城市给水工程设施的规划

1.5　城市给水工程设施的规划

1.5.1　取水工程设施规划

1．取水构筑物的形式

取水构筑物的作用是从水源经过取水口取到所需要的水量。在城市给水排水工程规划中，要根据水源条件确定取水构筑物的基本位置、取水量并考虑取水构筑物可能采用的形式等。取水构筑物位置的选择，关系到整个给水系统的组成、布局、投资、运行管理、安全可靠性及使用寿命等。取水构筑物的类型，对提高出水量、改善水质和降低工程造价的影响也较大。

由于地下水类型、埋藏深度、含水层性质不同，开采和取集地下水的方法和取水构筑物形式也不相同，主要有管井、大口井、辐射井、渗渠及复合井、引泉构筑物等，其中管井和大口井最为常见。

1)管井

用于开采深层地下水，其井壁和含水层中进水部分均为管状，通常用凿井机械开凿，俗称机井。按其过滤器是否贯穿整个含水层，可分为完整井和非完整井。管井施工方便，适应性强，是应用最为广泛的一种地下取水构筑物，如图1－16所示。

2)大口井

用于取集浅层地下水，是垂直建造的取水井，井径较大，也分完整式和非完整式。大口井构造简单，取材容易，使用年限长，容积大，能兼起调节水量作用，在中小城镇、铁路、农村供水采用较多;但深度浅，对水位变化适应性差。与泵房合建的大口井如图1－17所示。

图1－16　管井

(a)完整井;(b)非完整井

图1－17　与泵房合建的大口井

3)渗渠

水平铺设在含水层中的集水管(渠)用来集取浅层地下水，也可铺设在河流、水库等地表水体之下或旁边，集取河床地下水或地表渗透水。渗渠也有完整和非完整式之分。渗渠集取经地层渗滤的地表水，兼有地下水质的优点，但常由于泥砂淤积使出水量衰减或使之报废;另外，渗渠的造价也较高。渗渠如图1－18所示。

图1－18　渗渠

(a)完整渗渠;(b)非完整渗渠1—集水管;2—集水井;3—泵站;4—检查井

4)辐射井

幅射井由集水井与若干辐射状铺设的水平或倾斜的集水管(辐射管)组合而成。辐射井的适应性较强，一般不能用大口井开采的、厚度较薄的含水层及不能用渗渠开采的厚度薄、埋深大的含水层时，可用辐射井。辐射井取水效能高，管理集中，占地省，卫生防护方便，但施工难度大。单层幅射管的幅射井如图1－19所示。

图1－19　单层辐射管的辐射井

地表水取水构筑物有多种形式，按水源可分为江河、湖泊和水库、海水取水构筑物。

5)江河取水构筑物

江河取水构筑物按结构形式分为:①固定式，可用于不同取水量，全国各地都有使用，它又可分为岸边式(图1－20)、河床式(图1－21)、斗槽式，其中前两者应用较普遍，后者使用较少;②活动式，它又可分为浮船式(图1－22)和缆车式，适用于中、小取水量，在建造固定式有困难时使用，多在长江中、上游和南方地区，流量和水位变幅较大，取水深度不够的河流采用。选择取水构筑物时，在保证取水安全可靠的前提下，应根据取水量和水质要求，结合河床地形、水流情况、施工条件等，通过一定的技术经济比较确定。

图1－20　合建式岸边取水构筑物

1—进水井;2—进水间;3—吸水井;4—进水孔;5—格栅;6—格网;7—泵房;8—阀门井

图1－21　河床式取水构筑物(合建自流管)

1—取水头部;2—自流管;3—集水井;4—泵房;5—进水孔;6—阀门井

图1－22　浮船式取水构筑物(摇臂连接)

1—套筒接头;2—摇臂联络管;3—岸边支墩

6)其他类型取水构筑物

湖泊通常具有水面广阔、流速缓慢、水中有机物丰富、水生植物和水生动物较多、风浪影响明显等特点。湖泊的水质特征是低浊多藻。水库实际上是人工湖泊，可分为湖泊式水库和河床式水库。湖泊式水库是指被淹没的河谷，具有湖泊的形态特征，即水面宽阔、水深较小，库中水流和泥沙运动都与湖泊相似，具有湖泊的水文特征。河床式水库是指淹没的河谷较狭窄，库身较狭长弯曲，水深较深，库内水流和泥沙运动与天然河流相似，具有与河流类似的水文特征。取水构筑物按形式可分为自流管或虹吸管式取水构筑物和库坝式取水构筑物。

根据山溪河流取水的特点，取水构筑物常用低坝式(活动坝和固定坝)或底栏栅式。当河床为透水性良好的沙、砾层、豁水层较厚，水量较丰富时，亦可采用大口井或渗渠取水。

海水取水构筑物主要有岸边式取水、引水管渠取水和潮汐式取水3种。

2．取水构筑物用地指标

取水构筑物用地指标按《室外给水排水工程技术经济指标》确定，见表1－15。

表1－15　取水构筑物用地指标

1.5.2　给水处理规划

1．水源水质

水是一种极易与各种物质混杂、溶解能力又较强的溶剂。因此，水在自然界循环过程中会混入各种各样的杂质，其中包括各种地球化学和生物过程的产物，如岩石风化而形成的沙、黏土及易溶于水的盐类，动植物残骸及微生物等有机体腐败分解而形成的腐植质，也包括人类生活生产所形成的各种废弃物，如生活污水中所含的大量废弃有机物和微生物，工业废水中所含的各种生产废料、残渣、原料等。

水中的各种杂质按其存在状态通常为悬浮物、胶体物质和溶解物3类。它们之间的区别主要在于杂质的分散程度，即杂质颗粒的大小，见表1－16。

表1－16　水中杂质分类

2．给水处理方法概述

给水处理的目的是通过必要的处理方法去除水中杂质，使之符合生活饮用或工业使用所要求的水质。水处理方法应根据水源水质和用水对象对水质的要求确定。下面对几种主要的水处理方法作简要介绍。

1)常规给水处理工艺

这是以地表水为水源的生活饮用水的常用处理工艺，如图1－23所示。但工业用水也常需澄清工艺。澄清工艺通常包括混凝、沉淀和过滤。处理对象主要是水中悬浮物和胶体杂质。原水加药后，经混凝使水中悬浮物和胶体形成大颗粒絮凝体，而后通过沉淀池进行重力分离。澄清池是絮凝和沉淀综合于一体的构筑物。过滤是利用粒状掳料截留水中杂质的构筑物，常置于混凝和沉淀构筑物之后，用以进一步降低水的浑浊度。完善而有效地混凝、沉淀和过滤，不仅能有效降低水的浊度，对水中某些有机物、细菌及病毒等的去除也是有一定效果的。根据原水水质不同，在上述澄清工艺系统中还可适当增加或减少某些处理构筑物。例如，处理高浊度原水时，往往需设置泥沙预沉池或沉沙池;原水浊度很低时，可省去沉淀构筑物而进行原水加药后的直接过滤。但在生活饮用水处理中，过滤是必不可少的。大多数工业用水也往往采用澄清工艺作为预处理过程。如果工业用水对澄清要求不高，可省去过滤而仅需混凝、沉淀即可。

消毒是灭活水中致病微生物，通常在过滤以后进行。主要消毒方法是在水中投加消毒剂以杀灭致病微生物。当前我国普遍采用的消毒剂是氯，也有采用漂白粉、二氧化氯及次氯酸钠等。臭氧和紫外线也会作为消毒剂在消毒中使用。

“混澄—沉淀—过滤—消毒”可称之为生活饮用水的常规处理工艺。我国以地表水为水源的水厂主要采用这种工艺流程。根据水源水质不同，尚可增加或减少某些处理构筑物。饮用水处理除了采用上述工艺流程外，在沙滤后还增加活性炭过滤，有的工艺系统还更加复杂。

图1－23　地表水水源处理工艺流程

2)除臭、除味

这是饮用水净化中所需的特殊处理方法。当原水中臭和味严重而采用常规处理工艺不能达到水质要求时方才采用。除臭、除味的方法取决于水中臭和味的来源。例如，对于水中有机物所产生的臭和味，可用活性炭吸附或氧化剂氧化法去除;对于溶解性气体或挥发性有机物所产生的臭和味，可采用曝气法去除;因藻类繁殖而产生的臭和味，可采用微滤机或气浮法去除藻类，也可在水中投加硫酸铜除藻;因溶解盐类所产生的臭和味，可采用适当的除盐措施等等。地下水由微污染而引起的臭和味，可采用活性炭吸附或向水中投加氧化剂，如高锰酸钾等。

3)除铁、除锰和除氟

当溶解于地下水中的铁、锰的含量超过生活饮用水卫生标准时，需采用除铁、锰措施。常用的除铁、锰方法是:氧化法和接触氧化法。前者通常设置曝气装置、氧化反应油和沙滤池;后者通常设置曝气装置和接触氧化滤池。工艺系统的选择应根据是否单纯除铁还是同时除铁、除锰，原水铁、锰含量及其他有关水质特点确定。还可采用药剂氧化、生物氧化法及离子交换法等。通过上述处理方法(离子交换法除外)，使溶解性二价铁和锰分别转变成三价铁和四价锰并产生沉淀物而去除。

当水中含氟量超过1.0mg/L时，需采用除氟措施。除氟方法基本上分成3类:一是投入硫酸铝、氯化铝或碱式氯化铝等使氟化物产生沉淀;二是利用活性氧化铝或磷酸三钙等进行吸附交换;三是采用电化学法(如电渗析和电凝聚)。

4)软化

处理对象主要是水中钙、镁离子。软化方法主要有离子交换法和药剂软化法。前者在于使水中钙、镁离子与阳离子交换剂上的离子互相交换以达到去除目的;后者系在水中投入药剂石灰、苏打等以使钙、镁离子转变为沉淀物而从水中分离。

5)淡化和除盐

这种处理的对象是水中各种溶解盐类，包括阴、阳离子。将高含盐量的水如海水及“苦咸水”处理到符合生活饮用或某些工业用水要求时的处理过程，一般称为咸水“淡化“;制取纯水及高纯水的处理过程称为水的“除盐”。淡化和除盐主要方法有蒸馏法、离子交换法、电渗析法及反渗透法等。离子交换法需经过阳离子交换剂和阴离子交换剂两种交换过程;电渗析法是利用阴、阳离子交换膜能够分别透过阴、阳离子的特性，在外加直流电场作用下使水中阴、阳离子被分离出去;反渗透法系利用渗透压的压力施于含盐水，以使水通过半渗透膜而盐类被阻留下来。电渗析法和反渗透法属于膜分离法，通常用于高含盐量水的淡化或作为离子交换法除盐的前处理过程。

6)水的冷却

冷却水占工业用水的70%以上，现在大多利用冷却塔和冷却池等敞开式循环冷却系统降低水温，循环再用。循环水水质含盐浓度较高，腐蚀性加强，易结垢，因此应对循环冷却水进行处理，控制沉淀物和腐蚀。

7)预处理和深度处理

对于不受污染的天然地表水源而言，饮用水的处理对象主要是去除水中悬浮物、胶体和致病微生物，对此，常规处理工艺“混凝—沉淀—过滤—消毒”是十分有效的。但对于污染水源而言，水中溶解性的有毒有害物质，特别是具有致病、致畸、致突变的有机污染物(即“三致物质”)或“三致”前体物(如腐植酸等)是常规处理方法无法解决的。由于饮用水水质标准逐步提高，另一方面水源水质受到污染日益恶化，于是在常规处理基础上发展了预处理和深度处理。前者置于常规处理前，后者置于常规处理后，即“预处理+常规处理”或“常规处理+深度处理”。预处理和深度处理的主要对象均是水中有机污染物，且主要用于饮用水处理厂。预处理的基本方法有:预沉淀、曝气、粉末活性炭吸附法、臭氧或高锰酸钾氧化法，生物滤池、生物接触氧化池及生物转盘等生物氧化法等。深度处理的基本方法有:活性炭吸附法、臭氧氧化或臭氧－活性炭联用法、合成树脂吸附法、光化学氧化法、超滤法及反渗透法，等等。上面几种方法的基本原理主要是:吸附，即利用吸附剂的吸附能力去除水中有机物;氧化，即利用氧化剂及光化学氧化法的强氧化能力分解有机物;生物降解，即利用生物氧化法降解有机物;膜滤，即以膜滤法滤除大分子有机物。我国有些水厂已成功地采用了臭氧与活性炭联用的深度处理工艺。

1.5.3　水厂规划

1．水厂的用地选择

水厂的位置一般应尽可能地接近用水区，特别是最大量用水区。当取水点距离用水区较远时，更应如此。有时，也可将水厂设在取水构筑物附近，在靠近用水地区另设配水厂，进行消毒、加压。当取水地点距用水区较近时，亦可设在取水构筑物的附近。

水厂应位于城市河道主流的上游，取水口尤其应设于居住区和工业区排水出口的上游。取用地下水的水厂，可设在井群附近，尽量靠近最大用水区，亦可分散布置。井群应按地下水流向布置在城市的上游。根据出水量和岩层的含水情况，井管之间要保持一定的间距。

厂址选址要考虑近、远期发展的需要，为新增附加工艺和未来规模扩大发展留有余地。厂址应选择在工程地质条件较好的地方。一般选在地下水位低、承载力较大、湿陷性等级不高、岩石较少的地层，以降低工程造价和便于施工。水厂应尽可能选择在不受洪水威胁的地方;否则应考虑防洪措施，水厂的防洪标准不应低于城市防洪标准。应允分考虑周围环境的卫生和安全防护条件。水厂应尽量设置在交通方便、靠近电源的地方，以利于施工管理和降低输电线路的造价。

当取水地点距离用水区较近时，水厂一般设置在取水构筑物附近，通常与取水构筑物建在一起。这样便于集中管理，工程造价也较低。当取水地点距离用水区较近时，厂址有两种选择:一是将水厂设在取水构筑物近旁，二是将水厂设在离用水区较近的地方。第一种选择优点是:水厂和取水构筑物可集中管理，节省水厂自用水(如滤池、冲洗和沉淀池排泥)的输水费用并便于沉淀池排泥和滤池冲洗水排除，特别对浊度较高的水源而言。但从水厂至主要用水区的输水管道口径要增大，管道承压较高，从而增加了输水管道的造价、给水系统的设施和管理工作。后一种方案的优缺点与前者正好相反。对高浊废水源，也可将预沉构筑物与取水构筑物建在一起，水厂其余部分设置在主要用水区附近。不同方案应综合考虑各种因素并结合具体情况，通过技术经济比较确定。

2．水厂的用地指标

水厂用地应按规划期给水规模确定，用地控制指标应按表1－17采用。水厂厂区周围应设置宽度不小于10m的绿化地带。

表1－17　水厂用地控制指标

注:1．建设规模大的取下限，建设规模小的取上限。

2．地表水水厂建设用地按常规处理工艺进行，厂内设置预处理或深度处理构筑物以及污泥处理设施时，可根据需要增加用地。

3．地下水水厂建设用地按消毒工艺进行，厂内设置特殊水质处理工艺时，可根据需要增加用地。

4．本表指标未包括厂区周围绿化地带用地。

1.5.4　泵站规划

当配水系统中需设置加压泵站时，其位置宜靠近用水集中地区。泵站用地应按规划期给水规模确定，其用地控制指标应按表1－18采用。泵站周围应设置宽度不小于10m的绿化地带并宜与城市绿化用地相结合。

表1－18　泵站用地控制指标

注:1．建设规模大的取下限，建设规模小的取上限。

2．加压泵站设有大容量的调节水池时，可根据需要增加用地。

3．本指标未包括站区周围绿化带用地。