王 勇 邱象玉 石建杰

（北京市水利規(guī)劃設計研究院 北京 100048）

援外工程設計及設代經(jīng)驗總結(jié)

王 勇 邱象玉 石建杰

（北京市水利規(guī)劃設計研究院 北京 100048）

本文結(jié)合中國援剛果共和國奧約市供水工程實例，通過從初期設計到后期施工、設代的整個過程，分析援外工程中存在的問題、難點，明確了援外工程的設計原則，并從水源的選擇、給水形式、水質(zhì)處理、施工方式等多方面詳細進行了分析，最終通過水源的比選、高位水塔供水工藝設計以及傳統(tǒng)絮凝消毒水處理的選型，有效解決了援外工程設計、施工的重點難點問題，為今后類似的援外工程設計及設代提供了有利建議和參考。

援外工程 設計代表 供水工藝 水處理

引言

援外工程是指中國對第三世界國家進行技術(shù)、物資援助的一種方式，一般對外援助是由中國政府提供資金、技術(shù)、設備和施工隊伍，建成后無償交給對方。援外工程對我國也有著極其重要的意義：有利于推行國家外交策略和爭取國際地位；有利于傳播中國文化和思維；有利于國家間優(yōu)勢互補，利益共贏；有利于引導中國企業(yè)和資金的“走出去”，擴大中國企業(yè)的市場。

本文結(jié)合中國援剛果共和國奧約市供水工程，著重介紹從初期設計到后期施工的設代服務過程中應注意的一些技術(shù)關(guān)鍵點，主要包括水源選擇、給水形勢、水質(zhì)處理等方面，從而對今后的一些類似援外項目提供有用的建議和參考。

1 工程概況

剛果共和國奧約市位于國家2號公路附近的一個盆地區(qū)內(nèi)，距首都布拉柴維爾420km，市區(qū)北、西、南三面被阿麗瑪河及其支流環(huán)繞，截止2005年底該市人口共14976人，人口增長率4.8%。該地區(qū)為亞赤道濕熱型氣候，年降雨量1600～1800mm，全年分雨季、旱季兩個季節(jié)。

奧約市供水系統(tǒng)主要存在水質(zhì)不達標以及供水保證率低等問題，本工程涉及內(nèi)容主要包括：（1）新打水源井三眼，平均井深70m，出水量為45m3/h；改造水源井1眼，出水量為45m3/h；（2）新建水廠1座，水廠供水規(guī)模3000m3/d；（3）新建鉆石型水塔1座，高30m， 水量500m3；（4）鋪設DN400PVC-U供水管約10公里。工程總體布置見圖1。

通過本工程的實施將可改善該市飲水水質(zhì)、提高供水保證率。

圖1 工程總體布置示意圖

2 設計原則

工程從經(jīng)濟節(jié)約的原則出發(fā)，充分利用現(xiàn)有設施，避免重復建設；充分考慮當?shù)貙嶋H情況，因地制宜，選取適合當?shù)氐墓┧に嚭退幚砉に?；結(jié)合當?shù)氐陌l(fā)展規(guī)劃，在設計時考慮今后當?shù)匕l(fā)展的趨勢，設計上留有一定的接口和余地。

3 水源的選擇

（1）地表水條件：奧約市三面環(huán)水，且阿麗瑪河水量充足，年平均流量605m3/s，距城區(qū)近，便于取水，此為以河水為水源的優(yōu)點，但根據(jù)剛果國家自來水公司對水樣化驗結(jié)果表明除色度、渾濁度、鐵超標外河水還偏酸性，而且目前河道上游建有木薯加工廠、純凈水廠等企業(yè)，工廠生產(chǎn)廢水直接排入河道，阿麗瑪河還是航運河道，河水易受外界因素影響，為此，如以河水為水源，水廠需建有應急處理設施，水處理工藝復雜，因而造成水廠運行和管理成本增加。

（2）地下水條件：根據(jù)剛果國家自來水公司對奧約市現(xiàn)有水井水樣化驗結(jié)果表明僅渾濁度和鐵超標，余下指標基本符合當?shù)仫嬘盟?。地下水為水源水質(zhì)恒定，水處理工藝簡單，而且本工程開采量較小，地下水仍保持自然均衡狀態(tài)。目前該市現(xiàn)有的兩眼水源井已使用多年，仍運行良好。因此本工程以地下水為水源，充分利用現(xiàn)有水井，從而節(jié)省工程投資。

根據(jù)工程規(guī)模，共需水源井4眼?，F(xiàn)狀一眼井出水量、水質(zhì)均可以滿足要求，考慮到從節(jié)約的原則出發(fā)，對該井進行改造，同時另打3眼水源井。

4 供水工藝設計

根據(jù)剛果國家自來水公司對現(xiàn)用井的水質(zhì)化驗結(jié)果，水中濁度和鐵不能滿足要求，設計采用曝氣氧化Fe2+，再通過絮凝、過濾后即可使上述所檢指標中的不合格項滿足要求。為提高除鐵效果，并調(diào)整原水pH值，可在原水中投加石灰水。

根據(jù)水處理工藝，工程系統(tǒng)工藝流程如下：4眼水源井水經(jīng)深井潛水泵提升至水廠，原水經(jīng)加絮凝劑以及石灰水、曝氣、過濾后，進入2座容積分別為200m3的清水池，在進入清水池前投加漂白粉消毒。

由于當?shù)毓╇娋o張，且限時供電，供電保證率很低，因此供水系統(tǒng)不適用變頻供水，工程通過加壓泵把清水池中處理過的水輸送到水塔上，采用高位水塔恒壓供水。該供水方式供水保證率高，且不依賴于當?shù)毓╇娤到y(tǒng)的限制。

5 水處理工藝的設計

根據(jù)中剛雙方意見以及工程現(xiàn)場實際情況，工程將以開鑿水源井抽取地下水為水源，根據(jù)剛果國家自來水公司對現(xiàn)狀井的水質(zhì)化驗結(jié)果，水中濁度和鐵不能滿足要求，見表1。工程采用曝氣氧化Fe2+，再通過絮凝、過濾后即可使上述所檢指標中的不合格項滿足要求。

表1 現(xiàn)狀水井水質(zhì)化驗結(jié)果主要指標

根據(jù)井水中濁度、含鐵量超標水質(zhì)的化驗結(jié)果，水處理的主要目的是通過空氣氧化和絮凝過濾的措施除鐵和降低濁度，最后消毒處理后達到當?shù)氐娘嬘盟畼藴?。工程采用氧化為主的核心處理工序，配合后繼過濾及消毒處理，使出水達到使用要求。

5.1 過濾工藝設計

原水中含有一些細小懸浮物造成濁度超標，一般采用過濾的方式去除水中的懸浮物、降低濁度。常用的過濾工藝有重力濾池和壓力過濾器，考慮到當?shù)氐臉?gòu)筑物施工難度較大，采用工藝比較簡單的壓力過濾的方式。該種過濾工作性能穩(wěn)定，濾層厚度及反沖洗強度的選擇有較大的靈活性，出水水質(zhì)穩(wěn)定性較好。濾料的來源及可選擇性都很強。

5.2 除鐵工藝設計

鐵的常見化合物有二價和三價，地下水的氧化還原電位比較低，pH在6.0～7.5之間情況下鐵一般是以Fe2＋的形式存在地下水中，鐵的氧化還原電位比較低，易被空氣中的氧所氧化。pH對Fe2＋的氧化速率有較大的影響，在PH>5.5的情況下，地下水的pH值每升高1.0，F(xiàn)e2＋的氧化速度就增大100倍。原水通過氧化工藝處理后完全可以滿足當?shù)赜盟|(zhì)要求。

原水的pH值較低，在必要時可以采取投加堿液的方式增加井水的pH值。

常用的氧化工藝一般有4種：接觸催化氧化除鐵、空氣自然氧化除鐵、生物氧化除鐵、氯氧化法除鐵。

（1）接觸催化氧化除鐵是原水經(jīng)過簡單曝氣后不需要絮凝、沉淀而直接進入濾池，在濾料表面催化劑的作用下，亞鐵迅速地氧化為三價鐵，并被濾層截留而去除。由于催化劑的作用，只要原水的PH值高于6.0，F(xiàn)e2+就能順利地氧化為Fe3＋。

自催化反應過程，其反應式如下：

采用接觸氧化可以簡化曝氣過程，曝氣只需要向水中充氧即可，同時鐵的去除不受溶解性硅酸的影響，出水總鐵的濃度也隨著過濾時間的增加而減少。

（2）空氣自然氧化除鐵是曝氣充氧后將二價鐵氧化為三價鐵，但該除鐵工藝所需的停留時間較長，且由于三價鐵絮凝體較小，容易穿透濾層，影響水質(zhì)。

（3）生物氧化除鐵由于存在生物耐沖擊性及易培養(yǎng)性不足，實際應用較少。

（4）氯氧化法除鐵，可在廣泛的PH范圍內(nèi)將二價鐵氧化為三價鐵，但投加氯對飲用水水質(zhì)有影響，且投加過程增加了人工操作工序。

綜合比較以上四種除鐵工藝，采用接觸氧化工藝無論是從技術(shù)上還是從經(jīng)濟上評價都是最合適的，因此氧化除鐵工藝選用接觸氧化法除鐵。

5.3 消毒工藝設計

消毒的主要作用是殺死水中絕大多數(shù)的病原微生物，防止傳染病危害。同時還可以氧化水中的有機物和還原性污染物，進一步改善水質(zhì)。

目前國內(nèi)常用的給水消毒工藝主要采用漂白粉消毒、液氯消毒、紫外線消毒以及二氧化氯消毒、臭氧消毒，各種消毒方式分別具有不同的特點：

（1）漂白粉消毒：漂白粉具有持續(xù)的消毒作用，投加設備簡單，價格比較便宜，使用方便。

漂白粉是氫氧化鈣、氯化鈣和次氯酸鈣的混合物，其主要成分是次氯酸鈣（Ca(ClO)2 ），在水中的水解：Ca(ClO)2+2H2O==可逆==Ca（OH）2+2HClO，漂白粉具有強氧化性，而微生物體內(nèi)都是還原性的物質(zhì)，被氧化后就會死亡。所以漂白粉消毒原理就是利用其強氧化作用進行消毒。

（2）液氯消毒：采用液氯消毒具有余氯持續(xù)消毒作用，處理成本低；但在源水有機物濃度較高時會產(chǎn)生致癌的有機氯化物，不方便人員操作，易造成氯氣的二次污染。

（3）紫外線消毒：采用紫外線消毒殺菌效率高，操作方便，不會產(chǎn)生其他副物質(zhì)，但紫外線不具有持續(xù)殺菌能力，需與其他消毒裝置配合使用，處理成本較高。

（4）臭氧消毒：采用臭氧消毒去除效率高，但是沒有持續(xù)殺菌能力，設備投資運行成本較高。

（5）二氧化氯消毒：采用二氧化氯消毒不會產(chǎn)生有機氯化物，有較好的殺菌效果，余氯保持時間長。缺點是必須現(xiàn)場制備使用，操作管理要求高、成本高。

水廠采用了水塔調(diào)蓄供水及現(xiàn)狀間歇供水的運行方式，為避免水質(zhì)的二次污染，需要選擇具有持續(xù)消毒作用的消毒方式。又經(jīng)調(diào)查，當?shù)鼗瘜W藥品的供應能力較差，僅有漂白粉的供應比較有保證，附近的水廠均采用漂白粉作為消毒劑。為提高水廠的運行可靠性，工程采用漂白粉作為水廠的消毒劑。

6 設計代表總結(jié)

設計代表主要職責是代表設計院處理設計圖紙上需完善的事宜，對工程各方提出的問題提供解答，簽署工程設計變更，同時處理施工方提出的一些修改，簽署技術(shù)核定單等。

剛果是世界十大貧窮饑餓國家之一，生活物質(zhì)條件落后，施工現(xiàn)場常年高溫并伴隨著蚊蟲叮咬，瘧疾橫行，環(huán)境非常艱苦。因此援外設計代表一方面要克服異國他鄉(xiāng)艱苦的生活環(huán)境困難，一方面還需要具有較高的身體素質(zhì)和設代經(jīng)驗處理施工上的變化和突發(fā)的情況。

奧約市供水工程在施工期間涉及了建筑、電氣、水機、自動化、地質(zhì)等多個專業(yè)，專業(yè)間配合非常多，施工現(xiàn)場在國外，其他專業(yè)的負責人無法現(xiàn)場配合，因此與各專業(yè)間的溝通都存在著時間和空間上的困難，這就要求設計代表不僅要能夠及時的與國內(nèi)設計組聯(lián)系，還要能夠根據(jù)現(xiàn)場的情況作出初步判斷，為國內(nèi)設計組提供準確的信息。

6.1 打井工程

奧約市供水工程共新打水源井3眼，打井設備以及打井技術(shù)人員全部由國內(nèi)提供，但施工現(xiàn)場地處非洲腹地，以沙地為主，雖然在設計階段用相關(guān)儀器進行了地質(zhì)勘查，但現(xiàn)場打井時還是出現(xiàn)了一定的偏差。在打N2井的時候，中途遇到了巖石，鉆機進尺極慢，甚至鉆頭都已磨平，針對這種情況，設代、監(jiān)理與施工單位經(jīng)過商議果斷停止了鉆進工作，后由設代與國內(nèi)的設計團隊溝通、確認后決定更換井位，從新打井，從而避免繼續(xù)鉆進的材料成本浪費，換址后的新井水質(zhì)及水量都滿足工程要求。打井現(xiàn)場沙地土質(zhì)極為松軟，打井過程中幾次成井之后都出現(xiàn)了塌井狀況，甚至將鉆頭埋沒在塌井中，設計代表連夜將地層土樣情況和照片傳給國內(nèi)地質(zhì)設計團隊，經(jīng)過設計方與施工方商議，果斷的調(diào)整了打井固壁劑的含量，確保了成井的順利。

6.2 管線路由調(diào)整

奧約市供水工程共鋪設供水管線約10km，管線由市中心主路通過，向兩側(cè)分水，分配水量較為平均；由于在設計考察階段，該市全部為自然土路，管線采取的鋪設方式為明挖回填的施工方式。但施工單位進場時，該市中心主路已經(jīng)由法國援助項目鋪設為市級柏油公路，若按原圖紙方案施工，需對現(xiàn)狀柏油路面進行切割、破碎，施工結(jié)束后再行回復，不僅對施工期間的交通造成了嚴重的影響，也會對新鋪設的柏油路的結(jié)構(gòu)造成影響，而且剛果政府考慮到外觀以及交通的影響不同意按原方案進行施工。針對該情況，設計代表、監(jiān)理及施工單位經(jīng)過商議后決定另選路由，白天設計代表與監(jiān)理在整個市區(qū)徒步走線，每條街、每條巷、每家每戶都走了無數(shù)遍，晚上設計代表根據(jù)白天所走的路由進行調(diào)整、計算，經(jīng)過2個月的實地勘察，選定了新的路由，不僅躲開了市區(qū)主干道的柏油路，而且還不影響供水范圍和整體投資，保證了工程按時按質(zhì)按量順利竣工。

7 結(jié)論

（1） 該工程充分利用了現(xiàn)有水源井進行改造，不僅節(jié)約了工程投資而且還減少了新打井的潛在風險。

（2）結(jié)合剛果當?shù)貙嶋H情況及水源類型比選，設計相應的供水工藝及水處理工藝，不僅高效的提高了供水保證率，還對工程后期運行提供了有效的保障。

（3）針對設計、設代過程中遇到的典型問題，提出了合理有效的解決措施和方法，為今后同類工程的設計提供了有利參考。

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10.3969/j.issn.1672-2469.2014.11.023

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22作者簡介：王 勇（1981年—），男，工程師。