曹建江，倪杭娟，李 綱，童佳佳，侯寶芹

(杭州蕭山供水有限公司，浙江杭州 311203)

為積極配合某市城市建設(shè)，該市A水廠即將關(guān)停，為保障其供水范圍用戶的正常供水，需由臨近B水廠進(jìn)行供水。將B水廠出廠管與A水廠出廠管聯(lián)通的替代方案有2種：方案一是新建1根DN1200清水管，長(zhǎng)約2 km，供水規(guī)模為10萬(wàn)t/d；方案二是利用A水廠現(xiàn)有DN1200原水管，采取一定措施后轉(zhuǎn)換成清水管，并新建500 m DN1200清水管，將B水廠出廠泵房與原水管連通。其中，對(duì)DN1200原水管采取的措施有：(1)進(jìn)行內(nèi)襯翻新處理；(2)縮徑內(nèi)穿PE拖拉管；(3)綜合評(píng)估承壓漏水情況，采取清理消毒措施。

經(jīng)綜合比較，方案一新建1根管道，投資成本大，耗時(shí)長(zhǎng)，施工段車流量極大，在主車道內(nèi)施工會(huì)極大影響交通，且施工安全性差；方案二利用原有管道進(jìn)行翻新處理，投資成本較小，但施工期間會(huì)影響城區(qū)正常供水。方案二的幾種方法中，縮徑內(nèi)穿PE拖拉管同樣施工難度大，且會(huì)縮小管位；相對(duì)而言采取合理清理消毒措施投資最節(jié)省，B水廠出廠水沖洗消毒原水管后可作為A水廠原水進(jìn)行處理，A水廠既不會(huì)中斷生產(chǎn)，城區(qū)供水水質(zhì)水量又有保證。綜合考慮，優(yōu)選浸泡消毒措施，采用原水管功能轉(zhuǎn)換，有節(jié)省投資、不影響城區(qū)供水等諸多優(yōu)點(diǎn)。

原水管內(nèi)壁有較多淡水殼菜等生物，轉(zhuǎn)換成清水管使用將極大影響水質(zhì)的安全性，沖洗消毒風(fēng)險(xiǎn)的把控及沖洗效果成為改造的關(guān)鍵問(wèn)題。在我國(guó)，淡水殼菜原發(fā)于南方的珠江及長(zhǎng)江中下游流域[1]。近幾年，淡水殼菜隨水流沿調(diào)水渠道入侵到我國(guó)的其他地區(qū)[2-4]，如南水北調(diào)干線、調(diào)蓄水庫(kù)區(qū)等區(qū)域配套工程等，均出現(xiàn)了不同程度的淡水殼菜入侵滋生問(wèn)題。淡水殼菜有較大危害：首先，影響工程及機(jī)械運(yùn)行安全，新陳代謝產(chǎn)物[5]引起化學(xué)腐蝕和足絲附著的物理侵蝕會(huì)導(dǎo)致輸水通道混凝土保護(hù)層脹裂、剝落而造成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、機(jī)械異常等潛在危險(xiǎn)；其次，污染水體環(huán)境，淡水殼菜代謝消耗溶解氧，排出氨氮和營(yíng)養(yǎng)鹽，增大了水體富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)，死亡的個(gè)體腐爛、發(fā)臭，污染水體[6]，加劇水質(zhì)惡化。

本研究通過(guò)淡水殼菜類消殺及次氯酸鈉投加等實(shí)驗(yàn)室小試及生產(chǎn)性試驗(yàn)驗(yàn)證，順利把控原水輸送管轉(zhuǎn)換為清水管的各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)，成功實(shí)施該案例，為日后長(zhǎng)距離原水管的功能轉(zhuǎn)換以及同行提供行之有效的實(shí)例。

1 實(shí)驗(yàn)室模擬消殺試驗(yàn)

1.1 試劑與儀器

次氯酸鈉消毒液(有效氯10%)、濁度儀(哈希2 100 N)、余氯儀(哈希PCⅡ)、便攜式溶氧儀(哈希HQ30 d)、ICP-MS(賽默飛世爾iCAP Q)、粉末活性炭(寧夏光華牌)。

1.2 方法

1.2.1 浸泡試驗(yàn)

原水管中的淡水殼菜吸附力強(qiáng)，死亡后會(huì)腐敗并產(chǎn)生惡臭，不易清除。使用高、低濃度的次氯酸鈉溶液浸泡管材內(nèi)壁，靜置約1個(gè)月后，發(fā)現(xiàn)淡水殼菜在3 d后開始死亡，10 d后出現(xiàn)酸臭，浸泡液亦呈黑色，而此時(shí)仍無(wú)淡水殼菜脫落現(xiàn)象。為避免后期難以對(duì)管內(nèi)淡水殼菜進(jìn)行沖洗清除，改用流水浸泡試驗(yàn)。采用臨近B水廠出廠水流水浸泡原水管內(nèi)的淡水殼菜，結(jié)果表明，3 d出現(xiàn)開口，4 d開始?xì)と夥蛛x，5 d開始松動(dòng)與肉質(zhì)腐爛，20 d之后腐肉基本浸泡沖洗干凈。

1.2.2 次氯酸鈉投加小試試驗(yàn)

采用在原水中加入不同濃度的次氯酸鈉溶液，原水流經(jīng)切換管段約0.5 h，模擬放置0.5 h后的余氯量即為進(jìn)入A廠的原水，檢測(cè)加入聚合氯化鋁混凝沉淀后的沉后水的總氯和余氯值，結(jié)果如表1所示。

表1 次氯酸鈉投加小試結(jié)果Tab.1 Test Results of Sodium Hypochlorite Dosing

小試試驗(yàn)結(jié)果表明，10%次氯酸鈉投加約30 kg/kt的沖洗消毒效果較好，為后續(xù)原水管沖洗生產(chǎn)性試驗(yàn)提供參考。在切換的DN1200原水管中加入10%次氯酸鈉，浸泡原水管內(nèi)淡水殼菜類，使得A廠原水總氯在2.0 mg/L以內(nèi)，無(wú)需二次加氯，出廠總氯在1.2 mg/L以內(nèi)，可保證出廠水水質(zhì)。

2 改造實(shí)施方案及路線設(shè)計(jì)

改造項(xiàng)目主要包括原水管與清水管連接、原水管及清水管管道試壓以及原水管消毒沖洗3部分內(nèi)容。

其中，原水管沖洗消毒至關(guān)重要，將采用沖擊式?jīng)_洗法及動(dòng)態(tài)浸泡式消殺法處理原水管。主要分為4個(gè)階段：(1)清水平穩(wěn)沖洗階段，用清水平穩(wěn)沖洗原水管持續(xù)4 d，平均流量約2 400 m3/h，管徑為1.2 m，流速約為0.6 m/s，主要采用鄰近B水廠的出廠水小流量沖洗，因管道內(nèi)原輸送原水，渾濁度較高，淡水殼菜類生物較多，進(jìn)水流量不宜開啟過(guò)大，目的為沖出管道內(nèi)積泥及管壁少量淡水殼菜；(2)高流速間歇沖擊式?jīng)_洗階段，持續(xù)約13 d，受限于設(shè)備揚(yáng)程及A廠用水量較小，平均流量約為4 000 m3/h，管徑為1.2 m，流速約為1.0 m/s，目的為通過(guò)相對(duì)高流速?zèng)_擊式?jīng)_洗，以加快清除管壁淡水殼菜類物質(zhì)；(3)高濃度次氯酸鈉沖洗消毒階段，采用原水作為A廠原水時(shí)，管內(nèi)投加約3.0 kg/kt高濃度次氯酸鈉，轉(zhuǎn)換為清水為A廠原水時(shí)，內(nèi)加注約1.5 kg/kt次氯酸鈉溶液，共持續(xù)3 d，再用30 kg/kt高濃度次氯酸鈉溶液浸泡約36 h，強(qiáng)力悶管、浸泡并沖洗，目的為通過(guò)次氯酸鈉降低淡水殼菜的足絲能力，清除管內(nèi)深度黏牢的淡水殼菜類等其他微生物；(4)并網(wǎng)運(yùn)行水質(zhì)保障階段，水質(zhì)檢測(cè)及時(shí)跟蹤，確保并網(wǎng)后管網(wǎng)水質(zhì)安全。

DN1200原水管沖洗后，水樣經(jīng)常規(guī)工藝處理達(dá)標(biāo)后供應(yīng)用戶；高濃度浸泡消毒水，從沉淀池排到污水池，再排往B水廠排泥水調(diào)節(jié)池，經(jīng)濃縮池、平衡池等排泥水工藝處理后外排，消除高濃度消毒水對(duì)周圍環(huán)境污染的不利風(fēng)險(xiǎn)。

3 改造的前期準(zhǔn)備及實(shí)施

3.1 管線聯(lián)通

為有效落實(shí)DN1200原水管轉(zhuǎn)為清水管，實(shí)現(xiàn)A廠關(guān)停后，其供水區(qū)域的供水暢通，前期需落實(shí)拆遷事宜。(1)綜合評(píng)定管道再利用：將A廠附近DN1200原水管道轉(zhuǎn)換清水管再利用，其余原水管水量通過(guò)閥門組調(diào)節(jié)實(shí)行分流，為后期二水廠和B水廠的原水供應(yīng)做保障，以鄰近社區(qū)管道遷改為契機(jī)，將該段原水管材實(shí)施升級(jí)，內(nèi)增設(shè)閥門組，以便后期管網(wǎng)切換。(2)有效彌補(bǔ)供水產(chǎn)能缺口：解決A廠停產(chǎn)后引起的供水產(chǎn)能不足問(wèn)題，打通主管管網(wǎng)供水節(jié)點(diǎn)，有效緩解供水壓力。(3)高效發(fā)揮鄰近B廠產(chǎn)能：對(duì)接協(xié)調(diào)規(guī)劃、交警、河道處等多個(gè)部門，完成B廠門口DN1600清水管的鋪設(shè)，為后續(xù)原水管的連接奠定基礎(chǔ)。(4)確保供水質(zhì)量，多點(diǎn)實(shí)施：原水管功能轉(zhuǎn)換，B水廠內(nèi)需實(shí)施原水管與清水管的連通管，并完成管道破除鋪設(shè)，實(shí)現(xiàn)原水管與清水管的貫通，為避免原水污染清水而引起水質(zhì)事故，對(duì)相應(yīng)管道實(shí)施物理隔離。

3.2 生產(chǎn)運(yùn)行把控

廠內(nèi)運(yùn)行參數(shù)需嚴(yán)格把控：(1)嚴(yán)格調(diào)控濾池反沖洗周期、水量及加藥參數(shù)、沉淀池的清洗等，做好沉淀池前端濾網(wǎng)上淡水殼菜類的清除，并在清水池出口安裝濾網(wǎng)，及時(shí)清理，以攔截管內(nèi)極少量的淡水殼菜類，防止堵塞水表；(2)以B水廠有效氯為0.5～0.8 mg/L的清水作為廠內(nèi)原水，短時(shí)高流速?zèng)_洗，經(jīng)水廠常規(guī)工藝處理后，作為飲用水進(jìn)入供水管網(wǎng)，并在進(jìn)水口設(shè)濾網(wǎng)攔截，以沖洗管內(nèi)積泥和消殺原水管內(nèi)壁附著生物；(3)A廠停運(yùn)期間，制定互聯(lián)互通方案，采購(gòu)過(guò)濾器、統(tǒng)籌協(xié)調(diào)隧道施工方；(4)采用30 mg/L有效氯浸泡原水管，并高流速?zèng)_洗；(5)并網(wǎng)前對(duì)管道過(guò)濾器進(jìn)行反沖洗，直至淡水殼菜類消除。

3.3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與把控

原水管轉(zhuǎn)換為清水管可能造成的風(fēng)險(xiǎn)是水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)及爆管風(fēng)險(xiǎn)。水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)通過(guò)開展淡水殼菜類浸泡試驗(yàn)、次氯酸鈉投加小試等模擬試驗(yàn)，以觀察淡水殼菜開口死亡、脫殼、腐爛的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，可有效指導(dǎo)原水管的消毒、沖洗方式；同時(shí)，做好A廠原水臭和味、渾濁度等重點(diǎn)關(guān)注的水質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)，以確認(rèn)原水進(jìn)廠的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，為降氯減礬提供技術(shù)指導(dǎo)。沖洗消毒過(guò)程中引起水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)可能的因素：(1)渾濁度升高，因管壁沖刷導(dǎo)致水混；(2)原水管壁淡水殼菜脫落可能引起的臭味問(wèn)題。通過(guò)A廠內(nèi)原水及過(guò)程水渾濁度、余氯、臭和味、鐵、錳、溶解氧等檢測(cè)，以判斷管內(nèi)沖洗情況，通過(guò)水質(zhì)的及時(shí)監(jiān)控，采取降氯、投炭等相應(yīng)措施把控水質(zhì)。為防止DN1200原水管產(chǎn)生爆管，安裝壓力表，通過(guò)關(guān)停A水廠原水管后進(jìn)行測(cè)壓為0.08 MPa，切換閥門注入B水廠清水測(cè)壓為0.31 MPa，且連接處無(wú)漏水及降壓較小，表明爆管風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較小。后續(xù)加強(qiáng)管線巡查，聽漏修漏，減少爆管風(fēng)險(xiǎn)。

3.4 應(yīng)急措施及實(shí)施

項(xiàng)目實(shí)施中因施工原因，采用B廠清水沖洗DN1200原水管期間，切換為錢塘江原水流經(jīng)DN1200原水管，使用時(shí)間為1 d。但因管內(nèi)有盲管處，再次啟用B廠清水沖洗DN1200原水管后，管內(nèi)將滯留約18 d的死水會(huì)導(dǎo)致A廠原水腐臭發(fā)黑，針對(duì)該情況采取活性炭投加應(yīng)急預(yù)案，在反應(yīng)池口投加10 kg/kt粉末活性炭，持續(xù)4 h，原水正常后，停止加炭。

4 改造實(shí)施效果

沖洗效果主要通過(guò)水質(zhì)指標(biāo)以及管道內(nèi)淡水殼菜類脫落情況來(lái)驗(yàn)證。消毒沖洗階段水質(zhì)情況分析如下。

4.1 渾濁度及余氯情況

沖洗初期A廠內(nèi)原水渾濁度和余氯變化趨勢(shì)如圖1所示。(1)渾濁度情況：當(dāng)DN1200原水管輸送鄰近B水廠清水約70 min時(shí)，A廠內(nèi)原水渾濁度由20 NTU升高為170 NTU；約86 min后，達(dá)到最高為389 NTU，原水中臭味加重，藻腥味及腥臭味為4級(jí)，后續(xù)逐漸下降；經(jīng)10 h，降低為1.5 NTU左右。渾濁度升高主要是因流量加大過(guò)快，管內(nèi)沖刷較大。當(dāng)渾濁度降低約2.5 NTU時(shí)，1#平流沉淀池逐漸停止加礬；當(dāng)渾濁度飆升時(shí)，恢復(fù)加礬，當(dāng)渾濁度下降為2 NTU左右，4個(gè)沉淀池均停止加礬，觀察一段時(shí)間水質(zhì)情況基本穩(wěn)定。(2)消除鋁超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)：因渾濁度過(guò)低可能導(dǎo)致加礬量增多，引起鋁超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)對(duì)原水、濾后水和出廠水鋁進(jìn)行檢測(cè)，分別為0.018、0.075、0.065 mg/L，遠(yuǎn)低于國(guó)標(biāo)限值0.2 mg/L，消除了鋁超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)，后續(xù)停止加礬，水質(zhì)基本穩(wěn)定。(3)余氯情況：沖洗約2 h后明顯檢測(cè)到廠內(nèi)原水中余氯為0.3 mg/L，A廠將停止投加一道氯，在大約3 h后，余氯基本維持在0.45 mg/L左右，表明第一階段原水管外壁已初步清洗。

圖1 沖洗初期A廠內(nèi)原水渾濁度和余氯變化趨勢(shì)Fig.1 Change Trend of Turbidity of Raw Water and Residual Chlorine in Plant A at the Beginning of Washing

為觀察整體變化趨勢(shì)，按每日平均值繪制渾濁度和余氯變化趨勢(shì)，如圖2所示。

圖2 渾濁度與總氯整體變化趨勢(shì)Fig.2 Overall Trend of Turbidity and Total Chlorine

由圖2可知，采用B水廠清水沖洗后，約14 h降低為1 NTU以下；后期高流速反復(fù)沖洗后，在高流速?zèng)_洗階段渾濁度仍有上升，基本維持在2 NTU左右；廠內(nèi)停止加礬，16 d后在流速基本在1.0 m/s，渾濁度基本維持在0.1 NTU以下。在B廠清水管內(nèi)進(jìn)行加氯，加氯量基本維持在1.5 kg/kt，A廠原水渾濁度降至2 NTU以下，停止加礬，3.5 h左右原水渾濁度由約40 NTU降為1 NTU以下。相比于第1 d清水沖洗，縮短了10.5 h，A廠原水臭和味為0級(jí)；運(yùn)行第6 d時(shí)，A廠原水余氯基本在0.65 mg/L，和B廠出廠水余氯0.75 mg/L相差甚微，管內(nèi)余氯基本穩(wěn)定，說(shuō)明管中耗氯性物質(zhì)基本消耗；運(yùn)行第18 d，原水管內(nèi)投加3.0 kg/kt的次氯酸鈉；運(yùn)行第21 d，清水管內(nèi)投加1.5 kg/kt使得A廠原水總氯在2.0 mg/L左右，濾后水在1.5 mg/L以內(nèi)，出廠水總氯在1.2 mg/L以內(nèi)，廠內(nèi)停止一道和二道氯投加，維持出廠水余氯在0.6～1.0 mg/L。以上臭和味及余氯、渾濁度指標(biāo)表明，原水管內(nèi)大顆粒污垢已基本清理。后期對(duì)A廠原水高濃度次氯酸鈉悶管及沖刷，黏牢在管壁中的淡水殼菜類物質(zhì)可得到有效沖刷。

4.2 其他水質(zhì)指標(biāo)影響

因原水管材主要為鋼管，間歇采用錢塘江原水及B廠清水的切換沖洗管道及次氯酸鈉消毒等因素，考慮監(jiān)控鐵、錳、pH、溶解氧等水質(zhì)指標(biāo)的影響。通過(guò)對(duì)原水及沉淀水鐵錳檢測(cè)，結(jié)果表明：僅在切換為錢塘江原水時(shí)，A廠內(nèi)原水鐵平均濃度為0.25 mg/L，錳平均濃度為0.1 mg/L，原水切換為B廠清水時(shí)，A廠內(nèi)原水及出廠水鐵、錳均<0.05 mg/L，遠(yuǎn)小于生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)限值，無(wú)鐵錳升高風(fēng)險(xiǎn)；并對(duì)pH、溶解氧進(jìn)行檢測(cè)，高流速?zèng)_洗后，渾濁度升高導(dǎo)致原水中溶解氧開始下降，間斷沖洗后溶解氧有一定的升高趨勢(shì)，后續(xù)基本穩(wěn)定，滿足地表水Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)7.5 mg/L以上；pH前期變化趨勢(shì)不明顯，但稍有偏酸性的趨勢(shì)，主要原因是管中淡水殼菜類仍有附著，且余氯的浸泡會(huì)使淡水殼菜類物質(zhì)死亡，導(dǎo)致水環(huán)境偏酸性，隨著沖洗的持續(xù)進(jìn)行，運(yùn)行18 d后，pH值略有升高，基本維持在7.2左右，滿足生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)限值7.5～8.5。

4.3 淡水殼菜脫落情況

考慮到初期沖入沉淀池的污染物較多，采取不定期對(duì)反應(yīng)沉淀池濾網(wǎng)進(jìn)行一次排空清洗。通過(guò)觀察A廠內(nèi)沉淀池濾網(wǎng)中淡水殼菜類脫落情況，發(fā)現(xiàn)：運(yùn)行到第3 d，濾網(wǎng)上無(wú)淡水殼菜類；第4 d，濾網(wǎng)上有少量淡水殼菜；第6 d，明顯增多且殼肉一體，攔截物多為淡水殼菜，少量蛤蜊；第12 d，殼肉分離；第20 d，基本為空殼；第21 d，濾網(wǎng)中極少量空殼；第22 d，觀察原水管內(nèi)壁基本無(wú)殼。

4.4 并網(wǎng)供水效果

供水方式采取小區(qū)域、小流量供水，水質(zhì)穩(wěn)定后，逐步增大出水流量，降低安全隱患；加密監(jiān)控并網(wǎng)后管網(wǎng)水質(zhì)情況，實(shí)時(shí)反饋水質(zhì)情況，保障DN1200功能性轉(zhuǎn)換的水質(zhì)安全。如表2所示，并網(wǎng)后區(qū)域內(nèi)近2周的管網(wǎng)水質(zhì)檢測(cè)表明，水質(zhì)正常，未接到熱線投訴。

表2 試驗(yàn)管網(wǎng)水水質(zhì)Tab.2 Water Quality in Pipe Network for Experiment

5 結(jié)論

本次DN1200原水管功能轉(zhuǎn)換，是一次供水行業(yè)的新突破，本工程也是一項(xiàng)投入小、見效快的惠民工程。A廠原常規(guī)工藝出水將大部分升級(jí)為B廠深度水工藝出水，提升中心城區(qū)百姓飲水的滿意度，供水格局上也有了新升級(jí)，總結(jié)如下。

(1)充分做好前期管道聯(lián)通，采取淡水殼菜類浸泡及生產(chǎn)性試驗(yàn)，結(jié)果表明，采取30 kg/kt 10%次氯酸鈉浸泡原水管，對(duì)淡水殼菜消殺效果較好。

(2)有效跟蹤A廠原水、過(guò)程水及出廠水水質(zhì)，及時(shí)調(diào)整藥劑投加，沉后水出水在2 NTU以下時(shí)，停止加礬，濾后水在1.5 mg/L以內(nèi)，出廠水總氯在1.2 mg/L以內(nèi)，廠內(nèi)停加一道和二道氯，維持出廠水余氯在0.6～1.0 mg/L，保障出水水質(zhì)安全。

(3)有效驗(yàn)證試驗(yàn)，通過(guò)A廠內(nèi)淡水殼菜類的脫落情況及管網(wǎng)水質(zhì)及時(shí)跟蹤反饋情況，以檢驗(yàn)原水管轉(zhuǎn)換為清水管的效果。結(jié)果表明，沖洗22 d后原水管內(nèi)壁基本無(wú)淡水殼菜類，并對(duì)管網(wǎng)水臭和味、渾濁度等9項(xiàng)常規(guī)指標(biāo)檢測(cè)，結(jié)果均符合生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB 5749—2006)限值要求。

(4)面對(duì)原水切換，盲管內(nèi)死水導(dǎo)致的突發(fā)情況，及時(shí)采取緊急措施。如反應(yīng)池前端投加10 kg/kt粉末活性炭，持續(xù)4 h后，原水無(wú)異味后停加粉炭；通過(guò)A廠內(nèi)濾池反沖洗后外排；用戶端消防栓外排，化驗(yàn)室連續(xù)檢測(cè)及時(shí)反饋，使悶管中死水得到有效處理。

(5)該工程節(jié)約運(yùn)行成本，如采用原管徑修復(fù)，需費(fèi)用約為600萬(wàn)元，而采用原水管沖洗消毒方式，次氯酸鈉溶液消毒成本約為5萬(wàn)元。初步核算本次沖洗消毒重復(fù)計(jì)量水量為1 076 463.6 m3，排放水量共計(jì)130 997.2 m3，共計(jì)成本約40萬(wàn)元，節(jié)約成本約560萬(wàn)元。同時(shí)，合理保留原管位，實(shí)現(xiàn)DN1200原水管的高效再利用，將是供水行業(yè)內(nèi)行之有效的原水管轉(zhuǎn)換為清水管的典型實(shí)例。