“引黃入渭”工程配套自來(lái)水廠建設(shè)案例分析

鄒 琳 邱順?lè)?2 宋 波 龍文琳

（1.中機(jī)國(guó)際工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，湖南長(zhǎng)沙 410021；2.湖南省水處理過(guò)程與裝備工程技術(shù)研究中心，湖南長(zhǎng)沙 410021；3.湖南大學(xué)設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南長(zhǎng)沙 410006）

1.背景及概況

陜西省渭南市作為我國(guó)生產(chǎn)力總體布局中中部能源地帶的重要組成部分，是陜西省關(guān)中“一線兩帶”重點(diǎn)經(jīng)濟(jì)區(qū)。為解決多年來(lái)一直困擾著渭南人民的缺水問(wèn)題，渭南市委市政府啟動(dòng)了“引黃入渭”工程。渭南市某自來(lái)水廠作為“引黃入渭”工程的重要組成部分，是陜西省首家以黃河水為原水的自來(lái)水廠，被列為渭南市政府城市基礎(chǔ)設(shè)施重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目。

該水廠位于渭南市經(jīng)開(kāi)區(qū)西酒王村以南區(qū)域，工程占地面積約250畝，水廠總規(guī)模為20萬(wàn)噸/天，一期工程為10萬(wàn)噸/天。水源水從黃河提升至蒲城縣沉砂調(diào)蓄池后，再次提升至該水廠。本工程由自來(lái)水廠、輸水管道和中心區(qū)加壓泵站三部分建設(shè)內(nèi)容組成，供水范圍包括渭南市中心區(qū)、經(jīng)開(kāi)區(qū)和高新區(qū)，供水面積22.5km2。工程于2016年4月開(kāi)始建設(shè)，2018年9月通過(guò)了竣工驗(yàn)收，并正式運(yùn)行。

2.工程工藝特點(diǎn)

2.1 工藝合理，措施齊全，供水安全可靠

2.1.1 優(yōu)化凈水工藝，降低水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，保障供水安全

該水廠批復(fù)的可研報(bào)告中，凈水工藝為常規(guī)+應(yīng)急處理，應(yīng)急采用高錳酸鉀和投加粉末活性炭聯(lián)合工藝。

通過(guò)踏勘水源地蒲城縣北灣沉砂調(diào)蓄池現(xiàn)場(chǎng)，及對(duì)采用同樣水源的鄭州柿園水廠、濟(jì)南鵲華水廠進(jìn)行針對(duì)性的實(shí)地考察調(diào)研，了解到水源水質(zhì)具有季節(jié)性變化大、呈現(xiàn)微污染的特點(diǎn)[1]（揮發(fā)酚、氨氮、總氮和氟化物超標(biāo)，其它指標(biāo)均達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）的Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)）。進(jìn)一步考慮黃河突發(fā)水質(zhì)污染的風(fēng)險(xiǎn)，水廠設(shè)計(jì)在常規(guī)處理工藝的基礎(chǔ)上增加預(yù)處理和深度處理工藝，以去除水體中的微量有機(jī)物（包括持久性有機(jī)物）、消毒副產(chǎn)物等，提高水廠的應(yīng)急處理能力，保障出廠水質(zhì)達(dá)標(biāo)和優(yōu)質(zhì)供水。同時(shí)也規(guī)避二次建設(shè)造成投資成本增加，以及對(duì)水廠生產(chǎn)、運(yùn)行安全的影響，充分體現(xiàn)了設(shè)計(jì)的前瞻性。

2.1.2 應(yīng)對(duì)措施齊全，選用技術(shù)合理，確保水質(zhì)達(dá)標(biāo)

以供水安全可靠的結(jié)果為導(dǎo)向，以濁度、藻類、微量有機(jī)物等水質(zhì)指標(biāo)控制為目標(biāo)，運(yùn)用風(fēng)險(xiǎn)調(diào)蓄、智能化藥劑投加、組合式沉淀池等多種技術(shù)措施，確保水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

2.1.2.1 調(diào)蓄設(shè)施應(yīng)對(duì)原水管道檢修或突發(fā)事件

黃河水從蒲城縣北灣944×104m3沉砂調(diào)蓄池到水廠的40km原水管道為單根管道供水，為應(yīng)對(duì)因管道檢修或突發(fā)事件導(dǎo)致停水事故，本項(xiàng)目設(shè)置了調(diào)蓄水池，同時(shí)保留現(xiàn)有地下水源水廠（新水廠投運(yùn)后準(zhǔn)備關(guān)停），既能保障城區(qū)基本生活供水需求，為檢修維護(hù)爭(zhēng)取時(shí)間，又經(jīng)濟(jì)實(shí)用，很好的解決了城市應(yīng)急供水問(wèn)題。

2.1.2.2 智能化臭氧投加系統(tǒng)應(yīng)對(duì)原水有機(jī)物季節(jié)性變化

針對(duì)原水夏季高藻、冬季低溫低濁，呈現(xiàn)嗅味，揮發(fā)酚、總氮等微量有機(jī)物超標(biāo)，常年微污染的特點(diǎn)，通過(guò)研究不同時(shí)期原水有機(jī)物變化的規(guī)律，水廠采用預(yù)臭氧的強(qiáng)化預(yù)處理工藝[2]，并利用前饋—反饋的串級(jí)控制結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)臭氧的自動(dòng)投加，實(shí)現(xiàn)對(duì)水處理工藝出水水質(zhì)指標(biāo)的有效控制。

2.1.2.3 強(qiáng)化常規(guī)工藝應(yīng)對(duì)原水濁度季節(jié)性變化

針對(duì)原水汛期和枯水期濁度變化較大的特性，沉淀工藝采用前置平流沉淀+全斷面配水斜管+鋼絲繩牽引池底刮泥排泥技術(shù)。沉淀池出水采用正面全斷面配水進(jìn)入斜管沉淀池二次沉淀，確保沉淀池出水濁度長(zhǎng)期穩(wěn)定在1NTU以下。該工藝配合池底鋼絲繩牽引刮泥機(jī)，排泥濃度高、排泥量低，適宜在北方缺水地區(qū)使用。平流斜管組合沉淀池[3]具有A、有效應(yīng)對(duì)原水水質(zhì)波動(dòng)，維持出水水質(zhì)穩(wěn)定；B、有一定的超負(fù)荷生產(chǎn)能力；C、提高了系統(tǒng)的安全運(yùn)行可靠性；D、有利于減輕沉淀池內(nèi)因短流、紊流、異重流等水力因素及氣溫、風(fēng)力等自然因素變化對(duì)沉淀效果的影響。

設(shè)計(jì)將V型濾池和活性炭濾池反沖洗排水、初濾水均勻回流至配水井，增加了低溫低濁條件下水中顆粒碰撞的概率，實(shí)現(xiàn)降低藥耗的同時(shí)，強(qiáng)化了絮凝效果。

2.2 工程投資、工期、資源節(jié)約效果明顯

合理布置平面，實(shí)現(xiàn)工程投資與工期雙節(jié)約。結(jié)合濕陷性黃土原狀土強(qiáng)度較高，壓縮性較小的特點(diǎn)，優(yōu)化廠區(qū)平面布置，最大限度利用濕陷性土的特性，實(shí)現(xiàn)工程造價(jià)與工期雙節(jié)約。

項(xiàng)目地塊廠址規(guī)整，地勢(shì)較平坦，地形中間低四周高，原始地面標(biāo)高在348.5～351.0m之間，場(chǎng)地中部現(xiàn)狀地面標(biāo)高為348.5m左右。工程將清水池、吸水井、送水泵房和排泥排水池布置在廠區(qū)中央，減少了土方挖填方量約53500m3，節(jié)約了土方工程投資約150萬(wàn)元。同時(shí)優(yōu)先施工位于場(chǎng)址中部的清水池、吸水井、送水泵房和排泥排水池，具有足夠的施工作業(yè)面，節(jié)約了基坑支護(hù)投資約750萬(wàn)元。

合理安排施工時(shí)序，優(yōu)先實(shí)施埋深較深，開(kāi)挖量較大，放坡要求高的構(gòu)筑物，不僅節(jié)約了施工投資，也使施工工期大大縮減，實(shí)際建設(shè)工期較計(jì)劃縮短6個(gè)月。

2.3 資源、能源節(jié)約效果明顯

將V型濾池和活性炭濾池反沖洗排水、初濾水直接均勻回用至配水井，據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，兩座濾池回流水量約4455m3/d，僅此一項(xiàng)年節(jié)約用水為163×104m3。同時(shí)反沖洗廢水中的顆粒又提升了原水中絮核數(shù)量，增加了低溫低濁條件下顆粒碰撞的概率，節(jié)約了藥劑投加量約15%～20%左右[4]。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，PAC平均投加量為12mg/L，達(dá)到國(guó)內(nèi)同行業(yè)先進(jìn)水平。

本工程采用并聯(lián)分區(qū)供水，渭河以北地勢(shì)較低的經(jīng)開(kāi)區(qū)由送水泵房直接供水，渭河以南地勢(shì)較高的中心區(qū)及高新區(qū)由中心區(qū)加壓泵站二次加壓供水。分區(qū)供水近期可節(jié)約電耗14.92萬(wàn)kWh/a，節(jié)電費(fèi)11.9萬(wàn)元；遠(yuǎn)期可節(jié)約電耗44.75萬(wàn)kWh/a，節(jié)電費(fèi)35.8萬(wàn)元。

綜上，通過(guò)上述措施的應(yīng)用，本項(xiàng)目資源能源節(jié)約效果明顯。

2.3 輸水管道采用綜合廊橋方式穿越渭河，綜合效益明顯

渭河作為黃河上最大的支流，具有含砂量高、水流較緩、地質(zhì)條件復(fù)雜、徑流量季節(jié)性變化大、堤防防洪要求高、施工影響范圍廣等特點(diǎn)。配套輸水管道采用管橋穿越渭河的建設(shè)方案，與非開(kāi)挖（定向鉆）方案相比，管橋施工工藝成熟，風(fēng)險(xiǎn)及難度小，運(yùn)維方便。同時(shí)考慮到項(xiàng)目投資受限，并結(jié)合渭南市新一輪城市總體規(guī)劃，進(jìn)一步將單一功能管橋優(yōu)化為綜合廊橋，將近期考慮實(shí)施的輸水管道工程、熱力管道建設(shè)工程、渭河景觀橋工程統(tǒng)一設(shè)計(jì)，同步實(shí)施。既整合了資源，節(jié)省了投資，又為后期運(yùn)維提供了便利，理念超前，綜合效益明顯。

2.4 自動(dòng)化設(shè)計(jì)，為智慧化轉(zhuǎn)型奠定基礎(chǔ)

為滿足水廠自動(dòng)、高效、安全、穩(wěn)定運(yùn)行的要求，水廠在各關(guān)鍵工藝段設(shè)置了濁度、流量、壓力、pH、電導(dǎo)率、液位、臭氧濃度、余氯、泥位計(jì)等在線監(jiān)測(cè)儀表，實(shí)現(xiàn)了對(duì)各工藝環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)控。水廠中控室大屏集成顯示所有控制現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)景模型、工藝流程的圖顯模擬、加藥消毒的過(guò)程分析和歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)報(bào)表。水廠值班人員通過(guò)自控系統(tǒng)及上位機(jī)及時(shí)獲取水廠的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行配水、提升、過(guò)濾、加藥、消毒等過(guò)程的遠(yuǎn)程調(diào)控。通過(guò)PLC系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水泵起停及變頻、加藥、加氯、排泥、反沖洗等各工藝段高效、可靠的自動(dòng)化運(yùn)行，并及時(shí)預(yù)警和降低設(shè)備故障的風(fēng)險(xiǎn)。

水廠中控室還采集了制水工藝全過(guò)程——黃河預(yù)處理水廠、輸水管道、水廠及中心區(qū)加壓泵站的各項(xiàng)關(guān)鍵監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和共享，不僅逐步實(shí)現(xiàn)了水廠單設(shè)備、單系統(tǒng)的智能化控制，同時(shí)還為制水工藝全過(guò)程的協(xié)同化運(yùn)行、一體化管理奠定了基礎(chǔ)。

2.5 海綿城市設(shè)計(jì)理念，打造花園式水廠

水廠因地制宜的選取LID設(shè)施，采用下沉花園、生態(tài)停車場(chǎng)等一系列設(shè)計(jì)，貫徹海綿城市滲、滯、蓄、凈、用、排的理念。進(jìn)行了景觀與海綿城市相結(jié)合的綠化設(shè)計(jì)，充分利用大面積綠化將保障生產(chǎn)和改善環(huán)境有機(jī)結(jié)合，建筑與綠化布置相得益彰，用大手筆的設(shè)計(jì)，突出群體與大空間的呼應(yīng)，以大塊面的多種人工植物群落，凸顯廠區(qū)的大氣魄，構(gòu)筑良好的生態(tài)環(huán)境，打造出與黃河文化和關(guān)中文化大氣磅礴特色相呼應(yīng)的花園式水廠。

3.與國(guó)內(nèi)外同類項(xiàng)目主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的對(duì)比情況

3.1 出水水質(zhì)

據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，該水廠運(yùn)行以來(lái)，部分出水水質(zhì)指標(biāo)優(yōu)于國(guó)家《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006）要求，并優(yōu)于歐美等發(fā)達(dá)地區(qū)生活飲用水相應(yīng)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求[5]。

3.2 能耗

據(jù)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，水廠單位產(chǎn)水的能耗水平均為：3.65HkW·h/m3（主要為提升泵站和送水泵房的能耗），與北京市地標(biāo)《自來(lái)水單位產(chǎn)量能耗限額》DB11/T 1213-2015 和《浙江省現(xiàn)化代水廠評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（2018版）對(duì)比，本項(xiàng)目噸水能耗比國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平低15%左右。

表1 部分出水水質(zhì)指標(biāo)對(duì)比表

4.總結(jié)

水廠采用的水處理工藝能夠有效應(yīng)對(duì)黃河水水質(zhì)季節(jié)性變化大、存在氨氮等微污染的特點(diǎn)，突發(fā)事故的應(yīng)急處理能力強(qiáng)，水廠出水各水質(zhì)指標(biāo)均能穩(wěn)定達(dá)到現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，供水安全可靠。

水廠建設(shè)充分利用了原始地形地勢(shì)和濕陷性黃土特征，建、構(gòu)筑物平面布置合理，施工時(shí)序適宜，實(shí)現(xiàn)工程投資與工期雙節(jié)約。同時(shí)水廠排泥水回用和分區(qū)并聯(lián)加壓供水也實(shí)現(xiàn)了藥劑和電能雙節(jié)約。

通過(guò)供水系統(tǒng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和共享，為制水工藝的全過(guò)程協(xié)同、一體化管理、智慧化運(yùn)營(yíng)奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)水廠建設(shè)融入海綿城市建設(shè)理念，構(gòu)筑優(yōu)美的廠區(qū)環(huán)境，打造成為與黃河文化和關(guān)中文化大氣磅礴的特色遙相呼應(yīng)的現(xiàn)代化花園式水廠。

水廠工程的設(shè)計(jì)理念先進(jìn)，運(yùn)行控制合理，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益顯著。本工程為“引黃入渭”工程配套自來(lái)水廠的設(shè)計(jì)運(yùn)行提供了很好的借鑒，具有良好的推廣意義和市場(chǎng)價(jià)值。