用户端自来水管道污染现状及治理前景

廖玉斌，金宏浩，陈战利，范 凌，唐诗辉

(南昌大学，江西 南昌 330031)

0 前 言

自来水厂的出水水质决定了人民是否能正常进行生产生活。尽管自来水厂拥有成熟、先进的饮用水处理工艺，能够使出厂水的水质达到一定标准。但是，在供水的过程中，供水管道存在管道的锈蚀、生物膜的附着和沉积物的堆积等问题，致使最终输入到用户端的自来水水质下降。

近年来，龙头水出水水质问题逐渐受到人们的关注，而在众多的水质指标中，自来水的嗅、色、味是引发用户投诉的三大主要原因。为了有效解决自来水在在供水管网中的二次污染问题，应从多方面入手，在分析管道二次污染成因的同时探索新型管道清洁技术，通过有效的清洁方法去除管道中的污染物质，从而解决管网供水的二次污染问题。管道清洗不仅能解决管道污染造成水体色、嗅、味恶化的问题，而且能清除管壁上附着的水垢和铁锈，增大管道的水力半径，使管道输水能力得到一定程度的恢复，同时能减少管道漏损的发生，延长管道使用寿命。

对于不同类型的供水管道，需要选用不同的管道清洗方法。这主要取决于管道的类型、污垢性质、清洗工艺以及环境条件；同时要考虑管道清洗效率、施工成本、工作清洗过程的复杂程度等因素。本文分析了用户端供水管网的污染现状，介绍对比了几种传统的管道清洁方法，分析传统清管技术存在的问题，同时提出了两种先进的管道清理技术。最后对用户端管道清理技术的发展前景进行了总结。

1 用户端供水管网的现状分析

水管的清洁是影响城市饮用水卫生健康的一个非常重要的环节，而该环节却经常不被受到重视。管道的清洁度很大程度上决定了自来水的水质，而且决定了用户的用水体验。对于住宅用水用户来说，用户端管道系统的清洁度会影响龙头水的水质及末端的出水水压；而对于生产企业单位来说，管道的清洁度和水质状况会影响输送到生产车间以及企业的用水安全和生产生活。因此，用户端管网的清洁是非常有必要的。

从自来水厂到用户端出水口途径两类管网，即市政供水管网和用户供水管网。市政供水管网多为环状网，而用户供水管网多为支状网。这两类管道在长期的输水作业中会产生一定程度的污染。但是在通常情况下，自来水公司都会定期对市政管道进行专业的清理。并且由于市政管道管径、流量、流速大，且流入的水体一直处于流动状态、水质较好的原因，其并不容易形成污染。而在用户端管网系统中，由于输入到用户端的水管管径小、流量低、流速小、末端管网为支状网的原因，管网末端的水体经常处于非流动状态，而龙头存在大量空气渗入，因此，用户端自来水管网往往成为生物膜生长繁殖的温床、铁锈污垢形成的主要场所。

目前，用户端供水管网采用的管道主要有球墨铸铁管、镀锌铁管(钢管)、灰铸铁管和PVC管等无内衬管道[1]。由于用户端配水管道大都埋入建筑墙体内部，管道分布错综复杂，给水附件繁多，因此，对用户端管道进行清洁与更换的难度较大。常年使用的管道得不到清洁与更换，其管壁上累积了各种微生物膜、水垢与铁锈，流经的自来水难免会受到二次污染，造成末端水水质恶化。当管内水的流速、流量或流向突然发生变化时，管道内壁压力增大，将导致部分沉积物脱落，引起出水的色、嗅、味改变。在水压突变的情况时，甚至会出现爆管现象，造成停水事故。这一系列的问题都将对用户的生产生活造成影响。

2 传统管道清洁技术

现阶段的管道清洗技术主要包括液体冲洗、气-液冲洗、化学清洗技术、机械清洗、高压水射流技术等。

2.1 液体冲洗技术

液体冲洗是最简单原始的管道清洗技术。通过向管道中不断注入干净的水，在水流的冲刷作用下，附着在管壁的松散沉积物被冲散破坏，这种技术可以在一定程度上清洁管道表面粗糙的污垢和铁锈。液体冲洗的本质即用干净的水代替受污染的水。但是液体冲洗存在较大的局限性，其无法有效清除管壁上的硬垢和生物膜。此外，要完成对整个用户端供水管网的冲洗需要消耗的大量水资源，造成水资源的大量浪费。

2.2 气液冲刷技术

气液冲刷技术指交替通入空气-水-空气混合柱到管道中，混合空气柱在管道中形成湍流以冲刷管道内壁，将沉积物冲出管道。首先，液体与空气交替冲刷，空气柱对管壁的摩擦很小，使得整个气液柱能具有很高的移动能力。其次，气液混合柱以排布的方式穿过管道，具有不同密度的两种流体达到排放喷嘴，流体柱反复加速和减速交替冲击管壁，能有效去除粗糙管壁上的松散沉积物和粗糙软膜[2]。气液冲刷技术的适用性较广，可用于各种管道的清洗，相比纯液体冲洗技术，可大大减少其水的消耗量，但是操作更为复杂。相较于纯液体冲刷技术，管壁上光滑生物膜和硬垢的清除率并没有显著提高。

2.3 化学清洗技术

化学清洗技术是一种抑制有机酸和其他化学物质通过封闭的管道回路泵送的方法，这些化学物质可以软化和溶解管道中的矿物质和部分生长环[3]。化学清洗技术中，常使用磷酸盐类缓蚀剂等化学物质对管道污染物进行处理，存在磷酸盐化学残留的问题，因此，本方法并不适用于用户端自来水的管道清洁。

2.4 机械清洗技术

机械清洗技术主要为机械刮除，通过向管道中加入表面粗糙颗粒如碳化物带、塑料球或钢丝球，利用其表面粗糙的性质，与管壁发生摩擦从而实现对管壁的清洁；另一种较为常见的机械清洗技术为PIG也称管道猪，在使用PIG清管器是，水压推动PIG在管道内前进，利用机械对管壁的剪切力来实现对内壁上的纤维物质和水垢的刮除。此外，还可采用球清洗技术，球清洗技术即利用水在膨胀的橡胶球周围流动，在关闭表面附近产生高速射流，在管道中冲刷生物膜或软垢[4]。机械清洗技术相较于前文所述几种技术，可明显去除更多的沉积物和生物膜，但用户端管网错综复杂，使用该技术存在工程量巨大且繁琐、成本高，不易将器械从管道中取出等明显缺点。

2.5 小 结

管道清洗能清除管道中的铁锈沉积物、微生物膜，同时恢复管道输水能力。传统的管道清洗方法中，液体冲洗和气-液冲洗效率低下且浪费水资源，化学冲洗会损伤管道和污染饮用水，机械清洗无法适应变化错综复杂的供水管网和管道附件，其在管道中的移动能力欠缺。因此，探索新型的用户端管道清洗技术具有显而易见的必要性。

3 新型管道清洁技术

管道清洗技术需要不断探索，不断创新。随着科学技术的发展与人工智能的普及，管道清洁技术也将迎来技术革新。传统的清管技术都存在一定的缺点，同时具有一定的适用局限性。数控脉冲技术与冰浆清洗技术是两种新型的管道清洁技术，具有较高的应用前景。

3.1 数控脉冲技术

数控脉冲管道清洗技术是指以空气-水混合物为流体介质，利用台风形成原理使混合介质高速旋转进入管道中，通过数控电磁高频脉冲仪控制，使气-水介质形成高速旋转射流，可控脉冲形成物理波进而对管壁上的锈蚀和沉积物进行冲刷和切削，从而使管壁沉积物清除[5]。这种技术只需利用原有管道设备进行施工，不需对管道进行打孔、开挖，可适用于不同管径、不同角度的管道，对复杂的管网有很好的适用性。同时还具有安全、环保、施工量小、成本低的优势。

3.2 冰浆清洗技术

冰浆清洗技术是一种新型的管道清洗技术，能够较好地克服传统清管技术存在的清洁效率低、成本高、操作复杂等问题。冰浆清洗技术是指将冰晶颗粒和水以一定比例混合制成冰浆灌入管道中，冰浆在管道中蠕动，具有较高的移动性能[6]。冰浆具有一定的黏性与粗糙度，在冰浆通过管道时，冰浆可以吸附和刮除管壁上附着的微生物膜及沉积物，而粘在管壁上的冰晶最终将融化形成水从管道中排出。不同比例的冰晶与水混合物具有的粗糙性与移动性能存在差异，而正是这种差异性使得冰浆在面对不同材质的管道时具有广泛的适用性。这种技术具有高清洁型与高适用性，同时冰水混合物还具有可泵送的优点。这使得冰浆清洁技术具有较好的应用前景。

4 用户端管道清洁技术的前景展望

自来水是人们生活必不可少的水资源。用户端管网相较于市政管网，由于长期的使用与缺乏维护等原因，管道中将不可避免地将产生污染物质沉积现象，管壁形成微生物膜、铁锈，造成管网末端水质二次污染、管径变小和管网漏损等问题。因此，定期对用户端管道进行检测、维护、清洗，对提高人们的健康生活水平，实施可持续发展战略，都具有重大的现实意义。传统的管道清洁技术并不能有效地实现对用户端自来水管网的清理，研发新型管道清洁技术已经刻不容缓，实现智能化、机械化的用户管道清洁也将成为供水行业的新兴技术。

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