村镇供水工程工艺流程和管网气阻问题探析

朱路明

(四川省达州市水利电力建筑勘察设计院 635000)

目前，水质量不达标问题已经引起国家的高度重视，对村镇饮水安全方面重视程度尤其愈来愈高。以四川省为例，“十一五”期间，四川省五大水系水质达标率为66.9%，岷沱江达标率为46%，其中沱江支流达标率仅21%。而府河、体泉河、思濛河、毛河、茫溪河、九曲河、威远河、釜溪河、濑溪河、西充河、铜钵河11条河流污染严重，长期监测结果表明不达标。在供水过程中，均采取了新的强制性标准，即《生活饮用水卫生标准》 (GB 5749—2006)，因此，供水水源及水质处理工艺的选择至关重要。以川东地区为例，除铜钵河污染严重外，取水水源点一般都避开了集中的污染源;在水质处理工艺上，对浊度、色度、味觉等项指标进行了处理，以达到生活饮用水卫生标准。

1 工艺流程选择

1.1 水处理工艺流程选择

给水处理方法和工艺流程的选择，应根据原水水质及设计生产能力等因素，通过调查研究及必要的实验，参考相似条件下处理构筑物的运行经验，经技术经济比较后确定。由于水源不同，水质各异，饮用水处理系统的组成和工艺流程多种多样，川东地区的一般工艺流程如下。

(1)以地表水作为水源时，处理工艺流程如下。

(2)当原水浊度较低 (一般在50NTU以下)，不受工业废水污染且水质变化不大者，可省略混凝沉淀 (或澄清)构筑物，原水采用双层滤料或多层滤料池直接过滤，也可在过滤前设微絮凝池，称微絮凝过滤，流程如下。

(3)当原水浊度较高、瞬时含沙量大时，为了达到预期的混凝沉淀效果，调整混凝剂用量，应增设预沉池或沉沙池，流程如下。

川东地区在河流中取用地表水时，由于洪枯水位变化大，浊度变化幅度较大，以石桥供水工程为例，由于下游为四川省九节滩水电站库区，枯水期浊度仅为2～3NTU;但在汛期时，受上游达巴 (达州—巴中)高速公路及达巴铁路施工影响，大量的土石弃渣置于河道中，汛期造成大量的水土流失，经监测，汛期浊度最大为3200NTU，因此，水厂处理能力要经受住考验，经过不同时段的水质量监测，最后工艺流程采取“源水→预沉池→混凝剂投入混合→絮凝沉淀→过滤→消毒→清水池→二级泵站→用户”，出厂水小于1NTU。从达州市城区两个大水厂 (吴家沟水厂及南城水厂)的运行情况看，效果理想，达到预期水质处理目标，工艺流程较为成熟。

当选用水库作为水源点时，由于汛期浊度变化幅度较小，一般都取消了预沉池，采取工艺流程(一)，出厂水亦能达到《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)标准。

1.2 滤池的选择

由于净水工艺标准图集较多，设计人员为了简化方便，节省工作量，套用标准图集，而不经过大量的基础资料分析，在絮凝沉淀过程中，根据原水水质，选择净水建筑物一般不存在大问题，在设计中多考虑一些细部因素便可解决。但过滤池作为核心净水建筑物，其选择至关重要，应根据不同规模、不同水源条件进行选择。一般地表水均选用水库水或河流水，两者差别较大，水库水一般具有浊度小、藻类及悬浮物多、视觉和味觉较差等特点;河流水大多汛期浊度高、枯水期浊度低、变化幅度较大，但藻类较少，除污染的河流外，水质一般较好;选择水库水多采取自流方式进行供水，节省工程投资及运行管理费用，降低供水水价。因此，很多小型村镇供水工程选用水库水作为水源点。当规模较小时，大都采用无阀滤池，管理方便，也符合国家节能要求。但由于无阀滤池为等速过滤，因此，一般无阀滤池处理效果不理想，导致很多无阀滤池弃而不用。如广安某水厂，取用某小(1)型水库水作为水源点，选择工艺流程为“源水→水力循环澄清池→无阀滤池→清水池→用户”，在运行过程中，清水池里发现了大量的红虫及虫卵，致使水质处理严重超标，但该水厂仍在运行中，如不认真分析原因进行处理，后患无穷。

通过大量的村镇供水工程调查，笔者认为在Ⅳ等和Ⅴ等规模村镇供水工程中，利用水库水源自流工程可采用无阀滤池，Ⅲ等规模可根据水源水质具体分析采用，Ⅰ等规模和Ⅱ等规模尽量不采用无阀滤池;以河流作为水源点提水处理的净水厂，视扬程高低和净水厂的选址具体分析，由于无阀滤池在水反冲洗过程中浪费大量水，导致设计净水厂5%的自用水量不足，计算后水厂规模比实际净水规模偏小，造成供水不足的情况。同时，净水厂运行过程导致水价偏高，不利于水厂经济运行，因此，高扬程提水处理工程建议不采用无阀滤池。

近几年，通过笔者设计运行的几个净水厂分析，对于Ⅰ等和Ⅱ等工程规模，分别采用了均粒滤料滤池和普通快滤池，同时，均粒滤料滤池采用城市大型净水厂所采用的气、水反冲洗系统，根据工程规模和地形条件对“V”形槽及其进、排水系统进行适当调整，水质、水量处理均达到设计要求。

另外，在村镇供水规模中，考虑村镇供水工程的特点，居民用水大多集中在固定时段，Ⅳ等和Ⅴ等规模可采用一组净水建筑物，但在清水池或者高位水池调节建筑物可设计为两个或多个，解决水厂停水管理需要，在实际供水中增加调节建筑物比增加净水厂组数更合理、经济。Ⅲ等规模水厂可根据具体水源情况、各调节池容积及分布情况具体考虑，Ⅰ等和Ⅱ等规模一般应设计为两组。

2 管网气阻

由于村镇供水工程地形地质条件较为复杂，大多配水管道为了施工方便，减少征地和对水环保的影响，大都沿公路埋设，因此，管道纵剖面上起伏较大。以石桥供水工程为例，从高位水池至石桥场镇管长13.0km，高位水池后连续经过几个大的倒虹管，最大落差为54.0m，导致充水过程十分复杂。同时，施工队伍缺乏相关经验，导致充水气阻现象经常发生。

长距离输水管道容易出现爆管、气阻等一系列问题，容易造成管道输水不畅、流量降低等情况，其原因如下:为施工方便和减少征地及拆迁等的影响，丘陵地区的管道一般沿公路埋设，地形条件复杂，供水管道在纵剖面上复杂多变，排气阀及放空阀设置较多有时候并不能解决问题。如石桥供水工程试运行期间没引起重视，认为冲水打开阀门灌水即可，结果造成在高位水池后首段就造成严重气阻，现场通过水流、锤击等试验观察，发现气阻大概位置 (见图4)，考虑到该段接近高位水池，故在高位水池起点及S0+403.75处增加两处排气阀，同时，调节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气速度，造成气堵，引起压力振荡。通过几个措施处理后，管道迅速充满水。

图4 石桥供水工程配水管道S0+0.000～S0+784.83段典型气阻位置

通过石桥供水工程气阻现象发现，保证输水管道安全充水启动的关键是排气顺畅，无论处于何种流态，管道上排气阀均能做到及时打开大、小排气口高速排气。

管道充水过程的关键是控制充水速度和管道排气。管道末端阀门的开启，有利于释放意外超压，但过量放水也会延长充水时间，故末端阀门的开关和开启度，应结合管路情况适时改变。管道是否已充满水，一般可通过排气阀是否终止排气进行判断，但充水速度过慢、排气不畅的管道即使排气阀终止排气，仍可能在很多部位大量存气，使水难以充满管道，降低输水流量。

另外，建议在丘陵地区布置配水管道，调节建筑物布置距离不大于10.0km，在5.0～10.0km范围内选择合适的地形地质条件布置调节建筑物更佳，特别是村镇供水工程中，考虑管道沿线居民分散、供水时间集中等特点，多增加调节池，调整管道管径、等级等参数，使工程更经济、合理。

［1]上海市政工程设计研究院.给水排水设计手册［M］.第二版.北京:中国建筑工业出版社，2004.

［2]鲁刚.新编农村供水工程规划设计手册［M］.第二版.北京:中国水利水电出版社，2009.

［3]SL 310—2004村镇供水工程技术规范［S］.北京:中国水利水电出版社，2004.