張震芳，胡一越，彭廣勇

(1．湖南省建筑設(shè)計(jì)院有限公司，長(zhǎng)沙 410011；2．上海城建市政工程(集團(tuán))有限公司，上海 200065)

1 前 言

近年來(lái)水環(huán)境突發(fā)污染事故頻發(fā)，水污染事故威脅城市供水安全，嚴(yán)重影響了社會(huì)的正常生產(chǎn)與生活。應(yīng)急供水成為當(dāng)前我國(guó)城市供水行業(yè)面臨的一個(gè)新挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對(duì)水源突發(fā)污染事件風(fēng)險(xiǎn)，保障城市供水的安全，必須主動(dòng)采取相應(yīng)措施，應(yīng)對(duì)可能發(fā)生的水源突發(fā)污染事故，開發(fā)應(yīng)急處理技術(shù)和工藝，建立健全應(yīng)急處理設(shè)施，全面提升應(yīng)對(duì)突發(fā)污染事件的能力[1-2]。尤其是對(duì)于單一供水水源地城市，建立健全應(yīng)對(duì)突然污染導(dǎo)致的供水風(fēng)險(xiǎn)的策略、工程建設(shè)、處理工藝等是必要的基本手段。本文以南通市某區(qū)(主城區(qū))地下水應(yīng)急水源地設(shè)計(jì)建設(shè)工程為例進(jìn)行總結(jié)凝練，提出地下水應(yīng)急水源地設(shè)計(jì)建設(shè)思路和運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)方法，以供參考。

南通市某區(qū)的主城區(qū)通過(guò)5條供水主線路(分別為通如引江供水工程、通州專線工程、通呂線通州段輸水工程、通洋線通州段輸水工程和通久線通州段輸水工程)現(xiàn)已納入南通市市域供水的范圍，市域內(nèi)正在運(yùn)行的6座水廠(分別為崇海、狼山、洪港、蘆涇、長(zhǎng)青沙、海門長(zhǎng)江水廠)均以長(zhǎng)江為水源地，水源地單一，難以應(yīng)對(duì)長(zhǎng)江大面積突發(fā)性污染事件。為提升南通市某區(qū)供水水源的應(yīng)急保障能力，南通市某區(qū)(主城區(qū))提出建設(shè)地下水應(yīng)急水源地工程。

2 應(yīng)急水源規(guī)模分析

確定應(yīng)急供水水源的規(guī)模是進(jìn)行應(yīng)急水源地建設(shè)的基本要素之一。本工程應(yīng)急水源供水服務(wù)范圍為南通市某區(qū)的主城區(qū)，服務(wù)人口為28.04萬(wàn)人。

本工程擬定應(yīng)急供水時(shí)保障對(duì)象為：(1)在突發(fā)事件或其它非常情況引發(fā)供水危機(jī)時(shí)優(yōu)先保證生活用水及重要生命線工程(醫(yī)院、電力、通信、消防等)用水；(2)依據(jù)區(qū)域供水管網(wǎng)，應(yīng)急供水覆蓋全部供水服務(wù)范圍；(3)應(yīng)急供水規(guī)模應(yīng)滿足特大事故造成的極端應(yīng)急狀態(tài)下的城市供水的基本要求，不考慮高峰供水；(4)應(yīng)急供水的居民生活用水，采用降低標(biāo)準(zhǔn)供應(yīng)，保障基本生活之需。

據(jù)此，參考類似城市(“類似城市”指城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和用水定額相當(dāng)?shù)某鞘?應(yīng)急供水水量[3]，確定本工程應(yīng)急供水定額為80L/(人·d)，應(yīng)急三產(chǎn)系數(shù)為0.22，未預(yù)見水量及漏損系數(shù)取0.15，根據(jù)上述參數(shù)，測(cè)算出應(yīng)急需水量為3.15萬(wàn)m3/d。上述數(shù)據(jù)已獲得當(dāng)?shù)卣鷱?fù)。

考慮到主城區(qū)內(nèi)現(xiàn)有深水井取水量為6 720m3/d，故南通市某區(qū)主城區(qū)地下水應(yīng)急水源地建設(shè)工程的工程規(guī)模取2.5萬(wàn)m3/d。

本工程擬建位置試驗(yàn)井單井取水量為1 920m3/d，需要的深水井?dāng)?shù)量為13口，同時(shí)需設(shè)置2口備用井(備用井由建設(shè)單位另行擇址建設(shè))。

3 應(yīng)急水源處理工藝流程

應(yīng)急水源地處理工藝技術(shù)是保障應(yīng)急供水的基本手段。在進(jìn)行應(yīng)急水源地規(guī)劃設(shè)計(jì)建設(shè)的過(guò)程中，必須對(duì)水源地的水質(zhì)進(jìn)行深入的調(diào)研、監(jiān)測(cè)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的處理工藝以及工程措施，以保證突然事件發(fā)生時(shí)，能快速啟動(dòng)，并確保供水水質(zhì)安全。在本工程設(shè)計(jì)中，根據(jù)試驗(yàn)井水質(zhì)檢測(cè)報(bào)告，發(fā)現(xiàn)除鐵元素含量(鐵元素含量采用原子吸收法進(jìn)行測(cè)定，檢測(cè)結(jié)果為1.20mg/L)超過(guò)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)中的要求外，其余指標(biāo)均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。但需要注意的是，深水井內(nèi)的水抽上地面一段時(shí)間后，原水的色度和濁度指標(biāo)發(fā)生較大變化，具體的檢測(cè)數(shù)據(jù)及方法見下表。

表 深井水色度和濁度比對(duì)分析表Tab. Colors and turbidity of measured deep well water

注：鉑鈷標(biāo)準(zhǔn)比色法來(lái)源于《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法 感官性狀和物理指標(biāo)》(GB/T 5750.4-2006)；濁度采用DR -3900型濁度計(jì)進(jìn)行檢驗(yàn)。

由表1可知，對(duì)抽出來(lái)的深井水立即進(jìn)行色度與渾濁度的檢測(cè)，與在空氣中靜置半小時(shí)后再進(jìn)行色度與渾濁度的檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示該兩項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)發(fā)生較大的變化。分析其原因，主要是由于鐵元素超標(biāo)，鐵元素在深水井中以二價(jià)的鐵離子存在，抽上地面后，迅速被空氣中的氧氣氧化成三價(jià)的鐵離子，形成氫氧化鐵沉淀，由于氫氧化鐵呈黃色，導(dǎo)致深水井內(nèi)的水抽上地面后在短時(shí)間內(nèi)就發(fā)黃，變渾，導(dǎo)致色度和渾濁度、鐵元素均超過(guò)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)的要求。

將在空氣中氧化的水樣經(jīng)砂濾柱(砂濾柱采用粒徑為0.6～1.2mm、厚度為1m的石英砂濾料)過(guò)濾后，再進(jìn)行鐵元素和渾濁度的檢測(cè)，過(guò)濾前鐵元素含量為1.2mg/L，渾濁度為8.20NTU，過(guò)濾后鐵元素含量為0.05mg/L，渾濁度為0.14NTU。上述試驗(yàn)表明，采用傳統(tǒng)的曝氣除鐵濾池能夠有效的去除本工程水中的鐵元素[4]，因此，本工程采用曝氣除鐵濾池，經(jīng)過(guò)曝氣除鐵濾池氧化、過(guò)濾及后續(xù)消毒處理后，出水的所有指標(biāo)能夠滿足《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)的要求。

工藝流程為：深水井井群內(nèi)的井水經(jīng)深井潛水泵提升后，初期井水通過(guò)DN150排污出水管及其DN300連接管排至外河；經(jīng)檢測(cè)合格符合《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848-2017)要求的后期井水通過(guò)DN150清水出水管及其DN800連接干管輸送至曝氣除鐵濾池，跌水、曝氣、氧化、過(guò)濾除鐵后重力自流至清水池，在清水池內(nèi)接觸消毒，經(jīng)增壓泵房增壓后通過(guò)出泵站管線輸送至市政供水管網(wǎng)上。

當(dāng)夜間供水低峰時(shí)，也可將市政供水管網(wǎng)的自來(lái)水通過(guò)井群DN800的連接干管接至曝氣除鐵濾池，重力流至清水池，在供水高峰期時(shí)通過(guò)增壓泵房增壓后供至市政供水管網(wǎng)。

其流程如圖1所示。

圖1 工藝流程Fig.1 Water treatment process

4 應(yīng)急水源工程設(shè)計(jì)

工程建設(shè)內(nèi)容：(1)新建13口深水井(每口取水量為1 920m3/d，總?cè)∷?.5萬(wàn)m3/d，另外兩口備用深水井由建設(shè)單位擇址另建)。(2)新建處理規(guī)模為2.5萬(wàn)m3/d的曝氣除鐵濾池1座。(3)新建單座有效容積為2 500m3的清水池2座。(4)新建規(guī)模為2.5萬(wàn)m3/d的增壓泵房1座(K時(shí)為1.5)。(5)新建規(guī)模為2.5萬(wàn)m3/d的次氯酸鈉加注間1座。(6)配套新建DN800的出泵站管線3.67km以及綜合樓、門衛(wèi)、進(jìn)場(chǎng)道路等其他附屬設(shè)施。

4.1 深水井設(shè)計(jì)

單個(gè)深水井設(shè)計(jì)取水能力為1 920m3/d，井室凈尺寸3.8m(長(zhǎng))×2.5m(寬)×1.6m(深)。出水管分為兩路，一路為排污管，一路為清水出水管，深水井出水管管路上的閥門均設(shè)于井室內(nèi)。深水井井群內(nèi)的井水通過(guò)深井潛水泵提升，深井潛水泵安裝在動(dòng)水位以下25m。

每個(gè)深水井DN150的清水出水管均接至一根DN800的井群連接干管上，然后輸送至曝氣除鐵濾池；每個(gè)深水井DN150的排污出水管均接至一根DN300的井群連接干管上，然后就近排至外河。

4.2 曝氣除鐵濾池設(shè)計(jì)

曝氣除鐵濾池設(shè)計(jì)規(guī)模：2.5萬(wàn)m3/d。

曝氣池進(jìn)水管管徑DN800，接自13口深水井DN150清水出水管匯集的DN800干管。

曝氣池跌水高度：1.5m；曝氣池跌水后直接進(jìn)入除鐵濾池進(jìn)水渠。

除鐵濾池分為三格，每格過(guò)濾面積為12.9m×6m，正常過(guò)濾時(shí)濾速為4.49m/h，強(qiáng)制濾速為6.73m/h，濾層上水深1.70m。采用較慢的濾速主要是為了保證除鐵濾池在運(yùn)行前期也有較好的除鐵效果[5]，因?yàn)楸竟こ虨閼?yīng)急供水工程，并不經(jīng)常運(yùn)行。

除鐵濾池承托層采用2～32mm砂石，厚度0.6m，過(guò)濾層采用粒徑0.6～1.2mm的石英砂，粒徑d10為0.85mm，不均勻系數(shù)K80為1.4，厚度1.0m。

除鐵濾池采用大阻力配水系統(tǒng)。

除鐵濾池在晚間供水低峰時(shí)進(jìn)行反沖洗，反沖洗周期為48h，反沖洗強(qiáng)度為17m3/m2·h。

4.3 次氯酸鈉加注間設(shè)計(jì)

建設(shè)規(guī)模2.5萬(wàn)m3/d。

消毒采用次氯酸納溶液，次氯酸納投加點(diǎn)為5處，一處設(shè)在曝氣除鐵濾池進(jìn)水總管上，投加量2mg/L(有效氯)，兩處設(shè)在清水池進(jìn)水管上(每座清水池進(jìn)水管上一處)，投加量2mg/L(有效氯)，兩處設(shè)在清水池出水管上(每座清水池出水管上一處)，投加量1mg/L(有效氯)。

5 項(xiàng)目實(shí)施和運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)

在進(jìn)行應(yīng)急水源的建設(shè)過(guò)程中，對(duì)水源地進(jìn)行有效的運(yùn)行維護(hù)管理是確保應(yīng)急時(shí)快速啟動(dòng)的重要保障。以地下水作為應(yīng)急水源，為防止地下水的過(guò)度開采，保證應(yīng)急供水的水量和水質(zhì)要求，需完成的主要工作有：(1)進(jìn)行地下水資源調(diào)查評(píng)價(jià)，明確各含水層允許開采量和現(xiàn)狀開采量，計(jì)算得出地下水開采潛力指數(shù)，當(dāng)潛力指數(shù)>0時(shí)，地下水才具備開采潛力。(2)開鑿試驗(yàn)井，進(jìn)行水文地質(zhì)參數(shù)分析與抽水試驗(yàn)、水位恢復(fù)試驗(yàn)，發(fā)掘富水性較好的含水層，確定單井抽水量。鑒于施工成本因素，試驗(yàn)井作“探采結(jié)合井”處理，即按勘探孔鉆探，鉆進(jìn)至預(yù)定深度后測(cè)井，確定含水層位置，然后擴(kuò)孔，按生產(chǎn)井要求成井，進(jìn)行洗井和抽水試驗(yàn)，之后保留作將來(lái)的生產(chǎn)井使用。(3)對(duì)地下水水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，并通過(guò)合適的處理工藝確保出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。(4)采用管井取水時(shí)應(yīng)設(shè)置備用井，備用井的數(shù)量宜參照10%～20%的設(shè)計(jì)水量所需井?dāng)?shù)確定，但不得小于1口井。

深水井的實(shí)施是保證項(xiàng)目有效運(yùn)行的關(guān)鍵，深水井井體施工流程如圖2所示。

圖2 深水井井體施工流程[6]Fig.2 Deep well construction process

根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況，得出運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)主要有：(1)進(jìn)行深水井的定期抽水工作。每15d每口深水井進(jìn)行一次抽水，每次抽水時(shí)間2h。為避免形成短時(shí)的水位降落漏斗，井群的抽水盡可能地輪流分散進(jìn)行；(2)深水井維護(hù)。深水井每(正常)使用2～3年需進(jìn)行一次維護(hù)保養(yǎng)，主要工作為洗井，目的是疏通過(guò)濾器和清理沉淀管內(nèi)的泥沙。本項(xiàng)目深水井非正常使用，保養(yǎng)周期宜定為1年2次。同樣，井群輪流進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。(3)增設(shè)回水管。為了防止清水池長(zhǎng)期不用導(dǎo)致的開裂，特從增壓泵房出水管上增加一路回水管。為防止清水池內(nèi)的水變質(zhì)，清水池內(nèi)的水停留時(shí)間也不宜超過(guò)48h。(4)進(jìn)行深井潛水泵的年度保養(yǎng)工作。

通過(guò)上述工程及管理措施，可防止深水井濾水管堵塞導(dǎo)致的取水量下降，使得本工程深水井和應(yīng)急供水泵站處于常備用狀態(tài)，一旦需要啟用，可隨時(shí)投入運(yùn)行。

6 結(jié) 論

為了應(yīng)對(duì)水源突發(fā)污染事件風(fēng)險(xiǎn)，保障城市供水的安全，建立維護(hù)應(yīng)急水源地是其中有效的保障手段。本文通過(guò)對(duì)南通市某區(qū)(主城區(qū))地下水應(yīng)急水源地設(shè)計(jì)、建設(shè)以及工程運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)為實(shí)例進(jìn)行總結(jié)凝練，提出以下結(jié)論建議：

6.1 以地表水為單一水源的城市，應(yīng)客觀正視水質(zhì)下降和存在突發(fā)性水源污染的現(xiàn)狀，提前合理規(guī)劃，建設(shè)應(yīng)急水源地作為城市供水備用方案；

6.2 對(duì)地下水應(yīng)急水源地應(yīng)高度重視水質(zhì)安全保障的措施，需通過(guò)管理措施使得深水井和應(yīng)急供水泵站處于常備用狀態(tài)，本工程相關(guān)設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可供相似情況城市參考。