洞庭湖區(qū)域城鄉(xiāng)一體化供水工程設(shè)計(jì)實(shí)例

郝建勛 劉亞斌

(1.湖南省水務(wù)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410008； 2.長(zhǎng)沙市燃?xì)鉄崃κ聞?wù)中心，湖南 長(zhǎng)沙 410013)

0 引言

安鄉(xiāng)縣，位于湖南省北部，隸屬于湖南省常德市，位于東經(jīng)110°59′～112°18′，北緯29°08′～29°46′；縣境南北長(zhǎng)71 km，東西寬30 km，總面積為1 087.032 km2。該縣北接湖北省公安縣、石首市，南抵漢壽縣，東連南縣，西至鼎城區(qū)、澧縣、津市等縣。

安鄉(xiāng)縣位于洞庭湖區(qū)域，地表水資源豐富，但由于三峽工程實(shí)施后，該地區(qū)部分河流水量減少，在枯水期經(jīng)常斷流，當(dāng)?shù)夭糠粥l(xiāng)鎮(zhèn)的水廠無(wú)法以這些斷流的河流作為飲用水源。因此該縣除縣城及鄰近的鄉(xiāng)村外，其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)只能以地下水作為飲用水源。

因社會(huì)發(fā)展的需求，該縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)都加大了地下水資源的開(kāi)采。導(dǎo)致該地區(qū)地下水水位逐年下降，抽升水量逐步減少，供水成本隨著抽升高度的增加、輸水距離的延長(zhǎng)而大幅度增長(zhǎng)。此外，由于各鄉(xiāng)鎮(zhèn)水廠的管理水平、設(shè)備狀況參差不齊，無(wú)法有效保障各地生產(chǎn)生活用水，加上各鄉(xiāng)鎮(zhèn)地下水普遍存在寄生蟲(chóng)、鐵錳含量超標(biāo)等問(wèn)題[1]，長(zhǎng)期飲用將對(duì)人的健康有直接的影響,很大程度上會(huì)影響人的遺傳基因甚至壽命。綜上所述，原有的鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水體系無(wú)法保障水質(zhì)水量的穩(wěn)定，對(duì)人民群眾的飲水安全造成了危害。

為了改善該縣人民群眾的用水安全問(wèn)題，切實(shí)提高該縣環(huán)境質(zhì)量和人民生活水平。新建水廠及相關(guān)的輸水管道，實(shí)現(xiàn)城鄉(xiāng)一體化供水，解決相關(guān)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的供水安全問(wèn)題迫在眉睫。

1 工程概況

本工程建設(shè)內(nèi)容主要為新建安鄉(xiāng)縣黃山頭供水，工程設(shè)計(jì)規(guī)模為3萬(wàn)m3/d，工程建設(shè)內(nèi)容包括取水工程、自來(lái)水廠及配水管網(wǎng)。建成后黃山頭水廠將取代原有的16座鄉(xiāng)鎮(zhèn)自來(lái)水廠，直接向供水范圍內(nèi)的9個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水，服務(wù)人口達(dá)21萬(wàn)。

2 取水工程

2.1 水源的選擇

對(duì)安鄉(xiāng)縣境內(nèi)的幾條河流進(jìn)行了水源方案比較和水資源論證，結(jié)果表明，松滋河水質(zhì)較好，水量保證率滿足該縣供水要求。因此，確定本工程取水水源為松滋河，明塘湖為備用水源。松滋河水量能滿足城市供水要求，其水源水質(zhì)豐水期達(dá)到Ⅱ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，枯水期為Ⅲ類(lèi)水質(zhì)[2]。

2.2 取水點(diǎn)及取水方式

針對(duì)場(chǎng)地地質(zhì)條件、上下游有無(wú)污染源、對(duì)航運(yùn)影響、施工便利性等幾個(gè)方面進(jìn)行了比選，最終確定取水點(diǎn)位置位于松滋河(明塘湖段)與公安縣交界處，防洪堤內(nèi)，取水方式采用河床式取水構(gòu)筑物。

2.3 取水工程的設(shè)計(jì)

本工程設(shè)計(jì)取水泵站1座，與松滋河—明塘湖換水泵站合建，兼具了取水與明塘湖換水、補(bǔ)水的功能(取水泵和換水泵合建，且共用集水池)。設(shè)計(jì)流量：Q=3.15萬(wàn)m3/d(考慮水廠自用水系數(shù)5%)。取水泵站采用矩形泵房，半地下式，分3層，第1層為集水池、第2層為檢修平臺(tái)、第3層為配電間；平面尺寸為：B×L=12.0 m×7.40 m；結(jié)構(gòu)形式：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。設(shè)置水泵5臺(tái)，原水輸水水泵3臺(tái)，出水單管D426×10，出水總管D820×10；換、補(bǔ)水水泵2臺(tái)，出水單管換水管2根D820×10，用于明塘湖的換水和補(bǔ)水。

3 凈水工程

3.1 廠址的選擇

考慮地勢(shì)標(biāo)高及工程地質(zhì)、與水源距離、防洪排澇、施工便利性、配水方式及其投資經(jīng)濟(jì)性等方面，經(jīng)綜合比選，最終廠址選擇在標(biāo)高約72 m～79 m的黃山頭鎮(zhèn)采石場(chǎng)。此廠址方案可有效利用高地勢(shì)，減少配水管網(wǎng)中途加壓泵站的數(shù)量及保障供水壓力，節(jié)約造價(jià)及能源。

3.2 凈水廠的設(shè)計(jì)

3.2.1 凈水廠工藝的選擇

由于本工程水源松滋河在枯水期水質(zhì)為Ⅲ類(lèi)水質(zhì)，COD、氨氮、總磷等污染物濃度均有所升高，因此常規(guī)的混凝—沉淀—過(guò)濾—消毒凈水處理工藝無(wú)法對(duì)水中的上述幾種污染物進(jìn)行有效去除。為了使原水經(jīng)處理后符合GB 5749—2006生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的要求，需進(jìn)行氧化處理及深度處理。本工程凈水工藝選用為預(yù)臭氧氧化+常規(guī)處理工藝+臭氧—活性炭深度處理。具體工藝流程如圖1所示。

3.2.2 主要構(gòu)筑物簡(jiǎn)介

1)預(yù)臭氧池。

預(yù)臭氧可以起到去除水中有機(jī)物質(zhì)、藻類(lèi)、改善絮凝效果等作用，因此廣泛應(yīng)用到凈水工程中。本工程預(yù)臭氧池接觸時(shí)間為4 min，設(shè)計(jì)臭氧投加量為1 mg/L[2]，87.5 m3，有效水深為4.10 m。

預(yù)臭氧池主要設(shè)備包括尾氣破壞器及風(fēng)機(jī)1套，功率：P=4.0 kW，電加熱式；臭氧擴(kuò)散系統(tǒng)1套；正面進(jìn)水板框架式旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)1組，寬度B=1.5 m，功率P=4.0 kW。

2)配水混合井。

設(shè)一座圓形配水混合井，直徑D=3.00 m，水深3.4 m，配水井混合時(shí)間為60 s；采用機(jī)械攪拌混合方式，混合井內(nèi)設(shè)漿式攪拌機(jī)1套，漿式攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速48 r/min，功率P=7.5 kW。

3)網(wǎng)格絮凝平流沉淀池。

本工程絮凝池與沉淀池合建，共設(shè)2座，每座設(shè)計(jì)規(guī)模Q=1.5萬(wàn)m3/d。尺寸L×B×H=49.30 m×11.05 m×5.30 m。其中絮凝時(shí)間為17 min[1]，GT=5.00×104；平流沉淀水平流速為12.0 mm/s，停留時(shí)間為1.8 h。沉淀池設(shè)計(jì)有效水深為3.0 m，設(shè)計(jì)出水濁度小于5 NTU。

沉淀池采用泵吸式吸泥機(jī)進(jìn)行排泥，數(shù)量：1臺(tái)，型號(hào)：ZBX-11.35，電機(jī)功率1.1 kW；同時(shí)配套8臺(tái)潛污泵，N=0.75 kW，Q=22 m3/h，H=7.0 m。

4)氣水反沖洗V型濾池。

設(shè)1座氣水反沖洗濾池，采用渠道連接。濾池共為6格，單池面積30 m2，雙排布置，平面尺寸29.28 m×24.36 m。單格尺寸：6.0 m×5.0 m。

設(shè)計(jì)參數(shù)為：

設(shè)計(jì)流量：Q=1 312.50 m3/h；

正常濾速：V=7.35 m/h；

強(qiáng)制濾速：V=7.38 m/h(一格沖洗時(shí))，V=9.23 m/h(一格沖洗時(shí)一格檢修時(shí))；

表面掃洗強(qiáng)度：q掃=2.0 L/(s·m2)，歷時(shí)12 min；

單獨(dú)氣洗：氣洗強(qiáng)度q氣=15.0 L/(s·m2)，歷時(shí)2 min；

氣水沖強(qiáng)度：q氣=15.0 L/(s·m2)，q水=3 L/(s·m2)，歷時(shí)4 min；

水洗強(qiáng)度：q水=6 L/(s·m2)，歷時(shí)6 min；

反沖洗時(shí)間：12 min；

正常過(guò)濾時(shí)濾池反沖洗周期：36 h；

濾層厚度：1 300 mm；

承托層厚度：120 mm；

濾料采用石英砂濾料，石英砂粒徑為0.8 mm～1.0 mm，不均勻系數(shù)K80=1.25[3]。

濾池采用長(zhǎng)柄濾頭配水系統(tǒng)。長(zhǎng)柄濾頭和濾板組成一套配水配氣系統(tǒng)，屬于小阻力配水系統(tǒng)。長(zhǎng)柄濾頭由上部濾帽和下部直管組成。每只濾帽上開(kāi)有多條縫隙，縫隙在0.5 μm～0.25 mm之間，視濾料粒徑?jīng)Q定。濾頭布置數(shù)一般為48個(gè)/m2～60個(gè)/m2，開(kāi)孔比約1.5%。

濾池反沖洗采用氣水反沖洗，反沖洗泵及鼓風(fēng)機(jī)設(shè)在反沖洗泵房、鼓風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)，設(shè)反沖洗水泵3臺(tái)，2用1備，單泵流量Q=324 m3/s，揚(yáng)程H=12 m，功率P=18.5 kW；羅茨鼓風(fēng)機(jī)3套，2用1備，風(fēng)量Q=13.50 m3/min，風(fēng)壓P=50 kPa，功率N=22 kW。反沖排水進(jìn)入回收水池。濾池單格進(jìn)水及排水采用氣動(dòng)閘板閥門(mén)；清水出水、反沖進(jìn)水及反沖進(jìn)氣采用氣動(dòng)閥門(mén)控制。在鼓風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)置提供壓力氣源的空壓機(jī)。濾池反沖洗按運(yùn)行周期、出水濁度、水頭損失等自控進(jìn)行。

5)臭氧接觸池。

接觸時(shí)間：10 min，分三段接觸和布?xì)猓谝欢?、第二段和第三段的接觸時(shí)間分別為2 min，4 min和4 min，布?xì)饬糠植紴?0%，25%和25%。臭氧投加量：1.5 mg/L；余臭氧不大于0.2 mg/L。

接觸池有效容積218.75 m3，接觸池平均水深5.75 m；接觸池有效面積38.04 m2。

主要設(shè)備包括尾氣破壞器及風(fēng)機(jī)2套，電加熱式；臭氧擴(kuò)散系統(tǒng)2套；臭氧取樣檢測(cè)系統(tǒng)2套。

6)活性炭濾池。

設(shè)1座活性炭濾池，采用渠道連接。濾池共為6格，單池面積30 m2，雙排布置，平面尺寸24.36 m×20.05 m。

設(shè)計(jì)參數(shù)為：

設(shè)計(jì)流量：Q=1 312.50 m3/h；

正常濾速：V=7.35 m/h；

強(qiáng)制濾速：V=7.38 m/h(一格沖洗時(shí))；V=9.23 m/h(一格沖洗時(shí)一格檢修時(shí))；

表面掃洗強(qiáng)度：q掃=2.0 L/(s·m2)，歷時(shí)12 min；

單獨(dú)氣洗：氣洗強(qiáng)度q氣=15. 0 L/(s·m2)，歷時(shí)2 min；

氣水沖強(qiáng)度：q氣=15.0 L/(s·m2)，q水=3 L/(s·m2)，歷時(shí)4 min；

水洗強(qiáng)度：q水=6 L/(s·m2)，歷時(shí)6 min；

反沖洗時(shí)間：12 min；

正常過(guò)濾時(shí)濾池反沖洗周期：72 h；

濾層厚度：2 000 mm；

承托層厚度：200 mm。

濾料采用煤質(zhì)顆粒活性炭濾料。活性炭下鋪設(shè)100 mm厚石英砂墊層，石英砂粒徑為0.8 mm～1.0 mm。石英砂墊層下為200 mm的承托層，礫石層粒徑為2 mm～32 mm[3](粒徑分布及厚度從上到下分別為：d=2 mm～4 mm，H=50 mm；d=4 mm～8 mm，H=50 mm；d=8 mm～16 mm，H=50 mm；d=16 mm～32 mm，H=50 mm)。

濾池采用長(zhǎng)柄濾頭配水系統(tǒng)。長(zhǎng)柄濾頭和濾板組成一套配水配氣系統(tǒng)，屬于小阻力配水系統(tǒng)。長(zhǎng)柄濾頭由上部濾帽和下部直管組成。每只濾帽上開(kāi)有多條縫隙，縫隙在0.5 μm～0.25 mm之間，視濾料粒徑?jīng)Q定。濾頭布置數(shù)一般為48個(gè)/m2～60個(gè)/m2，開(kāi)孔比約1.5%。

活性炭濾池采用氣水反沖洗，反沖洗系統(tǒng)與氣水反沖洗濾池共工。反沖排水進(jìn)入回收水池。濾池反沖洗按運(yùn)行周期、出水濁度、水頭損失等自控進(jìn)行。

7)清水池。

清水池屬于調(diào)蓄構(gòu)筑物，凈水廠清水池的有效容積應(yīng)根據(jù)產(chǎn)水曲線、送水曲線、自用水量及消防儲(chǔ)備水量等確定，并滿足消毒接觸時(shí)間不小于30 min的要求。設(shè)清水池2座，單座容積V=3 200 m3，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，單池尺寸L×B×H=32.0 m×25.0 m×4.35 m(有效水深4.0 m)。

每座清水池內(nèi)設(shè)超聲波液位儀和余氯監(jiān)測(cè)儀(各1個(gè))，主要監(jiān)測(cè)清水池中的液位高度和余氯量。

8)送水泵房及配電間。

送水泵房和配電間合建，送水泵房平面尺寸為15.4 m×7.5 m，配電間尺寸：20.00 m×10.00 m，包括變壓器室、配電室、值班室。時(shí)變化系數(shù)Kh=2.2～2.5，選用離心泵4臺(tái)，3用1備，單泵流量Q=250 m3/h～695.5 m3/h～940 m3/h,揚(yáng)程：H=40 m～30 m～20 m，功率N=110 kW；送水泵房向16座水廠集中供水。

4 配水工程

4.1 配水管網(wǎng)對(duì)接方案

該項(xiàng)目由16座鄉(xiāng)鎮(zhèn)小水廠施行供水一體化，統(tǒng)一由大水廠配水，實(shí)施的重點(diǎn)和難點(diǎn)是大水廠一級(jí)配水管網(wǎng)與現(xiàn)有鄉(xiāng)鎮(zhèn)小水廠二級(jí)配水管網(wǎng)對(duì)接方案的選擇，以及對(duì)水量、水質(zhì)和水壓的保障措施。

大水廠的出廠水有兩種方式接入鄉(xiāng)鎮(zhèn)配水管網(wǎng)：一是接入清水池，由鄉(xiāng)鎮(zhèn)小水廠送水泵房進(jìn)行二次加壓供水；二是接入二級(jí)配水管網(wǎng)，由大水廠一次加壓后直接供水。

通過(guò)調(diào)蓄功能、送水泵房揚(yáng)程、二次污染、投資及運(yùn)行費(fèi)用等方面綜合考慮，本方案采用大水廠加壓統(tǒng)一供水，直接對(duì)接鄉(xiāng)鎮(zhèn)小水廠主干管為主的方式進(jìn)行配水，輔以接入清水池，對(duì)距離大水廠較遠(yuǎn)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)水廠采用二次加壓供水。兩種對(duì)接方案的結(jié)合可有效降低系統(tǒng)壓力，同時(shí)降低運(yùn)行能耗。

4.2 配水管網(wǎng)設(shè)計(jì)

配水管網(wǎng)線路如圖2所示，黃山頭水廠到各鄉(xiāng)鎮(zhèn)配水廠的配水干管，總長(zhǎng)度89.47 km，管徑DN1 200～DN200。管徑不小于DN500采用球墨鑄鐵管，管徑小于DN500選用PE管材，過(guò)河管線采用鋼管。

敷設(shè)小港水廠、團(tuán)結(jié)水廠、沙堤水廠、星港水廠四個(gè)水廠到村鎮(zhèn)用戶的配水支管，總長(zhǎng)度558.15 km，管徑De315～De20，采用UPVC管。配水管網(wǎng)的附屬構(gòu)筑物包括閥門(mén)井、泄水井、排氣閥井、支墩等。配水管網(wǎng)線路圖如圖2所示。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)項(xiàng)目水源水質(zhì)特點(diǎn)及用水水質(zhì)要求，本著供水安全及降低能耗的原則，本工程采用了高效合理地凈水處理工藝，經(jīng)濟(jì)合理的管網(wǎng)建設(shè)方案，項(xiàng)目的建設(shè)與實(shí)施有效打破了城鄉(xiāng)供水二元結(jié)構(gòu)，使當(dāng)?shù)貜V大人民群眾飲用水安全得到了保障，明顯減少了當(dāng)?shù)赜捎陲嬘貌恍l(wèi)生的水而引起的疾病，有力地促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)健康、快速發(fā)展。