1.我国供水事业呈现大发展,大提高局面
1992年建设部组织制订了《城市供水行业2000年技术进步规划》(简称《2000年规划》)。1992年来,我国供水行业有了很大发展和提高。和1998年相比,城市供水能力由6605.33万m3/日提高到11181.02万m3/日,已有80%的城市供水能力大于高日供水量,供求矛盾得到缓解;年售水量由170.04亿m3提高到222.49亿m3,基本上适应了用水增长需要,人均综合用水单耗已达到发达国家偏高的水平;用水人口由1.29亿提高到1.72亿,相应普及率由90.84%提高到95.03%;与此同时,固定资产原值由160.13亿元提高到798.24亿元。
供水水质有了明显提高。
椐66家水司(一类水司16家、二类水司15家、三类水司28家)的典型调查,1999年管网水四项指标(细菌、大肠菌、浊度、余氯)的合格率已提到99.49%,国标35项合格率已提高到99.78%。超过《2000规划》的要求(管网4项指标及国标26项合格率;对一类水司要求分别为98.75%及98%;二类水司分别为98.25%及98%;三类、四类水司分别为95%及90%。)椐提供资料更具体的28个水司统计,1999年管网水浊度平均为1.12NTU。而制定《2000年规划》时,曾对30座地面水厂及21座底下水厂的1990年的管网水作了调查,浊度平均为1.26度。当时浊度单位未统一,多数用mg/L,少数NTU。1mg/L的浊度约相当于2NTU。可以说浊度有了明显降低。尤其可喜的是,一、二类水司按《2000年规划》的目标要求供水,很多水司达到了目标要求。如上海、杭州、武汉、等水源条件不算好的水司均达到了一类水司的水质目标要求。
按《2000年规划》要求,在水司建立35个国家级水质监测站和一批省级监测站并通过5次质控测试以及28个新水质项目测试方法的建立,使水司水质检测水平有了明显提高,为提高水质创造了必要条件。
九十年代众多水司面临水源进一步污染,为了使供水水质达到目标要求,进行了微污染水处理技术,除藻技术等研究取得一定进展并在一定规模中进行实践,尤其是生物预处理的研究和应用,为提高水质作了贡献。
九十年代我国新建扩建一批工艺和自动化水平相当高的水厂,计算机在供水企业的管理,水费系统等的应用已相当普及,地理信息系统,管网建模和网站建设有较大发展。
主要单耗相对有所下降,如电耗由316.4度/千m3,降到200.09度/千m3。
大发展,大提高的成就为今后十年的发展奠定了良好基础。实践证明,《2000年规划》对供水事业的大发展,大提高起了重要推动作用。
2.供水事业面临新的形势要求
《中共中央关于制订国民经济和社会发展第十个五年计划的建议》[简称《十五计划》]指出:
●国民经济将得到较快的持续发展,今后十年国民生产总值将翻一番。
●把不断提高人民生活水平作为全部工作的根本出发点。人民生活水平将有较大提高。
●对外开放将进入新的时期,需要进一步改善投资环境。
●实施西部大开发。力争五到十年间,使西部地区基础设施和生态环境有一个突破性的进展。
●我国将实施城镇化战略。发展小城镇是推进我国城镇化战略的重要途径。
●科技创新已成为发展生产力的关键因素。科技创新的重点任务是:加强技术创新,发展高新技术和提升产业技术水平。
●国务院“关于加强城市供水、节水和水污染防治的通知”(简称 《国务院通知》)又明确了城市供水,节水和水污染的方针和目标作为重要基础设施的供水事业,要进一步适应国民经济持续较快发展,人民生话水平不断提高,对外开放进入新的时期的需要。要支持西部大开发和实施城镇化战略要求。供水事业要进一步依靠科技创新,要提升全行业的技术水平.
3.关于2010年规划的奋斗目标
水质关系到广大人民身体健康,对外开放的环境和部份产品的质量。提高水质是进一步形势发展的需要,也是国际供水事业基本发展趋势。提高水质将是今后十年的主攻目标。
到1998年,城市供水普及率为95.03%,县约为86%。有的城市还缺水,有的人饮用不到安全的水,这对健康影响甚大。《国务院通知》中指出,解决城市缺水问题,直接关系到人民群众的生活,关系到社会稳定,关系到城市可持续发展。《2000年规划》制订时,预计到2000年还不能完全解决供求矛盾和部份低压区问题,只能要求已有的供水设备提高供水保证率,尽最大努力供好水。大发展,大提高期间打下的基础和积累的经验,在今后十年内有条件解决供求矛盾,做到保证供水。使城镇居民基本上能人人饮用到自来水,用户水嘴随时能放得出水。保证供水是今后十年的关键性目标。
充分发挥第一生产力的作用,依靠科技进步,运用国内外的先进技术和经验, 提高全行业技术水平,以相对少的投资和相对低的成本,完成提高水质和保证供水的任务则是技术进步规划的核心。
目前我国人民生活水平总体上达到了小康水平,人均GDP约为800美元 ,城镇要比全国平均数高得多,其中上海﹑深圳等城市已达到4000左右美元。据世界银行1998年对国家、地区所作的经济分类为:高收入国家人均GDP>9631美元;上中等收入国家3031-9360美元;下中等收入国家761-3030美元;低收入国家<760美元。通过十年较快的发展,GDP将翻一番。其中上海﹑深圳等一批经济发达城市的人均GDP将达到或接近高收入国家水平,一大批城市将达到上中等收入国家水平。与此相适应,将对城市供水提出不同奋斗目标。对一类水司基本上按当前发达国家的水平作为目标;对二类水司基本上按当前国际水平作为目标:对三﹑四类水司分别提出适合发展需要,符合国情﹑地情的进一步提高要求。
二. 提高水质
1.关于水质目标
确定水质目标的基本原则是:
● 在《2000年规划》水质基础上,根据近年来国际上对水质要求的发展趋势和我国具体情况,对部分水质项目和指标值进行修订。一类水司将基本达到当前美国,欧盟水质标准水平;二类水司将基本达到《世界卫生组织水质准则》的水平;三类水司将参考《世界卫生组织水质准则》,增加部分项目;四类水司按国家标准,其中个别指标要求稍高些。
● 水司仍分四类;一类为直辖市及高日供水量(不包括专供工业用的系统,以下同)超过100万m3/日的水司;二类为省会城市及供水量为50—90万m3/日的水司;三类为10—49万m3/日的水司;四类为<10万m3/日的水司。如技术经济上有条件,也有需要,可按提高一类的水司要求。
●对微生物学项目提出更高的要求。浊度要求更低;提出消毒剂需要的接触时间;对一类水司提出控制寄生虫要求。补充国内使用的消毒剂的最大含量和副产品控制要求,以及有机对有聚合物单体含量要求。对有毒有害物质,根据国际发展趋势和我国情况进行局部补充调正。对感官性指标,一,二类水司分别参考美国、欧盟及世界卫生组织水质标准或准则制订。如技术经济上有条件,也有需要的,经论证后,可自订更高要求。
● 为了便于操作,水质目标将提出合格率要求和水质检验频率要求。尚无国标检测方法的水质项目,可用《世界卫生组织水质准则》推荐的检测方法,《美国水与废水标准检验法》和美国环保局的检验法。一类水司对要求的检测项目原则上要能自检。二、三、四类 水司日常检测项目,水司要自检。检测频率低的,根据效益和条件,可以自检和委托其他监测站检测。
● 建设部已明确要制订饮用水行业标准。2001年将重点进行标准的制订工作。本水质目标与行业标准有矛盾的按行业标准,或者以行业标准为水质目标。
2.加强技术管理,尽量发挥现有净水设备的作用
(1)净水厂日常运行要抓住主要运行指标
不是所有水质项目经常检测,在日常生产运行中抓住有关连的浊度,细菌﹑大肠菌,以及余氯及其接触时间是非常必要的。
随着浊度降低,水中微生物和其他颗粒性物质随之降低,形成氯消毒副产物的母体,挥发性和半挥发性的有机物,致突变活性也有所降低。特别是氯消毒难以灭活的隐性孢子虫,它的去除主要靠浊度降低。浊度是感官性指标,也是运行性指标,美国则把它列入微生物学指标拦内。为降低微生物风险,尽量多去除有关污染物,并结合我国国情和各地情况,提出表 的浊度要求。
水中微生物主要有三类:细菌﹑大肠菌,病毒和寄生虫。从灭活难度讲,细菌﹑大肠菌安全,不等于病毒安全,更不等于寄生虫安全。即使美国的供水条件,1976年到1994年共发生水质事故414次,患病人数共528,757人,除了少数原因不明者外,事故次数的84.1%和患病人数的99.2%是微生物学指标引起的,其中主要是寄生虫。1991年1月开始,拉丁美洲霍乱大流行,130万人患病,近1.2万人死亡。其中原因之一是担心氯消毒副产物而削弱了消毒。 作为消毒的运行指标,细菌﹑大肠菌﹑粪便大肠菌的合格率,余氯及其接触时间按表 要求。
2.加强科学管理充分发挥每一工艺构筑物的作用
一般讲,要达到一定的出水浊度,在一定条件下,必须保持一定的沉淀水浊度。要达到一定的沉淀水浊度,需要保持适当的混凝剂加注量。滤池冲洗强度要处于优化状态,一般水冲方式要注意随水温变化调正冲洗强度;含泥量要保持在3%以下,最好1%以下;滤层厚度保持在设汁值;要注意初滤水水质;运行时要避免滤层产生负水压,避免滤速变动过快;当水量低于设计流量时,尽量降低运行滤速有利提高去除率。
如沉淀池,积泥少有利于提高沉淀效果,要综合考虑沉淀效果及排泥水量等因素,使积泥维持合适高度;如净水量有一定减少,静态混和器和各种隔板絮凝池的效果将降低,而沉淀效果却有所提高,要比较停用部份混凝池的合理性。
在日常运行中,关键之一是合理加注混凝剂,判别加注是否合理的标准是,沉淀水浊度能否稳定在目标幅度内。
重复利用滤池反冲水的水厂要注意反冲水的水质。利用反冲水,往往把滤池截留的污染物又回到原中水去,浓缩了某些污染物。要权衡对水质影响及节约水源的利弊,或采取必要处理措施,因地制宜加以合理利用。
(3)合理选用混凝剂,消毒剂,助凝剂及助滤剂
合理选用混凝剂是提高净水效果的重要方面之一。要先通过搅拌试验,后经生产验证,择优选用。不同季节可能宜用不同品种的混凝剂。
合理选用氧化消毒剂。作为前氧化,氯,氯胺,臭氧,二氧化氯,高锰酸钾等氧化消毒剂均可能采用,都要在保证消毒的基础上控制它的副产物。作为消毒剂宜用氯胺和氯,二氧化氯也能用。除考虑消毒副产物外,还要考虑在管网保持余消毒剂。根据以上原则,比较利弊得失,合理选用氧化消毒剂。氯仍将是主要氧化消毒剂。
美国是对氯消毒副产物控制很严格的国家。据美国自来水协会1990-1991年数据库的资料,据1256个供水企业,服务人口为2.09亿人的统计,使用的消毒剂如按水厂数比例统计:64%用氯;6%用二氧化氯;18%用高锰酸钾。如按服务人口统计:46%用氯;25%用氯胺;6%用二氧化氯;21%用高锰酸钾。以上情况可供参考。
合理便用助滤剂,特别是用聚合物可能明显改善过滤性能。即使较高的进水浊度和较高的滤速也能使出水浊度降到0.1或0.2NTU。滤层的含泥能力可能是制约进水浊度和滤速的重要因素。以一般混凝剂作为助滤剂也能改善过滤性能。是否使用助滤剂是常规净水工艺运用中值得比较选择的。
(4)合理使用助凝剂也是提高混凝沉淀和过滤性能的一个措施,尤其是低温低浊,高浊等难以处理的水。
在控制毒理性指标符合标准的前提下,可对有机,无机聚合物作助凝剂先进行搅拌试验,分析利弊,经生产运行验证后推广使用。
3.必要的合理的技术改造是充分发挥常规处理效果的重要保证
净水技术在不断发展。由于历史上各种条件的限制,当时设计的或现有的净水构筑物,有其些方面在技术上不尽合理;或由于水质要求提高,现有净水设备不能很好适应。需要通过测试,以先进的技术理论,结合现有设备条件,进行技术改造,以达到改善水质,降低成本的目的。
常规处理通常包括混和,絮凝,沉淀,过滤和消毒等几个工艺过程。就降低浊度等指标而言,混和是成功的关键,絮凝是提高沉淀效果的重点,沉淀是保证滤前水质的条件,滤池是达到浊度要求的保证。
(1)快速而均匀地混和是成功的关键
要达到快速而均匀地混和,关键是采用合理的参数及混和型式。比较合理的参数是速度梯度G=500-200秒-1;停留时间T=1-20秒。
比较合适的混和方式是:
● 当加压泵距沉淀池较近时,利用水泵混和是一种较好的方式;
● 机械混和。在净水量有较大变动时,机械混和效果较好但维修量较大;
● 管道混和器。设计较好的混和器在设计流量时效果较好,流量降低时影响混和效果。
● 水泵扩散式混和系统适用范围广,运行效果好。
可用实测或搅拌试验对比的方法,判断现有混和池的混和效果。如效果不理想,改善混和条件将是化钱很少,效益很大的改造措施。
(2)絮凝要完善
沉淀池出水浊度决定于绒体粒径,比重和沉淀条件。要使绒体凝结得大而均匀。从微小的悬浮颗粒到多大的绒体决定于有效的GTC。G为速度梯度(秒-1),T为停留肘间(秒),C为原水浊度(NTU)。GTC值可在1-10之间选择。优化的GT值可用搅拌试验求得。
絮凝设备基本上可分二大类:机械式及隔板式。机械式的优点是水量降低时效果不降低并稍有提高,温度等条件变化时G值可调节;缺点是短流相对较大,维修量较大。隔板式的优点是设备相对简单,短流相对较少;缺点是随着流量降低,絮凝效果有所降低。夏冬温度和净水量均有变化,对絮凝效果讲,在一定范围内可抵销。
(3)过滤效果决定于滤料结构,能否经常维持这个效果决定于合理冲洗
在一定的原水水质和混凝剂加注条件,过滤效果决定于滤层。滤层越细,越深,越均匀,过滤效果越好;滤层越粗,越深,越均匀则含泥能力越大,即允许的过渡周期,滤速或进水浊度可以更高。
为了保证过滤效果,滤层厚度L与有效直径之间宜维持一定比例:
普通砂滤池和标准双层滤池 L/d= 1000
粗粒深层滤池 L/d= 1300
为使出水浊度达到0.1NTU,双层滤料及粗粒滤层滤池如不加助滤剂时,L/d比需在原基础上再加25%。
现有水厂的滤池进行技术改造,可能受滤池深度甚至冲洗强度的制约,为提高过滤效果,常规滤池翻砂时宜改为均粒滤料,其深度要尽量利用,均匀系数宜尽量小,有效粒径为厚度的1/1000。最好冲洗强度能满足新滤层的需要,否则加表面冲洗。是否改造为气水冲洗或较彻底地改造为粗粒深层滤池决定于技术经济比较。
(4)水厂改造要考虑消毒接触时间问题
为控制微生物风险,对不同消毒剂及残余量,保持相应的接触时间是必要的。一般讲,加注量往前移可延长接触时间,但会增加副产物浓度;氯胺产生的副产物比氯少,但需要更长的接触时间。在保证消毒,副产物又能达到标准的条件下,通过搅拌试验和生产验证,探索适合本身条件的消毒剂,加注量及加注点。如果必要,得扩大清水地容量。美国实施《加强地面水处理规则》及《消毒剂、消毒副产物规则》,其中重要措施之一是增设请水池。
清水池容量包括三方面需要:调节净水量和供水量之间的差额;消毒剂的接触时间;根据需要和条件,留些安全储水和运行操作上的余地。
(5)装置必要的在线水质检测仪表
为有效控制浊度,需装置在线浊度仪如下:
一类水司:原水,每组沉淀池出水,每格滤池出水,出厂水。
二类水司:原水,每组沉淀池出水,每组滤池出水(及其中一格滤池的出水),出厂水。
三类水司:原水,滤池待滤水(及其中一格滤池的出水),出厂水。
四类水司:出厂水。(如有条件可适当增加)
为控制余氯,要求装置自动检测余氯仪如下:
一、二类水司:加注点,每个加注点的构筑物出水处,出厂水。
三、类水司:加注点,出厂水。如二次加氯,需补另一加注点及加注点构筑物汇总后的出水。
四、类水司:出厂水。
为控制浊度和余氯的稳定性,对混凝剂及消毒剂加注自动化的要求为:
一类、二类水司及单池能力超过5万m3/日的水厂实施混凝剂加注自动化及后加氯自动化。
其他有条件并在技术经济是合理的,仪表及自动化可适当多搞一些。
4.如现有净水工艺不能满足水质要求,要合理增设深度处理工艺
净水工艺的基本任务是,以最经济合理的方法把原水处理为满足供水水质要求的水。因各地原水中所含的污染物在品种和数量上相差甚巨,而供水水质要求也有所不同,增设的水处理工艺要因地制宜进行探索。当原有净水工艺,即使经过改善,仍不能满足供水水质要求时,得探索深度处理工艺。
首先要按供水水质要求的项目,测试原水和现供水水质,明确超标的项目,以便采取相应对策。一般宜先进行实验室试验或小型试验,对几种可能的工艺方案进行技术经济比较。从技术上合理,经济上合算,工程上可行,管理上可操作等条件,择优选用。经生产验证后推广应用。
(1)当氨氯等可降解的有机物为主要矛盾时,宜首选生物预处理方案
我国的污水处理率尚偏低,较多的地方原水中氨氮等有机物偏高。实际上污水处理中生物处理的任务一定程度上落到净水厂了。要去除氨氮等可降解有机物,经多年实践比较,用生物预处理法比较合适。稍偏高的尤其是短期的,折点加氯有可能是合适的。
国内对几种生物预处理方法已初步积累了经验,可因地制宜选用。
(2)当超标的项目为生物不可降解的有机物,或经生物预处理后有些有机物项目仍然超标,宜先用氧化剂,首先考虑臭氧。对分子量高的有机物,加强混凝也可能是合理的方案。加注强氧化剂尤其是臭氧后,水中可吸收有机炭(AOC)大量增加,细菌大量繁殖,一般后续宜加生物活性炭工序。
在试验比较的基础上,择优选用。
(3)关于进一步降低嗅味
最好对照世界卫生组织水质准则所列的感官性项目的阈值,找出那些项目的指标值偏高,以便对症下药。
一般宜比较活性炭吸附(短时间宜加粉末活性炭),高锰酸钾或其他氧化剂氧化以及臭氧活性炭等工艺,然后择优选用。
(4)关于藻类
目前国内较大范围内原水受到污染,有的地区在近期内还有增加趋势;随着充分利用水资源,将增加新的蓄水库,未来十年藻类威胁很可能甚于以往。藻类不仅影响水处理,更带来水的嗅味和藻毒素。要引起足够重视。
解决藻类向题的根本措施是环境保护。我们要积极反映,呼吁,配合有关部门进行环境保护。与此同时,要积极采取处理措施,控制藻类的危害。控制藻类力争在前道工序采取措施,以减少其影响。在较深的水库可研究曝气筒的可行性,一般在水深8米以上的水库,曝气筒可取得较好的控制效果。对小水库、人造蓄水库要研究加注硫酸铜等药剂,控制其繁殖的可行性。对避咸蓄淡水库等可研究提高水库水浊度的可行性。在进净水厂端,试验用微滤机特别是长毛绒过滤机去除藻类的效果。试验并分析在进厂端加注消毒剂的利弊和合理性。进入混凝沉淀池的水是低浊高藻,温度适宜的水,力争在混凝沉淀中提高其去除率。除加消毒剂外,加泥、使用助凝剂和提高混凝剂加注量等,均能一定程度上提高去除率。同样在运行管理上尽量提高滤池的去除率,以改善出厂水质。
越是在前道工序采取措施,藻类对供水水质影响越小。要结合各自条件探索因地制宜的除藻方案。
(5)要密切注意膜技术的发展和应用。
膜法能彻底去除水中微生物,对有机及无机污染物有很高去除率。在国际上,由于膜技术的进步和价格不断下降,在一定规模,用微滤、超滤替代常规处理,用纳滤替代深度处理已是经济合理的方式。在未来十年,在国际上很可能是膜技术大发展的时期。在国内也可能达到或接近经济实用阶段。在规模小的水厂,如技术经济条件和现净水工艺类似,可先采取膜技术,以积累经验。
5.关于进一步改善感官性项目的指标值问题
水中微生物及有毒有害物质涉及用户身体健康。必须达到规定的目标要求。感官性项目也是污染的结果,虽然一般不影响身体健康,过高会使人感到厌恶,也达到水质目标要求。
在保证供水安全的前提下,如用户对饮水感官性指标有比水质目标更高的需求,可进行处理效果的试验和效益—投入的论证。如多数居民为改善某些感官性指标,愿承担相应增加的水费,可采取全面性措施。如少数人感到这样合适,可因地制宜采取小区分质供水或瓶装水的方式。
6.改善管网水质的主要措施
在编制《2000年规划》时,曾对我国主要的30座地面水厂和21座地下水厂的1990年出厂水和管网水作了调查。主要情况如下:
出厂水与管网水比较(平均值)
项目 单位 地面水厂 地下水厂
出厂水 管网水 出厂水 管网水
色 度 6.02 6.67 2.96 6.76
浊度 NTU 1.31 1.62 1.19 1.63
铁 mg/l 0.093 0.095 0.069 0.113
细菌总数 个/ml 8.0 21 2.6 26
当供水水质进一步改善后,管网中增加的污染量,占出厂水的比例将增加,改善管网水质显得更为重要。
特别是管网水质的改善涉及到管网改造,它需要的周期比改善出厂水更长,这项工作需要统筹安排,抓紧按步实施。
改善管网水质的主要措施是:
(1)摸清情况以便研究对策
除了外来的污染物外,经过管网增加的污染主要是管内壁腐蚀引起的浊度﹑色度﹑铁﹑锰等含量增加,其次是由于余氯降低或水中可吸收有机炭(AOC)含量较高,引起细菌﹑大肠菌等微生物增加。调查可主要集中在这类指标。从现有资料和补测的管网资料,分析出厂水与管网水的平均增加量,
并找出增加量较多的地区。
(2)制订管网冲洗计划
一般内壁锈蚀的管道污染增加量较大,小口径管道的增加量比大口径更大。对内壁已锈蚀的,尤其是小口径管道;污染量增加较多的管道以及用户投诉黄水较多的地区(需先分折排除用户支管的因素)要增加冲洗频率。冲洗主要利用消火栓及冲冼放水口。冲冼宜单向冲洗,即冲洗时把一端阀门关闭,使单向来水,然后再关闭另一端阀门,冲洗另一段管段。这样冲洗效果更好。为方便起见,冲洗时可观察浊度,待浊度接近管网水时结束冲洗。冲洗间隔时间可通过小区试点摸索。或先定半年或一个季度,以后根据冲洗情况再作调正。
(3)控制外来污染物进入管网系统
新排管道要经严格冲消毒后投产。用户接水管要有防止用户污水倒入管网的措施。管网修漏等要尽量避免污染物进入管道。有屋顶水箱的供水系统,重点要管好屋顶水箱和地下水池。管理主要有二条:盖上盖以免污理物进入;定期清洗,一般每年一次。
(4)新排管道注意材质选择和内壁防腐
新排管通的内壁必须能可靠地防止锈蚀。输配水金属管内壁基本上涂水泥砂浆或经证实无毒,防腐性能可靠的环氧树脂等。新排管道的材质选择,结合《保证供水》内《管网设备技术改造》那节中加以叙述。
用户早上放水时短暂的黄水现象是用户支管锈蚀引起的。新排用户支管宜用UPVC,铝塑复合管,内壁涂塑的白铁管或铜管等。
(5)合理改造管网
输配水系统增加的污染物主要是管内壁锈蚀引起的,主要措施是对该管段进行技术改造,使管内壁防腐性能良好。合理改造管网结合《保证供水》内《合理选用新排管道的材质和接口》那节里加以叙述。
三.保证供水
能不能喝到安全的水,对人的身体健康和水致疾病的爆发影响相当大。在发展中国家,约一半人因供水不充分或饮用污染的水而影响健康。每年有1220万五岁以下儿童因患儿童病而死亡,超过300万人死于腹泻,其中多数是由于污染的水引起的。联合国曾提出\"饮水十年〞活动,采取多种措施提高安全供水普及率。日本厚生省在提出2000年供水行业奋斗目标时,第一条就是在全国,人人能喝到自来水.
《十五计划》指出,发展经济的根本出发点是提高人民生活水平。饮用安全的水是提高人民生活水平的基本要求和必要保证。随着经济发展,人民生活水平不断提高,进一步对外开放,在未来十年中供水行业的关键工作是,千方百计使广大城镇居民都能饮用到安全的自来水。
1.提高供水普及率
供水普及率的规划目标为:
一类水司(包括市区及建制镇) >99.8%
二类水司(包括市区及建制镇) >99.5%
三类水司(包括市区及建制镇) >99%
四类水司 (包括市区及建制镇) >98%
2. 保证服务压力
为使接上自来水的用户经常用到水,要保证服务压力。设屋顶水箱的城市或地区,服务压力要求为0.16MPa,无屋顶水箱的城市或地区,要求为0.26-0.28MPa。如测压点设在300mm及以上的管道上,测压点的考核压力需增加0.02MPa.测压点要求在供水区内均匀设置,每10平方公里只少设一个。测压点要设自动压力记录仪,或把测压资料传到公司中心调度室。
服务压力合格率= 各测压点高于考核压力的累计小时数/各测压点数×24
月平均服压力合格率的要求是:
一类水司 >99.5%
二类水司 >99%
三类水司 >98%
四类水司 >95%
注:瞬时或不满一小时的不合格按一小时计。
旱灾期,因原水不足引起用户限时供水,不包括在考核范围内。供水设备故障或维修引起的低压应包括在考核范围。
3.管网设备技术改造
保证服务压力需要有二个基本条件:供水能力大于高日供水量;配水管网能保证服务压力。到1998年,我国80%的城市供水能力已超过高日供水量,缺水城镇要继续发展供水能力。即使在供水能力大于高日供水量的城市,多数尚存在不同程度的低压区或放不出水现象,薄弱的环节主要在管网。
(1).管道技术改造的基本目标是:
● 在达到综合供水能力时,能保证供水区内的服务压力。
● 结合改造使管网达到优化状态,使输配水运行更为经济合理。
● 结合改造消除安全上薄弱环节,提高供水安全可靠性。
● 结合改善管网水质。
● 结合降低管网漏耗。
(2).要建立并加强管网测压﹑测流和测粗糙系数的工作。
该测定是了解管网实际运行情况和内在性能的重要手段。通过测定可了解主要管段的流量是否处于经济合理状态;是否有潜力或超负荷;了解低压区的所在,以及造成低压的主要原因;管道内壁锈蚀程度。
对测定的要求是:
● 高峰供水时服务压力测定。除固定服务压力点外,另加流动测压点,测压点总数不小于供水面积的平方公里数。绘制服务压力等压曲线。有条件每年测二次(另一次为冬季),或每季一次。
● 测流。根据城市规模在500mm或300mm以上管道设测流点。测流可用插入式流量计如毕托管,也可用移动式超声波流量计等。在高峰供水时,对主要管道,特别对要调查研究的管道进行测流。
● 测粗糙系数。在测流点附近(如100m左右)同时设一测压点,在测流同时用U形管测二点压力差,算得粗糙系数。粗糙系数变化较慢,可每2-3年轮流测一次。测定时间可随意。
一、二、三类水司要进行上述三类测定工作。四类水司要进行高峰供水时服务压力测定工作。
(3).要编制在综合能力时或近期供水能力时的管网优化规划
众多因素尤其是各小区用水的变化,通常使管网有不同程度的不合理现象或薄弱环节。现有管网的优化工作,其核心是:
● 各管段流速处于经济合理的状态。出厂管处于经济流速范围;高压区配水管流速可参照重力流经济流速的概念;主干管及边缘地区的管道流速要按管网技术经济流速的原理,经济流速逐步降低。流速一定程度超过上述经济范围的要放大或加排管道。
● 供水距离长的或供水区有部份高地时,要研究在管网中实施分区直接加压的可行性和合理性。通常在这样供水情况,局部加压可降低出厂压力,提高加压泵站后的经济流速,对降低能耗和造价有较大影响。
重力流管网不一定是经济合理的管网。当允许的平均水力坡降较小时,
同样要研究出厂加压或局部加压的合理性。
● 当用水时变化系数较大时,要研究管网在一定距离外的主干管附近设置蓄水库(晚上进水,白天出水)的可行性和合理性。
● 水流方向是否沿着较短的路线分布到各用水点。如有较大流量的迂回,要研究改造的合理性。
管网优化规划的用水规模,在2010年内无新增能力项目的,按现综合供水能力;有增能计划的,按2010年供水能力。管网优化规划可通过计算和分析上述测定资料相结合。
(4).编制管网改造规划或计划
其基本要点是:
● 经调查分析后,确定那些管道列入改造范围。
● 针对不同情况,采用不同的改造方案。如拆排;强度较好,管内壁腐蚀较严重的较大直径管道,可用刮管涂衬法;敷设管道困难,流量能适应需要者,用管内套管道的方法;......等。
● 根据效益和投入分析,确定改造先后。
● 用拆排方式,新排管道直径要按上述管网优化规划所确定的直径。
● 正常情况,水司每年要改造管网总长的1-2%管道,才能使供水企业可持续发展。如条件许可,过去又有欠帐的,每年宜安排2-3%.
(5).合理选择新排管道的材质和接口型式
新排管道要按:安全可靠性高,维修量少;使用年限长;粗糙系数好,输水能力强;造价相对低等原则来选择管道材质。
在近期,<50mm宜从UPVC,PE,涂塑白铁管及铝塑复合管中选择;75-150mm宜从UPVC及球墨铸铁管中选择;200-1200mm左右,宜首选球墨铸铁管,PCCP,质量好的预应力混凝土管和玻璃纤维加强管也可应用;>1400mm宜从PCCP,球墨铸铁管,钢管及质量可靠的玻璃纤维加强管中选择,直径越大PCCP的技术经济的优越性越大。根据上述四项原则经分析后确定。如生产及施工质量难以确保,尽量避免使用钢管。
6.供水水源的必要保证
部份地区水源不足已成为保证供水的重要威胁。国家很重视水资源的可持续发展。南水北调工程将缓解华北等地区的基本矛盾。我们要积极向上反映情况并配合有关部门,通过争取其他水源或水资源的综合利用,使水资源得到平衡,其保证率达到国家规定的90—97%。
我国较多地区地下水开采过量。这将引起地面沉降,水质可能恶化等一系列问题。这种状态不可能持续利用。要制订规划,新增水源或采取回灌等增加补给措施,使地下水的开采量逐步恢复到可持续利用的程度。
地下水源要通过新井审批,用水计量,合理收费,制订用水计划等办法加强统一管理,使地下水资源得到合理利用。
四.降低成本
要依靠科技进步,积极采用适用的国内外先进技术与经验,提高全行业技术水平。在达到水质目标要求和保证供水的前提下,提高投资效益,降低运行成本。
1.降低漏耗
(1).1998年全国城市的漏失率为13.05%,据调查产销差约为18%。这在国际上是偏高的。如以单位管长单位时间的漏水量统计,我国远高于发达国家。我国城市供水降低漏损的潜力尚较大。漏损既浪费巳经够紧张的水资源,又浪费供水设备的建设费和供水成本,还可能造成次生灾害。1993-1998年全国城市售水总量年增长为2.3%,合理降低漏失率,一般可能供几年用水发展的需要。降低漏损要从支持水资源持续利用以及《十五计划》提出的“实现国民经济持续健康发展,必须以提高经济效益为中心”的战略高度来认识这个问题,并作为 重点问题之一认真抓好。
(2)奋斗目标
现在建设部考核水司的产销差,较易正确统计,有利于推动加强检漏,加强管理和管网技术改造。1976年,日本厚生省要全国水司的无效率降到10%以下,主要水司先后达到这个目标,至1998年全国无效率已降到8.9%。对降低漏损起了重要推动作用。
考虑到潜力,条件等因素,提出产销差奋斗目标是:
一类﹑二类水司 12%
三类水司 13%
四类水司 14%
(3)要扎实抓好检漏工作
降低产销差有三方面措施:抓好检漏工作,抓好管理工作和加强管网技术改造。
检漏的基本方法是:音听法,区域检漏法,区域装表法,以及区域检漏和装表结合的方法。从我国情况和实践看,多数情况宜用音听法。在居民区,特别是无水池水箱的,为更正确寻找漏水宜用区域检漏法。确定本单位建立检漏队伍还是以定期委托专业单位检漏为主,可根据检漏效果与经济效益而定。
音听法所用仪器以电子放大音听仪为主。以自行检漏为主的一类﹑二类及部份三类水司宜配相关仪,部份一类水司(尤其是地下水位较低的)可配雷达仪,与音听仪同时,还要配备寻管和寻找阀门铁盖的仪器。
检漏队伍的素质(工作责任性和技术经验)和考核办法至关重要。做好这项工作检漏才能取得实效。
(4)加强有关漏损的管理江作
要从制度上,管理上采取措施,严禁私自从消火栓取水,私自接水和无表用水。
正常抄表﹑换表制度。防止漏抄,误抄,特别是工厂﹑单位表。
采取措施及时修复漏水。
鼓励群众报漏,形成人人关心漏损的局面。
2.降低电耗
电耗在供水可变成本中占重要因素。无论从国家能源政策或企业经济效益,均应予以重视。
(1)奋斗目标
送水泵站及扬程0.2MPa以上的进水泵站(不包括深井泵)和加压泵站,综合电耗的目标是:
一类水司 400度/千m3.MPa
二类水司 410度/千m3.MPa
三类水司 420度/千m3.MPa
四类水司 440度/千m3.MPa
(2)降低电耗的重点措施是合理提高机泵设备的效率
机泵设备效率偏低,主要有三方面因素:机泵设备本身效率低;高峰运行时扬程低于高效区;运行扬程变化较大,平均效率降低。
如高峰供水时实际运行效率低于市场上产品时,要研究更换机泵设备的合理性。可按下式计算经济效益。
n
A=KQ.Σ (277.9 - 277.9)HiCi
i=1 ηi ηo
A— 机泵提高效率后年节约电费(元);
K— 当地电价(元/度);
Q— 全年运行水量(千m3);
Hi— 各组出水杨程(m);
Ci— 各组出水杨程的出现机率(%);
ηo— 原机泵Hi时效率;
ηi— 改造后机泵在Hi时效率
如10年甚至15 年能回收投资的,就值得更换。高峰时扬程低于高效区不多的,可研究切削叶轮的合理性。
当运行扬程变化较大时,可研究采用调速装置的合理性。计算效益仍可用上式。如能7-8年内回收投资的可采用调度装置,否则无经济实效。
值得注意的是,调速装置用在调节扬程变化时可以节能;如扬程基本不变,用于调节流量,效率将迅速降低,不如用小水泵调流。
(3)加强经济调度
经济调度的基本原则是,在保证服务压力前提下进行优化调度,一般要求电耗最低,有的可能结合水源合理利用等因素。这是保证服务压力的一个主要手段,也是节能的一个重要途径。
一、二类水司以及部份三类水司要把管网控制点压力及水厂的出厂压力、流量、浊度、余氯、电量等主要运行参数传给公司中心调度室。供水能力1万m3/日以上的其他水司,要把控制点的压力传到调度室。控制点可以和服务压力点结合,也可另选。较远或较高地区的控制点的作用是,这些点压力达到目标值即可保证全供水区服务压力满足需要;有的在主要干管上设控制点,其目的是掌握管段流量。
经济调度的基本点是:保证较远(或较高地区)控制点压力达到目标要求,但过高了就要适当降低出厂(站)压力,以降低电耗和漏耗;研究开停那台机泵或那个水厂(加压站)的机泵,可取得最好的经济效益。
较简单实用的经济调度方法是方案比较法,即在类似水量条件下,对初步筛选的几个可能方案进行几次比较。在同样满足控制点压力的前提下,那个方案的总电量最低。经过多次比较积累,可逐步接近优化调度。如有条件,可利用管网模型或在主要干管及有关管段上设置测压点,以掌握其相应流量的模型方式,研究并进行经济调度。
3.供水能力留有合理的余地
供水能力除满足高峰供水外应留些余地,但余地过多将过多地增加投资和成本,有些城市已经感到这种矛盾。按过去的建设经验,新建一个新水厂项目从立项到建成有五年时间可以完成。因此以五年发展需要作为余地是比较合适的。
在预测今后五年发展需要时要注意:
(1)分析过去五年用水增长趋势;
(2)分析供水区的扩大和用水人口的增加;
(3)分析用水单耗。目前人均综合用水单耗(城市的,和包括自备水源的)处于什么水平,和国内外对比一下。
(参考资料::综合用水单耗L/人/日:1998年我国城市354;加拿大350;丹麦233;芬兰255;英国312;意大利237;日本386。1998年香港为369,76%的人另加海水114。1995年澳门310。据建设部统计资料,我国城市综合供水单耗(L/人/日):1990年城市供水为381,包括自备水源为796。1998年城市为389,包括自备水源为676)
(4)工业用水增长不宜用万元单耗推算,要分析国内外工业用水变化趋势和原因。实际情况是,随着GDP上升,工业绝对水量反而下降。我国工业用水潜力很大,GDP用水单耗尚是发达国家的10-20倍。
(参考资料:工业用水量,美国最高在1950年,日本在1973年,瑞典在六十年代中。以后GDP大幅度上升,工业用水总量却下降。我国城市工业用水总量,1993年为92.26亿m3,1998年为80.79亿m3。上海工业用水总量1985年为6.2583亿m3,1998年为3.9655亿m3。)
(5)国务院通知已明确要加快水价改革步伐,逐步建立激励节约用水的科学,完善的水价机制。要分析水价到位,尤其是实施上升式阶梯式水价后,对用水单耗降低的因素。
(波兰供水行业改革后,水价上升快于物价指数。1998年较1989年城市居民用水单耗下降10-60%,工业用水下降10-75%。1990年东西柏林合并时,综合用水单耗为255,生活为161。以后东柏林部份水价猛涨,1996年综合用水单耗降到173,生活降到125,其中东柏林部份单耗近乎降低一半。)
(6)降低漏耗的潜力
研究分析上述因素后,稍留些不可预计因素(如3-5%)后,可确定今后五年用水增加情况。如预测五年的增加率小于10%,余地只少留10%。
4.关于节约用水
我国是水资源不足的国家。为了保证持续发展,水资源的持续利用和节约用水是必然措施和必要保证。节约用水有多方面措施,水价政策是主要措施之一。随着节约用水和企业改革的深入,水价到位和实施阶梯式水价势在必行。对水司讲,能保持用水不增长或少增长,以及在供水能力不宽裕的情况下,减少些水量避免新建工程,将有利减少投资,减少折旧,降低成本。总之节约用水是个大局,从总体讲也是必要的经济有效措施。
节约用水工作一般由市有关部门负责管理,水司仍是一个有关的实施单位。水司要积极配合实施这项工作,并分析处理随着节约用水深入开展可能对我们的影响和发生的新要求。可能是:
我国不少城市人均综合用水单耗,特别是包括自备水源的电耗已超过GDP比我们大多少倍的欧洲、日本、香港、澳门等。水价到位,尤其是实施阶梯式水价制,可能引起类似前述波兰、东柏林水价调整后情况。
在用水发展快的国家,较多采用阶梯式水价制。实际证明,对节约用水是有效的,同时有利于照顾退休、离岗等低收入者。这种制度的前提是抄表到户,要考虑有关实施措施。
节约用水可能利用处理后污水用于冲洗、绿化等用水。这给规划工作带来新的思路,给管理工作到来新的要求。
5.因地制宜处置屋顶水箱问题
供水系统中是否设置屋顶水箱各有其利弊。利主要是:
(1)一般六层建筑,四至六层由屋顶水箱供水,可晚上进水箱。这样高峰供水时小区流量降低一倍,水厂至小区间管道相应缩小。
(2)按规范,如满足三层供水,服务压力需0.16MPa,而六层则要0.28MPa。设置屋顶水箱只要部份加压,可降低能耗。
(3)灾害﹑事故时,提高供水安全可靠性。
弊主要是:
(1)增加二次污染的机率。
(2)增加漏水机率。
(3)增加清洗等维护管理工作。
从以上利弊可见,设置屋顶水箱对降低管网造价和供水总能耗有相当效益。供水距离越长,效益越明显。
至于增加二次污染,宜进行具体调查,具体分析机率和风险。为调查屋顶水箱二次污染情况,上海市自来水公司和上海监测站于1998年3月及4月分二批共抽查50处楼房,分别在1-3层及4-6层取水代表管网水及水箱水。结果如下:
管网水和水箱水质对照表
平均值 含格率
管网水 水箱水 管网水 水箱水
第一批 第二批 第一批 第二批
大肠菌 <3 <3 100 100 100 100
细菌 合格 合格 100 100 100 100
余氯 1.22 0.69 100 100 99 100
浊度 0.85 0.95 99 100 99 99
色 8.5 8.6 99 97 99 99
铁 0.05 0.06 100 97 100 98
锰 0.05 0.05 100 93 100 95
在新建为主的城市,是否设置屋顶水箱,或那些地区设置,那些地区不设置,要根据以上因素进行全社会的技术经济分析而定。屋顶水箱供水方式中,有的设地下进水池,通过加压泵从地下水池把水提升到屋顶水箱。较经济合理的方式是,加压泵直接从城市管网进水,加压泵根据晚上定时及水箱水位自动运行。这样有利于降低能耗,降低造价,充分利用晚间管网多余能力。加压的出水管口要高于水箱溢水位,以免水箱水倒入管网。
已有屋顶水箱的城市研究是否取消,要进行上述技术经济分折,经权衡得失后确定。杭州市自来水总公司供水能力为140万m3/日曾对取消屋顶水箱问题作了研究。如取消屋顶水箱,管网改造需要增加投资共11.47亿元,其中城市管网扩容改造为4.45亿元,,管网更新为4.33亿元,取消屋顶水箱的直接费用为2.69亿元,年电费增加 1145.8万元。
