农村地区供水工程节能改造设计探析

刘兴华

（辽宁江河水利水电新技术设计研究院，辽宁 沈阳 110003）

农村地区供水工程节能改造设计探析

刘兴华

（辽宁江河水利水电新技术设计研究院，辽宁 沈阳 110003）

针对农村地区供水工程管理费用高以及运营不合理等问题，探索农村供水工程供水节能设计改造思路，阐述提升农村地区供水工程运营效率与保养举措，为农村地区供水工程节能改造提供决策依据。

农村地区；供水工程；节能改造

随着我国农村供水工程建设的持续实施，农村地区饮水状况得到显著改善，自来水使用率明显提高［1］。然而，由于部分地区农村供水工程应用技术相对落后、人才缺乏等客观因素，导致农村部分供水工程无法高效合理运行，并已经严重制约了农村地区供水工程效益发挥［2］。因此，为了满足农村地区日益增长的用水需求，针对现有农村供水工程实施节能改造以及在更新过程中，开展降耗节能改造是保证农村地区供水工程可持续健康发展的必要要求［3］。因此，本文通过分析某供水工程降耗节能改造与更新设计实践过程，揭示节能改造设计对提升农村地区供水工程高效运营、降低运行成本、提高供水品质以及保障供水工程良性发展发挥的重要作用。

1 工程概述

某供水工程依靠一座中型水库作为引水源，可有效解决八个行政村以及一个风景区内2万余人安全饮用水问题，属于集中式的农村地区饮水工程，其工程设计年供水量、日供水量以及最大小时的供水量分别为70万m3、0.221万m3、201m3。由于该水库水质相对较好，不需经过反应沉淀步骤，可直接通过过滤和消毒后，向用户直接进行供水，具体工艺流程如图1。

图1 供水工程的水厂引水工艺流程

本工程采用水泵（IS125-100-200A型）和两台配套电机机组进行水源提水工作，若水库水源水位达到或超过227.1m时，水库水源可自动流入水厂的清水池；但若水库水源水位低于227.1m时，通过利用水泵将水库水源辅助进入水厂清水池。通过利用双重力式的无阀滤池进行水源过滤，过滤设备整体结构相对简单，操作简易，自动化水平高，但是消耗的用水量相对较大［4］。紧跟着在滤池到清水池之间水管段，投入二氧化氯装置所产生的二氧化氯进行消毒。同时，为了增加二氧化氯装置的接触时间段和调控水厂供水量和制水量的产差，本工程选用长宽深分别为12.1、6.5m和3.8m的矩形清水池。一级配水的支管最长距离为1.8km，选用DN200UPVC，而主管道选用4.5km的DN315UPVC有效供水。

2 现状供水工程问题分析

该供水工程开工建设于2002年，建成和投产于2005年6月，但由于管道线路过长，维护成本过高，导致供水过程缓慢，截至 2012年底，该供水工程的总供水量为30.01万 m3，低于设计供水规划水量的45%。同时，水厂供水的水价低且水厂规模小，因此，供水工程自身的正常运营尚且无法维持。鉴此，根据水厂管理单位要求，2013年开始研究分析水厂运营过程中的问题，深入优化改造水厂。

水厂运营费用包含员工工资、消毒药物支出、电费支出、管网维护费用以及税负管理费用等五个主要方面组成。在这五个方面中，虽然员工工资为最大支出，但是员工工资已降至最低，已经不可能存在调整范围［5］； 税负等硬性规定费用，总额极小，节省费用的意义甚微；大部分时间水库水位高于227.1m，水库水可自由流入水池，水泵电耗较小，调整范围依然很小。因此，为了进一步降低费用，供水工程只能从管网维护费用和税负管理费用进行节能设计，达到节约工程成本目的。

2.1 消毒药物支出偏高

依据各管理单位的统计信息，表明在消毒过程中盐酸和氯化钠的支出比重偏高。其原因是由于水厂清水池的容量较大，而目前供水量低于设计规划水量的45%，故清水池的出水速度慢，清池内的消毒剂和水接触完全满足效度要求［6］。但由于二氧化氯消毒气体在水中时间过长，导致其大量挥发形成浪费。同时，供水管路较长，其沿程损失严重。另外，管道末端的水质发生变化无法及时反馈水厂，且二氧化氯发生装置的投药量依赖于人工测定。因此，人们通常为了保证消毒剂量的浓度，设置水厂投药量相对高［7］。

鉴此，若水厂能优化其生产流程、改善消毒工艺，同时解决消毒剂消耗较大、流程消耗等消毒物药物支出偏高的问题，进而减少消毒剂的使用量和消毒成本。

2.2 管网维护费用较高

该供水工程管网费用较高的原因主要是：①裂管事件较常发生。自安装取水钢管以来，运行基本没有出现过显著的渗漏事件，但由于DN315UPVC（供水主管道）渗漏引发的裂管事件较常发生。②裂管事件发现较晚。大部分供水主管道都埋于地底下，少部分位于水田中，而剩下管道则深埋于地底，故通常只有供水主管道爆裂涌喷时才被发现。③成品水损失过多。由于供水主管道沿程无控制水闸，导致漏水损失大已经超过过滤的成品水。④管道布置不合理。因管道按照单线方式进行布置，故抢修与维护期间直接影响供水用户的生产和正常生活用水。⑤抢修成本高。工程抢修统计数据表明，每年工程抢修费用都超过工程总成本将近五分之一［8］。

综合考虑造成管网维护费用较高的原因以及管网自身漏水和渗水特点，为了彻底根治渗漏事件频繁发生，我们必须找出渗漏事件发生的主因，同时需要明确解决思路：我们不能总是被动抢修供水管道，而是主动排除管网渗漏隐患，从设计层面对管网进行合理改造，进而实现节能设计和达到节约管网费用的目的。

3 节能设计和实践方案

3.1 解决消毒药物支出偏高方案

3.1.1 降低消毒时间，实施水厂清水池改造

水厂清水池的容积为248m3，根据用水在消毒池内的接触时间，可得出清水池容积偏大，消毒剂接触的时间也偏长，但是实际制水和供水过程中又需求清水池必须有248m3容积。

图2 水厂清水池布置示意图

鉴此，为了符合上述要求，将水厂清水池划分为3个区间，具体如图2。依据不同阶段内用水规模以及消毒接触时间制定各区的容积。根据图2可知，I为进水区，Ⅱ为中间区，Ⅲ为出水区。经过过滤的清水由原来的进水管进水，依次通过I区，Ⅱ区，Ⅲ区，最终达到供水用户。3个区间内全部安装有止回阀，防止水流逆回。

原水厂清水池设计供水量的46%作为其实际可供水量，每小时最大用水量为85m3。对清水池重新设计后，消毒剂投药点选定为Ⅲ区。通过用水量方法计算获得，设计后清水池投药点到出水管道的总滞留时间为t=58min。若水厂供水量到达设计供水量的75%时，每小时最大用水量为128m3，当消毒剂投药点选定为Ⅲ区，消毒剂滞留时间为39min，当选定为Ⅱ区，消毒剂滞留时间为58min，均满足规范要求。若水厂供水量到达设计供水量的100%时，每小时最大用水量为182m3，当消毒剂投药点选定为Ⅲ区，消毒剂滞留时间为37min。

基于以上计算和分析，若水厂清水池的实际可供水量介于设计供水量46%和75%之间时，投药点选定为Ⅲ区，消毒剂滞留平均时间为48min，既符合设计规范的要求，又可降低二氧化氯的挥发量；若水厂清水池的实际可供水量介于设计供水量75%和100%之间时，投药点选定为Ⅲ区，消毒剂滞留平均时间为45min，也符合上述要求。

3.1.2 管道中间位置增设投药装置，降低水厂内部投药浓度

水厂为了解决管网末端消毒剂余量过少问题，通常加大投药量来提高消毒剂浓度，导致沿程消毒剂大量损耗，而中间供水用户消毒剂含量偏高［9］。为了更好解决该问题，通过中间增设投药装置的方法，适当添加消毒剂满足中间供水用户需求。

3.2 解决管网维护费用较高方案

3.2.1 提前开挖进行排查，消除隐患

供水主管道不进行开挖，采用抹布和水对管壁全面清洗，检查管道是否存在损坏裂痕，并做相应标记，然后，再对管道上漏水和可能漏水处进行加固处理。加固回填时，管壁四周利用粒径为20cm的厚细砂，外围使用泥土回填，降低管道发生损坏的风险性［10］。

3.2.2 进一步维护和保养，提高管网系统运行效率

节能改造设计前提条件是水厂工艺流程的高效运行，也是降低生产成本有效手段之一。故为了实现本次工艺流程关键点影响问题，根据行业运行规范对在岗人员进行理论培训和操作训练，使得整体工艺流程合理运行，另外，员工通过经验的积累，也使得设备稳定运行，成本降低。

4 结语

我国农村地区供水工程普遍存在工艺水平落后、规模小、运营监管不足以及耗能成本高等问题，为了满足农村地区对高品质供水持续增长的需求，本文通过探寻农村地区典型供水工程运行特征，阐明农村地区供水工程降耗节能改造设计及实施方案。由消毒药物以及管网维护两方面探索改造设计方案，其实质是降低药物施用浓度，可在降低供水水体亚氯酸盐以及浑浊度的同时，削弱药物对输水管道腐蚀程度。此外，工程实践表明实施供水工程节能改造可有效提升供水保障率，降低管网漏水以及维修损失成本，从而实现资源节约与供水稳定并举的综合目标。

［1］刘来胜，周怀东，刘玲花，洪宇宁，吴雷祥.我国农村供水工程运行管理经验［J］.中国农村水利水电，2012（09）.

［2］章再兴.北疆供水工程渠道糙率分析［J］.水利规划与设计，2015（12）.

［3］王文兰，田胜海，樊学刚，王良超.重庆市某供水工程工艺改造设计［J］.中国给水排水，2013（06）.

［4］周平.镇安县农村安全供水工程建设与管理［J］.水利技术监督，2015（01）.

［5］徐佳，冯平，杨鹏，刘燕.区域农村供水工程运行评价研究［J］.水利水电技术，2015（03）.

［6］余和俊.定远县农村供水工程建设与管理模式探讨［J］.水利规划与设计，2015（07）.

［7］朱锡林.村镇供水工程配水管网设计流量计算方法研究［J］.中国给水排水，2012（18）.

［8］欧震.玉州区农村饮水安全集中供水工程设计方案探讨［J］.水利规划与设计，2013（10）.

［9］何莲，程吉林，张汉松.农村集中供水工程规模效益的优化研究［J］.灌溉排水学报，2011（05）.

［10］孙霞.寒旱区供水工程输水渠道运行管理对策［J］.水利技术监督，2016（03）.

TV674

B

1672-2469（2017）02-0130-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2017.02.039

2016-07-18

刘兴华（1984年—），男，工程师。