老城区污水管道沉积物清淤高压水射流技术研究_陈国荣.pdf

老城区污水管道沉积物清淤高压水射流技术研究陈国荣1，赵青霞2，罗桂军1，童设华2,3，刘键1，李伟1，徐超1，龚维友4，刘智峰2*1.中建五局土木工程有限公司2.湖南大学环境科学与工程学院3.湖南大隆环境科技有限公司4.湖南峰晟环境科技有限公司摘要以我国南方某县城区实际污水管道为研究对象，测定城区中居民小区与菜市场区域污水管道内沉积现状及沉积物的性质，通过各种清淤方法的对比，选择高压水射流法进行清淤工作，使用新型充气式污水管道封堵装置、清洗-吸泥一体化车辆以及 KEG 帝王喷头，进行喷头出口压力与喷头移动速度的正交试验，对比清淤效果、油耗、水耗、清淤时间及总成本，筛选高效低成本最佳清淤参数。结果表明：居民小区污水管道淤积程度为 50%左右，菜市场污水管道淤积程度为 40%50%，居民小区管道内淤泥的流动性比菜市场好，选用较低喷头出口压力能满足清淤工作；适用于居民小区污水管道的最佳清淤参数为喷头出口压力 9 MPa 和喷头移动速度 0.3 m/s，适用于菜市场污水管道的最佳清淤参数为喷头出口压力 12 MPa 和喷头移动速度 0.3 m/s。关键词排水管道；沉积程度；沉积物性质；高压水射流法；设备运行参数中图分类号：TU992,X703 文章编号：1674-991X（2023）02-0687-07doi：10.12153/j.issn.1674-991X.20220055Research on high-pressure water jet technology for sediment dredging of sewagepipeline in old urban areaCHEN Guorong1,ZHAO Qingxia2,LUO Guijun1,TONG Shehua2,3,LIU Jian1,LI Wei1,XU Chao1,GONG Weiyou4,LIU Zhifeng2*1.China Construction Fifth Engineering Division Civil Engineering Co.,Ltd.2.College of Environmental Science and Engineering,Hunan University3.Hunan Dalong Environmental Technology Co.,Ltd.4.Hunan Fengsheng Environmental Technology Co.,Ltd.AbstractTaking the actual sewage pipeline in the urban area of a county in southern China as the research object,the sedimentation status and sediment properties of sewage pipelines in the residential quarter and vegetable marketin the urban area were determined.By comparing various dredging methods,the high-pressure water jet method wasselected for silting removal.The new inflatable sewage pipe plugging device,washing-suction integrated vehicleand KEG Emperor spray head were used.The orthogonal test of nozzle outlet pressure and nozzle moving speed wascarried out to compare the silting effect,oil consumption,water consumption,silting time and total cost,and the bestsilting parameters with high efficiency and low cost were selected.The results showed that the degree of sewagepipeline silting in the residential quarter was about 50%,and that in the vegetable market was about 40%-50%.Thefluidity of sludge in pipelines of the residential quarter was better than that of the vegetable market.Lower pressureat the nozzle outlet could satisfy sludge cleaning.The optimum dredging parameters for sewage pipes in theresidential quarter were spray head outlet pressure 9 MPa and spray head movement speed 0.3 m/s,and the optimumdredging parameters for sewage pipes in the vegetable market were spray head outlet pressure 12 MPa and sprayhead movement speed 0.3 m/s.Key wordsdrainage piping;deposition degree;sediments properties;high pressure water jet method;equipmentoperation parameters 收稿日期：2022-01-19基金项目：企业立项项目冲积平原老城区重力流污水管道高效清淤技术研究（cscec5b-2020-32）作者简介：陈国荣（1978），男，高级工程师，主要从事环境治理研究，*责任作者：刘智峰（1983），男，副教授，博士，主要从事固体废物处理处置、土壤修复和水污染治理等研究， Vol.13，No.2环境工程技术学报第 13 卷，第 2 期Mar.，2023Journal of Environmental Engineering Technology2023 年 3 月陈国荣，赵青霞，罗桂军，等.老城区污水管道沉积物清淤高压水射流技术研究 J.环境工程技术学报，2023，13（2）：687-693.CHEN G R,ZHAO Q X,LUO G J,et al.Research on high-pressure water jet technology for sediment dredging of sewage pipeline in old urbanareaJ.Journal of Environmental Engineering Technology，2023，13（2）：687-693.城市排水系统随着城市的发展逐渐完善，随之而来，城市排水系统出现了管道淤积现象1-4。如欧洲排水管道中沉积物的沉积速率可达到 3050g/(md)1；在法国直径超过 1 250 mm 的排水管中，其管内沉积物厚度超过 30 cm2；在美国合流制排水系统中，旱流情况下管道内产生的沉积物是每天进入管道的固体和污染物总量的 5%30%1。对北京部分雨水管道的淤积情况进行调研，发现 80%的管道普遍存在沉积物淤积3；广州典型区域排水系统中1/2 以上管道存在沉积物淤积现象，沉积情况最严重的达 70%4。沉积物在排水系统中淤积不仅会导致受纳水体污染，也给城市排水系统的管理和运行带来诸多问题5。城市排水管网问题是导致城市水体黑臭的重要原因之一，是城市基础设施的重要短板6-8。因此，需要定期开展污水管网排查和周期性检测，对管网进行清淤维护管理。排水系统中的沉积物主要来自于雨水径流冲刷带入的固体颗粒物（无机颗粒为主）和其他污水中的悬浮物9。按沉积物成分进行分类，可分为无机颗粒（地表累积和大气沉降的一些砂石）、有机颗粒（人和动物的排泄物以及厨余垃圾等）和一些较大的固体垃圾(瓶盖、塑料袋、树枝、烟蒂等)10-11。其中有机物和无机物的占比与管道类型、汇水区特性、用水性质、管道形状及人们的生活习惯息息相关。由于管 道 沉 积 物 的 物 理 化 学 性 质 具 有 多 样 性12，给清淤工作带来了一定难度。因此，清淤维护工作的进行，要从根本出发，即从管道内沉积物的形成和物理化学性质出发，选择合适的清淤方法及设定最佳清淤参数，达到节省成本的目的。近年来，管道沉积物的研究备受关注，其主要集中在以下几个方面：1）管道沉积物对环境的影响及规律13，如法国里昂排水管道内沉积物运输规律和物理化学性质的研究14，管道内沉积物冲刷规律的研究15-17，城市排水管道中沉积物及其污染研究进展18等。2）实际管道沉积物的性质以及在此基础上提出清淤方法19-20，如广州市新河浦涌流域两岸老城区的合流制排水系统管道清淤方法的研究19，不同功能区排水管道中沉积物分离出排水系统的控制策略研究20。3）基于沉积物的分类或性质提出改进清淤工艺研究9,11,21-22，如排水管道沉积物控制研究11，对排水管道沉积物的控制及水利清淤思路的研究21，对城市排水管道中沉积物的控制策略22等。到目前为止，将实际管道沉积物特性与清淤参数选择相结合的研究不多。因此，笔者以中国南方冲积平原地区某县城区实际污水管道为研究对象展开研究。由于该县城区属于老城区，其排水体制为雨污分流制，污水管网具有管道老旧、设计坡降小、积泥厚和清淤检测施工环境小等缺点，目前的清淤方法有推杆和转杆疏通23、水力清通23-24、绞车疏通24-25、高压水射流法24-25等。其中高压水射流法应用范围较为广泛，是主流清淤方式之一，该法具有如下优点：不污染环境、不腐蚀设备，不造成机械损伤，还可去除化学清洗难溶的特殊污垢；能在空间狭窄，环境复杂、恶劣、有害的条件下进行清洗；易于实现机械化，自动化；清洗效率高。因此，选用高压水射流法作为该县污水管道的清淤方法。目前国内运用高压水射流法清淤工作主要参照EN 14654-1:2014欧洲清洗标准实施。影响高压水射流清洗效率的参数主要有压力和流量、喷嘴型号及尺寸、喷头移动速度、靶距和冲洗角度等。清淤效果主要是由压力与喷头移动速度等参数控制的。其中射流压力（指喷头出口压力）是非常关键的性能参数，只有当射流压力达到污垢材料屈服极限时，才能使污垢急剧被破坏，从而达到清洗效果。并且在清洗过程中，喷头的移动速度（指喷头在管道中行进速度）属于不稳定参数，需根据现场实际情况而定，该参数对于清洗过程有较大影响。若喷头行进速度太慢，则容易清洗过度，能耗较大，造成清洗成本升高，同时也容易对管道基体造成损伤；而若喷头行进速度太快，则污垢清洗不充分，清洗效果不佳。但该标准未提及喷头出口压力与喷头移动速度参数范围。因此，选取南方某县城区 2 处不同区域（居住区和菜市场）的污水管，研究高压水射流法的喷头出口压力和喷头移动速度对清淤效果的影响，并探讨不同区域污水管道的沉积物淤积量和沉积物性质对清淤效果和成本的影响，确定合适的高压水射流法设备运行参数，以期为后续实际管道清淤工作奠定理论基础。1材料与方法 1.1样品采集与分析经过对南方某县城区污水管道的潜望镜内窥检测（QV 检测）和评估，发现该县管道建成至今未进行清淤工作，管道普遍存在淤堵现象，淤积程度基本在50%左右。管道淤积会造成过水断面损失，不同功能区管道淤积物性质之间的差异对清淤工作影响很大。因此，选择具有代表性地段的居民小区、菜市场所在的污水管对