住宅二次供水低位貯水設(shè)施設(shè)計探討

程冬偉

(上海市水利工程設(shè)計研究院有限公司，上海 200063)

隨著城市發(fā)展加快，住宅建筑市場已形成高層與多層建筑交叉混合的布局形式。二次供水是城市供水的一個重要組成部分，目前低位水池(箱)+變頻供水的應(yīng)用占很大比例，其水質(zhì)二次污染問題也成為人們關(guān)注的焦點。為解決好“最后一公里”的供水問題，二次供水管理體制已發(fā)生很大變化，多數(shù)城市采用了新建設(shè)施按供水企業(yè)標準進行建設(shè)，原有設(shè)施改造后由供水企業(yè)統(tǒng)一進行管理[1]。在逐步建立信息采集、遠程監(jiān)控等硬件底層條件及智慧水務(wù)建設(shè)背景下，本文主要對住宅二次供水系統(tǒng)低位貯水設(shè)施設(shè)計進行探討。

1 水池(箱)的主要問題

1.1 容積不合理

建筑物生活用水低位貯水池的有效容積應(yīng)按進水量與用水量變化曲線經(jīng)計算確定，當資料不足時，宜按建筑物最高日用水量的20%～25%確定。小區(qū)生活用水貯水池的有效容積應(yīng)根據(jù)生活用水調(diào)節(jié)量和安全貯水量等確定，并應(yīng)符合下列規(guī)定：

a.生活用水調(diào)節(jié)量按流入量和供出量的變化曲線經(jīng)計算確定，資料不足時，可按小區(qū)最高日生活用水量的15%～20%確定；

b.安全貯水量應(yīng)根據(jù)城鎮(zhèn)供水制度、供水可靠程度及小區(qū)對供水的保證要求確定[1]。

目前對于住宅建筑用水量規(guī)律的研究不充分，缺少住宅建筑用水量應(yīng)用模型，很難得到進水量與用水量的變化曲線。在實際設(shè)計過程中，為保證安全供水，常以最高日用水量的上限值確定。其結(jié)果往往導(dǎo)致實際容積偏大。水池(箱)進水常規(guī)采用浮球閥控制，是一種隨用隨進的進水方式，導(dǎo)致沒有對貯存用水進行調(diào)節(jié)，未發(fā)揮其調(diào)蓄作用，只起到了二次加壓的作用。

1.2 水質(zhì)污染

水池(箱)的容積偏大，更新周期較長，余氯值偏低；內(nèi)部未設(shè)置導(dǎo)流設(shè)施，進、出水管布置不當，容易在拐角等處形成死水區(qū)，而且面積較大，容易滋生細菌，污染水質(zhì)。

二次供水設(shè)施雖已逐步開展與其他功能用房分隔，但隔離外側(cè)的周邊環(huán)境衛(wèi)生仍不容樂觀。水池(箱)的人孔有蓋板且上鎖，但未有密封措施；通氣孔、溢流管設(shè)置了一道防蟲網(wǎng)，但設(shè)置簡易未起到應(yīng)有作用。

2 設(shè)計探討

2.1 水池(箱)本體

2.1.1 水箱材質(zhì)

水池(箱)中余氯的消耗受溫度、初始濃度、水中與氯反應(yīng)的有機物、無機物、細菌數(shù)量、與水接觸的材質(zhì)等諸多因素的影響。目前住宅市場上低位水池(箱)已逐步淘汰混凝土材質(zhì)，原有混凝土水池(箱)在改造過程中已采用內(nèi)襯PE、不銹鋼板等方式進行改造。新建項目多數(shù)采用不銹鋼水箱。

不銹鋼材質(zhì)雖然耐腐蝕，但含氯量較高的水對不銹鋼造成的危害極大，氯離子會破壞不銹鋼表面的保護膜，導(dǎo)致鐵離子暴露在水中，很容易生成鐵銹，影響水質(zhì)，也容易形成漏水點。按生活飲用水衛(wèi)生標準及城市供水水質(zhì)標準，氯化物的限值為250mg/L。建議在設(shè)計水池(箱)時參考供水單位的氯化物水質(zhì)指標，同時參照《火電廠循環(huán)水處理》有關(guān)規(guī)定：當氯化物含量在0～200mg/L時，選用S30408材質(zhì)；在200～1000mg/L時，選用S31603材質(zhì)。

調(diào)查時發(fā)現(xiàn)不銹鋼水箱內(nèi)部焊接處會產(chǎn)生腐蝕，其主要原因是不銹鋼板材焊接產(chǎn)生了晶間腐蝕，焊接處同時也存在應(yīng)力腐蝕，不僅降低了供水水質(zhì)，也降低了水池(箱)的使用壽命。建議對焊接式與裝配式不銹鋼水箱在生命周期內(nèi)進行經(jīng)濟比較，合理確定水池(箱)安裝方式。

2.1.2 容積

水池(箱)容積越大，供水越安全。但容積越大，水在水池(箱)中的滯留時間也就越長，導(dǎo)致余氯耗盡，微生物開始繁殖，對水質(zhì)產(chǎn)生較大影響。城市供水水質(zhì)要求加氯消毒時，管網(wǎng)末梢水總氯含量不小于0.05mg/L。自來水在水箱中貯存24h后，余氯減少為0。特別是在夏季，水溫較高，水中余氯含量會迅速減小，12h后即減少為0，不宜直接飲用。

當資料不足時，水池(箱)的調(diào)節(jié)容積宜按建筑物最高日用水量的20%～25%、小區(qū)最高日用水量的15%～20%確定，其取值參照《室外給水設(shè)計標準》中清水池有效容積的設(shè)計計算。與建筑、小區(qū)調(diào)節(jié)容積計算相比，凈水廠內(nèi)清水池進水流量基本恒定，每小時進水約為最高日用水量的4.17%；而小區(qū)、建筑物水池(箱)進水為非恒定，設(shè)計標準規(guī)定其流量值不小于建筑物最高日平均時用水量，不宜大于最高日最高時進水量。市政接入點壓力取0.16MPa、0.28MPa(管道附件壓力損失：低阻力倒流防止器取0.04MPa，水表取0.03MPa，過濾器取0.01MPa，管件當量長度及管道長度合計取200.0m)，通過Epanet軟件分別計算設(shè)置于室外地面的水池(箱)(有效水深取值為1.6m，最低水位為0.5m，初始水位為1.5m)不同管徑進水管的進水流量，結(jié)果見表1。

表1 不同管徑不同壓力下進水流量

以某一小區(qū)為例，市政接入點壓力為0.16MPa，其最高日用水量為400m3/d。假定其用水量見圖1(占最高日用水量的百分比)，小區(qū)用水時變化系數(shù)為1.90。最高日平均時用水量為4.63L/s，最高日最高時用水量為9.26L/s，其余設(shè)計條件同上。水池(箱)按設(shè)計標準20%取值，調(diào)節(jié)容積為80m3，初始水位取1.0m。根據(jù)表1及參矩形給水箱圖集，進水管徑選取DN80。通過Epanet軟件模擬其水池(箱)的水位變化，見圖2。

圖1 最高日用水量百分比變化曲線

圖2 水池(箱)水位變化曲線

從圖2中可以看出，低水位時仍保證了水池(箱)的蓄水，最高日內(nèi)水池(箱)水位的變化幅度較小。分析其原因為在正常市政水壓條件下，進水管的進水量充足。上述分析不足之處是未能利用設(shè)計秒流量反映最高日用水量變化曲線，但水池水位變化曲線反映了調(diào)節(jié)容積按最高日用水量的20%取值時偏大。建議新建及原有水池(箱)均設(shè)置水位監(jiān)測裝置，運用智慧供水平臺對水位數(shù)據(jù)進行分析，總結(jié)本地區(qū)的用水規(guī)律，以制定適合本區(qū)域的新建水池(箱)調(diào)節(jié)容積的優(yōu)化措施，原有的水池(箱)減少水力停留時間的措施。

安全貯水量考慮因素如下：

a.最低水位不能見底，需留有一定水深的安全量，一般最低水位距池底不小于0.5m。

b.市政管網(wǎng)供水可靠性，市政引入管根數(shù)、同側(cè)引入與不同側(cè)引入等選擇的不同，將可能影響發(fā)生事故時段的貯水量，如市政管道因爆管等原因需要檢修斷水，根據(jù)《城鎮(zhèn)供水管網(wǎng)運行、維護及安全技術(shù)規(guī)程》(CJJ 207—2013)，供水管道發(fā)生漏水，應(yīng)及時維修，宜在24h之內(nèi)修復(fù)。

c.小區(qū)建筑用水的重要程度。水池(箱)常規(guī)設(shè)計水深為1.5～2.5m，按安全貯水最低水位0.5m計算，其安全貯水量約占總?cè)萘康?0%～33%。

安全貯水量的水在實際工程中很難利用，因為不銹鋼水池(箱)其出水管從水池(箱)側(cè)邊接出，距箱底不小于50mm。為保證水泵正常吸水，吸水時不產(chǎn)生旋渦，吸水管上方需保留一定的水深。為保證水泵運行安全，常設(shè)置最低液位距底部0.5m，以致安全水量不能被使用。建議在設(shè)置水池(箱)時，設(shè)置水泵吸水坑，吸水坑的大小和深度滿足水泵吸水管的安裝要求，使安全貯水量能得以利用，提高水池(箱)水的有效利用率。

2.1.3 導(dǎo)流裝置

《矩形鋼筋混凝土蓄水池》中蓄水池進水管流速采用0.5～1.2m/s，出水管流速采用1.0～1.2m/s，平面布置中為避免水流短路，其導(dǎo)流廊道寬度基本在3m左右。楊坤等[2]對水池內(nèi)水流態(tài)進行了數(shù)值模擬，結(jié)果表明設(shè)置導(dǎo)流板可以提高水池內(nèi)水流流速、減少死水區(qū)面積，從而保證供水水質(zhì)。因此，建議在水池(箱)的設(shè)計過程中結(jié)合其平面布置合理設(shè)置導(dǎo)流裝置。

2.2 附屬設(shè)施

2.2.1 進水裝置

水池(箱)的進水管徑的確定容易成為一個被忽視的問題，在設(shè)計時往往認為較大管徑會比較小管徑更加安全有保障。但偏大的進水管使水箱的補水時間縮短，導(dǎo)致水池(箱)內(nèi)液位一直保持高水位運行狀態(tài)，建議根據(jù)市政管網(wǎng)條件、用水量變化規(guī)律，合理確定進水管管徑。在進水管上安裝電動閥門，有溢流水位或地面積水情況及時關(guān)閉電動閥門，可以避免進水管故障時，長時間溢流排水，達到節(jié)約水資源的目的。同時也可以配合時間控制器，開閉電動閥門，以發(fā)揮水池(箱)調(diào)節(jié)容積的作用，減少高峰時段的供水矛盾[3]。

2.2.2 水池(箱)的人孔、通氣孔、溢流管

水池(箱)的人孔、通氣孔、溢流管應(yīng)有防止生物進入的裝置，主要通過設(shè)置防蟲網(wǎng)罩來實現(xiàn)。查閱圖集及現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，防蟲網(wǎng)罩常用做法是在通氣孔、溢流管末端綁扎一道10～18目鋼絲網(wǎng)，人孔增加蓋板并上鎖。國家、地方將二次供水泵房納入反恐怖防范重點部位，雖與其他功能用房實現(xiàn)了物理分隔，但水池(箱)外側(cè)周邊的環(huán)境衛(wèi)生仍得不到保障。建議人孔蓋板與人孔壁之間增設(shè)密封圈；在通氣孔末端綁扎兩道16目不銹鋼鋼絲網(wǎng)，在兩道網(wǎng)中間夾活性炭吸附包；溢流管在設(shè)置兩道不銹鋼鋼絲網(wǎng)的同時增設(shè)單向閥。

2.2.3 水質(zhì)檢測儀表

為解決“最后一公里”水質(zhì)問題，實現(xiàn)智慧供水，供水管理單位在水池(箱)設(shè)置了在線水質(zhì)檢測儀表，以實時監(jiān)測內(nèi)部水質(zhì)。其常規(guī)檢測指標有溫度、濁度、pH值、余氯。溫度、濁度等物理檢測不需要使用化學(xué)藥劑，余氯常采用化學(xué)檢測法，需定期投加藥劑。建議增設(shè)在線檢測儀表后其(余氯)排水應(yīng)單獨排至室外污水管網(wǎng)。水箱定期清洗廢水、溢流水等，根據(jù)各地水務(wù)部門的要求排至室外雨水或污水管網(wǎng)。在實現(xiàn)智慧供水的同時，也實現(xiàn)了雨(污)分流，保證了水環(huán)境質(zhì)量。

3 結(jié) 語

本文結(jié)合水池(箱)現(xiàn)狀，詳細地分析了需解決的問題，并對改進措施進行了探討。結(jié)合進水條件及用水規(guī)律，合理確定水池(箱)容積，適當調(diào)配其調(diào)蓄能力；通過增設(shè)導(dǎo)流設(shè)施，優(yōu)化其附屬設(shè)施。在智慧供水的背景下，可提高二次供水安全性，減少高峰時段的供水矛盾，確保居民供水的水質(zhì)安全。