劉 星，史林威

（中國(guó)市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，四川 成都 610081）

0 引言

近年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及國(guó)家西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的貫徹落實(shí)，西北地區(qū)水資源問(wèn)題日益突出，城市缺水已對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)了很多不利影響，成為阻礙城市發(fā)展的主要因素之一。一方面，黃河流域地下水較高的開(kāi)采率，導(dǎo)致出現(xiàn)的地面沉降、地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害情況愈發(fā)嚴(yán)峻；另一方面，黃河干流污染嚴(yán)重，水質(zhì)每況愈下，水質(zhì)性缺水逐漸成為城市缺水的主要因素。因此，從水源上入手，采用工程手段，引入水量?jī)?chǔ)備充足、水質(zhì)良好的水庫(kù)水作為城市供水的源頭保障，成為大中型城市解決水資源供需問(wèn)題和保障城市供水安全的優(yōu)選途徑[1,2]。

1 工程概況

蘭州市位于黃河中上游黃土高原，是一個(gè)東西長(zhǎng)（約 50 km），南北窄（約 2～8 km）的連續(xù)河谷盆地中的沿河帶狀城市。市區(qū)海拔1 520 m，南有皋蘭山，海拔2 159 m，北有九州臺(tái)，海拔2 067 m，地形相對(duì)高差最大約600 m。蘭州市屬大陸性干旱氣候，氣溫年平均9.8℃，最高39.8℃，最低-19.7℃，凍土厚度最大為0.98 m。

現(xiàn)狀蘭州市供水主要有四個(gè)水廠(chǎng)，一水廠(chǎng)、二水廠(chǎng)水源是黃河地表水，三水廠(chǎng)、四水廠(chǎng)為地下水源，三水廠(chǎng)現(xiàn)狀斷續(xù)供水，四水廠(chǎng)基本停用，長(zhǎng)期作為備用。

新建蘆家坪凈水廠(chǎng)近期規(guī)模25萬(wàn)m3/d，規(guī)劃遠(yuǎn)期工程規(guī)模50萬(wàn)m3/d，廠(chǎng)內(nèi)自用水系數(shù)按1.1考慮。凈水廠(chǎng)工藝流程為調(diào)流閥間+配水井+混合絮凝沉淀池+砂濾池+清水池及紫外線(xiàn)消毒間，利用地形高差采用重力供水。工程于2016年8月開(kāi)始施工，現(xiàn)已進(jìn)入工藝設(shè)備安裝階段。

2 凈水廠(chǎng)設(shè)計(jì)

2.1 凈水工藝流程介紹

本工程凈水廠(chǎng)采用：“調(diào)流閥間+配水井+混合絮凝沉淀池+砂濾池+清水池及紫外線(xiàn)消毒間”處理工藝，工藝流程見(jiàn)圖1。

2.2 原水水質(zhì)分析

2.2.1 原水水質(zhì)狀況

蘆家坪凈水廠(chǎng)的原水為劉家峽水庫(kù)水，該水庫(kù)水水質(zhì)優(yōu)良，是優(yōu)質(zhì)的地表水水源?，F(xiàn)狀除個(gè)別指標(biāo)外，各項(xiàng)均達(dá)到《生活飲用水水源水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJ3020-93）的要求。

圖1 蘆家坪凈水廠(chǎng)工藝流程圖

據(jù)資料顯示，在冬季，水庫(kù)水溫經(jīng)常性地達(dá)到5℃以下，屬難以處理的低溫低濁度水范疇。夏季洪水季節(jié)由于異重流等原因可能產(chǎn)生高濁度。

另外水庫(kù)水體有富營(yíng)養(yǎng)化加重的可能，水體中微生物多且多樣，可形成大而輕的絮體，難以沉降，增加了水庫(kù)水的凈化難度。

2.2.2 去除指標(biāo)

經(jīng)對(duì)比原水水質(zhì)和出廠(chǎng)水標(biāo)準(zhǔn)，該原水需要處理的主要項(xiàng)目為：濁度、大腸菌群。

2.3 凈水工藝流程及藥劑方案論證選擇

凈水工藝的確定應(yīng)按進(jìn)水水質(zhì)特點(diǎn)、處理目標(biāo)、達(dá)標(biāo)要求、安全可靠、穩(wěn)定運(yùn)行、操作管理、經(jīng)濟(jì)適用和近遠(yuǎn)結(jié)合等方面綜合考慮。

2.3.1 色度和濁度的去除

去除色度和濁度的水處理方法有沉淀（包括澄清）或氣浮和過(guò)濾。就本工程掌握的資料而言，色度屬常見(jiàn)正常水平，通常情況下濁度不高。結(jié)合國(guó)內(nèi)大型水廠(chǎng)常規(guī)工藝的運(yùn)行情況，可采用絮凝沉淀＋過(guò)濾處理工藝。

針對(duì)進(jìn)水短時(shí)間含大量的泥沙對(duì)沉淀池處理效果的影響以及為了減少對(duì)機(jī)械刮泥機(jī)的磨損，設(shè)計(jì)中考慮了適當(dāng)增大配水井的池容，在短暫高濁時(shí)起到沉砂的作用。

2.3.2 細(xì)菌總數(shù)、大腸菌群的殺滅以及對(duì)兩蟲(chóng)處理的考慮

原水中的細(xì)菌及大腸桿菌可通過(guò)消毒去除。凈水廠(chǎng)中最常用的消毒技術(shù)有液氯、二氧化氯、臭氧、紫外線(xiàn)等。

本工程是蘭州市主要的給水廠(chǎng)之一，規(guī)模、服務(wù)范圍和社會(huì)影響大。為適應(yīng)保證人民身體健康提供更高水質(zhì)的飲用水的要求，綜合選擇安全可靠的方案。臭氧及二氧化氯由于現(xiàn)場(chǎng)制備、有防爆要求，對(duì)運(yùn)行安全穩(wěn)定要求高、運(yùn)行費(fèi)用高，對(duì)操作、管理等要求也高，所以本工程不作推薦。

紫外線(xiàn)消毒系統(tǒng)簡(jiǎn)單，尤其是對(duì)原水中危害人體健康的、常規(guī)液氯方法殺滅效率低的隱孢子蟲(chóng)、賈第鞭毛蟲(chóng)具有高效殺滅能力，但考慮到紫外線(xiàn)完成消毒后沒(méi)有抑制殘留細(xì)菌再生的能力，故本次設(shè)計(jì)采用的紫外線(xiàn)輔助加氯聯(lián)合消毒工藝。

2.3.3 耗氧量及感官性狀污染物的去除

除單獨(dú)事件外，該類(lèi)突發(fā)污染發(fā)生原因及影響面與氨氮污染類(lèi)似，因此需要在工程中考慮應(yīng)對(duì)措施。本工程設(shè)置預(yù)加氯和粉末活性炭吸附等預(yù)處理措施，并在總平面布置中預(yù)留了深度處理場(chǎng)地。

（1）預(yù)加氯：氧化劑。預(yù)氧化可以破壞原水中的有機(jī)質(zhì)、殺滅藻類(lèi)、提高沉淀池的處理效果。預(yù)加氯根據(jù)需要時(shí)投加。投加粉末活性炭期間停止預(yù)氯的投加。

（2）設(shè)置粉末活性碳投加系統(tǒng)：吸附原水酚、有機(jī)物污染等物質(zhì)[1]。粉末活性炭由于具有孔隙結(jié)構(gòu)而對(duì)污染物質(zhì)進(jìn)行吸附作用。投加根據(jù)設(shè)于取水站的污染物和味、臭等指標(biāo)進(jìn)行控制，超過(guò)設(shè)定值，啟動(dòng)投加系統(tǒng)，以去污染物。

2.3.4 低溫低濁度水處理

本工程冬、春季原水具有低溫低濁特點(diǎn)，影響了混凝效果。從混凝沉淀理論上看，水溫低對(duì)絮凝沉淀效果的影響是很大的，是主要的因素。此外，水溫對(duì)凝聚劑的水解反應(yīng)也有明顯的影響。要解決低溫、低濁度水處理的技術(shù)難題，可從改變凝聚劑的性質(zhì)上、促進(jìn)絮體形成上和提高濁度促進(jìn)泥渣吸附等方面著手，以提高混凝沉淀效果。

低溫低濁水的凈化是給水處理中的一個(gè)難點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)可從池型、參數(shù)、藥劑選擇等方面考慮。

（1）池型及參數(shù)選取對(duì)策

選擇具有良好適應(yīng)性的池型以及選取合適的參數(shù)，促使水中微粒逐漸生成粗大的絮體以便為后續(xù)的沉淀、過(guò)濾創(chuàng)造良好條件。沉淀池的參數(shù)選擇上，選取低負(fù)荷參數(shù)，確保處理效果。

（2）絮凝劑選取對(duì)策

鋁鹽和鐵鹽的混凝劑是水處理中的兩類(lèi)常用藥劑，常見(jiàn)硫酸鋁、三氯化鐵、硫酸亞鐵、聚合氯化鋁（PAC，堿式氯化鋁）等[2]，其性能和使用條件對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 常用的混凝劑性能與適用條件

根據(jù)上述藥劑性能，設(shè)計(jì)選擇采用聚合氯化鋁（PAC）絮凝劑。一是處理效果較好，再配以助凝劑和其他改善低溫低濁絮凝的措施可以保證處理效果；二是蘭州市當(dāng)?shù)鼐蜕a(chǎn)水處理專(zhuān)用液體PAC，可以保證產(chǎn)品質(zhì)量和市場(chǎng)供貨；再是藥劑腐蝕性小，可以減少加藥設(shè)備、加藥池和管道的損害率以及維護(hù)和更換工作量，同時(shí)也就保證了加藥系統(tǒng)的運(yùn)行安全。

（3）助凝劑選取對(duì)策

通常情況下，除投加絮凝劑外，再輔助投加助凝劑可以明顯改善絮凝效果。常用的助凝劑有聚丙烯酰胺（PAM）、活化硅酸等。

聚丙烯酰胺（PAM）和活化硅酸均有明顯的助凝效果，其中活化硅酸配制和投加相對(duì)復(fù)雜一些。而PAM投加系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)凈水廠(chǎng)中使用非常普遍，同時(shí)人員對(duì)PAM系統(tǒng)的使用與管理經(jīng)驗(yàn)也非常豐富。故在本工程中使用PAM作為助凝劑。

2.3.5 預(yù)留深度處理

就本工程原水條件和處理要求，采用常規(guī)處理工藝已完全能夠滿(mǎn)足工程需要，達(dá)到工程目標(biāo)。但隨著對(duì)環(huán)境質(zhì)量、飲用水安全和生活水平要求的提高，飲用水的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或工程目標(biāo)完全有可能更加嚴(yán)格或提升。此外，有必要預(yù)留深度處理用地以應(yīng)對(duì)將來(lái)原水水質(zhì)可能受到污染或下降。故為實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行的目標(biāo)，本項(xiàng)目按照國(guó)內(nèi)大型水廠(chǎng)常用的預(yù)臭氧+臭氧活性炭工藝預(yù)留場(chǎng)地。

2.4廠(chǎng)區(qū)布置介紹

2.4.1 平面布置

水廠(chǎng)工程平面布置中主要考慮了如下因素：

（1）工藝流程與場(chǎng)地：根據(jù)進(jìn)水管和廠(chǎng)外接管位置，結(jié)合工藝處理流程順序，按照流程合理布置。根據(jù)該原則，生產(chǎn)區(qū)配水井、沉淀池、濾池、清水池由南向北展開(kāi)布置。主要生產(chǎn)構(gòu)筑物都集中在凈水車(chē)間內(nèi)。

（2）考慮了生產(chǎn)設(shè)施間的關(guān)聯(lián)性：加藥、加氯布置在凈水車(chē)間前部區(qū)域，靠近沉淀池、濾池等投加點(diǎn)，減短投加管道，便于及時(shí)控制水質(zhì)質(zhì)量；排泥池和回收水池也設(shè)置在凈水車(chē)間內(nèi)，與沉淀池和濾池相鄰，縮短管路距離；污泥濃縮車(chē)間及脫水間遠(yuǎn)離綜合樓，且位于主導(dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)向，減小對(duì)廠(chǎng)區(qū)辦公環(huán)境影響。

蘆家坪凈水廠(chǎng)平面布置見(jiàn)圖2。

圖2 蘆家坪凈水廠(chǎng)平面布置圖

2.4.2 豎向布置

根據(jù)現(xiàn)狀地面高程，水廠(chǎng)場(chǎng)地現(xiàn)狀標(biāo)高位于1 683～1 666 m之間，為減少土方量，通過(guò)土方平衡計(jì)算后，凈水廠(chǎng)場(chǎng)地設(shè)為兩個(gè)臺(tái)地，高處標(biāo)高確定為1 672.5 m，低處標(biāo)高為1 666.0 m，南高北低。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著水資源環(huán)境問(wèn)題的日益嚴(yán)峻以及國(guó)民經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，水庫(kù)水源以其水量、水質(zhì)穩(wěn)定的特點(diǎn)，逐步取代安全穩(wěn)定性較差的江河水源。尤其是大中型城市，為保障城市供水安全，提升人民生活品質(zhì)，增引水庫(kù)水后的多水源供水方式成為城市供水的新思路。水庫(kù)水源具有低溫低濁的特點(diǎn)，也是給水處理的難點(diǎn)之一。廣大水廠(chǎng)設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)管理者們應(yīng)結(jié)合水源特點(diǎn)，積極探索尋求針對(duì)性的解決方案，保障城市供水安全。

[1]王南威,馬林偉,郭韻,等.成都市自來(lái)水六廠(chǎng)五期水處理工藝的選擇[J].供水技術(shù),2010,4（2）:35-38.

[2]嚴(yán)煦世.給水工程（第四版）[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1999.