某南水北調(diào)水廠總體設(shè)計方案總結(jié)

劉劍，郭東良，喬海兵，尹衛(wèi)紅

(河南省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計研究總院有限公司，河南鄭州450000)

為充分利用南水北調(diào)優(yōu)質(zhì)水資源，從根本上解決滎陽市及鄭州市西部城區(qū)供水緊張的問題，徹底實現(xiàn)鄭州市—滎陽市水資源共享戰(zhàn)略，保證鄭州市區(qū)的快速穩(wěn)定發(fā)展，鄭州市開始著手建設(shè)滎陽南水北調(diào)配套水廠工程。

該工程設(shè)計規(guī)模為16萬噸/天，工程總投資為3.67億元，建設(shè)內(nèi)容包括16萬噸/天凈水廠一座、滎陽市城區(qū)配水管網(wǎng)31.965 km及滎陽市至鄭州市中心城區(qū)供水聯(lián)絡(luò)管道15.229 km。工程近期主要服務(wù)于滎陽市城區(qū)、鄭州市西部城區(qū)，同時兼顧?quán)嵵菀司咏】党牵贿h(yuǎn)期隨著鄭上新區(qū)的發(fā)展，逐步將供水對象轉(zhuǎn)移至鄭上新區(qū)滎陽組團(tuán)及鄭州宜居健康城。

1 工程外部條件

該工程水源取自南水北調(diào)中線工程滎陽段出口,為24號前蔣寨口門，位于滎陽市豫龍鎮(zhèn)前蔣寨村南總干渠左岸，主要供滎陽市用水，年均分配水量為5 840萬噸�？陂T處總干渠樁號XYD3+851.083，分水閘設(shè)計水位為119.06 m，分水口門設(shè)計流量為3 m³/s。提水泵站設(shè)計取水能力為2.2 m³/s，設(shè)計水位為118.96 m，最低水位為118.62 m。提升泵站距凈水廠不足2 km，輸水管道較短，施工條件較好。輸水管道沿線經(jīng)過規(guī)劃南水北調(diào)調(diào)蓄池，也便于今后與調(diào)蓄池的銜接。

凈水廠位于滎陽市康泰路與織機(jī)路交叉口西南角，北側(cè)為現(xiàn)狀康泰路，東側(cè)為現(xiàn)狀織機(jī)路，交通十分便利。

2 工藝選擇

鄭州市近年來對已建的凈水廠進(jìn)行了全面的升級改造，在傳統(tǒng)凈水工藝的基礎(chǔ)上增加了深度處理工藝。考慮到本工程凈水廠建成后將與鄭州市供水管網(wǎng)系統(tǒng)相銜接，實現(xiàn)聯(lián)合供水，必須使凈水廠出水水質(zhì)與鄭州市保持一致，實現(xiàn)同城同質(zhì)的目標(biāo)，為此在本工程工藝選擇時，也同樣選擇了常規(guī)凈水工藝+深度處理工藝相結(jié)合的工藝路線。

考慮本工程主要水源為南水北調(diào)水，備用水源為黃河水，因此確定采用穩(wěn)定性高、對水質(zhì)變化沖擊適應(yīng)能力強(qiáng)的處理工藝。結(jié)合鄭州市已建采用黃河水作為水源的凈水廠運行經(jīng)驗，確定常規(guī)處理采用機(jī)械混合+折板反應(yīng)+平流沉淀池+V型濾池工藝。

深度處理確定采用臭氧+活性炭工藝。經(jīng)綜合考慮，采用V型濾池+下向流活性炭濾池工藝。

3 與本項目取水工程的銜接

南水北調(diào)供水項目與以往市政供水項目有所區(qū)別，主要體現(xiàn)在原水取水及輸送的管理部門與凈水及配水的管理部門不一致。工程設(shè)計與建設(shè)不易協(xié)調(diào)統(tǒng)一，容易導(dǎo)致工程銜接出現(xiàn)問題。對于本工程而言，設(shè)計原水取水泵站到凈水廠進(jìn)廠水頭為143 m，可以滿足常規(guī)水處理工藝的水頭要求，但由于本工程設(shè)置深度處理單元，導(dǎo)致進(jìn)廠水水頭不足，需要在常規(guī)處理后增加提升泵站才能滿足后續(xù)凈水需要，提升泵站的設(shè)置增加了工程建設(shè)費用及運行管理難度，同時采用軸流泵運行效率較低，不利于節(jié)能降耗。

為優(yōu)化取水、凈水設(shè)計總體方案，本工程建設(shè)單位與河南省南水北調(diào)中線工程建設(shè)管理局積極溝通，于2014年2月13日召開了鄭州配套工程24號供水線路調(diào)整末端入水廠水頭有關(guān)問題的協(xié)調(diào)會。河南省南水北調(diào)中線工程建設(shè)管理局在取水泵站土建工程已經(jīng)完成、設(shè)備采購已經(jīng)結(jié)束，設(shè)備尚未生產(chǎn)的情況下，本著科學(xué)、負(fù)責(zé)的態(tài)度，同意對泵站取水泵及配套電氣自控設(shè)備進(jìn)行調(diào)整，提高取水泵揚程，將原設(shè)計到凈水廠水頭143 m提高至147.5 m，避免了凈水廠中間提升泵站的建設(shè)，也切實達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。本項目取水泵站協(xié)調(diào)工作的順利進(jìn)行，對河南省南水北調(diào)配套工程與凈水廠工程技術(shù)對接模式具有很好的參考意義。

4 凈水廠工藝設(shè)計

4.1 預(yù)臭氧及混合池

為保證凈水廠配水均勻，同時滿足原水的漂浮物去除、臭氧預(yù)氧化及藥劑混合，凈水廠設(shè)置預(yù)臭氧及混合池一座兩組。預(yù)臭氧池前端設(shè)置兩臺格柵間隙為5 mm的轉(zhuǎn)鼓式細(xì)格柵，去除原水中較大的漂浮物。預(yù)臭氧池接觸時間為3.5 min，臭氧加注量為0.5~1 mg/L，臭氧采用文丘里水射器投加方式。

4.2 臭氧接觸池

全封閉臭氧接觸池一座兩組，單組處理能力為3 500 m³/h，后臭氧加注量為1.5～2.5 mg/L，在臭氧接觸池各段的加注量可根據(jù)實際需要進(jìn)行調(diào)整。

4.3 活性炭濾池

活性炭濾池一座，共8格，雙排布置，單格過濾尺寸為9.2 m×8 m，進(jìn)水渠位于濾池兩端，出水渠及出水管廊布置于濾池中間�；钚蕴繛V池水深約5.55 m，采用下向流形式，單格有效面積為73.6 m²，設(shè)計空床濾速為12 m/h，活性炭濾層厚2.2 m，炭層接觸時間為12.5 min，選用顆�；钚蕴�，粒徑為0.6~2.5 mm，裝填粒密度為450~550 g/L。砂濾層厚度為0.6 m，選用均質(zhì)石英砂，粒徑為1~1.2 mm。

5 供水管網(wǎng)設(shè)計方案

本工程服務(wù)對象主要包含滎陽市城區(qū)、鄭州市西部城區(qū)及宜居健康城。供水范圍內(nèi)的城區(qū)地勢變化很大，其中滎陽市城區(qū)的南部、索河以西工業(yè)區(qū)及宜居健康城地勢很高，最高點地面標(biāo)高達(dá)到174 m；而滎陽市北部城區(qū)及鄭州市西部城區(qū)較低，最低點地面標(biāo)高為120 m。

為滿足不同區(qū)域用戶對供水水壓的需求，同時盡可能降低配水干管中的最大壓力，確保配水管網(wǎng)的安全運行，本工程采用高低壓分區(qū)供水的方式。該種方式既避免了配水管網(wǎng)內(nèi)水壓過高或過低的情況發(fā)生，同時也使送水泵選型更為合理，降低了電耗。

6 調(diào)蓄設(shè)施設(shè)置技術(shù)問題要點分析

根據(jù)《河南省南水北調(diào)受水區(qū)供水工程配套工程規(guī)劃》及滎陽市城市總體規(guī)劃，原規(guī)劃在南水北調(diào)取水泵站與凈水廠間修建一座調(diào)蓄量為64萬噸的蓄水池，用于南水北調(diào)干渠事故時或維護(hù)時的應(yīng)急供水需要。

南水北調(diào)中線工程設(shè)計各口門供水保證率并不一致，除北京、天津等城市以外，沿線大部分城市供水保證率均低于90%以下，這也是受水沿線原計劃設(shè)置蓄水池的一個主要理由。但實際上，除個別城市周邊可利用現(xiàn)有水庫進(jìn)行水量調(diào)節(jié)以外，大部分城市規(guī)劃蓄水池存水量僅為3~7 d，如果干渠發(fā)生長時間斷流，則所設(shè)蓄水池的存水量無異于杯水車薪。

同時，蓄水池的水質(zhì)保持也存在一些問題。河南省內(nèi)大部分受水城市直接從口門取水泵站取水，通過管道送至配套南水北調(diào)水廠，在輸水管道沿線分出一個分支為蓄水池補(bǔ)水，這種方式極容易導(dǎo)致蓄水池內(nèi)的水因為長期不更新而腐敗，使得原本優(yōu)質(zhì)的原水水質(zhì)惡化。為保證蓄水池的水保持不斷更新，就需要將干渠取水泵站的水直接送至蓄水池，然后通過蓄水池邊的取水泵站送至南水北調(diào)配套水廠，這樣將會大大增加工程建設(shè)費用及運行費用。

另外，蓄水池的水源保護(hù)難度也很大。目前規(guī)劃建設(shè)的蓄水池多位于城市邊沿或城區(qū)內(nèi)部，雖然按照規(guī)劃水源周邊需設(shè)置一、二級保護(hù)區(qū)，但在實際管理過程中很難保證城市居民不靠近水源。而城市居民靠近水源，一方面存在污染水源的可能性，另一方面還存在失足落水的風(fēng)險。

綜上所述，蓄水設(shè)施應(yīng)結(jié)合城市實際條件進(jìn)行設(shè)置，盡量充分利用現(xiàn)有水庫，確保較長的調(diào)蓄時間才能真正發(fā)揮調(diào)蓄池的作用�？紤]到水量保證、水質(zhì)保持及水源保護(hù)等多方面因素，不建議單獨建設(shè)小型調(diào)蓄池，與其投入大量的資金、土地去建設(shè)存水量僅為3~7 d的蓄水池，不如在南水北調(diào)干渠運行管理時提前做好應(yīng)急預(yù)案，在丹江口水庫水源緊張時，統(tǒng)一降低沿線城市的分水量，保證供水量達(dá)到正常時的70%以上，而沿線城市除利用南水北調(diào)水源以外，啟動城市備用水源作為補(bǔ)充，這樣基本上對城市的居民生活和工業(yè)生產(chǎn)不會產(chǎn)生較大的影響。

（本文發(fā)表于《中國給水排水》雜志2014年第20期“給水深度處理及飲用水安全保障技術(shù)交流會專題”欄目）

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