融水縣融江片區(qū)貧困村人飲工程設計

黃 俊

（廣西科源工程咨詢有限責任公司，南寧 530023）

1 工程概況

柳州市融水縣融江片區(qū)部分貧困村飲水補水工程主要解決紅水鄉(xiāng)高文村、振民村、黃奈村、芝東村、紅水村（含鄉(xiāng)政府駐地）以及拱洞鄉(xiāng)高武村、大溝村、洋鳥村8個村28 333人的人畜飲水問題，涉及飲水水源為山泉水。項目區(qū)主要位于融水縣紅水鄉(xiāng)與拱洞鄉(xiāng)兩個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。紅水鄉(xiāng)和拱洞鄉(xiāng)均位于融水縣東北部。工程區(qū)域所在地交通方便，區(qū)域內(nèi)村級公路網(wǎng)比較發(fā)達，有村道貫穿整個項目區(qū)。水源點及新建水廠位于元寶山自然保護區(qū)外，道路交通便利。

2 工程總體布置

本工程的供水規(guī)模為2 891.2 m3/d，根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程技術規(guī)范》（SL310-2019），集中式供水工程供水規(guī)模5000～1000 m3/d的為Ⅲ等工程，主要建筑物級別為3 級，次要建筑物級別為4 級。本工程供水水源為元寶山的山泉水，共有2處，分別為元寶山北面安太鄉(xiāng)培秀村火培屯白虎頂融江一級支流貝江河支流培秀河的源頭白坪溪（水源點1）和火培屯北面2.3 km 處培秀河的源頭烏紗溪（水源點2）。兩處水源均通過天然沖坑布管引水，利用水頭差先輸送到水廠進行凈化消毒處理，再輸送到各村屯的集中高位水池。

管線基本沿現(xiàn)有道路布設。由于項目供水范圍分散、地形起伏落差變化大，對供水水源點與受水點的落差、地形起伏、管材承受壓力、施工及后期管護等情況進行分析后，選擇了兩個主管供水方案進行比選。

（1）方案一（純自流引水方案）：由1411 m高程水源點1引水，引至1197 m高程水源點2匯合后，輸水至1078 m 高程水廠泄壓，之后的主管路線僅在966 m高程處泄壓，全程無需設置加壓點，即可實現(xiàn)全程自流引水。

（2）方案二（自流泄壓再加壓方案）：由1411 m高程的水源點1 引水，引至1197 m 高程水源點2 匯合后，輸水至1078 m 高程水廠泄壓，之后的主管路線依次在966 m、788 m 高程處泄壓，由于泄壓后無法自流引水，需在高文村附近設置泵房在726 m 高程處加壓，才能引水至之后的村屯。

根據(jù)以上所述，結(jié)合建后管理、征地等因素對供水方案進行比選，結(jié)果見表1。

表1 供水方案比選

根據(jù)比選結(jié)果，從工程投資和運行等綜合角度考慮，選擇方案一（純自流引水方案）作為推薦方案。

3 工程設計

3.1 管材選擇

本項目管線較長、高低起伏大，各類因素復雜，因此必須考慮管道材質(zhì)的不同對管道工程的綜合影響，需要對各種不同的管道材質(zhì)進行比較，以選用合理的管道材質(zhì)。

選擇管材的基本原則是：能承受要求的內(nèi)壓和外荷載；使用性能可靠，施工方便，維修工作量少；使用年限長；內(nèi)壁光滑，輸水能力可基本保持不變：能適合工程區(qū)地質(zhì)條件和各種實際情況的需要；造價較低。有利于減少供水管道對出廠水的二次污染程度。

根據(jù)以上的管材選擇基本原則，對球墨鑄鐵管、鍍鋅鋼管、PE 管、復合鋼絲PE 管等4 種常用且較為適合本工程特性的管材從使用壽命、耐腐蝕性、對水質(zhì)的影響、施工安裝、維修、單價等方面對輸水管材進行比選（見表2）。

表2 輸水管材主要性能表

經(jīng)對比，復合鋼絲網(wǎng)PE 管的使用壽命短，且抗壓能力低，壓力等級高的需要定制，造價高；無縫鋼管的品種齊全，壓力等級范圍廣，技術成熟，強度高，性能穩(wěn)定，能長期承受較高水壓；PE聚乙烯管使用壽命較長，防滲性、耐腐蝕性及接頭密封性等性能相對較好，但是承壓能力較低；球墨鑄鐵管具有品種齊全，管件配套完善，壓力等級范圍最廣，技術成熟，強度高，性能穩(wěn)定，且不易腐蝕等優(yōu)點，能承受較高水壓。綜合考慮，主管、支管、毛管絕大部分沿道路埋設，埋設部分采用球墨鑄鐵管，小部分需外露鋪設的管道采用無縫鋼管，并配套相應配件。村屯內(nèi)水池到用戶端的管道線路地勢復雜，輸送水量較小、水頭差小，采用PE管。

3.2 凈水工藝選擇

水廠凈水工藝較多，主要有傳統(tǒng)快濾工藝（三大池）、多介質(zhì)過濾罐、旋轉(zhuǎn)錯流式超濾膜和旋流氣浮澄清砂濾工藝。各凈水工藝的優(yōu)缺點對比和技術對比分別見表3和表4。

表3 凈水工藝優(yōu)缺點對比表

表4 凈水工藝技術對比表

凈水工藝 優(yōu)點 缺點旋轉(zhuǎn)錯流式超濾膜工藝（1）該工藝相對初期成本比較高；（2）濾膜有一定的壽命。旋流氣浮澄清砂濾工藝（1）易安裝，現(xiàn)場連接管配件及電氣設備之后，即可投入使用；（2）設計周期和施工周期短；（3）旋轉(zhuǎn)錯流式超濾設備整體化，可整體裝運，設計和施工方便快捷，而且擴建容易；（4）占地面積比其他工藝少很多。（1）易安裝，現(xiàn)場連接配件及電氣設備之后，即可投入使用；（2）適應性強，高濁水、低濁水及汛期突發(fā)性高濁水均可保證較好的出水水質(zhì)；（3）占地面積比其他工藝小很多；（4）采用全水力自動控制，自動化程度高，可節(jié)約較多后期運行費用。（1）該工藝相對初期成本比較高；（2）該工藝相對其他工藝為較新型工藝，國內(nèi)目前未有大規(guī)模使用，能借鑒的經(jīng)驗不是特別多。

經(jīng)對比，旋流氣浮澄清技術為較新型的技術，也是今后水處理技術的發(fā)展方向之一，相比于傳統(tǒng)的三大池水凈化技術，凈化流程縮短，無需大量加藥凈化，操作簡便，可以無人值守。由于采用全水力自動控制運行，后期運行管理費用較超濾膜系統(tǒng)更低。本工程地處較貧困地區(qū)，考慮后期運行成本等經(jīng)濟指標，結(jié)合水源水質(zhì)和水廠位置每年冬季可能結(jié)冰的特點，水處理工藝確定采用旋流氣浮澄清砂濾工藝。

旋流氣浮澄清砂濾工藝流程：水從水源輸送到水廠，通過在原水管道上投加絮凝劑，然后流入澄清池，使得懸浮物和膠體（小顆粒泥砂、大分子有機物、細菌、病毒等膠體物質(zhì)）脫穩(wěn)沉降，同時絮凝形成的泥渣層具有吸附作用，可去除水中的部分有機物以及重金屬等污染物。澄清池池壁和網(wǎng)格上積泥中存在微生物，這些微生物可以降解水中易于生物降解的有機污染物。然后對澄清池中的水進行跌落曝氣，充氧以達到充足的溶解氧，為去除氨氮創(chuàng)造了條件。而系統(tǒng)內(nèi)氨氮的去除主要靠微生物分解，在系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生了硝化反硝化作用，即將氨氮降解為（亞）硝酸鹽氮，再經(jīng)反硝化脫除，完成初步澄清凈化。清水經(jīng)清水槽匯流后進入過濾池。過濾系統(tǒng)采用深床均質(zhì)濾料，過濾后加消毒劑進行消毒，消毒后進清水池，水質(zhì)達到國家飲用水水質(zhì)標準。工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程圖

3.3 自動控制系統(tǒng)

水廠自動控制系統(tǒng)遵循“集中管理、分散控制、資源共享”的原則，水廠儀表系統(tǒng)遵循“工藝必需、先進實用、維護簡便”的原則。

自動控制系統(tǒng)采用集散型計算機控制系統(tǒng)。由可編程序控制器（PLC）及自動化儀表組成的檢測控制系統(tǒng)—現(xiàn)場控制站，對水廠各過程進行分散控制，再由通訊系統(tǒng)、監(jiān)控計算機等組成的中央控制室，對全廠實行集中管理。各分控站與中央控制室之間由無線結(jié)合有線網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。現(xiàn)場控制站與現(xiàn)場測控儀表之間由開放式現(xiàn)場總線連接。現(xiàn)場控制站根據(jù)水廠的實際工藝和建筑物的幾何分布情況，設置在控制對象和信號源相對集中的建筑物中。

系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場采集并回傳的流量、液位、濁度、余氯、pH值、溫度等信息，經(jīng)過計算，自動調(diào)節(jié)水廠中各個閥門的開度及藥物的投加，從而實現(xiàn)水廠運行的自動化。水廠自動控制監(jiān)測系統(tǒng)原理圖見圖2。

圖2 水廠自動控制監(jiān)測系統(tǒng)原理圖

3.4 輸水管道及閥門

項目區(qū)主、支管高程落差大，供水管主管由球墨鑄鐵管及無縫鋼管組成。球墨鑄鐵管采用承插式T 型接口管，在沿路埋設部分使用。無縫鋼管主要用在部分球墨鑄鐵管難以安裝的區(qū)段，如道路狹窄、經(jīng)過居民區(qū)和過橋等特殊路段鋪設。輸水管道根據(jù)管段壓力不同可分別采用2.5、5.4、6.4 MPa 等規(guī)格管道。

村內(nèi)水池到屯、隊水池的管道線路地勢復雜，輸送水量少、水頭落差小等特點，因此采用PE 管，工作壓力為1.6 MPa。

項目區(qū)冬季有結(jié)冰現(xiàn)象，因此需對外露管道進行保溫處理，具體做法為在管道外設套管并在間隙填充保溫材料。

本工程輸水管線長度較長，管線起伏較大，需配置各種功能閥門以保障管線安全及日后檢修。具體方案為管道每隔2～3 km 設置一個檢修閥，并根據(jù)壓力等級確定閥門類型和公稱壓力；在管道凸起點設空氣閥；長距離無凸起點的管段，每隔1 km左右亦應設空氣閥；在管道低凹處設置排泥排水閥；此外，根據(jù)水力過渡過程分析計算和水錘驗算，在管道最不利點處安裝調(diào)流調(diào)壓閥和水擊泄放閥以保證管道系統(tǒng)運行安全。

所有管線共配置檢修閥56 處，復合式空氣閥60 處，排泥排水閥35 處，調(diào)流調(diào)壓閥20 處，水擊泄放閥10處。以上閥門均設閥門井保護，閥門井根據(jù)需要采用M7.5漿砌磚或C20鋼筋混凝土兩種形式。

4 結(jié)語

柳州市融水縣融江片區(qū)部分貧困村人飲工程特點是水源高程較高，可完全利用水頭落差進行純自流引水。由于引水流量較大、高差較大且輸水管路較長，管路沿線需配置各種功能閥門以保障管線安全及日后檢修使用。尤其需要注意水力過渡過程分析計算和水錘驗算，并安裝調(diào)流調(diào)壓閥和水擊泄放閥以保證管道系統(tǒng)運行安全。工程建成后可為紅水鄉(xiāng)與拱洞鄉(xiāng)兩個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的人畜飲水供水提供重要保障。

（責任編輯：劉征湛）