原創(chuàng)論文︱大型復(fù)雜輸水管道沖洗消毒應(yīng)用案例及分析云南城鎮(zhèn)供水 2024年06月12日 17:57 云南以下文章來源于中國給水排水，作者侯江鑫，等圖片點擊藍字關(guān)注我們摘要：成都市某

核心提示：原創(chuàng)論文︱大型復(fù)雜輸水管道沖洗消毒應(yīng)用案例及分析云南城鎮(zhèn)供水 2024年06月12日 17:57 云南以下文章來源于中國給水排水，作者侯江鑫，等圖片點擊藍字關(guān)注我們摘要：成都市某新建大型輸水管道全長26.5km，采用DN2400鋼質(zhì)管道敷設(shè)，高程起伏較大，而目前鮮有針對此類大型復(fù)雜管道的沖洗消毒報道。為此，以本工程成功實踐經(jīng)驗為基礎(chǔ)，系統(tǒng)介紹了沖洗消毒技術(shù)的選擇要點、管道分段設(shè)置控制因素、調(diào)度指揮管理體系、實施過程控制關(guān)鍵點和沖洗水對受納水體的影響程度，以供類似工

中國給水排水2024年城鎮(zhèn)污泥處理處置技術(shù)與應(yīng)用高級研討會（第十五屆）邀請函（同期召開固廢滲濾液大會、工業(yè)污泥大會、高濃度難降解工業(yè)廢水處理大會）

原創(chuàng)論文︱大型復(fù)雜輸水管道沖洗消毒應(yīng)用案例及分析

云南城鎮(zhèn)供水 2024年06月12日 17:57

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摘要：成都市某新建大型輸水管道全長26.5km，采用DN2400鋼質(zhì)管道敷設(shè)，高程起伏較大，而目前鮮有針對此類大型復(fù)雜管道的沖洗消毒報道。為此，以本工程成功實踐經(jīng)驗為基礎(chǔ)，系統(tǒng)介紹了沖洗消毒技術(shù)的選擇要點、管道分段設(shè)置控制因素、調(diào)度指揮管理體系、實施過程控制關(guān)鍵點和沖洗水對受納水體的影響程度，以供類似工程參考。

生活飲用水是人類生產(chǎn)生活所必需的物質(zhì)，為了滿足飲用水供給需求，需要建設(shè)配套輸水管道來承擔城市生活飲用水傳輸功能，但水在傳輸過程中會與管道內(nèi)部發(fā)生碰撞，且接觸面積較大，如不能有效清除管道內(nèi)部微生物、細菌、顆粒物等雜質(zhì)，可能造成飲水水質(zhì)惡化，進而影響人類身體健康。為此，在輸水管道傳輸飲用水前，通常需進行沖洗消毒工序，以最大限度地去除管道內(nèi)的污染物，使水質(zhì)達到《生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB 5749—2022）。

近年來，我國輸水管道沖洗消毒技術(shù)在實踐中不斷完善，相關(guān)工程案例報道也較多。徐海峰等介紹了新建管道沖洗技術(shù)，提出從水源、施工管理和圖紙設(shè)計三方面綜合設(shè)置配套實施方案。李偉介紹了在老舊管線、新建管線下不同管道的沖洗方法和要求，建議管道沖洗消毒頻次為1次/a。焦文海等對單向沖洗技術(shù)的研究結(jié)果表明，管道經(jīng)過單向沖洗后內(nèi)部微生物和細菌含量顯著降低，余氯值處于穩(wěn)定狀態(tài)。上述研究表明，沖洗消毒技術(shù)具有明顯的除污效果，但均偏向技術(shù)控制，且項目案例涉及的管道情況較為簡單，操作簡便，易控制，不足以作為作業(yè)水量大、高程起伏頻繁、影響因素復(fù)雜的特大、超大城市主輸水管道沖洗消毒的參考，且目前國內(nèi)外鮮有針對大型復(fù)雜輸水管道沖洗消毒的案例報道。

為此，以成都市某新建大型輸水管道為例，介紹在城市大型復(fù)雜輸水管道沖洗消毒工作中的相關(guān)經(jīng)驗：①大口徑輸水管道沖洗技術(shù)選擇適用情況；②長距離管道分段設(shè)置要點；③消毒劑、消毒方式的適合性選擇；④實施過程中的精細管理；⑤沖排水控制要點。

工程概況

本次沖洗管道全長26.5km，采用DN2400鋼質(zhì)螺旋管道敷設(shè)，配套設(shè)置145個閥門，包括55個DN400排泥閥、61個DN300排氣閥、10個DN2400蝶閥、14個不同口徑預(yù)留支線閥門、5個DN800排水閥。管道總體呈弧形結(jié)構(gòu)，沿南北方向分布，因建設(shè)位置靠近山脈，高程起伏點位較多，且受到穿越鐵路、高速公路和地鐵段需采用頂管施工的限制，進一步增加了大高差點位，現(xiàn)場實測管道高程總落差為53.5m，高差>10m的點位達到16處。

沖洗技術(shù)比較

輸水管道的沖洗技術(shù)主要有全線灌水動態(tài)升壓法、分段灌水動態(tài)升壓法、全線灌水靜態(tài)升壓法和分段灌水靜態(tài)升壓法。全線灌水動、靜態(tài)升壓法適用于低水耗、短距離、小口徑輸水管道；分段灌水動態(tài)升壓法雖適用長距離大口徑管道，但存在控制難的問題；分段灌水靜態(tài)升壓法具備易控制、易實施的優(yōu)勢，尤其適用于口徑大、距離長和閥門設(shè)施較多的管道。鑒于一方面該段管道沿線設(shè)施數(shù)量多、管道安裝距離較長，采用分段靜壓灌水較為適合，且該方法便于現(xiàn)場人員調(diào)度指揮，避免了人員透支作業(yè)現(xiàn)象，弱化了人員安全風險因素。另一方面管道設(shè)計供水方式為重力流，全線暫未設(shè)置調(diào)壓和流量調(diào)控設(shè)備，僅依靠管線進水主閥調(diào)控流量，存在流量控制難度大、水錘沖擊強度大的不足，難以實現(xiàn)分段動態(tài)升壓。此外，氣水混合沖洗技術(shù)應(yīng)用雖日漸廣泛，但用于DN2000以上管道的沖洗經(jīng)驗仍很少，且該技術(shù)對于氣壓、水壓和管道分段的要求極高。

為保證沖洗效果，本項目最終采用分段灌水靜態(tài)升壓法，具體實施路徑為利用DN2400蝶閥作為分段控制點實現(xiàn)全線分段灌水升壓，在每段管線升壓完成后進行管道沖洗。值得注意的是，此方法不僅耗水量小，且避免了城市供水高峰期壓力調(diào)控問題，可確保既有管網(wǎng)調(diào)度安全。

控制設(shè)計

3.1 管線分段灌水

本項目管道距離較長，需在對管線進行合理分段后才能施加沖洗技術(shù)。考慮項目無流量調(diào)控裝置，僅能依托DN2400主控蝶閥作為流量控制點。結(jié)合項目主控蝶閥分點設(shè)置情況，綜合考慮管道高程、沖洗時間、流量、過程管理因素后進行了分段（見圖1），管段分段設(shè)置參數(shù)見表1。

圖1 管線分段地理位置

表1 管道分段設(shè)置參數(shù)

全段管道起始點為K0+000，第一座主控閥門樁號為K0+368，間距368m范圍內(nèi)前期已進入運行狀態(tài)，故全段第一控制點為K0+368主控閥門。沿管道延伸至樁號K4+780和樁號K8+310處均設(shè)置有控制閥門，鑒于本次沖洗工作較為復(fù)雜，需系統(tǒng)考慮現(xiàn)場操作、影響范圍等多種因素，故選擇了K4+780控制點作為第一段終端，以便于試驗實施方案和完善長距離大口徑管道沖洗控制要點。繼續(xù)延伸至K8+310控制點，此段管道距離雖較短，僅為3.5km，但高程差較大，且起伏次數(shù)較多，存在一定控制難度，為此將第二段終端控制點設(shè)置在K8+310處。在進行前兩段灌水工作后，操控模式和精細管理程度已趨于完善，加之后續(xù)管道較為平緩，故加大了灌水距離，以K15+856主控閥門為第三段控制終端。至此，形成了4個分段范圍和3個分段控制點位。

在確定分段位置后，需進一步設(shè)置適合的流量和合理的作業(yè)時間。流量是灌水控制的關(guān)鍵因素，研究表明管道若以正常流量的0.3倍或更小的流量灌水，可避免水擊造成的管道破壞；為避免產(chǎn)生水擊和減少管內(nèi)剩余氣體，灌水速度不應(yīng)大于0.6m/s，本管道最大設(shè)計流量為22567m³/h，灌水流量可達到6770m³/h。結(jié)合設(shè)計灌水流速0.3m/s（4883m³/h），綜合考慮人員作息和管道控制安全，將4段的設(shè)計灌水流量分別控制在2500、3000、3500、4000m³/h，對應(yīng)的作業(yè)時間分別為8.1、5.3、9.7、12.4h。此外，管道排氣閥設(shè)計排氣量為18000m³/h，完全滿足排氣需求。

3.2 消毒

消毒即是通過投加藥劑猝滅水中微生物、細菌或病毒，以達到優(yōu)化水質(zhì)的目的。目前，常用的消毒劑有次氯酸鈉、液氯、高錳酸鉀和臭氧。由于本管道位于城鄉(xiāng)地帶，且沖洗距離長、容積大，耗水量高達12×10⁴m³，需投加較多氧化劑才能滿足消毒需求，而液氯屬于危險化學品，現(xiàn)場使用條件較為苛刻；臭氧需現(xiàn)場制備使用，但制備量無法滿足消毒消耗；高錳酸鉀大量投加會改變水的顏色，影響沖洗效果；次氯酸鈉性質(zhì)穩(wěn)定，易保存，無需現(xiàn)場制備，且存量充足，不影響正常制水生產(chǎn)。經(jīng)過綜合考慮，確定選用次氯酸鈉作為管道消毒劑。

在確定消毒劑種類后，根據(jù)消毒劑性質(zhì)，配套選擇了投藥設(shè)備裝置，首先使用密封箱存放足量消毒劑，底部安裝計量泵和耐腐蝕PVC管道，末端連接在DN300排氣蝶閥預(yù)留口，并額外設(shè)置了管道支管用于應(yīng)急泄壓。結(jié)合公司類似項目沖洗消毒經(jīng)驗，根據(jù)分段灌水流量流速對投加流量進行動態(tài)調(diào)控，計劃控制水中有效氯含量達到1mg/L。另外，為保證初期消毒效果，第一段初始投加以2mg/L有效氯控制進行2 h高濃度投加。本次消毒在第一段起點處投加，同時為保證消毒效果，在每段起始端均設(shè)置了補充投藥點位（在實際操作時未啟用補充投藥）。

值得注意的是，本次沖排水河道下游為某自來水廠取水水源。為保證下游取水安全，避免管道中水流余氯擴散至用戶管網(wǎng)，管道灌水完成后將悶水24h再排放，既實現(xiàn)了消毒目標，又保證了受納河道水質(zhì)安全。

3.3 水體排放

管道全段雖然距離較長，但僅設(shè)置4處泄水點位，分別為3處排洪渠和1條主干河流，因3條排洪渠受水量有限，無法滿足管道沖洗水量排放要求（本次沖洗水量設(shè)置為16300m³/h），只能作為備用排放點，主干河流位于管道末端位置，河道寬度達到60m，深度為8m，常年水位較低，且河床河堤加固了鋼混結(jié)構(gòu)，可滿足沖洗排放條件。因此，沖洗用水均通過泄水管道排放至主干河流。

此外，為進一步確保沖洗安全，項目方已提前協(xié)調(diào)河道管理單位，告知具體沖洗信息，并組建了巡河隊伍，高頻次巡查河道情況，設(shè)置專班定時測定水質(zhì)，確保受納河道不出現(xiàn)過載或水質(zhì)污染情況。

沖洗消毒實踐

4.1 實施準備

4.1.1 調(diào)度指揮體系

為保證管道沖洗消毒順利、安全進行，成立了專項指揮部，下設(shè)設(shè)備操作組、管線巡視組、應(yīng)急搶險組、流量監(jiān)控組、水質(zhì)監(jiān)測組、后勤保障組。同時每個小組均制定了詳細的執(zhí)行及安全操作方案，實施前組織全員培訓方案內(nèi)容并提前熟悉管道設(shè)施編號、位置。

設(shè)備操作組負責按照調(diào)度指令操作閥門，協(xié)助調(diào)控現(xiàn)場流量。管線巡視組負責觀察水流位置并及時匯報，檢查管道沿線設(shè)備及過程中的安全隱患，發(fā)現(xiàn)問題及時進行搶修，并及時向指揮部匯報檢查情況。應(yīng)急搶險組負責根據(jù)指揮部命令，對突發(fā)事件進行應(yīng)急處理，且提前備好應(yīng)急機具及搶修材料，包括搶修需要的管道、管件、閥門、法蘭螺栓、螺帽、密封墊片等；在灌水期間，部分簡單事故可直接進行帶水搶修，若需停水維修應(yīng)及時通知調(diào)度中心，并做好安全疏散和應(yīng)急排險工作。流量監(jiān)控組負責對分流管道流量進行監(jiān)控，及時報送數(shù)據(jù)給指揮部，核驗現(xiàn)場流量是否正常。水質(zhì)監(jiān)測組負責按要求對全線取樣點位的余氯及濁度進行測試，查看沿線水質(zhì)變化。后勤保障組負責整個過程的后勤保障事宜。各參與人員自備通信設(shè)備，保證通信暢通，全天候開機。

4.1.2 設(shè)備設(shè)施檢查

全段管道配套設(shè)施數(shù)量較多，若在沖洗周期內(nèi)閥門未處在相應(yīng)的啟閉狀態(tài)，會對設(shè)施及管道本身造成不可估量的影響，為此，在沖洗實施前需對全線管道、閥門、井室、排氣閥、排水閥、沖排閥等所有設(shè)備設(shè)施開展狀態(tài)確認和功能檢查，掌握閥門啟閉狀態(tài)、啟閉圈數(shù)、指針位置。

4.1.3 水質(zhì)水壓監(jiān)控

為指揮小組更好判斷灌水和沖洗過程中管道壓力狀態(tài)，即時獲取壓力數(shù)據(jù)，需在相應(yīng)高程點位提前安裝壓力表，并指派專人定時上報數(shù)據(jù)。此外，為更好地監(jiān)測管道水質(zhì)有效氯含量，需選擇適合點位安裝取樣口，便于進行管道水質(zhì)監(jiān)測。

4.2 過程控制

4.2.1 灌水流量調(diào)節(jié)

4段的設(shè)計灌水流量分別為2500、3000、3500、4000m³/h。在第一階段緩開主控閥門逐漸增量至2500m³/h后，管線巡查人員開展檢查工作，確認管道、閥門運行狀態(tài)，若發(fā)生故障應(yīng)及時向指揮人員報告，以便迅速調(diào)減流量，減少水量損失。在該段管道灌水完成，帶有水壓后應(yīng)及時監(jiān)控水壓讀數(shù)，控制壓力值，在達到既定壓力后調(diào)節(jié)進水流量以穩(wěn)定壓力。后續(xù)三段較為類似，不再贅述。

4.2.2 水跡跟蹤

管道內(nèi)囤積有大量空氣，灌水時內(nèi)部氣體在水力沖擊作用下壓力增加，在借助排氣口后受壓氣體會高速排出。因此，監(jiān)控人員可以通過排氣口風速變化判斷水流位置和水位情況。在水流未達到排氣口前，風速略小且風聲甚微，水流進一步靠近時，風速發(fā)生明顯變化，風聲分貝顯著增加，水流到達該點位后，風速由峰值逐漸衰減，直至無氣體排出，并隨后在水壓作用下，排氣球閥上浮，徹底關(guān)閉排氣口，此時表明該點位已達到滿管流態(tài)。由此，指揮人員可快速獲取水流蹤跡，判斷水流情況，及時調(diào)整后續(xù)安排。

4.2.3 應(yīng)急處理

在本次沖洗工作中，組建了專業(yè)應(yīng)急隊伍及時處理故障現(xiàn)象。鑒于本次沖洗出現(xiàn)了2種漏水現(xiàn)象，故探究了漏水原因和對應(yīng)的處理方式。

① 排氣球閥漏水。在灌水過程中，排氣閥受壓會逐漸上浮，直至關(guān)閉排氣口，但在此過程中可能出現(xiàn)球閥受壓不足或者存在異物堵塞的情況，造成排氣口發(fā)生噗水現(xiàn)象，此時可在排氣閥附近觀察片刻，若噗水漸緩，則可判斷為受壓不足導致，無需應(yīng)急處置；若噗水量較大且無衰減趨勢，則可判斷為異物堵塞，需立即進行應(yīng)急處理。

② 主控閥漏水。本次分段灌水利用主控閥門作為末端擋水設(shè)施。若主閥為相對高點，則易出現(xiàn)末端排氣困難，其在水流和氣體的雙重壓力下，在末端主閥處形成超高壓環(huán)境，最終導致主閥膠圈密封出現(xiàn)縫隙，有局部滲漏和冒氣現(xiàn)象。此時可及時降低灌水流量并利用主閥旁通閥進行排氣，待降壓后緊固螺栓，可繼續(xù)進行灌水升壓。建議類似管道設(shè)計可在主閥兩端視沖洗要求安裝排氣閥。

4.2.4 余氯衰減

管道灌水過程中的余氯變化見圖2。

圖2 管道灌水過程中的余氯變化

采用定點投加藥劑的方式開展消毒作業(yè)，根據(jù)每段灌水流量調(diào)整投加量，確保管道中有效氯含量不低于1mg/L。本次實踐中對分段灌水的余氯衰減進行測定，每段灌水完成后人員進行12h休整，第4階段灌水結(jié)束后進行24h悶水消毒。在每段灌水開始和結(jié)束時進行余氯測定，因余氯衰減值≤0.1mg/L，故未啟用補充投加。經(jīng)過悶水消毒后，管道中余氯量≥0.8mg/L，可見經(jīng)提前清理的管道清潔度較高，減少了消毒劑用量。管道末端消毒劑消耗量較少，可能是由于管道末端取樣點距離端點200~300m，因此無法準確判斷端點處余氯消耗情況。

4.2.5 管道沖洗

管道悶水消毒后，為全面保證沖洗水量，將沖洗時間選在用水低峰期（每日凌晨），水量和水壓并未受限。在全線巡視完成后，逐步打開控制閥門，將流速逐步調(diào)整至1m/s，再次進行全線巡視，并進行排水水質(zhì)和河道水質(zhì)監(jiān)測。

管道沖洗和消毒效果

5.1 大幅節(jié)約沖洗水量

在完成灌水和悶水環(huán)節(jié)后，需進行沖洗工序以排出管道內(nèi)濁水和高氯水。為此，按照設(shè)計沖洗流量16300m³/h開展了沖排水工作。整個沖洗過程水量約17.5×10⁴m³，管道體積為121178.88m³，水量約為管道體積的1.44倍。根據(jù)袁文麒等、楊磊的研究，一般管道采用單向水力沖洗，沖洗流速達到1m/s，需要消耗3~5倍甚至10倍管道體積的水量，本次沖洗利用前期管道清潔水，使用水量僅約為管道體積的1.44倍。

5.2 節(jié)約消毒劑用量，保護下游水體不受污染

在管道沖洗實施前，指揮小組安排了巡查人員監(jiān)控全段管道和設(shè)備設(shè)施工作狀態(tài)，指派專班巡查受納河道，并指定人員1次/15min進行沖排出水質(zhì)檢測和下游河道水質(zhì)檢測（下游150斷面點位），結(jié)果見圖3�？梢园l(fā)現(xiàn)，隨著沖洗過程的不斷進行，水中濁度、余氯值均呈現(xiàn)快速下降并逐漸穩(wěn)定的趨勢，在沖排水初始點濁度、余氯較高，分別達到20.72 NTU、2.2mg/L，在沖洗1.5h后，濁度、余氯值分別持續(xù)下降至2.83NTU、0.68mg/L，這主要是由于管道內(nèi)部污染物在水體沖擊作用下富集在沖排口，導致初排水質(zhì)較差。在第3~4h，由于逐漸提升了沖排流量導致水體發(fā)生波動，水質(zhì)出現(xiàn)反彈，但后續(xù)回歸正常狀態(tài)，在沖洗至第8.5h后，開始進入城市供水高峰期，故暫停了沖洗工作，恢復(fù)沖洗后初排水質(zhì)較差，但持續(xù)排放30min后水質(zhì)恢復(fù)正常，最終在沖洗第14.5h后水質(zhì)達到《生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB 5749—2022），成功實現(xiàn)了沖洗消毒目標。本次投藥以水中有效氯含量達到1mg/L為控制點，沖洗過后達到了通水條件，與傳統(tǒng)的20mg/L有效氯相比，極大地減少了消毒劑投加量，不僅提高了經(jīng)濟效益，還加強了對受納水體的保護。

圖3 管道沖排水和河水的濁度、余氯變化趨勢

在沖排過程中受納河道水質(zhì)檢測結(jié)果表明，濁度總體保持穩(wěn)定，未出現(xiàn)上升趨勢，且隨著沖洗過程進行，濁度呈略微下降的變化趨勢，余氯含量則出現(xiàn)快速上升的趨勢，從初始時刻的0mg/L躍升至5h后的0.35mg/L，在第9h達到最高值（0.41mg/L），隨后保持平穩(wěn)。這主要是由于一方面沖洗水量和流量較大且排水濁度相對較低，一定程度上稀釋了受納水體，導致濁度未發(fā)生顯著變化；另一方面高氯水的持續(xù)排出加劇了受納水體氯含量增加，造成水體有效氯快速提升，且在排放后期水體達到了動態(tài)平衡。

可以觀察到，沖洗對河道水位和河道安全影響甚微，且河流氯含量值控制在0.41mg/L以內(nèi)，張穗等研究表明，水中魚、蝦類生物的余氯安全容許濃度可達到0.86mg/L，故沖排水對水生生物造成的毒性影響甚微。

結(jié)論

該大型復(fù)雜管道的沖洗消毒，采用分段靜壓灌水技術(shù)作為實施手段，綜合考慮管道控制閥門分布、高程參數(shù)、流量和管理因素后，將管道分為4段，加強了對大型管道灌水過程的安全控制，同時對流量進行了調(diào)整，可為后續(xù)同類型管道沖洗提供經(jīng)驗。采用前期全面管道清潔，極大地縮減了沖洗自來水用量，而且降低了沖洗成本；同時也降低了消毒劑使用量，水質(zhì)完全達標，保護了受納水體，節(jié)約了成本。在沖洗消毒方案實施前建立了系統(tǒng)調(diào)度指揮體系，設(shè)置了6個專項工作組，在確定管道和設(shè)備狀態(tài)、安裝壓力表后正式進入實施階段。在實施過程中，系統(tǒng)掌握流量、水流蹤跡、消毒效果和應(yīng)急處理情況有利于沖洗工作成功實施，沖排水對受納水體影響甚微。

本文的完整版刊登在《中國給水排水》2024年第8期，作者及單位如下：

大型復(fù)雜輸水管道沖洗消毒應(yīng)用案例及分析

侯江鑫，蔣偉，冉剛，張倩，趙曉勇

（成都環(huán)境集團成都市自來水有限責任公司，四川成都 610031）

參考文獻引用的標準著錄格式：

侯江鑫,蔣偉,冉剛,等.大型復(fù)雜輸水管道沖洗消毒應(yīng)用案例及分析[J].中國給水排水,2024,40(8):113-118.
HOU Jiangxin,JIANG Wei,RAN Gang,et al.Application case analysis of flushing and disinfection of large and complex water supply pipelines[J].China Water & Wastewater,2024,40(8):113-118(in Chinese).

編輯：衣春敏

制作：文凱

審核：李德強

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