管網(wǎng)消毒、清洗、非開挖修復診斷與評估技術
01 研究背景
西南五區(qū)(青浦、松江、金山、奉賢、閔行5個區(qū))供水管網(wǎng)長度約為10 560 km。“十二五”期間，郊區(qū)供水管網(wǎng)基本形成分片集約的供水格局，全市供水安全保障能力得到進一步加強。供水企業(yè)對管齡較長、易爆易漏、材質(zhì)較差的供水管網(wǎng)進行更新改造，結合金山、青浦水廠等新建及擴建工程，累計敷設DN500以上管道約350 km，改建DN300以下小口徑管網(wǎng)約2200 km。雖然供水管網(wǎng)基礎設施已得到進一步完善，但管網(wǎng)生物風險與水質(zhì)調(diào)控亟待加強。隨著西南五區(qū)水源取水口歸并，水廠集約化，導致供水管網(wǎng)輸配距離增加，停留時間延長，流速慢，供水管網(wǎng)生物風險大幅提升。
管網(wǎng)消毒、清洗、非開挖修復診斷與評估關鍵技術研究術語國家科技重大專項“金澤水庫原水水處理工藝優(yōu)化與安全輸配技術研究與應用”(2017ZX07207004)課題的研究任務之一。依托“十二五”水專項供水管網(wǎng)水質(zhì)安全多級保障與漏損控制技術研究與示范的研究成果，結合上海市集約化供水和用戶端水質(zhì)保障示范工程的應用經(jīng)驗，開展供水管網(wǎng)水質(zhì)安全綜合風險評估與調(diào)控技術研究。關鍵技術結合管網(wǎng)水質(zhì)特點和運行現(xiàn)狀，綜合評估管網(wǎng)特征，提出供水管網(wǎng)分級調(diào)控和改造方案，協(xié)同管網(wǎng)多級消毒、沖洗、修復，保障供水管網(wǎng)運行安全，構建管網(wǎng)輸配多級保障體系。
02 研究內(nèi)容
研究供水管網(wǎng)水體中生物指標、化學指標的變化規(guī)律，統(tǒng)計物理指標、化學指標與生物指標變化的相關性；研究確定表征管網(wǎng)水質(zhì)與運行安全的關鍵指標與綜合指標，以及管網(wǎng)補充消毒、管道沖洗、修復等調(diào)控措施的啟動條件。
基于管網(wǎng)水質(zhì)分析和運行診斷評估結果，結和現(xiàn)場條件，研究制定分級調(diào)控方案：對于輕度腐蝕結垢、水齡長、水質(zhì)異常的管道，開展管網(wǎng)沖洗；對于腐蝕結垢嚴重、漏損、受損程度高的管道，開展非開挖修復；對超役、重度腐蝕或嚴重老化、破損的管道采取更新改造措施；對于余氯(總氯)無法達到控制目標的區(qū)域開展管網(wǎng)補充加氯消毒。
03 關鍵技術
3.1 技術內(nèi)涵
以物理指標、化學指標、生物指標的變化為表征，分析管網(wǎng)水質(zhì)與生物安全性；根據(jù)水質(zhì)特點和管網(wǎng)特征，科學選用消毒、清洗、非開挖修復技術提升管網(wǎng)水質(zhì)，集成供水管網(wǎng)水質(zhì)調(diào)控技術，保障供水管網(wǎng)運行安全。
3.2 技術工藝
3.2.1 管網(wǎng)診斷評估技術
傳統(tǒng)管網(wǎng)檢測主要利用聲學原理，需要依靠技術人員的工作經(jīng)驗，主要針對管道漏損檢測，具有一定的局限性。目前，上海市多采用基于視頻和聲學的、無損的狀態(tài)評估檢測技術，用于日常管道狀態(tài)的診斷評估與漏點定位，客觀反映管道內(nèi)部狀況。通過管道內(nèi)窺檢測，得到管道受損面積占比和異常點數(shù)量，并結合其受損程度，綜合評估管道受損狀態(tài)，如表1和圖1所示。
上述管網(wǎng)檢測評估技術適用于中大口徑管道(≥DN300)，可在不影響管網(wǎng)正常供水運營的狀態(tài)下對管道內(nèi)部的多種狀態(tài)進行檢測。對于小口徑管道( 3.2.2 管網(wǎng)清洗技術 目前，國內(nèi)外普遍采用物理清洗技術，主要包括單向沖洗法、高壓射流法、機械刮管法、氣壓脈沖清洗法和碎冰清管法等(表2)。在實際工程中，需要綜合考慮管徑、管內(nèi)流速、工程措施、排水要求等因素，科學選用管網(wǎng)清洗技術。 1)啟動條件 通過供水管網(wǎng)水質(zhì)物理指標、化學指標與生物指標變化的相關性分析，篩選出渾濁度、余氯(總氯)、亞硝酸鹽、異養(yǎng)菌平板計數(shù)(HPC)、總鐵等關鍵指示參數(shù)，結合管網(wǎng)診斷評估結果，有條件的地區(qū)還可以模型模擬情況作為管網(wǎng)清洗措施的依據(jù)。除新建管網(wǎng)或管網(wǎng)維修后在并網(wǎng)前需按照相關標準進行管網(wǎng)沖洗消毒外，若出現(xiàn)下列情況可以考慮進行管網(wǎng)沖洗。 (1)管網(wǎng)水質(zhì)特征 a.渾濁度偏高、余氯偏低的區(qū)域，尤其是經(jīng)管網(wǎng)補氯后，末梢余氯仍低于0.1 mg/L； b.HPC、總鐵指標異常(Z-score標準化值均>1.8)的點或區(qū)域； c.出現(xiàn)亞硝酸鹽積累現(xiàn)象(高于0.075 mg/L)，水質(zhì)穩(wěn)定性較差的點或區(qū)域； d.其他管網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)(管網(wǎng)末梢、“黃水”現(xiàn)象等)。 (2)管網(wǎng)檢測診斷 通過管道檢測診斷，評估管道運行狀況，作為工程措施依據(jù)，對存在輕度腐蝕結垢或受損系數(shù)較低的管道進行沖洗。 (3)管網(wǎng)模型模擬 有條件的區(qū)域，可根據(jù)模型模擬情況，重點關注流速較低、水齡較長、余氯較低的管道。 2)工藝參數(shù) 目前，城市供水管網(wǎng)清洗普遍采用水力沖洗方式，主要包括單相沖洗法和氣水脈沖方法，工藝參數(shù)如下。 (1)單相沖洗法 a.沖洗水量可按沖洗管段容積的10～15倍進行測算； b.水流流速不小于1.2 m/s。 (2)氣水脈沖法 a.沖洗水量可按沖洗管段容積的4～6倍進行測算； b.進氣管末端壓力應大于沖洗管道水壓，壓差應大于0.03 MPa； c.入口水壓為0.25～0.40 MPa，入口氣壓為0.40～0.65 MPa； d.進氣時間為5～20 s，停氣時間為10～30 s； e.參數(shù)可根據(jù)沖洗效果適當調(diào)整。 3.2.3 管網(wǎng)多級消毒技術 近年來，上海在開展降低管網(wǎng)余氯，改善余氯帶來的口感問題，2018年管網(wǎng)平均余氯為0.85 mg/L，2019年起每年管網(wǎng)余氯降至0.05 mg/L，至2021年上海管網(wǎng)平均余氯降至0.70 mg/L，由此余氯帶來的口感問題可以基本解決。 為改善消毒效果，保障管網(wǎng)水質(zhì)，采用水廠-泵站兩級消毒方案，在確保微生物指標合格的情況下，合理選擇消毒工藝，降低出廠水余氯，嚴格控制消毒副產(chǎn)物，精準確加氯，采用管網(wǎng)補氯措施，針對局部區(qū)域管網(wǎng)余氯(總氯)無法滿足控制目標的情況，在管網(wǎng)增壓泵站和水庫泵站環(huán)節(jié)進行補氯措施，平穩(wěn)管網(wǎng)余氯，改善余氯帶來的口感等問題，保障末端水質(zhì)穩(wěn)定達標。 1)控制條件 對泵站加氯量的控制，宜根據(jù)不同季節(jié)、不同水源合理制定出站水余氯控制指標(表3)。同時，總氯控制指標還應根據(jù)供水管網(wǎng)輸配距離、余氯衰減情況、管網(wǎng)末梢微生物指標檢測結果等，結合進站氨氮進行合理調(diào)整，實現(xiàn)精細管理、精準加氯。 對于以化合氯出廠的水廠，其范圍內(nèi)的泵站應定期手動或在線監(jiān)測進站水氨氮，當總氯不能滿足要求時，應采取補氨措施，補氨后，氨氮一般不超過0.25 mg/L。另外，針對游離氯消毒水廠，在滿足加氯控制目標時，還應注意消毒副產(chǎn)物的生成情況，合理調(diào)整加氯量，嚴格控制消毒副產(chǎn)物。 2)工藝要求 (1)加注點設置和投加方式 水庫泵站的加注點應設置在水庫泵前，增壓泵站的加注點應設置在泵前管道上。為保障投加效果，加注管需要保證一定的入水深度，防止藥劑外溢造成浪費和污染。 次氯酸鈉溶液可直接原液投加，也可根據(jù)實際情況稀釋后投加。通過調(diào)節(jié)加注泵的沖程或頻率控制投加比例和投加量，并根據(jù)實際情況及時調(diào)節(jié)加注量。 (2)控制模式 加氯系統(tǒng)控制模式：就地控制、遠程手動控制、遠程自動控制。控制級別由高到低：就地、遠程手動、遠程自動。 隨著計算機技術的飛速發(fā)展，無人值守成為未來泵站的管理模式，補充加氯工藝向自動控制方向發(fā)展。操作人員通過設置關鍵運行參數(shù)或發(fā)出控制指令，結合在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，系統(tǒng)根據(jù)聯(lián)動步驟進行閉環(huán)自動控制，實現(xiàn)自動加注和遠程監(jiān)控(圖2)。自動控制時可按流量比例或余氯反饋自動投加次氯酸鈉。 3)保障措施 泵站補充加氯期間還應實時關注泵站進、出水以及加氯后的水質(zhì)情況，及時調(diào)節(jié)藥劑投加量，并定期檢測次氯酸鈉有效氯含量，確保補充加氯效果。 同時，還需重點關注管網(wǎng)末梢的水質(zhì)情況。對管網(wǎng)末梢余氯偏低的區(qū)域(≤0.1 mg/L)，或存在亞硝酸鹽氮積累現(xiàn)象(>0.075 mg/L)的點或區(qū)域，應協(xié)同管網(wǎng)沖洗，穩(wěn)定和提升管網(wǎng)水質(zhì)。 3.2.4 管網(wǎng)非開挖修復技術 通過對管道運行狀況開展診斷評估，針對嚴重老化或受損系數(shù)高的管道進行修復措施，尤其是交通繁忙、不易開挖修復的管道應采取非開挖修復技術，對管道進行整體或局部修復。該技術是將PE內(nèi)襯、薄壁不銹鋼內(nèi)襯等通過折U或縮徑的形式，在一定的牽引力和牽引速度下拉入主管道，或將環(huán)氧樹脂作為噴涂材料，通過卷揚機拉力作用下的旋轉噴頭或人工方法將材料依次在舊管道內(nèi)噴涂，形成加固層，經(jīng)過自然養(yǎng)護，形成主管道-襯里復合管，達到對舊管道的修復。在實際工程中，依據(jù)《城鎮(zhèn)給水管道非開挖修復更新工程技術規(guī)程》(CJJ/T 244—2016)中提出給水管道非開挖修復工藝設計的原則性規(guī)定(表4)，結合管道狀況，科學選擇修復工藝。 3.3 示范應用案例與成效 協(xié)同管網(wǎng)診斷評估技術，依據(jù)管道狀態(tài)評估結果，結合水質(zhì)特征，進行水質(zhì)分級調(diào)控，在閔行區(qū)開展應用驗證，具體如下：1)對輕度腐蝕結垢、水齡長、水質(zhì)異常管道開展氣水沖洗；2)對腐蝕結垢嚴重、漏損、受損程度高的管道開展非開挖修復。 (1)管網(wǎng)氣水沖洗 管網(wǎng)氣水沖洗應用于閔行區(qū)中誼路-東方花園一期DN300球墨鑄鐵管，沖洗長度約800 m。該管段存在黃水問題，通過管網(wǎng)檢測診斷，其內(nèi)部存在輕微腐蝕，受損系數(shù)低，且沖洗前水質(zhì)分析結果表明該區(qū)域渾濁度為0.67～0.90 NTU，存在超過上海市地方標準限值風險。因此，基于管道診斷結果和水質(zhì)特征，對該管段采用氣水沖洗。 應用結果表明，氣水沖洗技術能有效去除管網(wǎng)內(nèi)壁污染物，改善管道衛(wèi)生狀況，渾濁度指標明顯改善(降低70%)。此次氣水沖洗用時110 min，與常規(guī)沖洗方法相比可較大程度的縮短工期，減小對周邊環(huán)境和居民用水的影響，且節(jié)省水量約99.59 m3/h，達到事半功倍的清洗效果。 (2)管網(wǎng)非開挖修復 管網(wǎng)非開挖修復技術應用于閔行區(qū)龍吳路(景聯(lián)路-雙柏路)DN800鑄鐵管，修復長度為1 140 m。由于該管段處于管網(wǎng)末梢，距離水廠較遠，余氯偏低，存在微生物風險，管網(wǎng)診斷評估結果表明，該管道存在多處漏點、腐蝕和管瘤，受損程度高，且所處路段交通繁忙且管道位于綠化景觀帶，傳統(tǒng)開槽排管將大面積毀壞綠化林木，同時也會破壞部分新修道路，因此，采取非開挖修復技術對該管道進行結構性修復(圖3和圖4)。 管網(wǎng)非開挖修復技術可有效避免傳統(tǒng)開槽排管大面積毀壞綠化帶和道路，減小了對周圍環(huán)境和路面設施的影響，施工周期短，操作便捷，實現(xiàn)了對繁忙路段的管道修復和改造。非開挖修復后既解決了管網(wǎng)內(nèi)部銹蝕和水垢問題，修復后內(nèi)壁光滑，無褶皺、無脫落、無氣泡、粗糙度n<0.01,可極大降低介質(zhì)在管道內(nèi)的阻力損失，管道輸水能力提高；且固化后支撐管具有極高的結構強度，能夠保證不依靠原有舊管道的結構強度進行獨立承壓，極低的蠕變使得管道可以使用50年以上，大大延長了管道使用壽命。從水質(zhì)上看，修復后渾濁度指標顯著降低(0.09 NTU)，余氯衰減情況明顯改善，修復后管網(wǎng)水質(zhì)達到上海市《生活飲用水水質(zhì)標準》(DB31/T 1091—2018)的要求的基礎上，滿足菌落總數(shù)小于20 CFU/mL，渾濁度<0.2 NTU的考核要求，取得良好的應用效果。 04 總結與展望 保障供水管網(wǎng)輸配水質(zhì)是提升龍頭水質(zhì)的一個關鍵環(huán)節(jié)，本研究基于管網(wǎng)水質(zhì)參數(shù)的變化規(guī)律和相關性分析，篩選出渾濁度、余氯、HPC等關鍵指標作為指示參數(shù)，并通過基于視頻和聲學的管道內(nèi)窺檢測技術，評估管道腐蝕結垢、受損程度，結合管網(wǎng)水質(zhì)特點，綜合考慮相關現(xiàn)場因素，協(xié)同管網(wǎng)多級消毒、沖洗、修復，集成供水管網(wǎng)水質(zhì)調(diào)控技術，核心在于有針對性的調(diào)控措施及啟動條件，通過制定分級改造和調(diào)控方案，構建水質(zhì)多級保障體系，指導管網(wǎng)運行維護，保障管網(wǎng)的安全運行和輸配過程的水質(zhì)穩(wěn)定。關鍵技術在上海市西南五區(qū)得到應用和驗證，為管網(wǎng)精細管理提供技術支撐，助力實現(xiàn)高品質(zhì)供水目標。
以上是小編收集整理的管網(wǎng)消毒、清洗、非開挖修復診斷與評估技術部分內(nèi)容來自網(wǎng)絡，如有侵權請聯(lián)系刪除：153045535@qq.com;
本文地址：http://m.mirasorganicspa.com/shuichuli/643.html
