住宅二次供水低位贮水设施设计探讨

2020-07-09程冬伟

水资源开发与管理 2020年6期

程冬伟

(上海市水利工程设计研究院有限公司，上海 200063)

随着城市发展加快，住宅建筑市场已形成高层与多层建筑交叉混合的布局形式。二次供水是城市供水的一个重要组成部分，目前低位水池(箱)+变频供水的应用占很大比例，其水质二次污染问题也成为人们关注的焦点。为解决好“最后一公里”的供水问题，二次供水管理体制已发生很大变化，多数城市采用了新建设施按供水企业标准进行建设，原有设施改造后由供水企业统一进行管理[1]。在逐步建立信息采集、远程监控等硬件底层条件及智慧水务建设背景下，本文主要对住宅二次供水系统低位贮水设施设计进行探讨。

1 水池(箱)的主要问题

1.1 容积不合理

建筑物生活用水低位贮水池的有效容积应按进水量与用水量变化曲线经计算确定，当资料不足时，宜按建筑物最高日用水量的20%～25%确定。小区生活用水贮水池的有效容积应根据生活用水调节量和安全贮水量等确定，并应符合下列规定：

a.生活用水调节量按流入量和供出量的变化曲线经计算确定，资料不足时，可按小区最高日生活用水量的15%～20%确定；

b.安全贮水量应根据城镇供水制度、供水可靠程度及小区对供水的保证要求确定[1]。

目前对于住宅建筑用水量规律的研究不充分，缺少住宅建筑用水量应用模型，很难得到进水量与用水量的变化曲线。在实际设计过程中，为保证安全供水，常以最高日用水量的上限值确定。其结果往往导致实际容积偏大。水池(箱)进水常规采用浮球阀控制，是一种随用随进的进水方式，导致没有对贮存用水进行调节，未发挥其调蓄作用，只起到了二次加压的作用。

1.2 水质污染

水池(箱)的容积偏大，更新周期较长，余氯值偏低；内部未设置导流设施，进、出水管布置不当，容易在拐角等处形成死水区，而且面积较大，容易滋生细菌，污染水质。

二次供水设施虽已逐步开展与其他功能用房分隔，但隔离外侧的周边环境卫生仍不容乐观。水池(箱)的人孔有盖板且上锁，但未有密封措施；通气孔、溢流管设置了一道防虫网，但设置简易未起到应有作用。

2 设计探讨

2.1 水池(箱)本体

2.1.1 水箱材质

水池(箱)中余氯的消耗受温度、初始浓度、水中与氯反应的有机物、无机物、细菌数量、与水接触的材质等诸多因素的影响。目前住宅市场上低位水池(箱)已逐步淘汰混凝土材质，原有混凝土水池(箱)在改造过程中已采用内衬PE、不锈钢板等方式进行改造。新建项目多数采用不锈钢水箱。

不锈钢材质虽然耐腐蚀，但含氯量较高的水对不锈钢造成的危害极大，氯离子会破坏不锈钢表面的保护膜，导致铁离子暴露在水中，很容易生成铁锈，影响水质，也容易形成漏水点。按生活饮用水卫生标准及城市供水水质标准，氯化物的限值为250mg/L。建议在设计水池(箱)时参考供水单位的氯化物水质指标，同时参照《火电厂循环水处理》有关规定：当氯化物含量在0～200mg/L时，选用S30408材质；在200～1000mg/L时，选用S31603材质。

调查时发现不锈钢水箱内部焊接处会产生腐蚀，其主要原因是不锈钢板材焊接产生了晶间腐蚀，焊接处同时也存在应力腐蚀，不仅降低了供水水质，也降低了水池(箱)的使用寿命。建议对焊接式与装配式不锈钢水箱在生命周期内进行经济比较，合理确定水池(箱)安装方式。

2.1.2 容积

水池(箱)容积越大，供水越安全。但容积越大，水在水池(箱)中的滞留时间也就越长，导致余氯耗尽，微生物开始繁殖，对水质产生较大影响。城市供水水质要求加氯消毒时，管网末梢水总氯含量不小于0.05mg/L。自来水在水箱中贮存24h后，余氯减少为0。特别是在夏季，水温较高，水中余氯含量会迅速减小，12h后即减少为0，不宜直接饮用。

当资料不足时，水池(箱)的调节容积宜按建筑物最高日用水量的20%～25%、小区最高日用水量的15%～20%确定，其取值参照《室外给水设计标准》中清水池有效容积的设计计算。与建筑、小区调节容积计算相比，净水厂内清水池进水流量基本恒定，每小时进水约为最高日用水量的4.17%；而小区、建筑物水池(箱)进水为非恒定，设计标准规定其流量值不小于建筑物最高日平均时用水量，不宜大于最高日最高时进水量。市政接入点压力取0.16MPa、0.28MPa(管道附件压力损失：低阻力倒流防止器取0.04MPa，水表取0.03MPa，过滤器取0.01MPa，管件当量长度及管道长度合计取200.0m)，通过Epanet软件分别计算设置于室外地面的水池(箱)(有效水深取值为1.6m，最低水位为0.5m，初始水位为1.5m)不同管径进水管的进水流量，结果见表1。

表1 不同管径不同压力下进水流量

以某一小区为例，市政接入点压力为0.16MPa，其最高日用水量为400m3/d。假定其用水量见图1(占最高日用水量的百分比)，小区用水时变化系数为1.90。最高日平均时用水量为4.63L/s，最高日最高时用水量为9.26L/s，其余设计条件同上。水池(箱)按设计标准20%取值，调节容积为80m3，初始水位取1.0m。根据表1及参矩形给水箱图集，进水管径选取DN80。通过Epanet软件模拟其水池(箱)的水位变化，见图2。

图1 最高日用水量百分比变化曲线

图2 水池(箱)水位变化曲线

从图2中可以看出，低水位时仍保证了水池(箱)的蓄水，最高日内水池(箱)水位的变化幅度较小。分析其原因为在正常市政水压条件下，进水管的进水量充足。上述分析不足之处是未能利用设计秒流量反映最高日用水量变化曲线，但水池水位变化曲线反映了调节容积按最高日用水量的20%取值时偏大。建议新建及原有水池(箱)均设置水位监测装置，运用智慧供水平台对水位数据进行分析，总结本地区的用水规律，以制定适合本区域的新建水池(箱)调节容积的优化措施，原有的水池(箱)减少水力停留时间的措施。

安全贮水量考虑因素如下：

a.最低水位不能见底，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.市政管网供水可靠性，市政引入管根数、同侧引入与不同侧引入等选择的不同，将可能影响发生事故时段的贮水量，如市政管道因爆管等原因需要检修断水，根据《城镇供水管网运行、维护及安全技术规程》(CJJ 207—2013)，供水管道发生漏水，应及时维修，宜在24h之内修复。

c.小区建筑用水的重要程度。水池(箱)常规设计水深为1.5～2.5m，按安全贮水最低水位0.5m计算，其安全贮水量约占总容量的20%～33%。

安全贮水量的水在实际工程中很难利用，因为不锈钢水池(箱)其出水管从水池(箱)侧边接出，距箱底不小于50mm。为保证水泵正常吸水，吸水时不产生旋涡，吸水管上方需保留一定的水深。为保证水泵运行安全，常设置最低液位距底部0.5m，以致安全水量不能被使用。建议在设置水池(箱)时，设置水泵吸水坑，吸水坑的大小和深度满足水泵吸水管的安装要求，使安全贮水量能得以利用，提高水池(箱)水的有效利用率。

2.1.3 导流装置

《矩形钢筋混凝土蓄水池》中蓄水池进水管流速采用0.5～1.2m/s，出水管流速采用1.0～1.2m/s，平面布置中为避免水流短路，其导流廊道宽度基本在3m左右。杨坤等[2]对水池内水流态进行了数值模拟，结果表明设置导流板可以提高水池内水流流速、减少死水区面积，从而保证供水水质。因此，建议在水池(箱)的设计过程中结合其平面布置合理设置导流装置。

2.2 附属设施

2.2.1 进水装置

水池(箱)的进水管径的确定容易成为一个被忽视的问题，在设计时往往认为较大管径会比较小管径更加安全有保障。但偏大的进水管使水箱的补水时间缩短，导致水池(箱)内液位一直保持高水位运行状态，建议根据市政管网条件、用水量变化规律，合理确定进水管管径。在进水管上安装电动阀门，有溢流水位或地面积水情况及时关闭电动阀门，可以避免进水管故障时，长时间溢流排水，达到节约水资源的目的。同时也可以配合时间控制器，开闭电动阀门，以发挥水池(箱)调节容积的作用，减少高峰时段的供水矛盾[3]。

2.2.2 水池(箱)的人孔、通气孔、溢流管

水池(箱)的人孔、通气孔、溢流管应有防止生物进入的装置，主要通过设置防虫网罩来实现。查阅图集及现场调查发现，防虫网罩常用做法是在通气孔、溢流管末端绑扎一道10～18目钢丝网，人孔增加盖板并上锁。国家、地方将二次供水泵房纳入反恐怖防范重点部位，虽与其他功能用房实现了物理分隔，但水池(箱)外侧周边的环境卫生仍得不到保障。建议人孔盖板与人孔壁之间增设密封圈；在通气孔末端绑扎两道16目不锈钢钢丝网，在两道网中间夹活性炭吸附包；溢流管在设置两道不锈钢钢丝网的同时增设单向阀。

2.2.3 水质检测仪表

为解决“最后一公里”水质问题，实现智慧供水，供水管理单位在水池(箱)设置了在线水质检测仪表，以实时监测内部水质。其常规检测指标有温度、浊度、pH值、余氯。温度、浊度等物理检测不需要使用化学药剂，余氯常采用化学检测法，需定期投加药剂。建议增设在线检测仪表后其(余氯)排水应单独排至室外污水管网。水箱定期清洗废水、溢流水等，根据各地水务部门的要求排至室外雨水或污水管网。在实现智慧供水的同时，也实现了雨(污)分流，保证了水环境质量。