農村地區供水工程節能改造設計探析

劉興華

（遼寧江河水利水電新技術設計研究院，遼寧 沈陽 110003）

農村地區供水工程節能改造設計探析

劉興華

（遼寧江河水利水電新技術設計研究院，遼寧 沈陽 110003）

針對農村地區供水工程管理費用高以及運營不合理等問題，探索農村供水工程供水節能設計改造思路，闡述提升農村地區供水工程運營效率與保養舉措，為農村地區供水工程節能改造提供決策依據。

農村地區；供水工程；節能改造

隨著我國農村供水工程建設的持續實施，農村地區飲水狀況得到顯著改善，自來水使用率明顯提高［1］。然而，由于部分地區農村供水工程應用技術相對落后、人才缺乏等客觀因素，導致農村部分供水工程無法高效合理運行，并已經嚴重制約了農村地區供水工程效益發揮［2］。因此，為了滿足農村地區日益增長的用水需求，針對現有農村供水工程實施節能改造以及在更新過程中，開展降耗節能改造是保證農村地區供水工程可持續健康發展的必要要求［3］。因此，本文通過分析某供水工程降耗節能改造與更新設計實踐過程，揭示節能改造設計對提升農村地區供水工程高效運營、降低運行成本、提高供水品質以及保障供水工程良性發展發揮的重要作用。

1 工程概述

某供水工程依靠一座中型水庫作為引水源，可有效解決八個行政村以及一個風景區內2萬余人安全飲用水問題，屬于集中式的農村地區飲水工程，其工程設計年供水量、日供水量以及最大小時的供水量分別為70萬m3、0.221萬m3、201m3。由于該水庫水質相對較好，不需經過反應沉淀步驟，可直接通過過濾和消毒后，向用戶直接進行供水，具體工藝流程如圖1。

圖1 供水工程的水廠引水工藝流程

本工程采用水泵（IS125-100-200A型）和兩臺配套電機機組進行水源提水工作，若水庫水源水位達到或超過227.1m時，水庫水源可自動流入水廠的清水池；但若水庫水源水位低于227.1m時，通過利用水泵將水庫水源輔助進入水廠清水池。通過利用雙重力式的無閥濾池進行水源過濾，過濾設備整體結構相對簡單，操作簡易，自動化水平高，但是消耗的用水量相對較大［4］。緊跟著在濾池到清水池之間水管段，投入二氧化氯裝置所產生的二氧化氯進行消毒。同時，為了增加二氧化氯裝置的接觸時間段和調控水廠供水量和制水量的產差，本工程選用長寬深分別為12.1、6.5m和3.8m的矩形清水池。一級配水的支管最長距離為1.8km，選用DN200UPVC，而主管道選用4.5km的DN315UPVC有效供水。

2 現狀供水工程問題分析

該供水工程開工建設于2002年，建成和投產于2005年6月，但由于管道線路過長，維護成本過高，導致供水過程緩慢，截至 2012年底，該供水工程的總供水量為30.01萬 m3，低于設計供水規劃水量的45%。同時，水廠供水的水價低且水廠規模小，因此，供水工程自身的正常運營尚且無法維持。鑒此，根據水廠管理單位要求，2013年開始研究分析水廠運營過程中的問題，深入優化改造水廠。

水廠運營費用包含員工工資、消毒藥物支出、電費支出、管網維護費用以及稅負管理費用等五個主要方面組成。在這五個方面中，雖然員工工資為最大支出，但是員工工資已降至最低，已經不可能存在調整范圍［5］； 稅負等硬性規定費用，總額極小，節省費用的意義甚微；大部分時間水庫水位高于227.1m，水庫水可自由流入水池，水泵電耗較小，調整范圍依然很小。因此，為了進一步降低費用，供水工程只能從管網維護費用和稅負管理費用進行節能設計，達到節約工程成本目的。

2.1 消毒藥物支出偏高

依據各管理單位的統計信息，表明在消毒過程中鹽酸和氯化鈉的支出比重偏高。其原因是由于水廠清水池的容量較大，而目前供水量低于設計規劃水量的45%，故清水池的出水速度慢，清池內的消毒劑和水接觸完全滿足效度要求［6］。但由于二氧化氯消毒氣體在水中時間過長，導致其大量揮發形成浪費。同時，供水管路較長，其沿程損失嚴重。另外，管道末端的水質發生變化無法及時反饋水廠，且二氧化氯發生裝置的投藥量依賴于人工測定。因此，人們通常為了保證消毒劑量的濃度，設置水廠投藥量相對高［7］。

鑒此，若水廠能優化其生產流程、改善消毒工藝，同時解決消毒劑消耗較大、流程消耗等消毒物藥物支出偏高的問題，進而減少消毒劑的使用量和消毒成本。

2.2 管網維護費用較高

該供水工程管網費用較高的原因主要是：①裂管事件較常發生。自安裝取水鋼管以來，運行基本沒有出現過顯著的滲漏事件，但由于DN315UPVC（供水主管道）滲漏引發的裂管事件較常發生。②裂管事件發現較晚。大部分供水主管道都埋于地底下，少部分位于水田中，而剩下管道則深埋于地底，故通常只有供水主管道爆裂涌噴時才被發現。③成品水損失過多。由于供水主管道沿程無控制水閘，導致漏水損失大已經超過過濾的成品水。④管道布置不合理。因管道按照單線方式進行布置，故搶修與維護期間直接影響供水用戶的生產和正常生活用水。⑤搶修成本高。工程搶修統計數據表明，每年工程搶修費用都超過工程總成本將近五分之一［8］。

綜合考慮造成管網維護費用較高的原因以及管網自身漏水和滲水特點，為了徹底根治滲漏事件頻繁發生，我們必須找出滲漏事件發生的主因，同時需要明確解決思路：我們不能總是被動搶修供水管道，而是主動排除管網滲漏隱患，從設計層面對管網進行合理改造，進而實現節能設計和達到節約管網費用的目的。

3 節能設計和實踐方案

3.1 解決消毒藥物支出偏高方案

3.1.1 降低消毒時間，實施水廠清水池改造

水廠清水池的容積為248m3，根據用水在消毒池內的接觸時間，可得出清水池容積偏大，消毒劑接觸的時間也偏長，但是實際制水和供水過程中又需求清水池必須有248m3容積。

圖2 水廠清水池布置示意圖

鑒此，為了符合上述要求，將水廠清水池劃分為3個區間，具體如圖2。依據不同階段內用水規模以及消毒接觸時間制定各區的容積。根據圖2可知，I為進水區，Ⅱ為中間區，Ⅲ為出水區。經過過濾的清水由原來的進水管進水，依次通過I區，Ⅱ區，Ⅲ區，最終達到供水用戶。3個區間內全部安裝有止回閥，防止水流逆回。

原水廠清水池設計供水量的46%作為其實際可供水量，每小時最大用水量為85m3。對清水池重新設計后，消毒劑投藥點選定為Ⅲ區。通過用水量方法計算獲得，設計后清水池投藥點到出水管道的總滯留時間為t=58min。若水廠供水量到達設計供水量的75%時，每小時最大用水量為128m3，當消毒劑投藥點選定為Ⅲ區，消毒劑滯留時間為39min，當選定為Ⅱ區，消毒劑滯留時間為58min，均滿足規范要求。若水廠供水量到達設計供水量的100%時，每小時最大用水量為182m3，當消毒劑投藥點選定為Ⅲ區，消毒劑滯留時間為37min。

基于以上計算和分析，若水廠清水池的實際可供水量介于設計供水量46%和75%之間時，投藥點選定為Ⅲ區，消毒劑滯留平均時間為48min，既符合設計規范的要求，又可降低二氧化氯的揮發量；若水廠清水池的實際可供水量介于設計供水量75%和100%之間時，投藥點選定為Ⅲ區，消毒劑滯留平均時間為45min，也符合上述要求。

3.1.2 管道中間位置增設投藥裝置，降低水廠內部投藥濃度

水廠為了解決管網末端消毒劑余量過少問題，通常加大投藥量來提高消毒劑濃度，導致沿程消毒劑大量損耗，而中間供水用戶消毒劑含量偏高［9］。為了更好解決該問題，通過中間增設投藥裝置的方法，適當添加消毒劑滿足中間供水用戶需求。

3.2 解決管網維護費用較高方案

3.2.1 提前開挖進行排查，消除隱患

供水主管道不進行開挖，采用抹布和水對管壁全面清洗，檢查管道是否存在損壞裂痕，并做相應標記，然后，再對管道上漏水和可能漏水處進行加固處理。加固回填時，管壁四周利用粒徑為20cm的厚細砂，外圍使用泥土回填，降低管道發生損壞的風險性［10］。

3.2.2 進一步維護和保養，提高管網系統運行效率

節能改造設計前提條件是水廠工藝流程的高效運行，也是降低生產成本有效手段之一。故為了實現本次工藝流程關鍵點影響問題，根據行業運行規范對在崗人員進行理論培訓和操作訓練，使得整體工藝流程合理運行，另外，員工通過經驗的積累，也使得設備穩定運行，成本降低。

4 結語

我國農村地區供水工程普遍存在工藝水平落后、規模小、運營監管不足以及耗能成本高等問題，為了滿足農村地區對高品質供水持續增長的需求，本文通過探尋農村地區典型供水工程運行特征，闡明農村地區供水工程降耗節能改造設計及實施方案。由消毒藥物以及管網維護兩方面探索改造設計方案，其實質是降低藥物施用濃度，可在降低供水水體亞氯酸鹽以及渾濁度的同時，削弱藥物對輸水管道腐蝕程度。此外，工程實踐表明實施供水工程節能改造可有效提升供水保障率，降低管網漏水以及維修損失成本，從而實現資源節約與供水穩定并舉的綜合目標。

［1］劉來勝，周懷東，劉玲花，洪宇寧，吳雷祥.我國農村供水工程運行管理經驗［J］.中國農村水利水電，2012（09）.

［2］章再興.北疆供水工程渠道糙率分析［J］.水利規劃與設計，2015（12）.

［3］王文蘭，田勝海，樊學剛，王良超.重慶市某供水工程工藝改造設計［J］.中國給水排水，2013（06）.

［4］周平.鎮安縣農村安全供水工程建設與管理［J］.水利技術監督，2015（01）.

［5］徐佳，馮平，楊鵬，劉燕.區域農村供水工程運行評價研究［J］.水利水電技術，2015（03）.

［6］余和俊.定遠縣農村供水工程建設與管理模式探討［J］.水利規劃與設計，2015（07）.

［7］朱錫林.村鎮供水工程配水管網設計流量計算方法研究［J］.中國給水排水，2012（18）.

［8］歐震.玉州區農村飲水安全集中供水工程設計方案探討［J］.水利規劃與設計，2013（10）.

［9］何蓮，程吉林，張漢松.農村集中供水工程規模效益的優化研究［J］.灌溉排水學報，2011（05）.

［10］孫霞.寒旱區供水工程輸水渠道運行管理對策［J］.水利技術監督，2016（03）.

TV674

B

1672-2469（2017）02-0130-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2017.02.039

2016-07-18

劉興華（1984年—），男，工程師。