本期摘要
冰浆清洗，已成为供水管网管道清洗中的重要技术之一。冰浆兼具流体和固体的特性，能够帮助回收管道沉淀物，在实现管道清洗的同时帮助供水企业分析沉淀物成分，为管网稳定性研究提供参考。本文参考AWWA文献，再次解读冰浆清洗技术。
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对于饮用水输配主管道和排水的主管道，冰浆清洗是一种可持续的、强大的清洗方法，并适用于所有管道材料。冰浆清洗过程包括通过消防栓或其他现有的管道系统上的配件将冰浆泵入主管道，利用系统压力将冰浆作为“清管器”运送到下游。冰浆冲刷管道，带走沿途积累的沉积物，然后通过消防栓或类似的其他出口排出主管道。
冰浆清洗 项目的第一步是通过关闭待清洗管段上游和下游的阀门来隔离待清洗管段。冰浆立即通过消防栓或类似 入口的 装置被泵入管道。一旦上游阀门打开，管道中的下游压力将通过消防栓在出口点进行监控和管理。消防栓出口的流量用于控制冰管的速度。
当冰浆清洗接近出口点时，温度会下降，并提醒操作人员冰块即将到达。载有沉积物的冰通过出口消防栓排出，并继续通过流动分析系统(FAS)，操作员收集排出的冰样本供以后分析。通过流动分析系统(FAS)以后，泥浆最终流入下水道。
然后需要对管道进行短暂的冲洗，以确保所有的清洗过程中留下的残留物都被清除，并使浑浊度得到控制。达到这个要求后，该管道将被重新连接回输配系统恢复使用，不需要进行消毒或取水样的操作。
图 冰浆清洗现场
冰川效应
冰浆清洗利用了半固体材料(冰浆)的特性，这种材料可以像液体一样被泵送，但一旦清管在管道中形成，它就会像固体一样表现出来特性。当冰浆通过管道时，冰的自然冰川效应使冰浆“擦拭”管道并捕获沉积物和生物膜，而不是“推平”。因此，冰清管比标准水冲洗用水量少50%左右，而且时间也大大缩短。通常情况下，被清洗的主管道需要停水的时间不超过30-60分钟。
由于起到清管器作用的是冰浆而不是固体，因此它不会像传统的硬、机械清管器或软拭子那样卡在管道中。冰浆可以通过管道弯曲、直径变化、部分关闭的闸阀和在线蝶阀，而不会影响清洗过程。任何留在后面的冰都会融化。
通过提高泵送的效率，冰清管降低了能源成本。此外，填满管道体积20% - 30%的冰浆所产生的剪切力是水的1000倍。这提供了更有效的清洁，同时使用比传统冲洗方法少得多的水。事实上，在清除沉积物和碎屑方面，冰清管已被证明比单纯的水冲洗有效100到1000倍。考虑到清除沉积物的体积，冰浆清洗是成本最低的选择。
沉积物评价
冰浆清洗是唯一一种能够让客户收集和分析在此过程中从管道中移除的沉积物的清洁技术。冰浆清洗作业完成后，将向客户提交一份关于沉积物清除量、沉积物含量和化学分析的报告。这些有价值的信息可以深入了解通过管道输送的水的特性和化学成分，并有助于指导和定制系统维护计划。
该分析评估了在清洗过程中从管道中移除的材料的重量值，并提供了旨在评估输配系统中发现的矿物和生物材料存在的定性信息。在每个项目中收集的一系列样品在完成后提交给实验室，以便对沉积物进行过滤、干燥和称重，以量化从管道系统中移除的物质的总体积。然后选择从提交的样品中取出的一部分沉积物进行额外的测试，以确定存在的主要矿物并评估微生物群落。
测试的目的是识别常见的水性沉积物和处理化学品，包括铁、钙、锰、磷酸盐、硫酸盐、二氧化硅和铝。还进行了生物测试，以评估细菌总数，并确定在输配系统中活跃的水细菌类型。材料的微观分析也用于验证结果，并确定样品中是否存在较大的细菌、淤泥、粘土、植物材料或其他颗粒物质。
所有实验室测试程序均按照AWWA、美国公共卫生协会和水环境联合会制定的《水和废水检验标准方法》中规定的指导方针进行。迄今为止，该数据库包含16个项目，26英里的管道，927个单独的重量样本和47个单独的成分分析。
图 冰浆清洗后对沉积物的分析
根据对当前数据库中编制的定量重量分析数据的评估，单次冰浆清洗作业中去除的最高沉积物量为206.8磅/英里，每次作业中最小的去除量为0.09磅/英里，而冰清管技术的平均去除量为21.07磅/英里。
了解输配管道系统中沉积物的数量和组成可以帮助供水和污水处理设施确定系统压力和流量等问题的根本原因。这些信息还可用于识别管道系统中的问题区域，并指导预防性维护程序或操作变更，以纠正或消除这些问题和相关的客户投诉。
成分分析
进一步的评价是通过成分分析过程完成的。这一阶段使用从样品中去除的物质，如前所述，确定在清洗过程中去除的沉积物的主要成分。此外，三磷酸腺苷(ATP)测试用于评估沉积物中细菌的数量，这可以帮助确定许多细菌相关问题的原因。
在沉积物中发现的前三种矿物质是铁、锰和钙。在56%的时间里，铁一直是主要的矿物。锰在32%的时间里占主导地位，钙在12%的时间里占主导地位。
输配管网系统中铁和锰沉积物的存在通常与有色水、金属味和染色投诉有关，并且它可以挑战水务公司在保持余氯方面的努力。此外，这些沉积物的积累会污染管道，减少流量并影响系统压力。
这些金属物质通常是在水处理厂中被去除的目标。然而，它们在输水管道中的存在可能来自于长期的堆积，或者像铁的情况一样，来自于潜在的腐蚀活动。
图 金属物质的检出情况
钙是水中硬度组成中最常见的成分。来自水厂的，经过工艺处理和酸碱平衡的水，理论上不应该出现钙沉积物，但由于温度、压力和固体含量的变化，它们在输配系统中的存在并不罕见，这些变化会影响水垢的形成。
沉积物中存在有细菌并不代表管道系统就不安全，因为所发现的微生物种类都不受饮用水标准的管制。然而，在进行的47种成分分析中，32种含有常见的铁和锰氧化剂细菌。氧化铁和氧化锰的细菌将这些金属转变成更不溶的化合物，并促进这些金属氧化物的沉积。
相应地，在沉积物中确定铁或锰为主要矿物的30个样品中，26个样品中出现了与铁有关的细菌。这表明铁和锰细菌与沉积物中作为主要金属的铁或锰的存在有87%的相关性。
从ATP测试结果显示沉积物材料中存在的细菌数量来看，47个样本中有13个样本的细菌数量超过了生物膜通常开始形成的水平，并开始形成大量物质，可能堵塞管道系统并产生相关的流量和压力问题。除这些问题外，生物膜在配管中的积聚会影响消毒残留物和消毒副产物的形成。
这些关系可以指出输配系统中沉积物积聚的潜在原因，并指导维护程序，包括有效的管道清洁技术、处理过程和系统操作。下面的案例研究说明了冰清管获得的信息的实际应用，以及随后对作为该过程一部分收集的沉积物进行分析。
图 样本的分析为现场收集的水样的不同颜色提供了原因分析
案例研究：冰浆清洗的结果提供了水质信息
马萨诸塞州东南部的一个社区大约有15000户居民，由于其铸铁输配管网中铁和锰沉积物的积累，不断面临水质问题。这些矿物质会导致水变色，引起居民的抱怨，也会抑制水流，并在系统中产生压力问题。
尽管城市中的水处理厂使用了除铁和除锰技术，但这些矿物质在输配管网中积聚的情况并不罕见。这在地下水富含这些矿物质和管道材料为铸铁的地区尤为常见。
该地水务企业在两个独立的8英寸铸铁管道中应用了冰浆清洗技术。第一次是在4,600英尺长的管道中，总共清除了180磅的沉积物。这相当于每英里206磅。第二次是在4,700英尺长的管道中，去除的泥沙总量为42磅，相当于每英里47磅。
从第一次清洗运行中去除的沉积物中，成分分别是59%的钙，17%的铁，20%的锰，以及其他少量成分。从第二次清洗运行中去除的沉积物中，成分分别是47%的钙，39%的铁，14%的锰，以及其他少量成分。高钙含量在地下水中是常见的，而钙沉积物如碳酸钙的形成通常见于有机生物膜夹带铁和锰的基质中。
被清除走的沉积物中铁化合物的强烈存在表明管道系统中碎片的存在和潜在的腐蚀。有关去除的沉积物组成的知识可用于评估处理过程和系统操作。
然而，在如何最佳利用光纤技术以及如何根据不同的运营需求进行调整方面，还有更多工作要做。
来源：原文出自AWWA的J Opflow，原文标题《ICE PIGGING CREATES CLEAN MAINS AND WATER QUALITY INSIGHTS》
作者：Roger Miller, Eric Duderstadt, Paul Treloar
翻译：《净水技术》实习编辑 张龙龙，汇编于《对标国际·供水实践进展》，欢迎订阅。
排版：《净水技术》编辑 李滨妤
审核：《净水技术》执行主编 阮辰旼
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