農(nóng)村地區(qū)供水工程節(jié)能改造設(shè)計探析

劉興華

（遼寧江河水利水電新技術(shù)設(shè)計研究院，遼寧 沈陽 110003）

農(nóng)村地區(qū)供水工程節(jié)能改造設(shè)計探析

劉興華

（遼寧江河水利水電新技術(shù)設(shè)計研究院，遼寧 沈陽 110003）

針對農(nóng)村地區(qū)供水工程管理費用高以及運營不合理等問題，探索農(nóng)村供水工程供水節(jié)能設(shè)計改造思路，闡述提升農(nóng)村地區(qū)供水工程運營效率與保養(yǎng)舉措，為農(nóng)村地區(qū)供水工程節(jié)能改造提供決策依據(jù)。

農(nóng)村地區(qū)；供水工程；節(jié)能改造

隨著我國農(nóng)村供水工程建設(shè)的持續(xù)實施，農(nóng)村地區(qū)飲水狀況得到顯著改善，自來水使用率明顯提高［1］。然而，由于部分地區(qū)農(nóng)村供水工程應(yīng)用技術(shù)相對落后、人才缺乏等客觀因素，導(dǎo)致農(nóng)村部分供水工程無法高效合理運行，并已經(jīng)嚴重制約了農(nóng)村地區(qū)供水工程效益發(fā)揮［2］。因此，為了滿足農(nóng)村地區(qū)日益增長的用水需求，針對現(xiàn)有農(nóng)村供水工程實施節(jié)能改造以及在更新過程中，開展降耗節(jié)能改造是保證農(nóng)村地區(qū)供水工程可持續(xù)健康發(fā)展的必要要求［3］。因此，本文通過分析某供水工程降耗節(jié)能改造與更新設(shè)計實踐過程，揭示節(jié)能改造設(shè)計對提升農(nóng)村地區(qū)供水工程高效運營、降低運行成本、提高供水品質(zhì)以及保障供水工程良性發(fā)展發(fā)揮的重要作用。

1 工程概述

某供水工程依靠一座中型水庫作為引水源，可有效解決八個行政村以及一個風(fēng)景區(qū)內(nèi)2萬余人安全飲用水問題，屬于集中式的農(nóng)村地區(qū)飲水工程，其工程設(shè)計年供水量、日供水量以及最大小時的供水量分別為70萬m3、0.221萬m3、201m3。由于該水庫水質(zhì)相對較好，不需經(jīng)過反應(yīng)沉淀步驟，可直接通過過濾和消毒后，向用戶直接進行供水，具體工藝流程如圖1。

圖1 供水工程的水廠引水工藝流程

本工程采用水泵（IS125-100-200A型）和兩臺配套電機機組進行水源提水工作，若水庫水源水位達到或超過227.1m時，水庫水源可自動流入水廠的清水池；但若水庫水源水位低于227.1m時，通過利用水泵將水庫水源輔助進入水廠清水池。通過利用雙重力式的無閥濾池進行水源過濾，過濾設(shè)備整體結(jié)構(gòu)相對簡單，操作簡易，自動化水平高，但是消耗的用水量相對較大［4］。緊跟著在濾池到清水池之間水管段，投入二氧化氯裝置所產(chǎn)生的二氧化氯進行消毒。同時，為了增加二氧化氯裝置的接觸時間段和調(diào)控水廠供水量和制水量的產(chǎn)差，本工程選用長寬深分別為12.1、6.5m和3.8m的矩形清水池。一級配水的支管最長距離為1.8km，選用DN200UPVC，而主管道選用4.5km的DN315UPVC有效供水。

2 現(xiàn)狀供水工程問題分析

該供水工程開工建設(shè)于2002年，建成和投產(chǎn)于2005年6月，但由于管道線路過長，維護成本過高，導(dǎo)致供水過程緩慢，截至 2012年底，該供水工程的總供水量為30.01萬 m3，低于設(shè)計供水規(guī)劃水量的45%。同時，水廠供水的水價低且水廠規(guī)模小，因此，供水工程自身的正常運營尚且無法維持。鑒此，根據(jù)水廠管理單位要求，2013年開始研究分析水廠運營過程中的問題，深入優(yōu)化改造水廠。

水廠運營費用包含員工工資、消毒藥物支出、電費支出、管網(wǎng)維護費用以及稅負管理費用等五個主要方面組成。在這五個方面中，雖然員工工資為最大支出，但是員工工資已降至最低，已經(jīng)不可能存在調(diào)整范圍［5］； 稅負等硬性規(guī)定費用，總額極小，節(jié)省費用的意義甚微；大部分時間水庫水位高于227.1m，水庫水可自由流入水池，水泵電耗較小，調(diào)整范圍依然很小。因此，為了進一步降低費用，供水工程只能從管網(wǎng)維護費用和稅負管理費用進行節(jié)能設(shè)計，達到節(jié)約工程成本目的。

2.1 消毒藥物支出偏高

依據(jù)各管理單位的統(tǒng)計信息，表明在消毒過程中鹽酸和氯化鈉的支出比重偏高。其原因是由于水廠清水池的容量較大，而目前供水量低于設(shè)計規(guī)劃水量的45%，故清水池的出水速度慢，清池內(nèi)的消毒劑和水接觸完全滿足效度要求［6］。但由于二氧化氯消毒氣體在水中時間過長，導(dǎo)致其大量揮發(fā)形成浪費。同時，供水管路較長，其沿程損失嚴重。另外，管道末端的水質(zhì)發(fā)生變化無法及時反饋水廠，且二氧化氯發(fā)生裝置的投藥量依賴于人工測定。因此，人們通常為了保證消毒劑量的濃度，設(shè)置水廠投藥量相對高［7］。

鑒此，若水廠能優(yōu)化其生產(chǎn)流程、改善消毒工藝，同時解決消毒劑消耗較大、流程消耗等消毒物藥物支出偏高的問題，進而減少消毒劑的使用量和消毒成本。

2.2 管網(wǎng)維護費用較高

該供水工程管網(wǎng)費用較高的原因主要是：①裂管事件較常發(fā)生。自安裝取水鋼管以來，運行基本沒有出現(xiàn)過顯著的滲漏事件，但由于DN315UPVC（供水主管道）滲漏引發(fā)的裂管事件較常發(fā)生。②裂管事件發(fā)現(xiàn)較晚。大部分供水主管道都埋于地底下，少部分位于水田中，而剩下管道則深埋于地底，故通常只有供水主管道爆裂涌噴時才被發(fā)現(xiàn)。③成品水損失過多。由于供水主管道沿程無控制水閘，導(dǎo)致漏水損失大已經(jīng)超過過濾的成品水。④管道布置不合理。因管道按照單線方式進行布置，故搶修與維護期間直接影響供水用戶的生產(chǎn)和正常生活用水。⑤搶修成本高。工程搶修統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，每年工程搶修費用都超過工程總成本將近五分之一［8］。

綜合考慮造成管網(wǎng)維護費用較高的原因以及管網(wǎng)自身漏水和滲水特點，為了徹底根治滲漏事件頻繁發(fā)生，我們必須找出滲漏事件發(fā)生的主因，同時需要明確解決思路：我們不能總是被動搶修供水管道，而是主動排除管網(wǎng)滲漏隱患，從設(shè)計層面對管網(wǎng)進行合理改造，進而實現(xiàn)節(jié)能設(shè)計和達到節(jié)約管網(wǎng)費用的目的。

3 節(jié)能設(shè)計和實踐方案

3.1 解決消毒藥物支出偏高方案

3.1.1 降低消毒時間，實施水廠清水池改造

水廠清水池的容積為248m3，根據(jù)用水在消毒池內(nèi)的接觸時間，可得出清水池容積偏大，消毒劑接觸的時間也偏長，但是實際制水和供水過程中又需求清水池必須有248m3容積。

圖2 水廠清水池布置示意圖

鑒此，為了符合上述要求，將水廠清水池劃分為3個區(qū)間，具體如圖2。依據(jù)不同階段內(nèi)用水規(guī)模以及消毒接觸時間制定各區(qū)的容積。根據(jù)圖2可知，I為進水區(qū)，Ⅱ為中間區(qū)，Ⅲ為出水區(qū)。經(jīng)過過濾的清水由原來的進水管進水，依次通過I區(qū)，Ⅱ區(qū)，Ⅲ區(qū)，最終達到供水用戶。3個區(qū)間內(nèi)全部安裝有止回閥，防止水流逆回。

原水廠清水池設(shè)計供水量的46%作為其實際可供水量，每小時最大用水量為85m3。對清水池重新設(shè)計后，消毒劑投藥點選定為Ⅲ區(qū)。通過用水量方法計算獲得，設(shè)計后清水池投藥點到出水管道的總滯留時間為t=58min。若水廠供水量到達設(shè)計供水量的75%時，每小時最大用水量為128m3，當(dāng)消毒劑投藥點選定為Ⅲ區(qū)，消毒劑滯留時間為39min，當(dāng)選定為Ⅱ區(qū)，消毒劑滯留時間為58min，均滿足規(guī)范要求。若水廠供水量到達設(shè)計供水量的100%時，每小時最大用水量為182m3，當(dāng)消毒劑投藥點選定為Ⅲ區(qū)，消毒劑滯留時間為37min。

基于以上計算和分析，若水廠清水池的實際可供水量介于設(shè)計供水量46%和75%之間時，投藥點選定為Ⅲ區(qū)，消毒劑滯留平均時間為48min，既符合設(shè)計規(guī)范的要求，又可降低二氧化氯的揮發(fā)量；若水廠清水池的實際可供水量介于設(shè)計供水量75%和100%之間時，投藥點選定為Ⅲ區(qū)，消毒劑滯留平均時間為45min，也符合上述要求。

3.1.2 管道中間位置增設(shè)投藥裝置，降低水廠內(nèi)部投藥濃度

水廠為了解決管網(wǎng)末端消毒劑余量過少問題，通常加大投藥量來提高消毒劑濃度，導(dǎo)致沿程消毒劑大量損耗，而中間供水用戶消毒劑含量偏高［9］。為了更好解決該問題，通過中間增設(shè)投藥裝置的方法，適當(dāng)添加消毒劑滿足中間供水用戶需求。

3.2 解決管網(wǎng)維護費用較高方案

3.2.1 提前開挖進行排查，消除隱患

供水主管道不進行開挖，采用抹布和水對管壁全面清洗，檢查管道是否存在損壞裂痕，并做相應(yīng)標記，然后，再對管道上漏水和可能漏水處進行加固處理。加固回填時，管壁四周利用粒徑為20cm的厚細砂，外圍使用泥土回填，降低管道發(fā)生損壞的風(fēng)險性［10］。

3.2.2 進一步維護和保養(yǎng)，提高管網(wǎng)系統(tǒng)運行效率

節(jié)能改造設(shè)計前提條件是水廠工藝流程的高效運行，也是降低生產(chǎn)成本有效手段之一。故為了實現(xiàn)本次工藝流程關(guān)鍵點影響問題，根據(jù)行業(yè)運行規(guī)范對在崗人員進行理論培訓(xùn)和操作訓(xùn)練，使得整體工藝流程合理運行，另外，員工通過經(jīng)驗的積累，也使得設(shè)備穩(wěn)定運行，成本降低。

4 結(jié)語

我國農(nóng)村地區(qū)供水工程普遍存在工藝水平落后、規(guī)模小、運營監(jiān)管不足以及耗能成本高等問題，為了滿足農(nóng)村地區(qū)對高品質(zhì)供水持續(xù)增長的需求，本文通過探尋農(nóng)村地區(qū)典型供水工程運行特征，闡明農(nóng)村地區(qū)供水工程降耗節(jié)能改造設(shè)計及實施方案。由消毒藥物以及管網(wǎng)維護兩方面探索改造設(shè)計方案，其實質(zhì)是降低藥物施用濃度，可在降低供水水體亞氯酸鹽以及渾濁度的同時，削弱藥物對輸水管道腐蝕程度。此外，工程實踐表明實施供水工程節(jié)能改造可有效提升供水保障率，降低管網(wǎng)漏水以及維修損失成本，從而實現(xiàn)資源節(jié)約與供水穩(wěn)定并舉的綜合目標。

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TV674

B

1672-2469（2017）02-0130-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2017.02.039

2016-07-18

劉興華（1984年—），男，工程師。