城市供水管网水质异常情况分析及应对方案

2023-12-13韩新盛杨宏娟宋云靳千千

科技与创新 2023年23期

韩新盛，杨宏娟，宋云，靳千千

（1.中铁水务集团有限公司，陕西西安 710000；2.银川中铁水务集团有限公司，宁夏银川 750021）

供水管网是城市的生命线，管网水质安全直接影响着居民饮用水的安全和城市社会的稳定[1]。随着供水企业生活饮用水生产工艺的不断改进及完善，出厂水的水质均明显提升，为满足用户终端用水安全提供了有效保障，但是即使出厂水完全满足国家《生活饮用水卫生标准》，进入管网后水质仍会出现异常情况。一方面，由于供水管网系统错综复杂，在输配水的过程中，出厂水将受到水压、管材、流速、市政工程等诸多因素的影响，导致水质发黄、发黑等异常情况出现；另一方面，城市供水管道老化、爆管、漏损等问题日渐增加，造成终端用户饮用水色度、浑浊度超标。

水质异常问题通常发生在老旧管道密集、供水管网末梢等水循环较差、管网材质老龄化等区域，为了改善水质，通常定期对管网进行冲洗，水质特征变化较为明显。为避免引发二次污染，必须建立完善的水质异常应对冲洗方案，以确保城市居民用水安全。目前，中国相关规范明确规定了冲洗供水管道的要求，即按照流速不小于1.0 m/s 冲洗，直至水质达标[2]。本文对冲洗管网的水样进行检测，结合实际情况探究冲洗管网水质变化特征，以确定合理的应对方案。

自2018 年3 月起，北方某城市（以下简称“A 市”）某水厂所供水区域内A 小区出现水质发黄、发黑问题，B、C、D 等周边小区均相继出现不同程度的水质色度、浑浊度超标等异常情况。本文为确保该区域水质恢复正常状态，结合以往管网冲洗经验、用户投诉反馈意见、管网水力条件、原水水质情况等因素，将采用水厂保障水压水量、管网现场推进冲洗、营销入户解释、水质监测现场反馈检测数据多方联动的方式对用户投诉区域进行管网冲洗，冲洗完成后水质异常区域水质已恢复正常。

1 管网水质异常应对方案

1.1 系统全压推进式冲洗

1.1.1 管网冲洗的目的

在制定管网冲洗方案前，应明确管网冲洗的目的。为确保供水管网水质安全，控制浊度指标可为针对性地提出有效控制浊度的措施提供理论依据[3]。本次冲洗主要目的为改善水质异常区域内水质浑浊度、色度超标等问题。

1.1.2 冲洗方法的选择

本次管网冲洗结合城市管网的结构、材质、管道内壁附着物、微生物稳定性、化学稳定性等因素，选择系统全压推进式冲洗，主要是对水质异常区域内2 根供水DN800 的干管进行全压推进式冲洗，对2 根供水干管进行推进式清洗，一段冲洗合格后，推进至下一管段。城市管网系统中水质异常区域内进行全覆盖清洗时常使用该冲洗方式，可长期改善管网系统水质，以期达到保持余氯质量浓度、去除管壁附着物、降低消毒副产物质量浓度及尽量避免用户投诉等目的。

1.1.3 确定冲洗目标

在确定冲洗目标前，应该先掌握翔实的管道材质、管径和使用年限等，根据既有冲洗案例、经验及用户投诉记录、当前管网水量、水压数据等，查明常规状态下的流向与途径。

对涉及多种压力供水区或多种模式供水区域的管网，应该充分了解其压力调节系统。同时，还需要了解是否具备排放条件，以便确定管网冲洗水的排放方式。

由于长时间冲洗管网，大管径阀门启闭时间长，资金耗费较大，一般可根据自身管网状态设定全面冲洗的频率。

随着居民对水质情况的关注及相关供水、水质常识的普及，有效投诉在管网冲洗方案制订等方面发挥着重要作用。为此需详细记录用户的投诉内容，以利于制订合理的解决方案。

1.1.4 确定冲洗参数

干管冲洗流速宜大于等于1.2 m/s，水压大于等于138 kPa。如有些管网老化，则需适当降低冲洗流速和压力，防止因破损而增加维修费用。冲洗水量可参考表1（中国给水排水）。

表1 冲洗水流量

1.1.5 舆论宣传工作

冲洗前可通过各种有效途径，如微信公众号、微博、小区公示、业主群公示等告知用户，让用户理解冲洗的意义与可能发生的水质波动。冲洗后及时进行回访，并记录相关有效回访记录，作为管网冲洗的资料存档。

1.2 水样采集及检测

1.2.1 水样采集

为确保实时监控管网冲洗效果，将选取冲洗区域下游为排水点，取样频次由管网冲洗时间及监测数据决定。全程跟进管网冲洗，为冲洗团队提供水质检测技术服务，在不同布点、不同时间段，采集实时冲洗水样进行色度、浑浊度、肉眼可见物、嗅味的检测，并及时与冲洗参与人员就检测指标与冲洗效果的关系进行合理推断，大致判断管网冲洗的现场效果。

1.2.2 分析方法

浊度分析采用HACH 2100 AN 型便携式浊度仪，色度分析采用铂钴比色法，铁、锰检测采用contr AA300 原子吸收光谱仪。

1.3 多种途径实时反馈

在冲洗管网的同时，水厂、管网、水质检测、用户末端、网络实时投诉量均有反馈。水厂增压，保障管网系统全压冲洗，涉及区域居民用水量激减或停水，部分居民家中出现黄水时间与管网冲洗导致的压力波动时间相差不大，在管网冲洗团队系统全压推进式冲洗完成，并反复巩固，经水质检测人员现场检测后，营销售后服务人员立即进入主要水质异常进行小区现场回访调查，网络实时投诉量下降，大多数投诉用户保持冷静观察的态度，待家中水质改善后，并未进行后续投诉。

2 结果与分析

2.1 水质因素对水质异常的影响

2.1.1 钙、镁离子

水中钙、镁离子，容易和碳酸根离子结合形成难溶于水的碳酸钙和氢氧化镁，即水垢沉渣。水对金属管道内壁进行化学腐蚀和电化学腐蚀，在管道内壁形成氧化物沉淀。

2.1.2 铁、锰

铁和锰对水的感官性状影响类似。一般以溶解性的铁化合物形式存在。当pH 值大于7 时，三价铁几乎微溶，故水中以二价铁为主，含二价铁的水体外观清澈，一旦进入管网会被氧化成三价铁，使水出现铁锈色。同时，在铁质水管中生长繁殖的铁细菌是一种在二价铁氧化成三价铁过程中获得能量的菌落，在水中能使亚铁化合物氧化生成三价的氢氧化铁沉淀，消毒剂无法杀灭，沉淀物将聚集在细菌周围而产生黏泥，导致管道的不规则点蚀和锈瘤形成，进而缩短使用寿命。锰的化合物也会和铁一起在水管内壁逐步沉积产生“铁锰瘤菌”，水压波动脱落时会造成水质异常。

2.1.3 天然腐殖酸

腐殖酸大部分为降解反应，也有一部分天然腐殖酸类容易与金属离子发生络合反应。腐殖酸通过羟基、磺酸基等多种基团与有机物进行结合，同时又具有疏松的“海绵状” 结构和巨大的比表面积，通过吸附、脱附、生物富集等过程，进而影响有机物和金属离子在水体中的迁移转化。天然水体中色度的形成，有一部分原因也是由水体中的腐殖酸引起的。

2.1.4 管网生长环

在城市管网系统中，由于各种化学、物理、微生物等的常年互相作用，在管道内壁将逐渐形成不规则的环，称为生长环。较成熟的生长环性质相对稳定，但是若水力条件变化频率高，则会促进生长环脱落并进入管网水中，造成水质波动。因清洗后缓慢抑制了铁、微生物及HPC（异养菌数量）等的增长速度，管道水质可明显变好，但是冲洗后的管网在此投入使用后仍然会再次产生新的生长环。

2.2 管网冲洗水质变化特征

通常评价冲洗效果的现场检测指标为浑浊度、色度和臭味。城市管网系统运行状况不佳，导致浑浊度、色度增加，甚至出现异臭异味现象。在对管网进行冲洗时，水体颜色改变并伴有浑浊，同时会出现不同程度的铁腥味，因此，在监测浑浊度、色度的同时还应对水中的铁、锰质量浓度进行检测。冲洗结束后，浑浊度、色度恢复正常状态，则达到了预期的冲洗效果。为了查明水质异常情况的发生原因，冲洗前在管网管道内壁放入机器人探查干管内壁情况，视频实时反馈回的影像资料可以看到管壁附着物及腐蚀情况，现场用毛线手套提取管壁左、右、上部的附着物，回实验室做成分检测分析。检测数据详情如表2 所示。

表2 冲洗管网水质检测数据汇总表

由表2 可知：①由于冲洗前出厂水经城市管网系统输配送后水质出现发黄、发黑、有杂质等异常情况，化学指标表现为管网水的浑浊度、色度增加，经过系统全压推进式管网冲洗后，水的浑浊度、色度、嗅味得到控制，则冲洗取得了预期效果。各个排水点的色度、浑浊度均出现下降趋势，异常情况得到控制。这是由于附着在管网管壁上的松散沉积物、泥沙、生物膜、腐蚀产物等经过高流速水流被冲洗下来。虽然冲洗后预期效果良好，但是由于高流速的水流打破了原有管道内壁的平衡，短期内将不能达到稳定状态。为长期效果考虑，采用系统全压推进式冲洗方式能够使浑浊度、色度维持正常状态。②利用机器人探测管道内壁，取回的附着物经酸溶解后检测铁、锰的质量浓度，与该点管道内正常过水铁、锰的质量浓度检测结果比对，相关性指征显著。③在冲洗管道过程中，水质常常出现浑浊、颜色改变，因此本次冲洗在原有冲洗效果检查指标基础上增加铁、锰质量浓度检测。每个排水点的铁、锰质量浓度不稳定。个别排水点的铁、锰质量浓度随着冲洗时间的推移出现先降低后升高的趋势。可能是由于在冲洗管道时，高速水流将表层沉积物冲洗掉，但是随着冲洗时间延长将继续冲洗掉管道表层的沉积物造成的。因此，管网冲洗时应该结合铁、锰质量浓度，使其达到平衡、稳定状态，制定合理的管网冲洗时间。