村鎮(zhèn)供水工程工藝流程和管網(wǎng)氣阻問題探析

朱路明

(四川省達州市水利電力建筑勘察設(shè)計院 635000)

目前，水質(zhì)量不達標問題已經(jīng)引起國家的高度重視，對村鎮(zhèn)飲水安全方面重視程度尤其愈來愈高。以四川省為例，“十一五”期間，四川省五大水系水質(zhì)達標率為66.9%，岷沱江達標率為46%，其中沱江支流達標率僅21%。而府河、體泉河、思濛河、毛河、茫溪河、九曲河、威遠河、釜溪河、瀨溪河、西充河、銅缽河11條河流污染嚴重，長期監(jiān)測結(jié)果表明不達標。在供水過程中，均采取了新的強制性標準，即《生活飲用水衛(wèi)生標準》 (GB 5749—2006)，因此，供水水源及水質(zhì)處理工藝的選擇至關(guān)重要。以川東地區(qū)為例，除銅缽河污染嚴重外，取水水源點一般都避開了集中的污染源;在水質(zhì)處理工藝上，對濁度、色度、味覺等項指標進行了處理，以達到生活飲用水衛(wèi)生標準。

1 工藝流程選擇

1.1 水處理工藝流程選擇

給水處理方法和工藝流程的選擇，應(yīng)根據(jù)原水水質(zhì)及設(shè)計生產(chǎn)能力等因素，通過調(diào)查研究及必要的實驗，參考相似條件下處理構(gòu)筑物的運行經(jīng)驗，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較后確定。由于水源不同，水質(zhì)各異，飲用水處理系統(tǒng)的組成和工藝流程多種多樣，川東地區(qū)的一般工藝流程如下。

(1)以地表水作為水源時，處理工藝流程如下。

(2)當原水濁度較低 (一般在50NTU以下)，不受工業(yè)廢水污染且水質(zhì)變化不大者，可省略混凝沉淀 (或澄清)構(gòu)筑物，原水采用雙層濾料或多層濾料池直接過濾，也可在過濾前設(shè)微絮凝池，稱微絮凝過濾，流程如下。

(3)當原水濁度較高、瞬時含沙量大時，為了達到預(yù)期的混凝沉淀效果，調(diào)整混凝劑用量，應(yīng)增設(shè)預(yù)沉池或沉沙池，流程如下。

川東地區(qū)在河流中取用地表水時，由于洪枯水位變化大，濁度變化幅度較大，以石橋供水工程為例，由于下游為四川省九節(jié)灘水電站庫區(qū)，枯水期濁度僅為2～3NTU;但在汛期時，受上游達巴 (達州—巴中)高速公路及達巴鐵路施工影響，大量的土石棄渣置于河道中，汛期造成大量的水土流失，經(jīng)監(jiān)測，汛期濁度最大為3200NTU，因此，水廠處理能力要經(jīng)受住考驗，經(jīng)過不同時段的水質(zhì)量監(jiān)測，最后工藝流程采取“源水→預(yù)沉池→混凝劑投入混合→絮凝沉淀→過濾→消毒→清水池→二級泵站→用戶”，出廠水小于1NTU。從達州市城區(qū)兩個大水廠 (吳家溝水廠及南城水廠)的運行情況看，效果理想，達到預(yù)期水質(zhì)處理目標，工藝流程較為成熟。

當選用水庫作為水源點時，由于汛期濁度變化幅度較小，一般都取消了預(yù)沉池，采取工藝流程(一)，出廠水亦能達到《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB 5749—2006)標準。

1.2 濾池的選擇

由于凈水工藝標準圖集較多，設(shè)計人員為了簡化方便，節(jié)省工作量，套用標準圖集，而不經(jīng)過大量的基礎(chǔ)資料分析，在絮凝沉淀過程中，根據(jù)原水水質(zhì)，選擇凈水建筑物一般不存在大問題，在設(shè)計中多考慮一些細部因素便可解決。但過濾池作為核心凈水建筑物，其選擇至關(guān)重要，應(yīng)根據(jù)不同規(guī)模、不同水源條件進行選擇。一般地表水均選用水庫水或河流水，兩者差別較大，水庫水一般具有濁度小、藻類及懸浮物多、視覺和味覺較差等特點;河流水大多汛期濁度高、枯水期濁度低、變化幅度較大，但藻類較少，除污染的河流外，水質(zhì)一般較好;選擇水庫水多采取自流方式進行供水，節(jié)省工程投資及運行管理費用，降低供水水價。因此，很多小型村鎮(zhèn)供水工程選用水庫水作為水源點。當規(guī)模較小時，大都采用無閥濾池，管理方便，也符合國家節(jié)能要求。但由于無閥濾池為等速過濾，因此，一般無閥濾池處理效果不理想，導(dǎo)致很多無閥濾池棄而不用。如廣安某水廠，取用某小(1)型水庫水作為水源點，選擇工藝流程為“源水→水力循環(huán)澄清池→無閥濾池→清水池→用戶”，在運行過程中，清水池里發(fā)現(xiàn)了大量的紅蟲及蟲卵，致使水質(zhì)處理嚴重超標，但該水廠仍在運行中，如不認真分析原因進行處理，后患無窮。

通過大量的村鎮(zhèn)供水工程調(diào)查，筆者認為在Ⅳ等和Ⅴ等規(guī)模村鎮(zhèn)供水工程中，利用水庫水源自流工程可采用無閥濾池，Ⅲ等規(guī)模可根據(jù)水源水質(zhì)具體分析采用，Ⅰ等規(guī)模和Ⅱ等規(guī)模盡量不采用無閥濾池;以河流作為水源點提水處理的凈水廠，視揚程高低和凈水廠的選址具體分析，由于無閥濾池在水反沖洗過程中浪費大量水，導(dǎo)致設(shè)計凈水廠5%的自用水量不足，計算后水廠規(guī)模比實際凈水規(guī)模偏小，造成供水不足的情況。同時，凈水廠運行過程導(dǎo)致水價偏高，不利于水廠經(jīng)濟運行，因此，高揚程提水處理工程建議不采用無閥濾池。

近幾年，通過筆者設(shè)計運行的幾個凈水廠分析，對于Ⅰ等和Ⅱ等工程規(guī)模，分別采用了均粒濾料濾池和普通快濾池，同時，均粒濾料濾池采用城市大型凈水廠所采用的氣、水反沖洗系統(tǒng)，根據(jù)工程規(guī)模和地形條件對“V”形槽及其進、排水系統(tǒng)進行適當調(diào)整，水質(zhì)、水量處理均達到設(shè)計要求。

另外，在村鎮(zhèn)供水規(guī)模中，考慮村鎮(zhèn)供水工程的特點，居民用水大多集中在固定時段，Ⅳ等和Ⅴ等規(guī)?？刹捎靡唤M凈水建筑物，但在清水池或者高位水池調(diào)節(jié)建筑物可設(shè)計為兩個或多個，解決水廠停水管理需要，在實際供水中增加調(diào)節(jié)建筑物比增加凈水廠組數(shù)更合理、經(jīng)濟。Ⅲ等規(guī)模水廠可根據(jù)具體水源情況、各調(diào)節(jié)池容積及分布情況具體考慮，Ⅰ等和Ⅱ等規(guī)模一般應(yīng)設(shè)計為兩組。

2 管網(wǎng)氣阻

由于村鎮(zhèn)供水工程地形地質(zhì)條件較為復(fù)雜，大多配水管道為了施工方便，減少征地和對水環(huán)保的影響，大都沿公路埋設(shè)，因此，管道縱剖面上起伏較大。以石橋供水工程為例，從高位水池至石橋場鎮(zhèn)管長13.0km，高位水池后連續(xù)經(jīng)過幾個大的倒虹管，最大落差為54.0m，導(dǎo)致充水過程十分復(fù)雜。同時，施工隊伍缺乏相關(guān)經(jīng)驗，導(dǎo)致充水氣阻現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。

長距離輸水管道容易出現(xiàn)爆管、氣阻等一系列問題，容易造成管道輸水不暢、流量降低等情況，其原因如下:為施工方便和減少征地及拆遷等的影響，丘陵地區(qū)的管道一般沿公路埋設(shè)，地形條件復(fù)雜，供水管道在縱剖面上復(fù)雜多變，排氣閥及放空閥設(shè)置較多有時候并不能解決問題。如石橋供水工程試運行期間沒引起重視，認為沖水打開閥門灌水即可，結(jié)果造成在高位水池后首段就造成嚴重氣阻，現(xiàn)場通過水流、錘擊等試驗觀察，發(fā)現(xiàn)氣阻大概位置 (見圖4)，考慮到該段接近高位水池，故在高位水池起點及S0+403.75處增加兩處排氣閥，同時，調(diào)節(jié)初期充水流速控制在0.4m/s左右。太高流速可能使管道充水速度大于排氣速度，造成氣堵，引起壓力振蕩。通過幾個措施處理后，管道迅速充滿水。

圖4 石橋供水工程配水管道S0+0.000～S0+784.83段典型氣阻位置

通過石橋供水工程氣阻現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)，保證輸水管道安全充水啟動的關(guān)鍵是排氣順暢，無論處于何種流態(tài)，管道上排氣閥均能做到及時打開大、小排氣口高速排氣。

管道充水過程的關(guān)鍵是控制充水速度和管道排氣。管道末端閥門的開啟，有利于釋放意外超壓，但過量放水也會延長充水時間，故末端閥門的開關(guān)和開啟度，應(yīng)結(jié)合管路情況適時改變。管道是否已充滿水，一般可通過排氣閥是否終止排氣進行判斷，但充水速度過慢、排氣不暢的管道即使排氣閥終止排氣，仍可能在很多部位大量存氣，使水難以充滿管道，降低輸水流量。

另外，建議在丘陵地區(qū)布置配水管道，調(diào)節(jié)建筑物布置距離不大于10.0km，在5.0～10.0km范圍內(nèi)選擇合適的地形地質(zhì)條件布置調(diào)節(jié)建筑物更佳，特別是村鎮(zhèn)供水工程中，考慮管道沿線居民分散、供水時間集中等特點，多增加調(diào)節(jié)池，調(diào)整管道管徑、等級等參數(shù)，使工程更經(jīng)濟、合理。

［1]上海市政工程設(shè)計研究院.給水排水設(shè)計手冊［M］.第二版.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2004.

［2]魯剛.新編農(nóng)村供水工程規(guī)劃設(shè)計手冊［M］.第二版.北京:中國水利水電出版社，2009.

［3]SL 310—2004村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國水利水電出版社，2004.