水处理厂与供水（精选6篇）
水处理厂与供水 篇1
农村饮水安全工程建设已进入第7个年头。实践表明, 在构建“以集中供水为主, 联户供水为辅, 分散供水为补充”的农村饮水安全供水体系的建设进程中, 规模化集中供水代表了农村饮水安全的发展方向, 但实践和现实同样昭示我们, 联户工程 (又称小集中) 和分户供水 (以下统称为“分散供水”) 工程也发挥了不可替代的重要补充作用。特别是在部分偏远、居住极为分散的山区、半山区, 饮水不安全人口往往以以分散供水方式解决为主。水利部陈雷部长在2011年全国农村水利工作会议上明确提出, “力争到2020年, 全国农村集中供水覆盖率达到80%”。可见, 在现阶段 (2020年以前) , 我国农村分散供水仍是必不可少的, 并且在现阶段会占有相当大的比例;而小集中和分散供水 (本文包括供水规模在500户或2 000人或200 t/d以下的家庭和联户供水) 的合计比例会更大。与集中供水相比, 农村分散供水面临着更多的困难和挑战。本文从关注农村分散供水水质安全角度出发, 对农村分散供水的净化与杀菌技术的选择作一些分析和比较, 在此基础上, 又根据多年从事农村分散供水设备研发的体会, 对农村分散供水的净化与杀菌技术的选择作一些较深入的分析和比较, 并对几种特殊的情况作了一些针对性分析, 提出了一些建议。
1 农村分散供水面临的主要挑战
与规模化集中供水相比, 农村分散供水面临的困难和挑战主要表现在:
(1) 源水可选择面较窄、源水水质普遍较差。与集中供水不同, 分散供水的受益户一般是1户或几户, 受益区较小, 其水源选择余地也相应很窄很小。因此, 分散供水的水源水一般都低于国家规定的生活饮用水的水源标准 (甚至多是微污染水, 特别是分户水源往往受生活污染) , 并且受季节和降水影响, 水质差别很大。
(2) 建设条件更差, 饮水水质多数不达标。实施分散供水的区域大多是居民居住分散的山区、半山区, 受自然地理环境和社会经济发展滞后的影响, 一般经济条件、交通条件、供电设施、居民的文化程度等都要差一些。由于缺乏净化和消毒工艺, 往往饮水水质难以达标, 饮水安全性下降, 影响群众身体健康。
(3) 净水和杀菌设备技术难度大。规模化集中供水大多采用工程措施来解决, 其净化技术和设施都已经十分成熟和配套;分散供水一般需要采用净水设备来解决, 现有净水和杀菌技术的设备化却面临成本、普适性、可维护性、可运输性等多方面的挑战, 特别是400 L/d～50 t/d之间净水和杀菌设备。受人均投资额的限制, 目前, 我国进入这一领域的设备厂家很少, 可选择的设备也不多。因此, 进行分散供水工程设计时, 需要同时考虑现有设备情况。
(4) 运行管理更困难。分散供水的规模很小, 大部分工程不计收水费 (单户工程村民自建自管自用不需收水费) 。即使计收水费的部分工程其所收的水费大多都不够一个管理人员的工资开支, 因此, 难以建立规范有效的管理。这对分散供水运行管理提出了更大的挑战。
(5) 投资和运行成本都更高。源水水质差、建设条件差、净化和杀菌设备成本高等因素都是使分散供水成本增加的原因。
总之, 与大型集中供水相比, 农村小集中和分散 (户) 供水在水源、工程设计、建设、运营管理等方面都要复杂一些, 在可维护性上要求更高一些。在我国农村饮水安全按人均成本控制的情况下, 小集中和分散供水的净化和杀菌设备显得比大型集中供水设备更富有挑战性, 不仅需要厂家采用新的结构技术和控制技术, 也需要用户在工程设计时就考虑设备选型的可行性。
2 农村分散供水的净化技术与设备
农村分散供水的这些特殊性和复杂性, 使其净化和杀菌设备的研制具有更大的挑战性。短期内期望在水处理原创技术方面有重大突破是困难的, 可能的是在结构设计和控制方面采用新的方法和技术。目前农村饮水安全采用人均投资的控制模式, 并没有对分散供水适当增加人均投资, 使得农村分散供水净化和杀菌设备的选择余地不及大型集中供水。下面分析目前几种适用的净化设备。
2.1 一体化净水设备
一般, 一体化净水器指根据建设部CJ3026-1994标准确定的、将絮凝-沉淀 (澄清) -过滤3个净化过程组合在一体的净水设备。该标准实施已经近20 a, 有关技术和设备已相当成熟、稳定和普及。但传统的重力式一体化净水器大多采用立式圆桶结构, 受结构限制, 其最小的产水量一般只能做到5 t/h, 最大产水量100 t/d。桶体大, 运输和维护 (如防锈等) 都不太方便。现有的一体化净水器出现了以下几个方面的发展方向。
(1) 初絮凝-过滤的一体化设备:
省掉了沉淀 (澄清) 过程, 当絮凝体还没有完全长大时就进行过滤, 适用于低浊度水。
(2) 自动化一体化净水器:
包括3个主要工艺过程的全自动和反冲洗、排泥、自动开停3个辅助过程的全自动。目前主要有两种控制方式, 一种是对大型一体化净水器, 采用电气控制, 但要使用大量的电控阀门, 成本很高;另一种是采用全水力控制 (或称无电全自动) , 它无需任何电动阀门, 因此成本低, 但目前只有20～200 t/d的产品。也有采用2种混合型, 或者部分自动化的, 如虹吸反冲洗一体化净水器等。
由于全自动一体化净水器可以全天候工作, 一般采用t/d作为主要造型参数;同时, 要求自流供水或对抽水泵进行相应的自动控制。这需要配套的设计。现在出了一种建立在手机信号基础上的无电水位控制器, 只需要配置电池就可以工作。这些为建立山上无电无人职守供水站奠定了基础, 这应该是今后农村供水发展的一个重要方向。
(3) 无过滤一体化净水器:
采用多重的混凝技术 (2A/4R混凝技术) , 再经过较长时间的沉淀, 出水不需过滤就可以直接达标[1]。其优点是设备轻巧, 很容易小型化、家庭化;同时源水普适性很强, 因加入空气, 既可以处理复杂的地表水, 也可以处理地下含铁水。缺点是间歇式产水, 产水量小, 只适用于家用和20 t/d的净水器。该技术为天然水净水设备的源水广谱化、小型化、可控化、低成本化开辟了途径。
(4) 组块化设计:
将反应、沉淀、过滤等分拆为若干 (一般为2～3个) 桶, 这样不仅使一体化净水器的运输重量大大降低, 有利于山区运输和组装。
2.2 生物慢滤技术
慢滤是以极低的滤速 (一般0.3 m/h以下) 和滤料表面形成的生物滤膜的截留和扫描作用实现对水中悬浮物和微生物的滤除效果[2]。生物慢滤在自流供水情况下不需要电力, 运行维护也不需要特别的技术, 因此投资少、运行成本低、维护简单。
但生物慢滤的缺点也很明显, 如要求的滤速大大低于水在滤料的自然沉降速度, 难以控制;对运行环境条件有较多的要求 (如需要阳光直接照射, 环境温度不能太低, 有自流的水源等条件) ;进水浊度不能太高;过滤面积太大 (为快滤的30倍左右) ;出水微生物指标不能直接达标;以及生物滤膜形成前, 水质有较大的波动等。这些因素会影响生物慢滤技术的使用。
慢滤一般采用工程措施, 一般只有10 t/d及以下的慢滤设备才有一定经济性。很多农户都有自己的砂滤装置, 但因不能控制滤速、维护体力大等, 影响了农民对慢滤的认知和家用慢滤设备的推广。现有一种家用慢滤装置, 采用可调速的滤速控制装置、变截面过滤和子母桶结构, 配置紫外线杀菌装置, 可使用单一均质滤料, 体积小巧, 出水全面达标。应该是一款农村分户供水和小城镇居民水质提高的理想设备。
2.3 外压膜超滤技术
超滤技术是现在发展最快的水处理技术, 其原理是利用高分子滤膜上的微孔截留水中的大分子及以上物质。其运行的条件是有一定范围的水压。超滤有结构简单、分离效率高、出水水质稳定、环境节能、不再需要单独的消毒杀菌等优点, 已经在很多工业水处理、城市净水等领域得到了广泛的应用。特别是最近国内研发成功外压膜, 清洗更为方便, 在解决供水压力的情况, 应可望成为10 NTU以下的低浊度水和城镇居民保障提升的很好设备。但其需要经常反洗、替换费用高, 天然水中的藻类和胶质会使其微孔堵塞难以反洗而报废。因此, 在农村饮水安全中应用时一般需要一次预处理, 或与其他净水设备结合使用[4]。
2.4 无阀滤池技术
无阀滤池只采用过滤工艺, 其结构简单, 成本低, 适用低浊度水, 特别是环境保护比较好的、无雨季特征的山区山泉水和小溪水。
3 农村分散供水的消毒杀菌技术及设备
3.1 加药消毒
加药 (包括加氯和次氯酸钠等多种方式) 是我国普遍使用的生活饮用水消毒工艺, 特别是加氯。但氯是易曝物品, 采购、仓储和使用等管理均较复杂;药液一般需要现场配制, 投资大、运行成本高、而且需要专业人员管理;制药和加药装置较为复杂, 设备成本较高;运行成本包括电费、药剂和复杂的管理费用, 综合成本较高, 在农村分散供水中受到了很大的制约。另外, 加药改变了水的口感, 农民一般都难以接受。现有一种缓释加药装置, 采用固体药片, 加药时不用电, 管理和维护较为方便, 也是农村分散供水中一种实用设备。
3.2 紫外线杀菌
紫外线杀菌是利用253.7 nm波长的紫外线光对水中DNA的特殊杀灭能力来进行杀菌的。紫外线杀菌技术已经研制成功100多年, 得益于紫外线灯制造技术和电子控制技术的发展, 紫外线水处理杀菌技术和设备才得以开始在我国成熟和普及。目前, 我国已制定了紫外线灯和城市给排水中的紫外线杀菌的国家标准。不过, 农村分散供水的杀菌也有使用时间少, 工作间歇性很强特点。如果水流停止后紫外线灯长时间不关闭, 容易造成过热和高温, 从而可能导致塑料管软化甚至破裂等设备安全事故, 以及高温水烫伤人的人身安全事故;但如果水流停止后, 紫外线灯马上关闭, 不仅可能造成紫外线灯开关太频繁, 影响灯管及整流器的寿命, 而且使水流停止前瞬间进入紫外线杀菌管的水得不到足够的杀菌时间, 从而造成出水不能连续达标。目前, 有的公司采用“随需开启、延时关停”的控制功能, 不仅可以解决上述问题, 而且可以帮助用户节省电耗, 延长紫外线灯管的寿命。
总的来看, 与加氯消毒相比, 紫外线杀菌具有投资少、运行成本低、运行管理方便、不改变水的口感等优点, 缺点是没有持续杀菌能力, 因此在大型集中供水中不宜单独使用。根据水利部和卫生部组织研究和宣布的意见, 对农村分散供水中, 应可以全面推广使用带“随需开启、延时关停”控制功能的紫外线杀菌装置, 并且使用紫外线杀菌时不需要再检测余氯指标。
应该注意, 紫外线杀菌的效果随环境温度变化很大, 严重结冰还可能使石英套管被挤压破裂, 从而使紫外线灯管损坏。因此, 在寒冷地区使用紫外线杀菌器时, 应注意保温, 可以采用地埋式机柜等措施。
3.3 臭氧消毒
臭氧消毒也有成熟设备, 其消毒杀菌效果也很好, 但其投资和运行成本均较好, 并且消毒需要一定的时间, 目前在农村供水中也有一定的应用。
4 对农村小集中及分散供水几个问题的讨论
(1) 1 000元以下的家用净化杀菌设备。
由于现行投资限制, 要求农村分户净化杀菌设备的价格宜在1 000元/套以下。与城市家用净水设备相比, 农村分户水源更差、更复杂;不仅要净化而且要杀菌;且要求使用维护更为简单方便、运行成本更低, 因此, 要研制1 000元/套以下的农村分户净化和杀菌设备是水处理行业的一个挑战。经过几年的努力, 1 000元/套以下的农村分户净化和杀菌设备已经研制成功, 并且已经过两年以上的数千套使用检验, 形成了系列化的、适用不同源水的家用净化杀菌设备。如表1所示。
(2) (无电) 无人值守水厂。
现在建一个水厂都要建相应生活、管理和交通设施, 这些投资占整个水厂投资的很高比例, 甚至高于净水和杀菌设备的投资;运行管理费也非常高。国外的小型水厂一般都采用无人值守形式, 只需要一人定期巡检即可。我国小型集中水厂也可以采用。
从技术上看, 无人值守的水厂需要全自动 (甚至无电全自动) 净化和杀菌设备、自动水位控制器、适当的安全设施及监控设备、运行监控及报警设备的组合。一体化净水器要实现全自动运行, 不仅要解决加药-絮凝-沉淀-过滤几个主要工序的全自动, 而且要实现反洗、排泥和开启关停等辅助工序的自动控制。目前, 电控的全自动净水器已经有多个厂家生产, 无电的全自动净水器 (全水力) 也已经出现。消毒杀菌设备一般都是电控自动的 (加药工作除外) ;也有不用市电的, 如缓释加药装置、太阳能供电的小型紫外线杀菌器等。总的来看, 国内已有实施无人值守 (甚至无电无人值守) 水厂的技术条件。由于无人值守水厂可以大大降低一次性投资和2/3左右的运行成本, 如果能适当调整投资体制, (无电) 无人值守水厂应能得到很好地发展。
(3) 常备水源与应急备用水源问题。
现在绝大多数农村家庭都有分户水源, 其水源保障率和源水水质大多达不到农村饮水安全要求。很多地方都弃用分户水源而改用从远处引水建立集中供水站 (厂) , 不仅投资大, 而且农户仍大量采用自己的分户水源 (井) , 饮用水安全并没有得到真正保障, 同时集中供水厂因达不到设计的用水量, 成为供水单位亏损面大的重要原因之一。目前, 1 000元以下的分户净水和杀菌设备已经成熟, 在这种情况下, 对山区或半山区农村居民在现阶段仍可采用以分户供水为常备水源方案为宜。镇区或平坝中心村镇的集中供水站在山区、半山区遭遇特大干旱或其他严重自然灾害的情况下可以实施应急补源。这种方式省掉了集中净化设施和大量的配水管网建设、降低了蓄水池的容积和抽水家 (电) 泵的扬程, 还可以省掉不少的土建费用, 总体投资还会更低一些。而且净水设备和杀菌装置的普遍入户推广使用从根本上保障了农村分散居民的饮水水质安全。
摘要：与大型集中供水相比, 农村小集中和分散 (户) 供水在水源、工程设计、建设、运营管理等方面都要复杂一些, 在可维护性上要求更高一些。在我国农村饮水安全按人均成本控制的情况下, 小集中和分散供水的净化和杀菌设备显得比大型集中供水设备更富有挑战性, 不仅需要厂家采用新的结构技术和控制技术, 也需要用户在工程设计时就考虑设备选型的可行性。分析了我国设备市场上现有的几种适宜农村小集中和分散供水的净化和杀菌设备, 并对几种特殊的情况作了一些针对性分析, 提出了一些建议。
关键词：分散供水,农村饮水安全,设备选型
参考文献
[1]孙长贵, 鄂学礼, 孙晓云.无过滤净水技术及其在农村分散供水中的应用[J].中国水利, 2010, (19) .
[2]刘玲花, 周怀东, 李文奇.生物慢滤技术的应用与发展[J].中国农村水利水电, 2004, (6) .
[3]晏明全.微污染饮用水源强化混凝技术试验研究[C]∥中国水利水电科学研究院.中国农村饮水安全科技新进展, 2009-09.
[4]张伟.超滤技术及其在农村饮用水处理中的应用前景[C]∥中国水利水电科学研究所院.中国农村饮水安全科技新进展, 2009-09.
水处理厂与供水 篇2
关键词：水源,水处理方式,农村,集中式供水,饮用水,硝酸盐
生活饮用水中的亚硝酸盐、硝酸盐是造成中毒性疾病的常见化学性毒物。当饮用水中硝酸盐含量较高时, 体内的硝酸盐可被还原为亚硝酸盐, 并与血红蛋白结合成为高铁血红蛋白。长期饮用含较高浓度亚硝酸盐及硝酸盐的水, 可以对人体造成健康损害〔1〕。饮水中的硝酸盐含量与原水水质存在一定的关系, 而原水的水质受多种因素影响, 如地质因素、环境因素、季节因素和气象因素等〔2〕。为了解辽宁省农村集中式供水地下水源饮用水硝酸盐的现状, 并探讨不同地下水源类型和水处理方式对饮用水中硝酸盐的影响, 现对辽宁省2013 年农村集中式供水水质卫生监测资料进行整理分析。
1 对象与方法
1. 1 对象以辽宁省农村集中式供水为对象, 按照集中式供水的水源类型、水处理工艺等进行分层随机选取监测点。地下水源监测点共819 个, 每个监测点枯水期 ( 3 ~ 4 月) 和丰水期 ( 7 ~ 8 月) 分别采集出厂水和末梢水进行检测。本次研究仅对地下水源的集中式供水出厂水检测结果进行整理分析。
1. 2 方法
1.2.1基本情况使用全国2013年农村饮水安全工程水质卫生监测项目统一调查表, 通过查阅资料, 现场调查等方式收集相关信息, 主要内容包括水源类型、水处理方式、消毒方式, 消毒设备使用情况等。
1.2.2水样采集、检验和评价标准按照GB/T5750-2006《生活饮用水标准检验方法》进行水样的采集、保存和检验〔3〕。水质检验结果按照GB5749-2006《生活饮用水卫生标准》进行评价〔4〕。其中小型集中式供水按照小型集中式供水和分散式供水部分水质指标及限值进行评价。
1. 3 统计分析将调查资料采用SPSS 20. 0 软件进行描述性分析, 率的比较采用 χ2检验。
2 结果
2. 1 一般情况共调查819 个地下水水源监测点, 其中, 深井水源监测点600 个, 占73. 26% ; 浅井水源151 个, 占18. 44% ; 泉水水源68 个, 占8. 30% 。水处理方式有完全处理、部分处理和未处理。部分处理包括沉淀、过滤和仅消毒。其中完全处理指对水源水经过沉淀、过滤和消毒处理后通过输配水管网供用户使用; 沉淀过滤指水源水只经过沉淀过滤供用户使用; 仅消毒指水源水只经过消毒处理供用户使用; 未处理指水源水不经过任何处理, 直接供用户使用。监测点中, 完全处理8 个, 占0. 98% ; 沉淀过滤81 个, 占9. 89% ; 仅消毒119 个, 占14. 53% ;未处理611 个, 占74. 60% 。
2. 2 不同水源类型硝酸盐含量结果共采集不同地下水源类型饮用水水样1 638 份, 其中以泉水为水源的水样136 份, 以深井水为水源的水样1 200份, 以浅井水为水源的水样有302 份。
泉水水源饮用水硝酸盐含量均合格, 深井水源的超标率低于浅井水源, 分别为7. 10% 和7. 90% 。深井水源和泉水水源 ( χ2= 16. 599, P < 0. 01 ) 、浅井水源和泉水水源 ( χ2= 18. 123, P < 0. 01 ) 的水样硝酸盐含量超标率差异分别有统计学意义; 深井水源与浅井水源的水样硝酸盐含量超标率差异无统计学意义 ( χ2= 0. 433, P > 0. 05) 。见表1。
2. 3 不同水处理方式硝酸盐含量结果共采集不同水处理方式饮用水水样1 638 份, 其中完全处理水样16 份, 经过沉淀、过滤处理水样162 份, 仅消毒处理水样238 份, 未进行任何处理水样1 222 份。进行完全处理的饮用水硝酸盐含量均合格, 未处理的超标率 ( 8. 10% ) 高于其他水处理方式, 仅消毒处理 ( 4. 20% ) 的饮用水硝酸盐超标率高于沉淀, 过滤处理方式 ( 0. 60% ) 。未处理水样与经过沉淀、过滤 ( χ2= 28. 733, P < 0. 01 ) , 仅消毒 ( χ2= 8. 243, P <0. 01) 和完全处理 ( χ2= 14. 679, P < 0. 01 ) 的水样硝酸盐超标率差异均有统计学意义。进行不同处理的水样硝酸盐含量超标率差异无统计学意义 ( χ2=1. 473, P > 0. 05) 。见表2。
2. 4 枯水期和丰水期硝酸盐结果枯水期和丰水期水样份数各819 例, 枯水期合格份数763 份, 合格率93. 2% ; 丰水期合格份数766 例, 合格率93. 5% 。两个水期硝酸盐合格率差异无统计学意义 ( χ2=0. 088, P > 0. 05) 。
3 讨论
本次调查结果表明, 辽宁省农村集中式供水地下水源主要为深井水源, 其次为浅井和泉水。以浅井为水源的硝酸盐超标率较高, 其次为深井和泉水。硝酸盐污染主要来源有生活污水、工业废水和农田施肥后的径流和渗透〔5〕。据有关资料显示, 流入河、湖中的氮有55% ~ 60% 来源于化肥〔6〕。浅井水源距地面较近, 更容易受到人类活动造成的污染影响, 以浅井为水源的饮用水硝酸盐含量高于以深井为水源的饮用水。另外, 地下水的水质动态与地表水有着密切关系, 污染物在地表水下渗过程中不断被阻挡、截留, 通过的地层越深, 截留量越大, 因此深井受到地面污染的机会较少〔7〕, 不同埋深的地下水所受到的影响也可能不同〔8〕。而泉水水源均位于比较偏僻的山区, 工业、农业和人类活动少, 不容易受到污染。此结果也说明水体中硝酸盐含量和人们生产活动密切相关〔8〕。需加强水源污染物的防控和监管, 尤其是农业和工业污染物, 减少人为造成污染对饮用水的影响。
目前, 农村集中式供水主要的水处理方式有沉淀、过滤, 仅消毒和完全处理。调查结果显示, 水源水大部分未经处理即供居民饮用, 饮用水中硝酸盐超标率高于采用不同处理方式的饮用水。说明生活饮用水常规的水质处理工艺能去除部分含氮化合物〔9〕, 但仅沉淀、过滤或仅消毒不能完全去除含氮化合物对水体的污染。沉淀过滤过程中活性炭的使用能吸附部分氨〔10〕, 减少硝酸盐的形成。同时, 硝化反应受到温度、p H和余氯等其他因素的影响〔11〕, 沉淀过滤或仅消毒也可能通过影响整体环境起到间接作用。农村集中式供水采用的消毒剂主要为漂白粉和液氯, 是一种强氧化剂, 在一定条件下可将水中的氨氮氧化成硝酸盐氮, 仅消毒处理饮用水硝酸盐超标率高于仅沉淀过滤。经过完全处理的出厂水硝酸盐含量不超标, 和水处理措施有关系。另外, 能够进行完全处理的工程规模都较大, 在水源的选择、维护和日常监督监测等其他方面的措施也比较完善, 对水质也有不同程度的影响。由此可见, 降低饮用水硝酸盐含量, 从水源选择、水源防护、水处理等各方面均需加强。
参考文献
[1]肖智毅.海淀区地下水硝酸盐污染及影响因素[J].环境与健康杂志, 2003, 20 (3) :158-160.
[2]李洪兴, 罗庆, 张荣, 等.趋势面分析在农村饮水硝酸盐含量地理分布研究的应用[J].环境与健康杂志, 2012, 29 (3) 262-263.
[3]中华人民共和国卫生部.GB/T 5750-2006, 生活饮用水标准检验方法[S].北京:中国标准出版社, 2006.
[4]中华人民共和国卫生部.GB 5749-2006生活饮用水卫生标准[S].北京:中国标准出版社, 2006.
[5]Dahab MF, Lee YW, Bogardi I.A rule-based fuzzy set approach to risk analysis of nitrate-contaminated ground water[J].Wate Sci technol, 1994, 30 (7) :45-55.
[6]徐振杰, 陈禹存, 孙亚慧.2011年大连市农村生活饮用水水质卫生监测结果分析[J].中国卫生工程学, 2013, 12 (5) :391-393.
[7]陈学敏.环境卫生学[M].第4版.北京:人民出版社, 2001110-116.
[8]汪仁, 解占军, 华利民, 等.辽宁省粮菜主产区农村饮用水硝酸盐污染状况研究[J].农业环境科学学报, 2009, 28 (9) 1932-1935.
[9]刘冰, 王玉莲.2007年泰安市生活饮用水三氮污染状况调查[J].预防医学论坛, 2008, 14 (7) :636-637.
[10]徐越群, 赵巧丽.活性炭吸附技术及其在水处理中的应用[J].石家庄职业技术学院学报, 2010, 9 (1) :48-50.
水处理厂与供水 篇3
现代城市埋地供水管网的爆管常有发生, 特别是大口径供水管爆管尤为频繁.供水管爆管严重影响了城市供水服务, 特别是DN400mm以上的大中型水管破裂, 往往导致道路交通中断, 地区水压骤降, 用户水量减小.而供水中断和派生出来的其他一些问题, 不但使经济上遭受损失, 而且社会影响也很大。因此, 城市给水管爆管已成为供水企业的一种隐患, 对安全供水、优质服务构成潜在的影响。为了及时处理爆管事故, 降低爆管发生频率, 弥补损失, 保证居民的正常生活和社会正常秩序, 提高安全供水、优化服务质量, 有必要对给水管道爆管原因进行分析, 提出预防爆管事故的措施和管理方法。
2 城市供水管道爆管概况
我市的城市给水管道中400mm及以上管径大部分以钢管、灰口铸铁管、球墨铸铁管、钢筋混凝土管为主, 根据南方某市2003～2008年5年内爆管次数统计 (如图1) 发现:钢管为402次, 占总爆管次数的48%;灰口铸铁管240次, 占总爆管次数的28%;钢筋混凝土管173次, 占总爆管次数的20%;球墨铸铁管仅为35次, 占总爆管次数的4%。从图1可知, 钢管的爆管次数约占到大口径给水管道的一半, 因此可知给水管道爆管与管道材质有着密切联系, 钢管虽然强度高、韧性好、可以承受较高内压, 但易腐蚀, 因出厂的水中需保持一定的余氯, 且水中可能还含有各种微量化学成分, 故易导致钢管腐蚀;同时, 由于管道周边土壤环境中的电腐蚀等因素也会造成钢管管壁变薄、强度降低, 使漏水和爆管的可能性进一步增加。
3 城市供水给水管道爆管原因分析
城市供水埋地管道寿命周期曲线如图2所示, 整个供水管段的寿命周期可分为3个阶段:第一个阶段是安装后的初期阶段, 此时爆管的原因主要是管道施工质量低和管道质量问题.此阶段爆管事故可能会不断出现, 然后被修复, 爆管频率逐渐下降.一旦系统通过了这段“童年时期”, 就进入了第二个阶段.第二阶段是管道的“成熟时期”, 此时管道的运行相对稳定.只是因为第三方介入或是过重的荷载造成偶然爆管, 此时爆管频率较低.第三个阶段是管道的“衰老时期”, 因为管道老化和退化, 此阶段爆管的频率大增.不是每一个管段都会经历这3个阶段, 并且各管所经历的每个阶段的长短也会不同, 这与管段具体的工作条件有关。埋地给水管道爆管的原因主要与以下几个方面有关。
3.1 管道的腐蚀问题
埋地给水管道受到腐蚀的因素是多方面的, 如敷设管道地区的土壤pH值, 草根树根会穿透一般涂层等[2]埋地给水管都会遇到腐蚀问题, 但是不同材质的管道抗腐蚀能力不同, 在400mm及以上管径的市政给水管道中所用管材中, 钢管的腐蚀问题最为突出, 下面主要以钢管为例来介绍腐蚀方面的问题。
钢管的防腐质量对其腐蚀问题有很大影响, 尤其是外防腐质量的好坏直接影响其使用寿命。现在国内钢管的外防腐主要做法是遮盖型, 对于钢管均要求为加强型或特加强型外防腐, 有部分地区推行阴极保护, 对于遮盖型的外防腐办法, 其涂料一般为石油沥青、环氧煤沥青等, 后者在低温时不易固化, 而且在现场焊口施工时问题更多, 原先曾用过氯磺化聚乙烯, 由于溶剂太多, 易生针孔, 抗击穿不合格, 部分地区明确不再使用。对于阴极保护其防腐效果比较好, 因钢管的管体遭受到腐蚀而发生漏水现象, 主要原因是电腐蚀, 因此, 在穿越铁道或高压电力电缆附近时, 要根据环境, 制定防止腐蚀的对策。另外, 因防腐涂层不好造成的小孔腐蚀也较多见, 这种腐蚀是指土壤中的金属体表面结构、环境等不同造成的局部电磁作用, 有时与异种金属的接触, 也会产生这种现象但是由于采用牺牲阳极的办法, 在日后运行中必须定期更换阳极, 增加了运行费用和工作量对于内壁的防腐处理, 一般采用的方法有3种:防腐涂料、树脂砂浆、水泥砂浆。3种办法都存在两个问题:防腐层与钢管的粘结强度问题, 由于水泥砂浆保护层是后期喷涂施工, 与钢管结合不好, 往往被外水或湿气渗入, 使钢管氧化锈蚀, 导致破断事故, 对于防腐涂料和树脂砂浆两种方法都要求钢管内表面完全除锈才能施工, 但这一点很难做到完好。因此锈点部分就造成了日后分层剥离的起源, 形成腐蚀和结垢;钢管绝大多数都是现场对焊施工, 在焊完后进行防腐, 只能是人工进行, 质量不易控制.而且, 对于直径较小的管, 由于人员无法进去施工, 就不再做防腐, 这样就造成了日后焊缝破坏的隐患.根据多次钢管的爆管事故分析, 这主要是焊缝质量不高或焊缝腐蚀造成的。
3.2 埋地给水管道沟槽开挖不符合规定
沟槽不合格的情况主要由于是个别地段的石头较多, 槽底严重不平并且有锋利的石头凸出.遇到这种情况, 按有关规定, 沟槽底部的石块应该清除并铺垫15cm以上的沙土, 然后才能铺设管道, 可施工人员不负责任或偷工减料, 不铺垫沙土或者象征性铺垫沙土, 就直接把管道铺设在石块上面, 当回填完毕通水运行后, 由于管道本身的重量、竖向土压力、管线上面的车辆荷载, 皆由管道底部一个或几个锋利凸起的石块支撑着, 使得应力过分集中, 管道极有可能会在这个点处磕伤破损并沿着这个点直线开裂, 这就是人们常说的“刻痕效应”.埋地给水管道通常穿过复杂的土 (石) 层地质构造, 其下部的土壤承力层 (地基) 要求能承受管道的管材、输送介质、支撑结构, 管道内力以及外界自然力等荷载作用。管道敷设对沟槽地基的要求是, 当地基为承载力较高的粘土、砂质粘土, 在地下水位较低时, 可将天然地基整平, 把管道直接铺设在未经扰动的原土上;对于松软, 甚至是淤泥、流砂地基, 则必须进行适当的地基处理。但这些问题在实际工程中往往被忽视, 由于对需要处理的沟槽地基, 不作处理或处理不当, 铺设后的管道地基受到各种荷载的作用及地下水位升降的变化影响, 都可能造成地基不均匀沉陷, 使得接口漏水;同时不均匀沉降引起纵向弯曲应力, 导致管道受力不均匀, 造成纵向、横向裂缝, 甚至断裂.即便是对变形适应性较好的柔性接口, 局部不均匀沉陷差较大时, 使得接口的弯转变形超过了其允许弯转量, 也将导致接口漏水以往对于接口漏水大都认为是工人操作不慎, 对地基沉陷问题未能引起重视。实际上地基不均匀沉陷给管道带来很大威胁, 特别是承插管道的接口漏水, 较多的是由于地基不均匀沉陷造成的。在各类市政工程施工时, 尤其是在距离给水管道较近处进行下水道施工时, 因需开挖较大断面的沟槽, 很容易危及给水管道底部泥土, 引起不均匀沉陷, 使得给水管道处于下沉和侧向位移的状态, 造成管道不够平直, 这也是给水管道爆管的原因之一。
3.3 给水管道内气囊与水锤作用的影响
根据水力学的原理, 管道在输水过程中, 由于管道中有空气, 水不再是一条连续的、同一介质的流体。在较长距离的输、配水管道中, 由于设计流速一般不大, 管道中的气体多以气囊形式存在于管子上部.在多起伏的管道中, 气囊多存在于管道的凸起点;而在坡度小、较平坦管道中, 气体则以众多相互独立的大气囊形式分散存在.根据美国著名水锤专家马丁教授的研究理论, 较平坦的给水管道在充水过程中呈现6种气液两相流状态 (见图3) 。
给水管道充水排气过程是相当复杂的, 一般来说刚开始充水时管道流态多为层状或波状流, 排气较为容易;后期则多呈段塞流、气团流状态, 普通排气装置就很难排气了。管道中存在气囊的大小数量则取决于管道的复杂程度、管径大小、充水速度和方法等.对于长距离、大管径及多起伏的输水管经过地形起伏高差较大地段时, 如果没有安装足够的排气阀和泄水阀或者阀门安装位置不合适, 将致使管道中局部存有空气, 当水流倒流时, 一部分由排气阀吸入的空气或因负压产生的水蒸汽随水流运动, 大量气体被压缩在管顶并被水流等分割成较大分散的气囊, 气囊的运动造成管内压力振荡管内压强的连续升高会对管壁形成连续冲击而超过管材的抗压能力, 最终造成管道损坏。
由于气囊和水锤作用, 会使管网存在不同的安全隐患, 可能会导致下列情况的发生:
⑴管道上游通水后下游滴水不见, 这是因为管道内的气囊阻断水流, 形成水柱分离。
⑵管道内被压缩的气体, 压缩到最大极限时, 急速膨胀, 导致管道破裂。
⑶当高处水源的水, 利用重力按一定的速度向下游输送时, 急速关闭上游的阀门后, 由于落差及流速的惯力, 管道内上游的水柱并没有立即停止, 它仍按一定的速度向下游流动, 此时管道内因无法及时补气形成真空, 对管道造成破损。
3.4 不规范施工造成管道爆裂
对于城市供水管道爆管另一主要原因就是不规范施工、安全保护措施不到位.据统计, 在我市近3年发生的自来水爆管事故中有30%是由于不规范施工引起的。在城市建设中, 管道地基附近会被不同的施工单位多次开挖, 管道的基础极易遭到破坏, 导致管道发生不均匀沉降, 出现裂缝。
按照2005年5月1日起施行的《城市地下管线工程档案管理办法》规定, 凡是城市新建、扩建、改建各类地下管线时, 应当到城建档案管理机构取得该施工地段地下管线现状资料。但在实际操作中, 很多施工单位并没有这样执行, 由于城建工期相对紧张, 不少工地日夜赶工, 忽视施工安全, 挖掘机、钻探机、推土机等机械违规操作, 很容易损坏地下管线;有些地段禁止使用大型机械开挖, 但是, 个别工地管理者只追求工程进度, 不严格按操作规章施工, 导致人为破坏有增无减。
4 城市供水管道爆管处理措施
4.1 合理选用管材
选择管材的基本原则是:承压能力强, 使用性能可靠, 施工方便, 使用年限长, 内壁光滑, 输水能力基本保持不变, 造价低.选用优质的管材是保证给水管道工程安全运行的前提条件.
4.1.1 加强钢管的阴极保护, 提高钢管抗腐能力
随着我国经济的发展和城市化进程的加快, 长距离输水管道工程在各地不断兴建钢管具有取材制作方便、安装技术成熟、适应复杂地形等特点, 既适用于埋地敷设, 又可用于跨越架空、过河倒虹和顶管施工, 是输水管道中采用较多的一种管材。但钢管最大的缺陷是在自然环境中易产生腐蚀, 因此做好钢管的内外防腐是延长钢管使用寿命的重要施工环节.现行国标《给水排水管道工程施工及验收规范》 (GB50268-97) 在“钢管道内外防腐”一节中, 对水泥砂浆内防腐层和石油沥青及环氧煤沥青外防腐层的施工作出了相应的规定, 但没有提及对钢管道进行阴极保护施工的问题。但在实际中, 由于阴极保护在国外输水管道和国内石油天然气管道的成功应用, 使其日益受到我国供水界的重视, 并且近年来, 上海、深圳、成都、大连、厦门、宁波等大城市相继进行了输水钢管阴极保护的应用实践;钢制管道在土壤环境中的腐蚀主要为电化学过程, 腐蚀原电池是其最基木的形式。对土壤的腐蚀性进行正确评价是实施阴极保护的前提, 在工程实际中常通过测量钢管环境土壤电阻率和自然电位来评价土壤腐蚀性, 对于大多数情况, 土壤电阻率小, 自然电位负值越大, 则土壤的腐蚀性越强;土壤环境经测定和评价为腐蚀性强、较强和中等的, 一般都应进行阴极保护。
4.1.2 推广使用球墨铸铁管
球墨铸铁管是将铸铁球化处理后离心浇铸而成, 球墨铸铁管在抗拉、抗弯、硬度、延伸率、耐冲击性及水压试验等方面的技术性能都优于灰口铸铁管和混凝土压力管, 而在耐腐蚀性能及使用寿命方面又优于钢管, 从灰口铸铁管、钢管和球墨铸铁管的力学性能看, 球墨管的抗拉、抗压强度比灰口铸铁管高出一倍以上, 比钢管也要高许多, 球墨铸铁管和其它管材相比具有如下特征:
⑴抗拉强度高, 是一般灰口铸铁管的3倍;
⑵韧性好, 延伸率高, 为5%～15%, 而一般灰口铸铁管为0;
⑶工作压力可达2.45 MPa, 而一般灰口铸铁管为0.74MPa;
⑷耐冲击、耐震动、耐腐蚀, 比钢管好;
⑸壁厚较灰口铸铁管薄1/3, 可节约金属。
由于球墨铸铁管采用了T型柔性接口, 有良好的密封性和可挠性, 且管材本身就具有较大的延伸率, 使管道具有较好的柔性, 因此, 在埋地的管道中能够接受少量的不均匀沉降, 改善管道及周围土壤的受力状态另外, 管道因受水温变化而引起的伸缩在接口内也可以被吸收一部分, 不会导致接口漏水。
4.2 抓好管道工程施工安装
在给水管道的安装工程中, 保证其施工质量是防止接口漏水, 使管网安全、可靠运行的关键.在实际设计中, 对管道的埋置深度、管道地基、夯实覆土的密度、接口的施工工艺等都有具体的规定和要求, 在管道施工中应严格按照要求施工, 提高施工技术, 保证施工质量。
4.3 改进接口形式提高接口质量
钢管的机械强度好, 可以承受较高的内外压力, 管身的可焊性方便制造各种管件、特别能适应地形复杂及要求较高的管线使用, 但易腐蚀是其最大缺点, 如果钢管内外防护处理得当, 使用年限也很长。目前国外已普遍使用承插式焊接接口钢管, 它是传统钢管的第二代产品, 它把传统钢管的对接焊缝接口改为搭接焊缝接口, 提高了接口焊缝的质量, 使环向焊缝减少应力集中, 尽可能减少和避免管道发生爆漏。
4.4 加装管道伸缩管和排气阀
城市供水管爆管原因之一是由于轴向应力作用在脆弱接口处发生断裂, 为减小轴向应力, 应首先解除一些部位对管道的约束, 也就是允许管道伸缩。伸缩短管即伸缩器, 或修复管套, 是目前国内使用较普遍的管道附件, 具有能补偿管路因热胀冷缩而引起的位移、挠曲、错位等功能.在直管段上加伸缩器是释放固定端应力最有效可行的方法。
另外, 在地形起伏较大的地区, 在管道的高点, 应安装自动排气阀, 即使是地形起伏不大的平原地区, 也要在挖槽时, 人为的将管线设计出起伏, 呈循环上升或下降, 坡度不小于1/500, 在每千米的最高处设计1～2个排气阀.
4.5 立法规保护供水管网设施
加强城市规划及管理, 严厉打击破坏城市供水管道设施的行为, 严禁在管线上违法修建围墙及房屋。
5 结语
综上所述, 通过对DN400及以上管径的城市供水管爆管资料统计分析发现, 钢管爆管事故较多, 发生爆管的主要原因腐蚀问题、管沟地基不均匀沉陷、沟槽开挖不符合规定、气囊与水锤和不规范施工等。
城市供水水管爆管因素往往不是单一的, 而是由各种主客观因素多方面造成的, 因此对管段的分析应从整体的角度出发, 收集区域管网的爆管资料, 把区域管网作为一个有机整体, 对管网的连接形式、管材材质、承压、受力等情况进行综合分析, 确定各影响因子之间的相互关系, 对管网爆管进行综合控制, 从而最大限度减少供水管道爆管现象的发生。
参考文献
[1]何芳, 刘遂庆.供水管网爆管事故分析与对策探讨[J].管道技术与设备, 2004, 5
[2]杨玉思, 张世昌, 付林.有压供水管道中气囊运动的危害与防护[J].中国给水排水, 2002, 18
探索城乡供水水质问题 篇4
改革开放以来,国家经济实力大幅提升,人民生活水平逐步提高,人们更加珍爱生命,关注健康,对直接影响健康与生命的饮用水水质要求也越来越高。关注民生,国家适时发布了新的《生活饮用水卫生标准》(GB5749—2006),[1]水质指标由原来的35项增至106项,使我国饮用水水质标准进一步与国际接轨。这就要求供水企业从饮用水源取用、管理、净水工艺选择、混凝剂选择、试验投加、管网铺设、水质监测能力建设等全方位提升管理能力、技术水平。“农村饮用水安全项目”中最难解决但必须解决的水质问题也浮出水面,探索解决城乡供水水质问题是摆在制水科技工作者面前迫切又长期的任务。
2 饮用水源监测管理,良性社会循环
饮用水水源水质优劣将直接关系到净化处理后的制水成本和饮用水水质。国家已相继出台相关的法规、条例保护饮用水水源,更重要的是原水费收取单位或水资源费收取单位要依法加强对饮用水水源保护区管理,配合环保部门打击清理各种污染水生态环境的不良行为,使水源水体不受污染,并加强对饮用水源水质监测,在原水水质突变:如投毒、流行性疫情传播、特大狂风暴雨、严重干旱等天灾人祸时造成水质恶化能及时预警,为供水企业启动应急预案,采取应急处理措施赢得时间,平时则为供水企业水厂净化工艺运行提供参考。
科学发展观视野下,经济较发达区域、乃至乡镇应高起点规划建设生态城镇,在城镇中建设生态小区,已建城市要通过改造建设良好的市政基础设施来治理城市病,推动环境友好型城镇建设。其中尝试给排水一体化的经营模式就是一出重头戏:从饮用水源区域保护做起,至供水企业水厂的净化工艺,饮用水输配水管网建设、排水管网配套,污废水收集处理排放,实现水的良性社会循环,[2]水源水质的安全性才能得到可靠保障。如厦门市水务集团公司的经营模式,从水源管理、调蓄到净化处理符合饮用水标准后的自来水供应、乃至污废水收集处理达标后排放。在给排水一体化经营条件尚未成熟的区域,也可先采取城乡统筹供水,一网通水或先联合实现行业统一管理后一网通水,以城乡统筹供水推动污水处理系统建设,有效保护地域水生态系统,提高饮用水水源水质安全保障。如江苏常熟案例:全市城乡30多个水厂整合,一体化管理,一体化供水,避免管网交叉,重复建设。
3 净水工艺改造、絮凝剂试验选用
要贯彻新的国家《生活饮用水卫生标准》,新建水厂,尤其是“农村饮水安全项目”中新建的小型水厂,要根据各自取用的水源水质情况,高标准规划设计净化工艺,不能因建设资金受限制,采取先简易上马后改造,拆东墙补西墙的不良做法。城镇已建水厂要进行净化工艺改造,采用预处理或深度处理工艺来保障供水水质。但其中多数水厂采用强化常规处理工艺,主要在管理、运行参数优化、絮凝剂、助凝剂试验选用,投加量控制上把工作做细就可以解决主要问题。如莆田市自来水公司第二水厂原投产运行的一组3万m3/d处理能力的折板反应、斜管沉淀、双阀滤池过滤和一组8万m3/d处理能力的高效格栅反应、斜管沉淀、“V”型滤池过滤的净化工艺,在取用的水库水源不变的情况下,采用强化常规处理。2007年以来,主要是依据冬夏不同季节,冬夏季节转换之间的不同时间段及台风暴雨、干旱季节及原水PH值变化,试验选择不同的絮凝剂、助凝剂,控制不同的投加量来保障出厂水水质。如:当原水PH值在6.7—6.8时采用铁盐类混凝剂,就可使PH值达标,而原水水质PH值低于6.7时,则采用铝盐类混凝剂再投加碱剂,如生石灰(CaO)、苛性钠(NaOH)等,使近两年来出厂水浊度基本保持在0.5度(NTU)以下。而对正在扩建施工的二期8万m3/d净化处理工艺,我们考虑到1999年百年一遇的特大暴风雨对库水水质的严重影响及2003年夏至2004年春长达近一年干旱无雨,库水出现“红虫”、藻类等极端异常的情况,经与设计部门多次探讨,采用网格絮凝、平流式沉淀池沉淀、“V”型滤池过滤的净化工艺组合,增加原水在投加絮凝剂后的反应沉淀时间,以期受到良好的处理效果。
4 配水管网建设与管理
配水管网优劣直接关系到经净化处理后达标的出厂水,通常浊度都控制在0.5度(NTU)以下,如何保质地输送到用户,而不受到二次污染,使用水户能喝上合格的自来水。配水管网材料材质、施工安装质量、配水管网运行期间的维护管理都是至关重要的。早期城镇供水企业铺设的大口径供水管网有一部分是钢筋混凝土管和灰口铸铁管。连接方式有石棉水泥硬性接口和橡胶圈柔性接口两种,钢筋混凝土供水管道由于气密性较差,漏失率偏大。灰口铸铁管因材质较脆,在水压变化或地基沉陷时,会造成脆性破坏,供水管网运行期间抢修施工时安全隐患极大,应当坚决予以改造;改用球墨铸铁管、钢管,小口径管道可采用符合饮用水卫生标准的塑料系列管材。乡镇供水管网由于体量大,管材用量多,受资金制约,大多采用塑料系列管材,选用时应先进行水质析出检验,考察析出的含铅量及其他影响水质的因素,坚决杜绝使用含铅量偏高,不符合饮水卫生标准的管材。安装时应严格按施工规范要求施工,对无法埋地的明敷部分应进行有效防护,防止管网被人为破坏,造成水质二次污染,并严格按规范要求设置排泥口,便于管网长期运行中,定期对配水管进行冲洗、排放,及时清除吸附在管道内壁的污垢、沉积物,确保供水水质。笔者认为,配水管网如同城镇的血脉,配水管网材质的选用,决不能单从经济指标上考虑问题;重要的是要考虑供水区域用户用水的安全等级(笔者在这里引入“供水安全等级”概念)。如医院、重要工厂企业、党、政、军首脑机关,有锅炉用水户、城镇消防等等,以及大面积停水所造成的负面影响、经济损失。
有资料报道:对国内外近年来几个城市地震调查资料的分析表明,一般球墨铸铁管、预应力钢筒混凝土管(PC-CP)和柔性接口预应力钢筋混凝土管比灰铁管、石棉水泥管、塑料管的抗震性能要好。如日本阪神大地震中塑料管(VP)被破坏率为1.013处/Km,灰口铸铁管(CIP)为0.44处/Km,球墨铸铁管(DIP)为0.135处/Km,钢管(SP)为0、084处/Km。[3]可见供水管网材料,不能仅仅单从节省造价方面考虑问题,还要更多地考虑供水安全。特别在以人为本的科学发展观理念指导下,应对遭受不可抗力自然灾害时,如何保证民生,如何尽快恢复生产,维护社会安定、稳定也是配水管网建设与管理维护应考虑的重要因素。
5 水质检测能力建设
饮用水水质的提高,是国家经济实力提升,关注民生的具体表现,也是我国人民的追求。水质监测体系建立,应当建立水质监测网络,实行政府有关部门监管水质,供水企业检测所辖供水区域水质。供水企业的产品质量是水质,供水企业水质检测是产品质量管理的重要部分,应对106项水质新标准,加强水质检测能力建设刻不容缓,它包含化验室(水质监测站)建设和管网水质检测两部分。供水管网水质检测供水企业长期以来主要是靠人工巡检、取样抽查方式检测,不能适时掌握管网水质变化,对管网老化,内壁积垢,管网施工,违章用水等造成的管网水质污染和突发性污染事故反应滞后。[4]应当按规定要求,合理设立监测点,逐步建立水质在线检测系统,大幅度提高管网水质检测能力,特别是对常规水质指标(温度、PH值、氯、电导率、浊度以及TOC等)的监测以应对管网水质恶化事故,保障饮水水质安全。[5]化验室(水质监测站)建设则必须从技术人员配备、培训,技能素质提高和检测仪器的购置抓起。应对106项水质新标准,加强水质检测能力建设是保证供水水质达标的首要手段和前提条件,供水企业要充分利用原有水质检测设备应对新标准查找差距,添置设备仪器,强化培训,提高检测能力,保证监测到位,提高城镇供水安全。从2008年底福建省建设厅组织对9个地级市水司水质检测能力检查中,只有福州、厦门水司供水监测站经过国家级资质认定,分别达到73、70项检测能力外,其余7个地级市水司水质检测能力相对较弱,急待加强。要提升水质检测能力各地市水司要投入购置设备、仪器的资金将高达数千万元之巨,而每个地级市都有数十个净化水厂、供水企业,是每个供水企业都花数千万元配置检测设备、仪器?还是思考如何实行区域整合,积极探索城乡统筹供水新的供水模式,构建大水司,利用大水司的人才、技术、设备优势,实现资源共享,以保障供水水质,笔者认为后者是发展方向。
摘要：本文通过饮用水源监测管理、净水工艺改造、絮凝剂试验选用、配水管网建设与管理、水质检测能力建设等方面探索城乡供水水质问题的解决途径。
关键词：城乡供水,水质问题
参考文献
[1]生活饮用水卫生标准[S],GB5749-2006
[2]李圭白,试论水的良性循环和饮用水源水质[R],深圳:城镇饮用水安全保障技术研讨会论文集,2004 08
[3]肖绍雍,地震对供水管网的破坏数据的详细分析[J],中国给水排水2004、1期
[4]郭民、张线明,管网水质在线监测系统的建立与应用[J],城镇供水2009、1:47-49
水射流无损插桩机具供水系统设计 篇5
无损插桩机具供水系统主要由水泵、管路、闸阀及压力表、流量表等组成。它是能量传输的通道, 好比人体中的血管, 在整个设备中占有重要的地位, 管路是供水系统的重要环节, 对供水系统的性能、可靠性、安全性和维护性等均有着重要的影响。
1 供水系统总体方案设计
根据管桩底部地层成孔和管桩结构中空的特点, 设计两套方案。一种是利用管桩的空心作为射流管路的一部分, 射流从供水系统 (水泵) 流出的高压水从桩的顶部流入, 经过中空部分从管桩底部射流而出 (如图1 (a) 所示) ;另一种是将供水管路系统穿过管桩内部空心, 设置专用的管路和射流出口 (如图1 (b) 所示) 。
方案 (a) 由射流出口1、管桩2、压盘装置3、橡胶管4、水泵及其电机6和连接水泵与橡胶管的连接接头5等6部分组成。方案b由射流出口1、钢管3、连接弯头4、橡胶管5、水泵及其电机7、连接水泵和橡胶管的连接接头6组成。
图1中两种方案优缺点如下。
1) 方案 (a) 缺点是管桩中心另外设置钢管作为设立系统的一部分, 增加了设备的重量, 施工时, 增加了施工中连接的工艺过程, 增大了管路泄露概率。优点是单独在管桩中设计供水管路, 减去了对管桩承压及密封性要求。
2) 方案 (b) 缺点是把管桩空心部分作为管路的一部分, 增大了对管桩承压及密封性要求, 增大了管桩端板及内径的制作精度要求 (因为设立装置固定在端板顶部) 。优点是设备重量小, 操作工艺简单。
由于桩24 m, 属于超长桩, 组成供水管路的钢管3由多节钢管组成, 其中, 钢管的连接方式又有3种, 如图2所示。
图2方案中, 射流装置作为固定部件安装在桩中心管路端部, 图2 (a) 方案通过在钢管两端加工外螺纹, 与套筒通过螺纹连接, 形成封闭管路;图2 (b) 方案通过在钢管两端焊接法兰对接, 形成封闭管路;图2 (c) 方案在钢管两端加工螺纹, 直接通过内外螺纹连接形成封闭管路。同时, 桩端板与进水管连接设计图3所示结构。管桩顶部有一盖板与其端板通过螺栓连接。进水口钢管焊接一支撑板并有凸缘, 工作时放置在压板的卡槽中, 防止轴向扭转。吊耳设置焊在压盘上。为了减少吊耳的承载压力, 在桩周围压配有一抱箍, 增强设备的安全与可靠性。
2 水泵的选型
水泵是供水系统提供动能的核心部件, 其选型直接关系到射流沉桩的可行性和效率, 其中水泵流量和扬程是两个关键的参数, 决定射流破土能力, 但供水系统的设计与射流装置的设计又相辅相成。
水泵是一种广泛应用的通用型机械设备, 它广泛地应用于国民工业和和国防各部门, 在国民经济中占有重要的地位。合理选择所需的水泵是正确使用水泵的先决条件:必须满足使用流量和扬程的要求, 即要求泵的运行工次点 (特性曲线与性能曲线的交点) 经常保持在高效区间运行, 做到既省动力又不易损坏机件;体积小、重量轻、造价便宜, 具有良好的特性和较高的效率, 运行平稳、寿命长。根据本工程的使用情况 (无计量要求, 水流正常粘度, 扬程大于20 m) , 选择单台离心式水泵。
2.1 水泵流量Q的确定
据流体力学伯努利方程, 理想状态下系统中的静压等于喷嘴出口的动压为p0, 流速为v0, 则单个喷嘴的流量为:
多出口同时工作时, 流量为
式中, K为系统泄露系数, 一般取K=1.1-1.3;A为水泵出口面积;Q总为多出口同时工作时的水泵的流量。因此Q=145.6 (m3/h) 。
2.2 系统所需扬程H的计算
由伯努力方程有:
式中, Hg, 称为几何给水高度, 也称静扬程;hw为从水泵出口到喷嘴出口之间总的管路损失, 称水头损失。
水提升几何高度Hg, 最大值为地面上25 m (系统提供的能量必需能将水管中的水输送到与压盘连接弯管最高处) , 最小值为地面下24 m (喷嘴出口最低位置) , 喷嘴射流速度不小于25 m/s, 出口压力为0.5 MPa (相当于50 m高水柱) 。管路简单、流速不大的, 取∑Δp= (0.2-0.5) MPa;管路复杂的, 取∑Δp= (0.5-1.5) MPa。该设备管路简单, 可取前者∑Δp=0.2 MPa, 即相当于水柱高20 m, 即hw=20 m。
假设水泵进水口在水面下2 m处, 射流出口实际工作中在地面和地面以下24 m之间, 水管水最高输送到25 m。因此在最高位置时, 由式 (3) 有:
压盘装置在最低位置时, 则有:
实际水泵扬程H≥max{H2, H2}, 故水泵扬程H≥75 m。
2.3 水泵型号的选择
根据以上分析, 泵类型为清水泵, 泵的扬程H>75 m, 流量Q>145.6 m3/h, 根据工业泵的型谱图可选择泵的转速n=2 900 r/min, D (MD) 系列煤矿用清水 (或耐磨) 多级离心泵。选泵的型号为:D155-30-3, 额定流量为155 m3/h扬程, 90m。电动机的型号为:YB2.280S.4, 功率75 k W, 电压380 V, 水泵和电机为同一底座。
3 水管的选择
在管路中改变走向、标高或改变管径以及由主管上引出支管等均需要用管件。考虑到水泵出口和连接弯头之间, 实际使用性能的需要, 选择胶管, 胶管直径的大小与连接法兰端部直管的尺寸有关, 胶管承压大小由工作时压力决定。胶管的工作压力, 对于经常不使用的情况可提高20%;对于使用频繁、经常弯扭者要降低40%。根据管路最大工作水压1 MPa, 因此选择胶管型号为D152耐压不小于1.5 MPa的大口径橡胶软管, 夹布层数为5层, 螺旋钢丝直径为4.0 mm, 单根管长度10 m。
对于图1b方案管桩中心的钢管, 选择承压不小于1 MPa, 管径和压盘内控相配合的D 150无缝钢管。
4 闸阀及压力表和流量表的选择
4.1 闸阀的选择
闸阀是安设在供水管路上通过改变其内部通道截面积来控制管路内部介质流动的一种通用机械产品, 它在管路中的作用极为关键, 有“管路的咽喉”之称。为了保证整个管路水射流的压力和流量稳定以及遇到意外情况时 (喷嘴堵塞等) 便于管路射流的控制和安全, 需要设置闸阀及压力表和流量表等仪表。在供水过程中使用的阀门种类繁多, 主要有闸阀、蝶阀、止回阀、自动排气阀。有防腐要求的选用化工阀门。由于蝶阀具有结构简单、外形尺寸小、启闭方便迅速、调节性能好等优点, 同时蝶阀广泛用于2.0 MPa以下的压力和温度不高于200℃的各种介质。阀杆只做旋转运动, 操作简单可靠。根据管路尺寸, 选择公称直径为D150的蝶阀即可。
4.2 流量表的选择
流量是一个动态量, 其测量过程与流体流动状态、流体的物理性质、流体的工作条件、流量计前后直管段的长度等有关。流量有速度式流量计、差压式流量计、容积式流量计、浮子流量计、涡轮流量计、涡衔流量计、超声波流量计、电磁流量计等几种。其中电磁流量计由传感器、转换器及显示器等部分组成。其主要优点:无压损, 节能效果好;不受流体的湿度、密度、黏度、压力和电导率变化影响;流量范围大, 口径范围宽。根据管路尺寸要求, 选择公称直径为D150的分体式电磁流量计。
4.3 压力表的选择
为了合理、经济使用仪表, 仪表的量程不能选得太大, 但为了保证测量精度, 一般被测压力的最小值不低于仪表满量程的1/3为宜。同时为了延长弹性元件的使用寿命, 避免弹性元件因长期受力过大而永久变形, 压力表的上限值应该高于被测量的最大值 (量程的1/2~1/3) , 留有余量。在满足工艺要求的前提下, 尽可能选用精度较低、价廉耐用的仪表。因此选择最大压力为1.6 MPa、精度0.2 MPa、表盘直径为150 mm的压力表。
为了保证压力表和流量表能够准确反映管路中流量和压力, 安装时, 仪表要远离水泵出口3倍的管径, 如果水泵出口和仪表座进口型号不符时, 需要用变径管将两者连接起来, 压力表、流量表和闸阀与水泵连接如图4所示。
5 结语
对以上设计的供水系统, 结合水利部公益性行业专项项目的其他构成部分, 由郑州黄河水电公司在郑州市花园口南裹头进行30根重复导流桩坝的施工试验。试验结果表明, 本供水系统的管路设计是可行的, 流量表在实际度数时需要取多个瞬时流量求得平均值, 压力表度数在最大值和最小值中间波动, 在管路配件的选取上, 应考虑循环水的流速和流量损失。
摘要：根据水射流无损插桩施工技术要求, 研制了一种与钢筋混凝土预制管桩配合使用的专用插桩机具。其中供水系统是其核心部件之一。该供水系统是为该机具提供射流和射流动能的关键装置, 主要由水泵、水管和闸阀等组成。该供水系统中水泵扬程为90 m, 额定射流流量为155 m3/h。
关键词：水射流插桩机,供水系统,钢筋混凝土预制管桩
参考文献
[1]禹华谦.流体力学[M].北京:高等教育出版社, 2004.
[2]陈文义, 张伟.流体力学[M].天津:天津大学出版社, 2004.
[3]成大先.机械设计手册 (1-5) [M].北京:化学工业出版社, 2008.
[4]《简明管道工设计手册》编写组.简明管道工设计手册[M].北京:机械工业出版社, 1993.
[5]范德明.工业泵选用手册[M].北京:化学工业出版社, 1998.
水处理厂与供水 篇6
一、黄河水资金的来源
(一) 政府预算拨款
近年来, 政府对黄河的预算拨款也有了较大幅度的提高。黄委2006年事业性预算财政拨款由2001年的50836万元增长到120532万元, 同比增长69696万元, 增长了1.37倍, 财政拨款的大幅度增长有效地支持了各项治黄业务的正常开展。特别是在实施水管体制改革后, 水管单位基本支出预算净增了9961万元, 水利工程维修养护经费净增了36886万元, 不仅保证了水管体制改革的顺利进行, 更从根本上解决了基层单位经费严重不足这一长期困扰治黄事业发展的难题。
(二) 供水收费
随着经济社会的发展, 用水需求不断增长, 水资源供需矛盾日益加剧, 我国水资源危机引起了国家的高度重视和社会各界的广泛关注。为推动水价改革, 促进节约用水和保护水资源, 近年来, 特别是“十五”时期, 国家出台了《中华人民共和国水法》、《水利工程供水价格管理办法》等一系列的水价政策, 水利工程供水价格改革取得了明显进展, 在节水型社会的建设中起到了重要的促进作用。黄河水的商品属性也正逐渐为人们所接受。
(三) 水利水电收费
黄河是我国水电开发的重要基地, 从解放初期的三门峡开始, 黄河上的水电站建设一直受到世人关注。黄河上游水电站的建设, 引入了大量资金, 创造了很多就业机会, 为国家增加了大量税收, 带动地方工农业及第三产业的发展, 有效地促进了地方经济的发展。水电站建成后, 向电网卖电获取回报, 通常是用电站的总造价, 还本付息标准年限来反推上网电价, 从而形成黄河水资金的又一来源。
(四) 排污收费
通过市场作用, 从原来“谁污染谁治理”的企业个体行为, 引申为市场经济条件下的社会分工和供求关系, 形成社会化、专业化的环保企业乃至环保行业, 向污染责任方提供商业性环保服务, 逐步实现环境治理市场化、社会化、企业化。”
(五) 黄河旅游观光收费
近年来, 各地将开发黄河旅游与发展地方经济相结合, 丰富了黄河水资金的来源渠道。
二、黄河水资金运行中存在的问题
(一) 国家财政预算缺口较大
近年来, 国家财政政策取向不断发生变化, 财政政策趋于稳健, 国债发行量减少, 水利建设投资总体上呈现下降趋势。根据水利“十一五”规划需求和现有的中央投资规模测算, 中央水利投资比“十五”期间每年将减少近100亿元, 剩下的钱还大部分用于“南水北调”以及“治淮工程”等, 治黄投资与治黄水利基础设施建设需要相比还存在相当大的缺口。
(二) 现行供水价格偏低
目前, 尽管黄河流域的水利工程均按照新的供水成本核算办法进行了核算, 水资源的价格比成本低水价阶段有较大幅度的提高, 甚至有些省区的水价调整幅度在较短的时间内进行了连续上调, 但与水利工程的供水成本仍有较大差距。主要表现在农业按供水成本收费, 其成本不包括农民投劳折资形成的固定资产折旧, 使得现行水费标准不道供水成本的一半, 造成水费偏低。引黄渠道供水价调整幅度较大, 但农业水价仅为成本的30%, 工业供水价格只占其成本的1/2偏上。
(三) 排污收费标准不尽合理
当前的排污收费标准是在20世纪80年代初制定的, 其不合理性主要体现在:一是收费标准太低, 远低于最基本的处理费用, 且未考虑物价的上涨因素。收费标准常年保持不变, 对排污者的刺激激励作用大大降低, 大量的企业宁愿交排污费, 也不情愿在污染治理上投入;二是收费标准单一。目前的排污收费只针对企业排放污染物中的浓度最高者, 对其他的污染物则没有相应的收费措施。而且, 收费只记浓度, 不记污染物总量, 有失公允, 无法调动企业的积极性, 严重偏离了排污收费的初衷。
(四) 水资金融资渠道亟待拓宽
在我国, 大江大河的治理长期以来由政府主导, 黄河治理严重依赖政府投资。随着免除农业税、停止征收各种不合理税费的各项惠农政策的实施, 除黄河治理继续由政府主导外, 沿黄地区水利设施和基本农田水利设施的建设遭遇严重的投入不足, 地方政府财政难以支持巨大的投入, 农民个人也很难被动员参与水利建设。沿黄地区各地的基本农田建设和水利设施建设面临严重的问题。长期以来, 黄河治理由政府专门机构和一些由有关部门指定或任命的官员和专家主导, 海内外社会资本和人才难以参与其中。长此下去, 僵化的体制不仅使政府继续背负沉重的经济和道义负担, 也从根本上挫伤和阻碍广大人民群众参与治理黄河的积极性与创造性。
(五) 水资金的安全保障与使用效益缺乏有效的监管
长期以来, 治黄管理体制一直存在“同体”现象, 政企不分, 管养不分, 由此带来一系列的水利资金管理、使用上的矛盾与问题。黄委自上而下近400个独立核算会计单位, 分布于流域九省区, 国家1998年以后的投资又很大, 如何保障资金的安全以及对资金进行有效的监管, 使其发挥更大的效益, 是摆在财务管理人员面前的一项重要内容。
三、构建保障黄河供水安全的水资金运行框架
(一) 充分认识治理黄河、开发黄河水资源的重大意义
黄河水资源的开发利用, 带来了巨大的社会效益与经济效益。黄河流域内约占耕地45%的灌溉面积上, 生产了占总产近70%的粮食和大部分经济作物, 解决了绝大部分地区的温饱问题, 同时, 还解决了许多地区人畜吃水难的问题。黄河流域内目前已解决饮水困难人数2730万人、牲畜1560万头, 分别占需解决数量的71.6%和68.3%。同时为城镇生活和工业提供了可靠的水源, 促进了城市和工业的发展。为城镇提供的水量由20世纪80年代的30多亿立方米, 增加到目前的50多亿立方米。
(二) 改革现行的黄河流域管理体制
合理、高效的管理机制是推进流域一体化水管理的保障。水资源管理是政府的重要职责, 在政府主导的同时, 也要注重发挥市场对资源配置与激励机制的作用, 实现水资源优化配置, 提高水的使用效率及效益, 并且应通过建立一套完善的管理制度体系, 用制度来约束与管理水事活动, 协调、解决部门间的利益冲突。此外, 还应制定各利益相关者参与流域重大水问题决策的机制, 并为之提供参与平台;努力改善公众参与流域管理的环境, 建立流域信息披露与发布制度, 培养和提高利益相关者参与流域管理的能力;不断提高流域机构的协调能力, 并逐步走向决策权、执行权和监督权的分离。在黄河流域应建立“统一规划、共同决策、分工负责、信息共享、经济激励、社会监督”的流域水资源管理运作模式。
(三) 强化预算管理, 并努力争取更多的财政拨款
经费渠道不通, 也是水资源保护工作难见成效的主要原因之一。为此, 应尽快解决流域水资源保护经费渠道, 明确流域水资源保护机构硬件设施建设和监督管理、水质监测、科学研究专项经费来源, 也是实施黄河规划纲要目标和任务的重要保证。提高经费保障能力, 是财务工作的首要任务。要按照科学发展观的要求, 坚持以人为本, 坚持依法理财, 不断提高管理能力与组织能力。要潜心研究国家的财政政策, 善于组织与协调, 积极开展调查研究, 不断提高预算编制水平, 编制合理的预算方案。要积极开展各项预算定额的研究和制定工作, 为预算提供有力的支撑。
(四) 完善水权制度, 合理制定水价
建立水权体系的目的是为了提高黄河水资源的利用效率和促进黄河流域水资源的可持续利用。其指导思想是利用基本用水水权, 保障各地区基本生活、生态用水以及经济用水, 通过允许水权转让, 结合水价政策, 兼顾地区公平, 促进水资源的优化配置。
(五) 加强审计, 确保水资金的投资效益
如何保证水资金的安全, 使其发挥更大的效益, 是摆在人们面前的一项重要内容, 责任重大, 因此, 要建立一套有效的财务监督机制以保证治黄资金的安全, 同时发挥更大的效益。 (1) 重视内部审计。内部审计不同于国家政府审计, 也不同于社会审计。但同时它又兼有两者的共同点, 既体现监督的职责, 又反映服务的职能。内部审计的特点就是寓监督于服务之中。在三者关系上, 以内部审计为主, 社会审计为辅, 最大程度地减轻国家审计负担。 (2) 加大效益审计的力度。效益审计是政府审计发展的必然趋势, 是审计发展的高级阶段。开展效益审计正是顺应形势, 实现审计工作现代化的必然要求。因此应积极开展效益审计, 提高财政资金的管理水平和使用效益。
(六) 多渠道筹集资金