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乡村小型自来水厂水泵房的选址及系统关键功能分析

2023-09-04 157 上传者：管理员

摘要：小型自来水厂主要分布在偏远的乡村，为乡村居民提供生活用水，是地区自来水管网的重要补充。它同样具备大型自来水厂引水、净化处理、管网输送等各个环节。本文主要对小型自来水厂建设的重要环节进行研究分析。

关键词：
分析
小型自来水厂
建筑工程
系统关键功能
选址
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引言

我国南方地区以丘陵地带为主，山地多、平原少，其中福建素来有“八山一水一分田”之说。乡村通常是大范围零星分布在城市周边，距离城区较远，使得城市自来水管网难以直接延伸到偏远乡村；另外，由于地理特征的限制，乡村地区的自来水管网的建设难度大、建设费用较高、管网的利用率低，导致乡村地区的自来水管网建设相对不完善。小型自来水厂选址灵活、建设方便、维护简单、资源利用率高，能够满足周边乡村居民对健康饮用水的需求，有利于解决山区丘陵地带的偏远乡村老百姓用水方面急、难、愁、盼的问题[1,2]。小型自来水厂建设符合国家倡导的服务乡村、服务基层的政策要求。麻雀虽小五脏俱全，小型自来水厂设计、建设、运行也涵盖了原水抽取、水的净化处理、水的管网输送等各个环节[3]。本文以工作单位实践为基础，重点对日常1000吨饮用水、净化设备距离原水水泵房200米、垂直高度落差45米的小型自来水厂为例，开展水厂建设的分析和研究。

1、水泵房的选址及建设

1.1泵房选址对水源的要求

水源水质好不好、是否符合可利用水质的要求直接决定了小型自来水厂值不值得建设。水源水质一般要求尽量好，尽量接近饮用水标准，以降低水质净化的成本。首先要对目标水源的水质进行专业检测，由检验检疫部门对水质进行取水、封装、检测、反馈等一系列的闭环处理，得到目标水源水质的各项参数；其次再进一步研究判断水源是否达到了可利用引用水的标准；最后在检验检疫部门对水质进行专业研究判断的基础上，及时向国土资源部门报送有关申请材料，以取得水资源开采许可证。

1.2泵房取水口的选择

取水口选择是建设小型自来水厂的第一步，对小型自来水厂后期运行、管理影响十分重大。取水口一般选择在水源水量充沛、水质清澈、浑浊度低的水库、溪流边上，一般要求取水口有一定的水深和一定面积的围垦，且要兼顾进出方便和距离抽水泵房的距离等因素。

1.3泵房水泵的选取

泵房水泵主要有离心泵、真空泵、排污泵，而其中离心泵最为核心。离心泵选取的主要依据是小型自来水厂现场环境情况、扬程、用水量等进行计算研究判断，一是要根据场地实际情况，计算取水位和抽水泵之间的实际扬程；二是要根据居民用水量的需求情况和实际抽水时长，确定水泵的流量；三是按照水泵扬程、水泵流量，结合性能表选择水泵型号，再结合型号性能曲线图确认是否能够满足满足实际需求。

以WGS小型自来水厂为例，该小型自来水厂保障约3000位居民日常生活和生产用水，每日需要净化水不低于1000m3，每日抽水时长10h；最不利配水点与引入管的高差45m，管路距离200m，引入管至最不利配水点的管路的沿程、局部水头损失比10%，最不利点的最低工作压力5m。

(1）计算流量

流量=（每日净水需求量+浮动10%）÷每日抽水时长

图1水泵性能表

(2）计算扬程

扬程=最不利配水点与引入管的高差+引入管至最不利配水点的管路的沿程、局部水头损失+最不利点的最低工作压力

(3）水泵选型

按照流量110 m3/h、扬程60m对照性能表（如图1所示），选择对应的型号为100DL108-20X3。

(4）按照性能曲线确认该水泵型号是否能够满足工作需求

如图2所示，型号为100DL108-20X3的水泵性能曲线图的曲线上，扬程62m的曲线点对应的流量为110 m3/h，故100DL108-20X3型水泵能够满足WGS小型自来水厂的需求。

图2水泵性能曲线图

2、系统关键功能分析

2.1水循环真空引水系统

2.1.1水循环真空引水系统的运行原理

在离心泵抽水管路中引入水循环引水系统。真空循环水引水系统是帮助离心泵将低于离心泵泵壳的水提升到离心泵泵腔内。当原水被离心泵提升到泵腔后，其主要功能完成，真空泵停机，真空泵进水阀门关闭。

真空循环水引水系统由水循环真空泵、真空罐、汽水分离器、水位传感器以及电器自动化操作柜组成（见图3的水系统装置）。当传感器探测到满足真空泵的启动条件时，真空泵启动，通过汽水分离器将真空引水灌内的空气导出，使真空引水灌内负压，原水被大气压压入吸水管道内，进入真空罐内，随着真空罐内液位的持续上升，超过离心泵泵壳的位置，满足离心泵工作条件，通过电控柜自动转换，停止真空泵运行，启动离心泵工作，将原水送到水净化系统入口位置，实现自动引水。现场无人操作，真空泵循环引水系统替代传统人工给吸水管灌水，告别了繁琐的手动操作模式。

相比传统海底阀灌水工作的水泵，有真空循环水引水系统辅助的水泵，工作过程更加稳定。水泵在长时间工作过程中，密封材料磨损属正常现象，但密封材料的磨损会破坏叶轮中心位置的真空使液体无法吸上来，水泵叶轮空转，失去了远距离高位送水的功能；有了循环水引水泵系统的辅助，水泵密封材料轻微磨损，真空泵真空度被破坏，真空泵也能自动补偿真空罐的真空度，始终保持水泵工作的液位高于泵壳，使水泵稳定工作。

2.1.2水循环真空引水系统常见故障分析及处理办法

针对净化设备距离原水水泵房200m、垂直高度落差45m的小型自来水厂一般采用真空引水方法，但是真空引水方式普遍存在以下几个问题。

(1）水循环泵噪音过大。通常来说水循环真空泵运行会产生一定程度的噪音，一旦噪音声音过大，就应该对电机电压电流进行检测，检查是否有过载、超流，或叶轮与壳体接触等问题，并及时排除故障。

(2）水循环泵电机过热。主要原因有三点：一是真空泵供水量偏大，进而产生较大电机负荷；二是电机存在缺相；三是排气孔被堵塞。

(3）真空罐真空度不高。主要原因有：电机供电不足导致转速不够、叶轮与分配板之间的间隙过大、机械密封破损导致漏气、叶轮磨损过多和循环水无法排除等。此时应及时检查供电电压是否在额定的电压范围，调小叶轮与分配板的间隙（一般要求在0.5—0.2mm之间），更换机械密封，检查出水口的管路。

(4）多级离心泵振动。常见原因：一是泵体或吸液管内有空气，二是叶轮中有异物或叶轮磨损，此时应及时排出吸水管内的空气，清除异物。

(5）机械密封处的泄露。原因有动环密封面磨损、静环密封面磨损、密封端面比压过小、密封腔内加入杂物，以及动环或静环密封面与轴垂直度误差太大等，应及时调整端面比压、研磨或更换动静环、清除杂物，减小垂直度误差。

图3水厂水系统装置

2.2水的净化处理

2.2.1自来水净化流程

水的净化过程是水厂的核心部分，净化流程如图4所示[4]。净化过程：（1）原水经过粗滤网进入进水井，然后将明矾溶解于水后形成胶体颗粒与泥沙胶体粒子发生化学反应，生成一些小颗粒；（2）再送入折板絮凝池，加入适量混凝剂，经过充分混合，使颗粒具有絮凝性能，具有絮凝性能的颗粒，在相互接触中聚集，形成较大的絮凝体颗粒，搅拌混合以后形成沉淀物，依靠本身重力，沉入池底；（3）絮凝以后的水流到平流沉淀池，在平流沉淀池进行沉淀，水中细微悬浮粒子和胶体粒子在此沉淀，平流池的特殊结构，将增加水流长度、增加接触面积与接触时间、增加碰撞概率从而提高聚合沉淀的效果；（4）经过絮凝沉淀后的水进入V型滤池，滤池的滤料石英砂的主要成分是二氧化硅，可以过滤掉水中的悬浮物；（5）石英砂过滤后的水抽入活性炭滤池，活性炭利用其多孔性固体表面，可以吸附大部分可溶性杂质；（6）经过两道滤池过滤后，还需要投入三氯异氰尿酸进行杀菌消毒，三氯异氰尿酸会与水分子形成氯酸根离子，氯酸根离子具有强氧化作用，可以氧化有机物，如脂肪酸、蛋白质和核酸，从而对细菌、病菌等实现有效的消毒作用[5]，三氯异氰尿酸还具有聚合作用，可以把大分子有机物聚合在一起，使其在水中的溶解度降低，从而达到消毒效果。

图4自来水净化流程

2.2.2净化过滤消毒过程中的注意事项

(1）明矾溶解液的投放量。基本标准为每立方米投放20g，但还要视原水浊度，p H值的具体数据，适当增减；

(2）三氯异氰尿酸消毒过程。每立方米水投放4g进行消杀细菌，在输水管末端，定时监测水体余氯含量；

(3）在配置三氯异氰尿酸前，一定要戴好口罩、手套、眼罩，防止溶液进入眼内，造成伤害。配置过程选择通风较好的地方，使用冷水配置，增加空气流通；

(4）三氯异氰尿酸的储存要在阴凉避光、防潮、密封保存，隔离火源与热源，不可混储存；

(5）每月送检验样本做检验鉴定。

2.3水的检测

小型自来水厂的水质检测是偏远乡村饮水前的最后一个环节，也是最关键环节，小型自来水厂出水前的把关严不严，直接标志着该水厂建设的成功与否。小型自来水厂的检查，一般坚持每日常规检测与每月一次专业检测相结合的办法，水源水质较差的小型自来水厂则一般采取每日常规检测与每半月一次专业检测的加强保障。小型自来水厂的检测一般由专业检测机构到场取水，或者经过专业机构培训后严格按照规定取水送样。一般在集水池或本单位的用水终端等多环节取样，确保多个相关环节的水质同时达到健康饮用水的最低标准。只有严格、专业、频繁、多环节的水质检测，才能确保乡村自来水厂生产的饮用水安全，才能真正把偏远地区老百姓急、难、愁、盼的饮水问题解决好，才能把好事做好。

3、结论

乡村小型自来水厂水源的选择、取水口的选择、水泵的选择等核心要素、关键环节的把关关系到乡村小型自来水厂水泵房的选址、建设是否科学、合理、集约、高效，关系到供水的及时性、水量的充足性等，直接影响乡村小型自来水厂后期的运行、管理和维保。水循环真空引水系统的运行原理掌握和常见故障排除，自来水净化流程的细化把控和净化过滤消毒过程中的注意事项操作，关系到乡村百姓是否能喝到健康、安全的水，关系到偏远地区的老百姓能否有获得感、安全感和幸福感，是新农村建设不可或缺的重要一环。

参考文献:

[1] 韦玮.我国小城镇给水系统建设技术及给水污泥资源化研究[D].重庆大学,2006.

[2] 赵勇刚,祝永华.自来水厂小型DCS系统优化改造[J].电气时代,2008,(07):118-20.

[3] 周静.小型自来水厂水质监测质量控制及管理[J].科技创新导报,2017,14(18):137-8.

[4]孙静.小型自来水厂数据采集与监测系统的设计[A].黎明职业大学,2010.

[5]张识.自来水厂加氯系统的设计与开发[D].东南大学,2021.

文章来源:凌平跃.乡村小型自来水厂水泵房的选址及系统关键功能分析[J].福建冶金,2023,52(05):64-67.