洞庭湖区域城乡一体化供水工程设计实例

郝建勋 刘亚斌

(1.湖南省水务规划设计研究院有限公司，湖南 长沙 410008； 2.长沙市燃气热力事务中心，湖南 长沙 410013)

0 引言

安乡县，位于湖南省北部，隶属于湖南省常德市，位于东经110°59′～112°18′，北纬29°08′～29°46′；县境南北长71 km，东西宽30 km，总面积为1 087.032 km2。该县北接湖北省公安县、石首市，南抵汉寿县，东连南县，西至鼎城区、澧县、津市等县。

安乡县位于洞庭湖区域，地表水资源丰富，但由于三峡工程实施后，该地区部分河流水量减少，在枯水期经常断流，当地部分乡镇的水厂无法以这些断流的河流作为饮用水源。因此该县除县城及邻近的乡村外，其他乡镇只能以地下水作为饮用水源。

因社会发展的需求，该县各乡镇都加大了地下水资源的开采。导致该地区地下水水位逐年下降，抽升水量逐步减少，供水成本随着抽升高度的增加、输水距离的延长而大幅度增长。此外，由于各乡镇水厂的管理水平、设备状况参差不齐，无法有效保障各地生产生活用水，加上各乡镇地下水普遍存在寄生虫、铁锰含量超标等问题[1]，长期饮用将对人的健康有直接的影响,很大程度上会影响人的遗传基因甚至寿命。综上所述，原有的乡镇供水体系无法保障水质水量的稳定，对人民群众的饮水安全造成了危害。

为了改善该县人民群众的用水安全问题，切实提高该县环境质量和人民生活水平。新建水厂及相关的输水管道，实现城乡一体化供水，解决相关乡镇的供水安全问题迫在眉睫。

1 工程概况

本工程建设内容主要为新建安乡县黄山头供水，工程设计规模为3万m3/d，工程建设内容包括取水工程、自来水厂及配水管网。建成后黄山头水厂将取代原有的16座乡镇自来水厂，直接向供水范围内的9个乡镇供水，服务人口达21万。

2 取水工程

2.1 水源的选择

对安乡县境内的几条河流进行了水源方案比较和水资源论证，结果表明，松滋河水质较好，水量保证率满足该县供水要求。因此，确定本工程取水水源为松滋河，明塘湖为备用水源。松滋河水量能满足城市供水要求，其水源水质丰水期达到Ⅱ类水质标准，枯水期为Ⅲ类水质[2]。

2.2 取水点及取水方式

针对场地地质条件、上下游有无污染源、对航运影响、施工便利性等几个方面进行了比选，最终确定取水点位置位于松滋河(明塘湖段)与公安县交界处，防洪堤内，取水方式采用河床式取水构筑物。

2.3 取水工程的设计

本工程设计取水泵站1座，与松滋河—明塘湖换水泵站合建，兼具了取水与明塘湖换水、补水的功能(取水泵和换水泵合建，且共用集水池)。设计流量：Q=3.15万m3/d(考虑水厂自用水系数5%)。取水泵站采用矩形泵房，半地下式，分3层，第1层为集水池、第2层为检修平台、第3层为配电间；平面尺寸为：B×L=12.0 m×7.40 m；结构形式：钢筋混凝土结构。设置水泵5台，原水输水水泵3台，出水单管D426×10，出水总管D820×10；换、补水水泵2台，出水单管换水管2根D820×10，用于明塘湖的换水和补水。

3 净水工程

3.1 厂址的选择

考虑地势标高及工程地质、与水源距离、防洪排涝、施工便利性、配水方式及其投资经济性等方面，经综合比选，最终厂址选择在标高约72 m～79 m的黄山头镇采石场。此厂址方案可有效利用高地势，减少配水管网中途加压泵站的数量及保障供水压力，节约造价及能源。

3.2 净水厂的设计

3.2.1 净水厂工艺的选择

由于本工程水源松滋河在枯水期水质为Ⅲ类水质，COD、氨氮、总磷等污染物浓度均有所升高，因此常规的混凝—沉淀—过滤—消毒净水处理工艺无法对水中的上述几种污染物进行有效去除。为了使原水经处理后符合GB 5749—2006生活饮用水卫生标准的要求，需进行氧化处理及深度处理。本工程净水工艺选用为预臭氧氧化+常规处理工艺+臭氧—活性炭深度处理。具体工艺流程如图1所示。

3.2.2 主要构筑物简介

1)预臭氧池。

预臭氧可以起到去除水中有机物质、藻类、改善絮凝效果等作用，因此广泛应用到净水工程中。本工程预臭氧池接触时间为4 min，设计臭氧投加量为1 mg/L[2]，87.5 m3，有效水深为4.10 m。

预臭氧池主要设备包括尾气破坏器及风机1套，功率：P=4.0 kW，电加热式；臭氧扩散系统1套；正面进水板框架式旋转滤网1组，宽度B=1.5 m，功率P=4.0 kW。

2)配水混合井。

设一座圆形配水混合井，直径D=3.00 m，水深3.4 m，配水井混合时间为60 s；采用机械搅拌混合方式，混合井内设浆式搅拌机1套，浆式搅拌机转速48 r/min，功率P=7.5 kW。

3)网格絮凝平流沉淀池。

本工程絮凝池与沉淀池合建，共设2座，每座设计规模Q=1.5万m3/d。尺寸L×B×H=49.30 m×11.05 m×5.30 m。其中絮凝时间为17 min[1]，GT=5.00×104；平流沉淀水平流速为12.0 mm/s，停留时间为1.8 h。沉淀池设计有效水深为3.0 m，设计出水浊度小于5 NTU。

沉淀池采用泵吸式吸泥机进行排泥，数量：1台，型号：ZBX-11.35，电机功率1.1 kW；同时配套8台潜污泵，N=0.75 kW，Q=22 m3/h，H=7.0 m。

4)气水反冲洗V型滤池。

设1座气水反冲洗滤池，采用渠道连接。滤池共为6格，单池面积30 m2，双排布置，平面尺寸29.28 m×24.36 m。单格尺寸：6.0 m×5.0 m。

设计参数为：

设计流量：Q=1 312.50 m3/h；

正常滤速：V=7.35 m/h；

强制滤速：V=7.38 m/h(一格冲洗时)，V=9.23 m/h(一格冲洗时一格检修时)；

表面扫洗强度：q扫=2.0 L/(s·m2)，历时12 min；

单独气洗：气洗强度q气=15.0 L/(s·m2)，历时2 min；

气水冲强度：q气=15.0 L/(s·m2)，q水=3 L/(s·m2)，历时4 min；

水洗强度：q水=6 L/(s·m2)，历时6 min；

反冲洗时间：12 min；

正常过滤时滤池反冲洗周期：36 h；

滤层厚度：1 300 mm；

承托层厚度：120 mm；

滤料采用石英砂滤料，石英砂粒径为0.8 mm～1.0 mm，不均匀系数K80=1.25[3]。

滤池采用长柄滤头配水系统。长柄滤头和滤板组成一套配水配气系统，属于小阻力配水系统。长柄滤头由上部滤帽和下部直管组成。每只滤帽上开有多条缝隙，缝隙在0.5 μm～0.25 mm之间，视滤料粒径决定。滤头布置数一般为48个/m2～60个/m2，开孔比约1.5%。

滤池反冲洗采用气水反冲洗，反冲洗泵及鼓风机设在反冲洗泵房、鼓风机房内，设反冲洗水泵3台，2用1备，单泵流量Q=324 m3/s，扬程H=12 m，功率P=18.5 kW；罗茨鼓风机3套，2用1备，风量Q=13.50 m3/min，风压P=50 kPa，功率N=22 kW。反冲排水进入回收水池。滤池单格进水及排水采用气动闸板阀门；清水出水、反冲进水及反冲进气采用气动阀门控制。在鼓风机房内设置提供压力气源的空压机。滤池反冲洗按运行周期、出水浊度、水头损失等自控进行。

5)臭氧接触池。

接触时间：10 min，分三段接触和布气，第一段、第二段和第三段的接触时间分别为2 min，4 min和4 min，布气量分布为50%，25%和25%。臭氧投加量：1.5 mg/L；余臭氧不大于0.2 mg/L。

接触池有效容积218.75 m3，接触池平均水深5.75 m；接触池有效面积38.04 m2。

主要设备包括尾气破坏器及风机2套，电加热式；臭氧扩散系统2套；臭氧取样检测系统2套。

6)活性炭滤池。

设1座活性炭滤池，采用渠道连接。滤池共为6格，单池面积30 m2，双排布置，平面尺寸24.36 m×20.05 m。

设计参数为：

设计流量：Q=1 312.50 m3/h；

正常滤速：V=7.35 m/h；

强制滤速：V=7.38 m/h(一格冲洗时)；V=9.23 m/h(一格冲洗时一格检修时)；

表面扫洗强度：q扫=2.0 L/(s·m2)，历时12 min；

单独气洗：气洗强度q气=15. 0 L/(s·m2)，历时2 min；

气水冲强度：q气=15.0 L/(s·m2)，q水=3 L/(s·m2)，历时4 min；

水洗强度：q水=6 L/(s·m2)，历时6 min；

反冲洗时间：12 min；

正常过滤时滤池反冲洗周期：72 h；

滤层厚度：2 000 mm；

承托层厚度：200 mm。

滤料采用煤质颗粒活性炭滤料。活性炭下铺设100 mm厚石英砂垫层，石英砂粒径为0.8 mm～1.0 mm。石英砂垫层下为200 mm的承托层，砾石层粒径为2 mm～32 mm[3](粒径分布及厚度从上到下分别为：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)。

滤池采用长柄滤头配水系统。长柄滤头和滤板组成一套配水配气系统，属于小阻力配水系统。长柄滤头由上部滤帽和下部直管组成。每只滤帽上开有多条缝隙，缝隙在0.5 μm～0.25 mm之间，视滤料粒径决定。滤头布置数一般为48个/m2～60个/m2，开孔比约1.5%。

活性炭滤池采用气水反冲洗，反冲洗系统与气水反冲洗滤池共工。反冲排水进入回收水池。滤池反冲洗按运行周期、出水浊度、水头损失等自控进行。

7)清水池。

清水池属于调蓄构筑物，净水厂清水池的有效容积应根据产水曲线、送水曲线、自用水量及消防储备水量等确定，并满足消毒接触时间不小于30 min的要求。设清水池2座，单座容积V=3 200 m3，钢筋混凝土结构，单池尺寸L×B×H=32.0 m×25.0 m×4.35 m(有效水深4.0 m)。

每座清水池内设超声波液位仪和余氯监测仪(各1个)，主要监测清水池中的液位高度和余氯量。

8)送水泵房及配电间。

送水泵房和配电间合建，送水泵房平面尺寸为15.4 m×7.5 m，配电间尺寸：20.00 m×10.00 m，包括变压器室、配电室、值班室。时变化系数Kh=2.2～2.5，选用离心泵4台，3用1备，单泵流量Q=250 m3/h～695.5 m3/h～940 m3/h,扬程：H=40 m～30 m～20 m，功率N=110 kW；送水泵房向16座水厂集中供水。

4 配水工程

4.1 配水管网对接方案

该项目由16座乡镇小水厂施行供水一体化，统一由大水厂配水，实施的重点和难点是大水厂一级配水管网与现有乡镇小水厂二级配水管网对接方案的选择，以及对水量、水质和水压的保障措施。

大水厂的出厂水有两种方式接入乡镇配水管网：一是接入清水池，由乡镇小水厂送水泵房进行二次加压供水；二是接入二级配水管网，由大水厂一次加压后直接供水。

通过调蓄功能、送水泵房扬程、二次污染、投资及运行费用等方面综合考虑，本方案采用大水厂加压统一供水，直接对接乡镇小水厂主干管为主的方式进行配水，辅以接入清水池，对距离大水厂较远的乡镇水厂采用二次加压供水。两种对接方案的结合可有效降低系统压力，同时降低运行能耗。

4.2 配水管网设计

配水管网线路如图2所示，黄山头水厂到各乡镇配水厂的配水干管，总长度89.47 km，管径DN1 200～DN200。管径不小于DN500采用球墨铸铁管，管径小于DN500选用PE管材，过河管线采用钢管。

敷设小港水厂、团结水厂、沙堤水厂、星港水厂四个水厂到村镇用户的配水支管，总长度558.15 km，管径De315～De20，采用UPVC管。配水管网的附属构筑物包括阀门井、泄水井、排气阀井、支墩等。配水管网线路图如图2所示。

5 结语

针对项目水源水质特点及用水水质要求，本着供水安全及降低能耗的原则，本工程采用了高效合理地净水处理工艺，经济合理的管网建设方案，项目的建设与实施有效打破了城乡供水二元结构，使当地广大人民群众饮用水安全得到了保障，明显减少了当地由于饮用不卫生的水而引起的疾病，有力地促进当地经济健康、快速发展。