1.
背景
當前談城市供水系統的水質,相對而言凈水廠出廠水的水質比較好,而用水戶放出的水問題不少。這里存在管網的結構缺陷、管網的運行管理毛病,同時也存在出廠水的水質穩定問題。當前談水質穩定系指化學穩定性及生物穩定性兩個方面,應該說在不少城市供水系統中這兩個方面都存在著不同程度的問題,遺憾的是在國內外飲用水水質標準上,大多數沒有相關的要求,當然國內更沒有一家供水企業在供水的穩定性上作出積極的對策。
在九十年代初,編制“城市供水行業2000年技術進步發展規劃”時,筆者承擔‘改善管網水質’子課題的主稿,對占當時全國城市供水能力近一半的供水企業進行了函調,函調資料匯總時,充分考慮了各企業供水規模的差異后,進行加權平均,資料匯總分析的部分結論,如表1及表2。
表1
序號 |
水質項目 |
管網水比地表水廠出廠水高出率% |
管網水比地下水廠出廠水高出率% |
1
2
3
4
5
6
7 |
渾濁度
色度
鐵
銅
鋅
余氯
細菌 |
24.43
12.29
21.83
33.64
13.23
-35.83
264.1 |
36.97
128.4
64.2
625.0
244.6
-32.72
1005 |
表2
序號 |
項 目 |
地表水廠出廠水 |
地下水廠出廠水 |
1
2
3 |
水質基本穩定的%
水質有腐蝕性傾向的%
水質有輕微結垢傾向的% |
21
50
29 |
50
30
20 |
針對供水管網中存在微生物孳生的條件,近十多年來國內外學者提出生物穩定性的問題,對于國內供水企業多數采用液氯消毒法,特別采取源水預氯化措施,使出廠水的生物穩定性存在差距。
管網水渾濁度比出廠水高24~37%,紅水、黑水現象經常困擾各城市的供水管網,用水戶十分反感,對自來水的信譽產生質疑,導致‘各類純凈水’搶占了大量的市場。
因此,管網水的穩定性問題值得進一步研究,應通過試點探討對策;管網的合理改造及科學的運行管理亦應值得高度的重視。
管內腐蝕、結垢對水質影響的機理
由凈水廠輸出的自來水不可能是純水,它含有某些無機物及微生物,水在管網內流動時,有些水中化合物會分解,水和管內壁的材質亦會發生化學作用,水中殘存的細菌還可再繁殖,加之管網受到外來的二次污染,管網水質發生變化,引起諸多問題。
水在管網流動的過程中,由于腐蝕等原因,往往形成管內腐蝕、沉淀及結垢的情況,結垢層的厚度和管道輸配水的年數(管齡)有關,隨著時間的延續,管道有效截面積的縮小,直接影響管道的輸配水能力。這些結垢層又是細菌孳生的場所,形成“生物膜”,國內學者稱“生長環”,直接威脅著水質的安全。形成管內結垢層的原因,歸納起來有以下五個方面:
。1)
水對金屬管道內壁腐蝕形成的結垢;
。2)
水中碳酸鈣(鎂)沉淀形成的水垢;
。3)
水中含鐵量過高所引起的管道堵塞;
(4)
管道內的生物性堵塞;
。5)
水中懸浮物沉淀。
以上五個方面有些往往又同時發生,形成不同形態的結垢與沉淀。如環向瘤狀沉積物、底部連續沉積物、底部與環向瘤狀混合沉積物、不均勻連續沉積物、均勻環向沉積物、底部瘤狀沉積物。
2.1水對金屬管道內壁腐蝕形成的結垢
金屬被水浸蝕,對金屬而言呈現腐蝕現象。鐵管受腐蝕,產生鐵銹的機理有如下幾種論點:
2.1.1氧化理論
由于水中碳酸作用,鐵變成碳酸亞鐵,接著再被水中的氧所氧化,成為氫氧化鐵。
2.1.2過氧化理論
鐵首先和水合成為氫氧化亞鐵,這時產生的氫和水中的氧化合生成雙氧水,爾后氫氧化亞鐵和雙氧水化合生成氫氧化鐵。
Fe+2H20→Fe(OH)2+H2H2+O2→H2O2
2Fe(OH)2+H2O2→Fe(OH)3
2.1.3電化學理論
腐蝕是由于電化學反應引起的,圖1表示鐵銹的生成機理。

對金屬管道而言,輸送的水就是一種電解液,水的pH值影響著管道的腐蝕速度,水中的溶解氧及二氧化碳的存在,是管道腐蝕的重要因素。
因電化學反應,對于偏堿性水,且無侵蝕性二氧化碳時,首先生成的是氫氧化亞鐵,然后被水中溶解氧氧化,生成氫氧化鐵,形成鈍化保護膜,使管壁的腐蝕速度減慢。否則,在生成氫氧化亞鐵后,與二氧化碳作用生成重碳酸亞鐵,它具有可溶性而流失于水中,被水中溶解氧氧化,生成氫氧化鐵,出現紅水,其中部分脫水形成鐵銹。
2.1.4微腐蝕電池理論
金屬管本身含有許多雜質,金屬和雜質之間存在電位差,在水的介質內,形成無數微腐蝕電池。首先在鐵管表面上某一部位因鐵被腐蝕成鐵離子,進入水中,而形成陽極。其反應式為:
Fe→Fe+2+2e
所釋解的電子傳遞到鐵管表面的另一部位,形成陰極。
當pH≤7時,在陰極發生析氫反應,水在陰極失去氫離子而增加氫氧離子,當達到足夠的數量時,和水中的鐵離子形成氫氧化亞鐵,再被水中溶解氧氧化成氫氧化鐵,其中部分脫水形成鐵銹,沉積于管內表面,呈凹凸不平的銹垢,故鐵銹是鐵生成含水氧化鐵的現象。其反應式如下:
2H2O→2H++2OH-
2H++2e→H↑
Fe+2+2OH-→Fe(OH)2
4Fe(OH)2+2H2O+O2→4Fe(OH)3
(紅棕色沉淀)
2Fe(OH)3→Fe2O3+3H2O
當pH>7時,在陰極將發生氧化還原反應。
O2+2H2O+4e→OH-
在陰極上氧被還原成氫氧根,由于靜電作用,陰極產物向陽極擴散,陽極產物向陰極擴散,然后彼此再進一步作用,形成Fe(OH)2,進一步氧化生成Fe(OH)3,其中部分脫水形成鐵銹Fe2O3·nH2O。它質地疏松,不能起保護作用,以上反應繼續進行,鐵銹不斷沉積于管內表面形成銹垢。
在與水接觸的管內表面,有一層似乎不流動的薄水層,流速增大,該水層減薄,通過該水層水流中的氧的擴散、補給容易,故促進銹蝕。當管內流速再加快,氧的補給量增多,鐵管表面由于氧氣過剩,趨于鈍態化,反使腐蝕減小。若流速繼續增大,由于紊流將發生氣蝕,因機械作用使鐵管表面產生空隙腐蝕。
配水管網末端的小口徑管道,管內流速較小,甚至有時不流動,水中的氧氣難以補充,銹蝕較嚴重。相反,輸水干管通常流速大,氧不斷由水帶入,管內壁趨于鈍態,腐蝕速度放慢。就是發生腐蝕,也往往因過大速度使銹垢剝離掉,故發生銹瘤的機會減少。
由于腐蝕的生成物能溶于酸性介質中,而不易溶解于堿性介質中。因此pH值偏低的酸性水能促進腐蝕作用,而pH值偏高能阻止或完全停止腐蝕作用。
2.2水中碳酸鈣(鎂)沉淀形成的水垢
在所有的天然水中幾乎都含有鈣鎂離子,并且水中的重碳酸根離子分解出二氧化碳和碳酸根離子,這些鈣鎂離子和碳酸根離子化合成碳酸鈣(鎂),它難溶于水而變為沉渣。
酸式碳酸鈣(鎂)的分解作用,可用下式表示:
Ca(HCO3)2DCaCO3+CO2+H2O
把這個重碳酸鹽溶液看作是一個平衡的體系,那么就可以確定,當其它條件相同時,二氧化碳的排出導致化學作用單向進行,并使碳酸鈣(鎂)濃度增大。若濃度超過本身的溶解度,則碳酸鈣(鎂)必定開始沉淀,直到形成新的平衡狀況時為止。因而影響管網水的濁度升高及總硬度的下降。
2.3水中含鐵量過高所引起的問題
作為給水的水源一般含有鐵鹽,生活飲用水的衛生標準中規定鐵的最大允許濃度不超過0.3mg/L,當鐵的含量過大時,應進行除鐵處理,否則在管網中容易形成大量沉淀。水中的鐵常以重碳酸鐵、碳酸鐵等形式存在,以重碳酸鐵的形式存在時最不穩定,分解出二氧化碳,而生成的碳酸鐵經水解成氫氧化亞鐵。這種氫氧化亞鐵經水中溶解氧的作用,轉為絮狀沉淀的氫氧化鐵。它主要沉淀在管內底部,當管內水流速度較大時,上述沉淀就難以形成;反之,當管內水流速度較小時,就促進管內沉淀物的形成。
2.4管道內的生物性堵塞
鐵細菌是一種特殊化的營養菌類,它依靠鐵鹽的氧化,以及在有機物含量極少的清潔水中,順利地利用細菌本身生存過程中所產生的能而生存。這樣,鐵細菌附著在管內壁上后,在生存過程中能吸收亞鐵鹽和排出氫氧化鐵,因而形成凸起物。由于鐵細菌在生存期間能排出超過其本身體積499倍的氫氧化鐵,所以有時能使水管過水截面嚴重的堵塞,并且這些凸起物是沿著管內壁四周生成的,不僅是管底面而已。大量的亞鐵離子儲存在鐵細菌本身,而在細菌表面生成了氧化后的產物(三價鐵的氫氧化合物),它為棕色粘泥。它的反應過程是:
4FeCO3+6H2O+O2"4Fe(OH)3+4CO2
硫酸鹽還原菌是一種腐蝕性很強的厭氣細菌,它常存在于管內壁上,在沒有氧的條件下,在金屬管道電化學腐蝕過程中主要在陰極起極化劑的作用,能把硫酸鹽還原成硫化合物,這樣就加快了管道的腐蝕結垢速度。據報道,在鐵硫菌參與下的腐蝕速度會增大300~500倍。
任何一種細菌對pH值都有一定的適應性,通常細菌在中性和偏堿性介質中,生長最好。鐵細菌和硫酸鹽還原菌亦是如此,當pH在8.0時,它們的生長就受到抑制,pH值在8.4以上時基本不生長,試驗表明pH在5.96~7.89范圍內鐵細菌生長;pH在5.96~8.35范圍內硫酸鹽還原菌生長。
2.5水中懸浮物的沉淀
水中懸浮物的沉淀是形成沉渣的最簡單過程,盡管多數給水管道所輸送的水中懸浮物含量很少,可仍然有沉淀物形成,當深夜用水極少時刻,配水管道水流速度極小,乃至停流狀態,為水中微粒自然沉降創造了條件。特別是直接向管網輸送的井水,往往把井周圍粉砂、細砂隨水流帶入管內,尤其是生物的集聚粘附性能,使這些懸浮無機物很容易在管道內沉淀于底部。然而當出廠水濁度長期保持在≤0.5NTU時,這樣的沉淀應該是不嚴重的。
以上五種情況引起的管內沉淀與結垢,因形成的條件和時間的差異,可分為堅硬性結垢和松軟性沉淀。形成堅硬性結垢之原因主要是金屬管道自身的腐蝕和生物性結垢,它為金屬管道獨有。松軟性沉淀主要是水中的懸浮鐵質及碳酸鹽的沉淀,它在金屬管道或非金屬管道內都可能存在。
3.
管網水的穩定性問題
管網水的穩定性問題包括化學穩定性及生物穩定性兩個問題。
3.1化學穩定性
水是否化學性穩定,傳統的概念是與水中重碳酸鈣、碳酸鈣和二氧化碳之間的平衡有關。如水中游離二氧化碳含量少時,則產生碳酸鈣沉淀;如超過平衡量時,則產生二氧化碳腐蝕。反應式為:
Ca(HCO3)2DCaCO3+CO2+H2O
3.1.1化學穩定性的鑒別方法
(1)飽和指數、穩定指數用來定性鑒別化學的穩定性
飽和指數是水的實測pH值減去同一水的碳酸鈣飽和平衡時的pH值。
IL=pH0-pHs
式中 IL
-飽和指數(郎格利爾指數);
pH0
-水的實測pH值;
pHs
-水在碳酸鈣飽和平衡時的pH值。
pHs值有多種計算方法,比較簡便的方法是根據水的總堿度、鈣硬度、總溶解固體的分析值和水溫的關系,在表3中查得相應常數,按下式計算:
pHs=(9.3+Ns+Nt)-(Nh+Na)
式中 Ns-溶解固體常數;
Nt-溫度常數;
Nh-鈣硬度常數(以CaCO3)計,mg/L;
Na-總堿度常數(以CaCO3)計,mg/L。
當IL=0時,水質穩定;
當IL>0時,碳酸鹽處于過飽和,有結垢傾向;
當IL<0時,碳酸鹽未飽和,二氧化碳過量,有腐蝕的傾向。
穩定指數(IR)計算式為:
IR
=2pHs – pH0
式中
IR—穩定指數(雷茲納指數);
穩定指數按表4對水的特性進行鑒別。
計算值的常數 表3
總溶解固 體(mg/L) |
Ns |
水溫(℃) |
Nt |
鈣硬度(以CaCO3計)
(mg/L) |
Nh |
總堿度(以CaCO3計)(mg/L) |
Na |
50
75
100
200
300
400
600
800
1000 |
0.07
0.08
0.10
0.13
0.14
0.16
0.18
0.19
0.20 |
0~2
2~6
6~9
9~14
14~17
17~22
22~27
27~32
32~37
37~44
44~51
51~55
56~64
64~72
72~82 |
2.6
2.5
2.4
2.3
2.2
2.1
2.0
1.9
1.8
1.7
1.6
1.5
1.4
1.3
1.2 |
10~11
12~13
14~17
18~22
23~27
28~34
35~43
44~55
56~69
70~87
88~110
111~138
139~174
175~220
230~270
280~340
350~430
440~550
560~690
700~870
880~1000 |
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
2.0
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6 |
10~11
12~13
14~17
18~22
23~27
28~34
35~43
44~55
56~69
70~87
88~110
111~138
139~174
175~220
230~270
280~340
350~430
440~550
560~690
700~870
880~1000 |
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
2.0
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
3.0 |
水的特性的鑒別表4
穩定指數 |
水的傾向 |
穩定指數 |
水的傾向 |
4.0~5.0
5.0~6.0
6.0~7.0 |
嚴重結垢
輕度結垢
基本穩定 |
7.0~7.5
7.5~9.0
7.0以上 |
輕微腐蝕
嚴重腐蝕
極嚴重腐蝕 |
。2)
水質穩定問題與管網所用管材結合鑒別
上述飽和指數和穩定指數配合使用,將有助于判斷水的穩定性傾向,運用這些指數判別水質問題有很大局限性,因它是以單一碳酸鈣的溶解平衡作為判別依據。沒有考慮電化學過程,更沒有考慮水中膠體的影響,而且把碳酸鈣既作為緩蝕劑,又作為水垢來考慮。因此水質的腐蝕與結垢問題,不能僅按上述指數來區分,但如用指數數值來指示結垢傾向還有一定實際意義。
美國、德國、瑞典、丹麥、挪威等國聯合研討了這一問題,提出流入管網之水的穩定問題,要同管網所用管材的材質結合起來考慮。并提出以下帶結論性的建議:
。2.1)對于用鑄鐵管管材組成的管網,要求進入管網的水應符合以下條件:
pH=7~8.5之間;
堿度(以CaCO3計)為10~25ppm;
鈣離子應該存在;
溶解氧>2ppm;
有機物必須存在,但數量不應多。
(2.2)對于以水泥壓力管管材,水泥砂漿襯里的金屬管材所組成的管網,要求進入管網的水應符合以下條件:
pH≥7;
堿度(以CaCO3計)>15ppm;
鈣離子>10ppm;
腐蝕性CO2<5ppm。
(2.3)對于用各類管材組成的管網,要求進入管網的水應符合以下條件:
pH=8~8.5;
堿度(以CaCO3計)為33~82ppm;
總硬度(以CaCO3計)為37.5~75mg/L;
鹽:以Cl-及SO4-2形成的鹽要少;
有機物應存在,但數量應少。
在結論性建議中強調指出,以上這些參數僅作為參考,實質上在管網中的金屬管道襯里不完善的情況下,以上這些條件比較苛刻,多數情況難以滿足,關鍵是通過試驗確定本地區水源與管網相適應的水質控制條件。
3.1.2其它因素的影響
。1)當pH值<
6.5且水中鐵含量超過3mg/L時,管道逐漸被鐵細菌的作用所堵塞。
。2)當水中氯化物和硫酸鹽的濃度高達300~400mg/L時,即使IL=0.2~0.4時也會發生大量的腐蝕性沉淀,這是因為氯離子和硫酸根離子具有破壞管壁保護性碳酸鹽薄膜的作用。
。3)自來水的水溫變化緩慢,若是熱水系統問題就突出了,當水溫升高時水中二氧化碳逸出,碳酸鹽處于過飽和,有結垢傾向,反之則水具有腐蝕性。
。4)水中微生物大量繁殖,會形成生物性結垢,也有可能堵塞管道,影響管道輸水及管網水質。
3.2生物穩定性
生物穩定性系用生物可同化有機碳(AOC)來表示管網水中被細菌利用的有機質的濃度,它可作為管網中細菌生長的潛在能力指標。
對于良好的水源,水未用氯消毒時,AOC小于10µg乙酸碳/L,異養菌不發生增值;
水經消毒而AOC在50~100µg乙酸碳/L時,細菌孳生受到抑制,生物穩定性好;
AOC大于200µg乙酸碳/L時生物穩定性差,細菌迅速孳生。
用AOC評價水處理工藝對進入管網水的生物穩定性時,以下趨向引起關注:
·
用氯胺消毒的生物穩定性優于用液氯消毒;
·
采取二氧化氯替代液氯進行源水的預氯化措施,可降低AOC值;
·
合理保持出廠水的余氯在偏低范圍,必要時管網內局部補充加氯,可以降低管網水的AOC值;
·
膜過濾法處理水的生物穩定性差,AOC值高;
·
生物活性碳法(GAC)處理水的生物穩定性好;
·
美國、日本都已證實經臭氧處理后的水,AOC值高。
4.具體建議
4.1供水企業出廠水的穩定性,應制定指導性要求
首先要求有條件的一類供水企業,對出廠水的水質穩定性進行專題研討,對具有較嚴重腐蝕性的水質,增添pH值調整的工藝措施;對出廠水的余氯值應有更嚴的控制,必要時增設管網中間補加氯措施,乃至增添生物活性碳深度處理工藝,使生物穩定性改善。這也是使自來水水質趕上國際先進水平,符合直飲要求的一個重要環節。由于這些措施增大了供水成本,建議先個別試點,總結效果,再論在怎么的范圍內普及。提出這些建議的主要依據是:
(1)首先“生活飲用水水質標準”中,對化學穩定性和生物穩定性補充提出指導性的要求;
。2)
當源水水質偏酸性時,將出廠水pH值調整至8.0~8.5,歐美應用廣泛。十年前筆者在美國華盛頓北方水廠考察時,該廠水源來自湖泊,出廠水的pH值調至8.0~8.5,最高達9.0,當pH超過8.4以后,鐵硫細菌生長基本抑制,延緩生物膜的發育;
。3)堿性介質中,Fe(OH)3等溶解度小,生成鈍化膜,減輕腐蝕,亦不利于細菌孳生;
。4)選用二氧化氯進行源水的預氯化、氯胺消毒、生物活性碳深度處理、采取管網補加氯來降低出廠水余氯值等措施,從而降低出廠水中AOC值,抑制細菌生長,當管網水中AOC<50μg乙酸碳/L時,細菌生長受到抑制;
。5)美國建議標準為AOC<50~100μg乙酸碳/L;我國學者建議的近期目標AOC<200μg乙酸碳/L,遠期目標AOC<100μg乙酸碳/L。
4.2加大管網技術改造的力度
4.2.1管網技改的原則
4.2加大供水管網的改造力度
4.2.1管網改造的原則
。1)要結合城市供水總體規劃的需要,要結合供水管網分塊管理的需要;
(2)易爆管段優先列入更換;
。3)
建筑物等壓埋管段,建筑物等又難以拆除的,管道列入改遷;
。4)
管線走向不符規劃要求,影響嚴重的管段,列入改遷;
(5)
管道腐蝕嚴重,漏水頻繁的管段,列為改造;
。6)
管道內壁腐蝕結垢,影響輸配水衛生要求的,列為改造,其中嚴重不滿足輸配水要求的,優先改造;
。7)
管段改造的設計構思完善、管材選用可靠、施工質量優良,避免重新帶帳。
水表以內的用戶內部管道,亦應參照以上原則調整,同時貯水池、水箱等亦應配置合理,內壁防腐符合衛生要求。凡水表后為多層建筑物配水時,防止用戶內部水回流入管網的可能,應在水表后設置可靠的防回流裝置。
4.2.2管網改造的策略
。1)
按照以上原則編制現有管網技術改造規劃,針對各管段的具體情況,擬定技改的推薦方案。
。2)
編制年度管段技術改造計劃時,應作經濟效果的說明,這包括工程投資效益、運行能源效益及影響用戶的社會效益的分析,闡述該計劃是最佳方案的理由。
。3)
道路的擴寬改造是管道更新改造的最好機遇,通常以拆排新管為主。
。4)
易爆管段、漏水嚴重管段,通常以開挖式的拆排新管、非開挖式的脹破換管、管中管等方案比較選擇。
無內襯、非易爆的金屬管段,為了改善管網水質,應慎重選擇最佳方案。通過國內多年的實踐,對于中大口徑管道采用刮管、噴襯水泥砂漿,對于小口徑庭院及進戶支管采用刮管、噴砂除銹后噴涂衛生級環氧樹脂是較經濟、易實施的方案,應引起關注。需要說明的是水泥砂漿襯里的金屬管道及水泥壓力管所用的水泥應有具體要求,因硅酸鹽水泥制造過程中摻和了高爐礦渣,這類摻和料成份不穩定,有時帶有鋇、鎘等有害人體的金屬成份,有時存在放射性問題,故應檢測水泥相關的化驗報告。對于管道的內表面,噴涂衛生級不飽和聚酯樹脂是較好的措施,它減緩了水泥砂漿層堿及有害成份的析出,延伸了管道的使用壽命,并對輸送水的水質保證有利。
。5)
管道的技改應包括盲腸管段的根除,排氣閥門安裝方式的改進,盡量消除管網中的二次污染源。
盲腸管段在管網內大量存在,它是管網幾十年形成與改造過程中遺留下來的問題,在盲腸管段內的水是不流動的‘死水’,死水中的氧消耗盡后,水質悪化發臭,若是金屬管,內壁又沒襯里,則要產生‘紅水’、‘黑水’問題。
排氣閥是管道的呼吸器,長期處于地下井室內,在南方地下水位較淺的環境,甚至浸泡在臟水中,它實質上是管網嚴重的二次污染源。因此排氣閥不僅安裝的位置應改進,排氣閥本身也應改造,應附進氣的空氣凈化設施。
。6)
管道技改應包括閥門的改換,測壓、測流、檢測水質點的增補,小區總表、檢漏分流水表的完善,管網分塊管理相關設施的增改。
。7)
管網技改本著‘先嚴重后一般’、‘先大后小’、‘先易后難’,進行工程排序。
‘先嚴重后一般’系指:嚴重影響輸水水質的管段、嚴重影響輸配水的瓶頸管段、嚴重影響管網連續供水的易爆管段、嚴重漏水的管段提前安排;
‘先大后小’系指:經濟效益、社會效益影響較大的管段優先安排;
‘先易后難’系指:道路改擴的、有資金來源的、投資少的、容易見效的管段先辦。
管道改造的較大工程,應作多方案的經濟、效益分析,選定改造的較優方案。
4.3管網運行的科學管理
管網運行管理涉及的方面很多,這里僅探討‘改善管網水質’相關的內容。
4.3.1管網運行管理模式的探討
管網的運行有兩種模式,一種是被動管理模式;另一種是主動管理模式。
。1)被動管理模式
國內外同行對管網的運行,采用的是被動管理模式,它也是一種對管內水流非擾動模式,盡可能不擾動管網內水流方向的變化,以免擾動管底的沉淀物,以免渾濁度劇變。實質上這種運行模式對改善管網水質,只能治標不能治本,一旦控制失調,渾水現象難以避免。
。2)主動管理模式
主動管理模式系指對管內水流可擾動模式,也就是管網內水流方向、水流速度的較多的變化,不會引起管內水渾濁度明顯波動。
長期以來,供水管網輸配水過程中流態的研究很粗,也可算是個空白,管道年年敷設,有時一條街道上重復敷設了3~5條平行管道,只安新管、不拆舊管,有些管段的輸配水能力超越實際需要太多,有些城市規劃功能重大調整(如工業區用水大戶整體外遷),致使配水管道中流速過低,配水管網形成了水的‘沉淀池’,這是導致管網水質悪化的重要原因之一。
為此,首先建立好管網的地理信息系統(GIS),并達到管網建模、可復核運行計算的深度。
摸清各管段流速動態變化數據,繪制管網水齡(出廠水流至該點的小時數為該點的水齡)等值曲線。
逐條街道對平行的管道進行流態分析,將一些可以‘退役’的管段,調整‘下崗’。對于當前較富裕的聯絡管,只要對供水沒大的影響,亦可隔離‘臨時休息’。
通過閥門的啟閉調控,使部分流速偏低的管段,周期性增大流速,從而減少管網中沉淀物的形成。
也就是說管網中各管段的流速動態變化要摸清、要調控,有些管段要‘輪休’、要‘下崗’。
4.3.2管道的清洗
內襯良好的管道在長期輸配水的過程中也存在管底、管壁附著沉淀物的問題,因此有些管道存在定期沖排‘洗澡’的要求。
當然,對于管道內襯符合要求,管內流速能周期性大于自凈流速的管段,原則上不需要定期沖排‘洗澡’的。但對于管內流速長期偏低的管段,特別是枝狀末端管段,定期沖排是十分必要的。國內外一些同行對管網中的消火栓及枝狀末端管,要定期進行沖排,這是值得推廣的一項制度。成都水司幾十年一直有專門班子對消火栓一個月排水一次,一方面保持消火栓長期處于良好的備用狀態;二方面排掉干管至消火栓的一段死水,特別是配水支管上的消火栓排水時間較長,亦是對配水管道的一次清洗。致于內襯不符合要求的金屬管道,就是管內流速較大,也應定期沖排,當然更重要的是襯里應盡快完善。
5.結束語
總之,管網科學的運行管理是將管網的被動管理轉為主動管理,無序管理轉為有序管理,粗獷管理轉為分塊的效益管理。
當前我國城市建設處于大興土木的發展期,城市供水管網亦處于更新改造的擴建期,管網運行管理的模式跳出被動的模式是不現實的,但在條件較優的個別城市作些試點,積累經驗,也是必要的。
應該看到,要使用戶龍頭放出的水始終符合飲用水的水質標準。首先出廠水的水質應不低于當前的水質標準,出廠水化學、生物穩定性均符合要求;次之管網(包括用水戶內部管道)應按衛生等要求進行改造;再之管網的運行實施了主動管理的模式,這三個方面缺一不可,否則達不到理想的效果。
需要說明的是飲用開水是個好習慣,我國的“飲用水的水質標準”是符合飲用開水的水質要求的;致于直飲水的水質要求,筆者認為現階段主要還在于龍頭放出的水,長期穩定地達到水質標準而已。
不過在此需要補充兩點:直飲水和飲用開水對味覺都是有要求的,其實“水質標準”明確規定了自來水應無異味,但長期存在的‘氯酚’味并沒有作為硬指標來質疑水質是否達標的依據,這一點可以商討,作為供水企業應該采取措施,早日使出廠水全面達標;直飲水對濁度的要求更為嚴格,因濁度趨于0.1NTU時,標志著水中病毒、寄生蟲的消除。
在這里應該估計到,要求與實施不是同步的,整個管網按要求徹底改造完,將是一個漫長而無終止的過程;管網運行管理亦難以達到理想的目標。就是今后按規劃增敷的新管線,在投入輸配水的初期,水流速也難以達到規劃的要求,因此亦存在流速調控問題。
要求龍頭放出水的水質好(包括感官好),則是用戶的緊迫要求,這么就好理解國外同行中對化學穩定性差的出廠水,在清水池中投加大量石灰水,使出廠水的pH值調至8.0~8.5的原因。在這方靣,日本石橋多聞先生在《給水工程的事故與防治措施》一書中指出,供水管道防止內腐蝕,只限于采用鐵管涂料覆蓋方法是不夠的,在接管部位、屋頂水箱、附件等處不易被徹底保護。因此在作好管內防蝕襯里的同時,對進入管網的水調整pH值是必要的。他指出:“歐美的供水系統自不待言,就是馬來西亞、印尼等南亞地區的供水,也都在推行調整pH值的方法,而日本所供給的水是世界上少見的腐蝕性強的軟水,卻輕視調整pH值的方法是很不應該的”。他認為“日本自來水事業自創建以來,就有輕視防蝕對策的不好傳統,供水技術人員對此漠不關心,僅僅為眼前的瑣事困擾,而不考慮長期腐蝕的影響,既使出現有腐蝕象征的紅水問題,也只是對鐵管采取水泥砂漿襯里、洗管、投加偏磷酸鹽等為中心的暫時或局部辦法解決問題,很少采用治本的措施來改善水質”。近10多年來,在日本已有不少供水企業對出廠水采取調整pH值的措施了。
因此,在改善管網水質這一課題上,出廠水的水質與水質的穩定(包括化學、生物兩個方面)、合理改造管網以及管網運行的科學管理,均應同時提上實施日程,這也是優質服務的重要環節。
以上所述,有些作法離現實還有一段距離,暫時實施有困難,筆者認為這些對提高企業的服務質量相關,遲早會引起關注的,因此以上觀點僅拋磚引玉,供同行商討,不當之處望指點。