Kilamba Kiaxi (以下简称K.K.) 新城一期工程位于安哥拉首都罗安达市南郊, 是中国企业在安哥拉以EPC模式承建的单项合同额最大的社会住房项目, 项目占地8.8km², 合同总额约35.53亿美元。该工程主要包括20 002套公寓式住宅、24所幼儿园、9所小学、8所中学、498个商店以及市政道路、给排水系统、供电系统、景观等相关配套设施。根据罗安达市总体规划, K.K.新城供水工程总设计规模为15万m³/d, 分3期建设, 一期设计规模4万m³/d (自用水系数按5%考虑) , 包括取水头部及取水泵房、输水工程及净水厂工程等。

　　 取水水源的选择对整个供水系统的组成、布局、投资及运行维护等均有重大影响。经过现场勘察及技术经济比选, 水源取自Kwanza河支流Bita渠。根据雇主提供的资料, 支流Bita渠水位如下:常水位0.00 m, 洪水位2.40 m, 枯水位-2.70m。水源水质符合《生活饮用水水源水质标准》 (CJ 3020-93) 二级标准^[1], 原水水质检测报告如表1所示。

　　 根据Bita渠和拟建取水泵站的地形、地质情况, 在工程前期对取水构筑物形式提出了两个方案。方案一:进水明渠;方案二:取水头部+重力自流管, 综合考虑Bita渠的地形, 地质条件、水位变化幅度、取水安全性、工程投资、可靠性及运行维护管理等因素^[2], 选择方案二, 即取水头部+重力自流管, 见图1。

　　 取水头部及重力自流管按远期总规模15万m³/d一次建成。取水头部分成2格, 每格设4个进水口, 每个进水口外设置格栅, 栅条间隙70 mm;重力自流管采用2根DN1 000的钢管, 自流管埋设在河底以下, 管顶至河床底0.6 m。近期单根管设计流速为0.64m/s, 远期单根管设计流速为1.19m/s, 远期事故时单根管流速1.67m/s。

　　 通过对取水可靠性、投资合理性、施工及运行管理的便利性等因素进行技术经济分析, 取水泵站拟建站址位于Bita渠北侧的滩地上, 距离Bita渠约22m, 滩地自然地面高程为0.88~1.97m, 设计地面标高4.2m。

　　 取水泵房土建按远期15万m³/d规模设计, 平面尺寸9.4m×18.9m (壁厚0.9m) , 总高度12.8m, 设备分期安装。泵房内共设4台水泵机组位, 一期安装3台水泵 (2用1备) , 单台泵的参数为Q=900m³/h, H=130m;二期增加1台泵, 并更换1台泵, 形成2大2小, 运行2大或1大2小, 大泵参数为Q=1 750m³/h, H=130m, 小泵参数同一期;三期4台泵全部更换, 3用1备, 单台泵的参数:Q=2 400m³/h, H=150m;泵房外阀门井设置多功能水力控制阀3台 (DN600, PN1.6MPa) , 直通型水击泄放阀2台 (DN350) , 近期开启水头143m, 远期开启水头165m。

　　 取水泵房采用湿式布置形式 (水泵采用长轴多级深井泵) , 沉井施工, 不排水下沉。沉井井壁分两次浇注, 第一节制作高度为11.3 m, 第二节制作高度为1.5 m。第一节井壁的混凝土达到设计强度 (100%) 后方可下沉, 待第一节筒壁下沉至设计标高后即可按指定的施工水位期间依次进行封底、底板、隔墙的施工;第二节井壁及标高3m以上的隔墙须与泵房楼面板、梁一次浇注。取水泵房施工如图2所示。

　　 由于取水泵站到净水厂距离较远 (14.7km) , 考虑到Bita渠的水质及当地气候条件, 设计在取水泵房内预加氯, 以有效抑制原水中藻类的繁殖, 提高净水厂絮凝效果^[3]。

　　 加氯间土建按15万m³/d设计, 设备按4万m³/d安装。加氯间平面尺寸18.4 m×14.7 m。消毒剂采用液氯, 计加氯量1mg/L, 设计加氯点位于水泵间进口处。加氯机选用2台 (1用1备) 壁挂式真空加氯机, 最大加氯量为2kg/h。氯瓶采用900kg/瓶的氯瓶, 氯库按30天贮量设计。

　　 为了确保用氯安全, 加氯系统内设先进的漏氯报警器 (双探头) , 检测浓度1mg/L, 一旦使用不正常即行报警;同时设漏氯吸收装置1套, 吸收能力1 000kg/h, 碱泵功率7.5kW, 风机功率4kW。发生事故时及时启动该系统将氯库中泄漏的氯吸收后中和。

　　 输水管道自Bita渠岸边的取水泵站至K.K.净水厂, 全长约14.7km。管道起始段位于河滩地, 地势低且平缓。管道自河滩地往北爬高约100m后进入现状道路 (4~10m宽) , 道路地势平坦, 输水管道沿现状道路及规划道路敷设, 在距取水泵站约8km处输水管道进入K.K.新城一期用地范围东南角, 往西沿新城道路至K.K.净水厂 (设计地面标高107.6~107.1m) 。

　　 输水管道按2根考虑, 并配合供水规模分期实施。一期敷设1根输水管DN1 000, 二期增加1根输水管DN1 000。一、二期输水管的设计流量为0.486m³/s, 流速0.62 m/s;三期单根输水管的设计流量为0.911m³/s, 流速1.16m/s。根据输水管水锤计算, 结合工程地质、施工条件, 以及工程对安全性、经济性的要求, 本工程设计输水管全线采用钢管。钢管壁厚与工作压力根据计算水压线分段考虑, 取水泵站~坡地高点 (K0+000~K1+100) 输水管工作压力1.6MPa, 试验压力2.1MPa, 钢管壁厚16mm;坡地高点~净水厂 (K1+100~K13+820.549) 输水管工作压力1 MPa, 试验压力1.5 MPa, 钢管壁厚10mm。

　　 输水管道全线共设24个DN200进、排气阀和2个DN150真空破坏阀;在取水泵站每台水泵的出水管上均设置1个DN100进、排气阀和1台DN600多功能水力控制阀。

　　 本工程采用配水井、静态管道混合器、折板絮凝池、平流沉淀池、V型滤池、清水池及送水泵房处理工艺, 工艺流程见图3。

　　 混合采用混合效果好、管理简单、维护工作量小的静态管式混合器。加药点设在静态管式混合器进口处, 水与药液在静态管式混合器内能得到快速、充分、均匀的混合, 从而达到较好的絮凝效果。一期工程设静态管式混合器1台, 规格为DN800, 管内流速为0.97m/s。

　　 絮凝、沉淀构筑物合建, 处理规模4万m³/d, 设置2座并列布置, 每座絮凝池分2组便于维修。单组絮凝池平面净尺寸为9.2 m×3.4 m, 池深4.25m, 平均有效水深3.75 m, 絮凝时间T=16min, 絮凝部分每格底均设有穿孔管排泥, 管径为DN200, 设气动角式排泥阀。单座平流沉淀池平面净尺寸90.3m×7m, 池深3.9m, 有效水深3.5m, 沉淀时间2.53h, 水平流速10mm/s。为改善池内水流条件, 每座平流沉淀池内设一道砖砌导流墙, 将池子分为2格。沉淀池排泥采用虹吸式排泥机, 排泥机根据池内积泥厚度自动排泥或定时自动排泥。

　　 V型滤池按近期4万m³/d规模设计, 设置1座 (分为4格) , 采用双排布置, 每格过滤面积49 m²。滤池平面尺寸32.75m×24.2m, 钢筋混凝土结构。

　　 滤池正常滤速V=8.93 m/h, 强制滤速V₁=11.9m/h。气冲强度q_气=15L/ (s·m²) , 冲洗时间1.5 min;气、水混合冲强度q_气=15 L/ (s·m²) , q_水=2.5 L/ (s·m²) , 冲洗时间5 min;水冲强度q_水=5L/ (s·m²) , 冲洗时间5min;冲洗全过程表面扫洗:q=2L/ (s·m²) , 冲洗时间11.5min。

　　 滤料采用石英砂均质滤料, 粒径0.9~1.15mm, K₈₀=1.2, 滤层厚度1.2m, 承托层采用砾石, 粒径为2~4mm, 厚度为0.05m。滤池配水系统采用长柄滤头, 在滤板上均匀布置。每格滤池出水管上设置气动调节阀控制滤池恒水位运行, 滤池反冲洗按运行周期、出水浊度、水头损失等自控进行。根据雇主要求, 滤池上部空间设置框架结构顶盖。

　　 清水池调节容积为供水规模的10%, 调节容积为4 000m³。另外, 考虑K.K.一期新城室外消火栓按同一时间发生3处火灾计算, 每处消防用水量80L/s, 火灾持续时间3 h, 则消防储备水量为2 592m³, 清水池总有效容积按6 600m³考虑, 为供水规模的16.5%。清水池设置2座, 钢筋混凝土结构, 单座清水池平面尺寸40.6 m×23.6 m, 池深4m, 有效水深3.8m, 池内设导流墙。

　　 送水泵房按一期4万m³/d规模设计。泵房采用半地下式, 地下部分深5.4 m。变配电间及值班室与泵房合建, 便于管理, 节省电缆, 降低线损, 平面尺寸42.6m×13.1m。泵房不同情况供水量如下:最高日平均时供水量为1 666.7m³/h (即4万m³/d) ;最高日最大时供水量为2 500m³/h (时变化系数K_h=1.5) ;最高日最大时及消防供水量为3 364m³/h。送水泵房出水节点地面标高107.45m, 根据K.K.一期大市政给水管网平差结果, 净水厂出水节点水压为146.28m, 则自由水头为38.83m, 送水泵房吸水井最低水位标高106.2m, 泵房内管路总水头损失2m, 安全水头2m, 则水泵杨程H=38.83+107.45-106.2+2+2=44.08 (m) , 取值H=44.0m。泵房内共设置4台离心泵 (2大2小) , 水泵性能参数如下:大泵Q=1 250m³/h, H=44m, N=220kW;小泵:Q=625 m³/h, H=44m, N=132kW。水泵运行情况如下:最高日平均时运行1台大泵1台小泵;最高日最大时运行2台大泵或1台大泵及2台小泵;最高日最大时及消防时运行所有4台泵。大、小水泵出口设置多功能水力控制阀共4台 (分别为2台DN500及2台DN350) 。

　　 吸水井与泵房分建, 平面尺寸为16.8 m×3.8m, 深6.3m。

　　 回收水池用以接纳滤池反冲洗废水, 经调节后均匀回流至絮凝池。按每格滤池每天反冲洗一次考虑, 单格滤池反冲洗一次排出的废水量193 m³, 全厂每天总的反冲洗废水量为772 m³。滤池反冲洗依次进行, 考虑到回收水池废水回收需要一定的转输时间, 回收水池按一次储存2格滤池一次反冲洗排水量进行设计, 即单格回收水池的容积应大于2格滤池反冲洗一次的排水量386 m³。回收水池分2格依次抽排, 每天各抽水1次, 交错运行, 单格平面净尺寸为22 m×8 m, 池深为4 m, 有效水深为2.25m, 单格有效容积为396m³。

　　 每格回收水池内设提升泵 (潜污泵) 2台 (1用1备) , 泵的流量按照均匀提升废水至絮凝池以避免原水浊度波动的原则进行选择。单台水泵的流量Q=100m³/h, 扬程H=15m, 功率N=7.5kW。

　　 加药间土建按4万m³/d规模设计。加药间平面尺寸32.7m×18.4m, 按不同的功能分隔成若干个功能间, 包括加矾、加氯、氯吸收室等设施。

　　 本工程采用固体硫酸铝 (Al₂O₃含量15%, 含无水硫酸铝50%, 相对密度1.69) 作为絮凝剂, 设计最大投加量15mg/L。采用计量泵湿式投加, 絮凝剂溶液浓度控制在5%~8%。为了使运行管理方便又简化操作程序, 采用1台投加泵对应1个投加点的方式设计, 本次设计1个投加点, 设于絮凝池前静态管式混合器。设隔膜计量泵2台 (1用1备) , 计量泵性能参数为:Q=1 500L/h, H=0.1MPa, N=1.5kW。

　　 净水厂采用液氯作为消毒剂。设计加氯量0.5~2mg/L, 设计加氯点有两处, 一个投加点设于清水池进水管口 (前加氯) , 另一个补氯投加点设于送水泵房吸水井 (后加氯) 。加氯机选用3台柜式真空加氯机, 其中, 2台柜式真空加氯机的最大加氯量为4kg/h, 1用1备, 1台柜式真空加氯机的最大加氯量为2kg/h, 备用补氯。在投加点配套水射器, 共设2台, 水射器规格10kg/L。后加氯采用复合环自动控制, 设余氯分析仪1台。氯瓶采用吨级氯瓶, 氯库按15天贮量设计。加药间内设漏氯吸收装置一套, 吸收能力1 000kg/h。

　　 根据雇主要求, 净水厂按一期规模建设, 并预留二期、三期建设用地。一期用地2.74hm², 分为生产管理区、水处理区、辅助生产区等3个区域。生产管理区包括综合楼、食堂、浴室、传达室及大门等, 设在厂区的西北侧;水处理区包括折板絮凝平流沉淀池、V型滤池及反冲洗泵房、清水池、送水泵房等, 设在厂区的东侧。在折板絮凝沉淀池、V型滤池、清水池、送水泵房等水处理构 (建) 筑物东侧预留二期、三期用地;辅助生产区包括回收水池、加药间、堆砂场、机修间、仓库、车库, 设在厂区的西南部。该区与其他区域保持一定间隔, 并采用绿化带进行隔离, 避免对厂区环境造成不利影响。净水厂各构筑物在平面上布置紧凑, 管道连接顺畅;在竖向上减少水头损失, 降低能耗。净水厂 (一期) 效果见图4。

　　 本工程在施工及调试过程中发现一些问题, 并根据当地特点提出了解决方法或建议, 具体如下:

　　 (1) 厂区液氯投加采用的压力水源接自送水泵房总出水管上的支管, 当厂区进行调试或大修时, 液氯投加所采用的压力水源就会受到影响, 会导致一部分未加液氯的水进入清水池, 难以达到消毒效果。为解决此问题, 在送水泵房内设置1组增压水泵, 专门为厂区提供压力水, 使加氯管线正常工作。

　　 (2) 由于安哥拉位于热带, 鸟类数量及种类繁多, 在沉淀池四周会有大量鸟类栖息, 鸟类粪便及羽毛不但污染水质, 而且腐蚀设备和走道。为解决此问题, 在沉淀池上安装驱事鸟器, 防止鸟类的栖息。

　　 (3) 由于安哥拉罗安达市供电不稳定, 经常停电, 在净水厂需要考虑设置发电机作为备用电源, 本工程的取水泵站及净水厂均设置发电机。

　　 (4) 在设计中考虑水锤防护取水泵房及送水泵房水泵出口均采用多功能水力控制阀, 但是, 在实际安装过程中采用多功能水泵控制阀。由于多功能水泵控制阀使用气动控制阀体的开启, 在调试过程中, 电磁阀或者气动开关辅助设备经常发生故障, 影响阀体正常运行, 且提供水泵控制阀的气源也增加了故障点, 使控制回路更加复杂。考虑到非洲地区管理人员的技术水平较低, 建议以后在非洲类似工程中尽量避免采用水泵控制阀。

　　 (5) 根据罗安达市总体规划, K.K.一期净水厂不设置排泥水处理系统, 絮凝沉淀池排泥水直接排至净水厂附近大坑。但是, 净水厂近3年运行排出的排泥水对大坑周围的环境造成一定的影响。建议净水厂二期设置排泥水处理系统, 改善净水厂的环境。

　　 Kilamba Kiaxi新城一期供水工程于2014年1月通过业主验收并进入试运行阶段。一期工程自投产以来已运行近3年, 整个供水系统对水量和水质的变化有较好的适应能力, 处理系统运行稳定可靠。出水水质达到中国《生活饮用水卫生标准》 (GB5749-2006) 规定的指标, 其中, 出水浊度低于0.4NTU, 得到了业主和安哥拉水务局的高度认可。