定冲洗流速和冲洗历时。流速是单向冲洗中的主要控制参数，其值可通过管网水力模型计算得到。经计算，在待冲洗管路1中，DN200、DNl50和DNl00三段管道的冲洗流速分别为1．32、2．34和1．85m／s，DN200管道的冲洗流速未能达到1．8m／s。如果使DN200管道的冲洗流速达到1．8m／s，则DNl50管道的冲洗流速将增大至3．2m／s，而该管道的腐蚀比较严重，为防止发生爆管事故，降低DN200管道的冲洗流速是可行的。冲洗历时(r)可由两种方法确定：a．测定余氯的方式，即在冲洗管道的起始端测定余氯浓度(c。)，打开消火栓后及时取样测定余氯浓度，排放的时问持续至达到C。为止；b．由待冲洗管路的长度和冲洗流速计算冲洗历时。本次冲洗中采用了后一种方法，例如冲洗管路1的。④制定冲洗计划。首先根据各管道的位置等确定管道的冲洗次序，再以此确定阀门和消火栓的开关次序。A小区供水管网的冲洗计划见表1。⑤执行冲洗计划及注意事项。对执行管网冲洗的工作人员进行培训，明确冲洗过程中的分工及应采取的安全措施。这包括开关阀门和消火栓不能太快，否则将引起管网的压力瞬变甚至严重的水锤事故；对于腐蚀严重的管道，较大的流速可能引起爆管事故，工作人员在冲洗过程中应注意检漏以降低损失。冲洗前应当通知用户，并公告可能发生的用水问题；冲洗时间选择在0：00—5：00，以减小对居民用水的影响。2冲洗效果分析冲洗中对余氯、浊度、pH、碱度、细菌总数、大肠菌群等指标进行了监测，取样的时问为冲洗前、冲洗时、冲洗后24h、冲洗后1周、冲洗后1个月(分别记作a～e)。需要指出的是，本次取样均是通过管网中的消火栓取样，取样点有3个，水质指标采用标准方法进行分析。2．1冲洗对浊度和细菌总数的影响冲洗前、后管网水浊度的变化如图2所示。在单向冲洗试验中，冲洗前管网水的浊度平均为2．39NTU，3个监测点的浊度值都超过了《生活饮用水卫生规范》所规定的1NTU限值；经过冲洗后，各取样点的浊度值均明显下降。冲洗时水样浊度最高，说明单向冲洗可以去除管网中引起浊度的沉积物、腐蚀结垢、胶体颗粒等；在冲洗后的24h内，浊度虽呈下降趋势，但并不稳定，这是由于高速水流引起的扰动对管道内壁的作用在短期内并不能达到稳定所致；冲洗1周后浊度达到稳态(稳定在0．3～0．6NTU)。对细菌总数的测定结果见表2。由表2可知，单向冲洗可去除管道内壁上的生物膜，冲洗后1周管网水中细菌总数≤1CFU／mL。2．2冲洗对余氯的影响管网水的余氯衰减分为两部分：主体水余氯衰减和管壁余氯衰减，且以后者为主，主体水余氯衰减仅占一小部分。很多调查研究也证实，给水管壁内表面存在的生物膜和腐蚀瘤能够消耗余氯，且其在总余氯消耗中占有较大比例。冲洗主要改变的是管道内壁的状态，所以余氯的变化也主要是由于管道内壁变化所引起。冲洗前、后水中余氯的变化见图3。冲洗后余氯浓度在短期内(1周内)维持在较低的水平(0．15mg／L)，这是因为单向冲洗的高速水流将附着在管道内壁的沉积物、泥沙、部分松散的腐蚀垢、生物膜等冲刷下来，露出了比较新的金属管道内壁，相对于已经稳定的腐蚀结垢，新露出的金属管道内壁还原性更强，与水中余氯的反应更剧烈，导致了短期内余氯的下降；当金属管道内壁被氧化后，重新形成了比较稳定的腐蚀结垢，所以余氯浓度将上升。2．3冲洗对管道腐蚀的影响管网水的pH值和碱度是对金属管道腐蚀影响最大的两个水质指标。Langeher指数(LSI)又称饱和指数o，可用来判别管网水的化学稳定性。图4显示了冲洗前、后管网水pH和LSI的变化情况(图中数值是3个取样点的平均值)。由图4可知，冲洗前管网水的LSI值在一1．2左右，腐蚀性较强，冲洗后下降到一1．6左右，腐蚀性进一步增强，这与余氯衰减加快相对应，即管道内壁上的附着物被冲掉以后，露出的新内壁与管网水中余氯的反应加快，相应的腐蚀作用增强。经过一段时间后，金属管道内壁的腐蚀结垢趋缓，管网水对管道的腐蚀作用相应减弱，LSI值回升到一1．45左右。3结论①对管网进行单向冲洗能够有效降低管网水的浊度和细菌总数等指标，改善了管网水水质。②在冲洗后的1周内余氯浓度比冲洗前有所降低，这是因为单向冲洗改变了管道内壁的状态，使得水中余氯与管道内壁的反应增强，余氯衰减加快；1周后管网水的余氯浓度有所升高，恢复至冲洗前的水平。③单向冲洗使管网水的腐蚀性在短期内有所增强，1周后达到了比较稳定的状态。从Langelier指数的变化来看，管网水的化学稳定性变化不大。④单向冲洗能够有效去除管道内壁上的生物膜、沉积物、部分腐蚀结垢等，可对管网起到较好的清洁作用，并有效改善了管网水水质。