劉 星，史林威

（中國市政工程西南設計研究總院有限公司，四川 成都 610081）

0 引言

近年來，隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展以及國家西部大開發(fā)戰(zhàn)略的貫徹落實，西北地區(qū)水資源問題日益突出，城市缺水已對區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展帶來了很多不利影響，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采率，導致出現(xiàn)的地面沉降、地裂縫等地質(zhì)災害情況愈發(fā)嚴峻；另一方面，黃河干流污染嚴重，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，引入水量儲備充足、水質(zhì)良好的水庫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，是一個東西長（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，海拔2 067 m，地形相對高差最大約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水廠，一水廠、二水廠水源是黃河地表水，三水廠、四水廠為地下水源，三水廠現(xiàn)狀斷續(xù)供水，四水廠基本停用，長期作為備用。

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

2 凈水廠設計

2.1 凈水工藝流程介紹

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

2.2 原水水質(zhì)分析

2.2.1 原水水質(zhì)狀況

蘆家坪凈水廠的原水為劉家峽水庫水，該水庫水水質(zhì)優(yōu)良，是優(yōu)質(zhì)的地表水水源?，F(xiàn)狀除個別指標外，各項均達到《生活飲用水水源水質(zhì)標準》（CJ3020-93）的要求。

圖1 蘆家坪凈水廠工藝流程圖

據(jù)資料顯示，在冬季，水庫水溫經(jīng)常性地達到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。

另外水庫水體有富營養(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，增加了水庫水的凈化難度。

2.2.2 去除指標

經(jīng)對比原水水質(zhì)和出廠水標準，該原水需要處理的主要項目為：濁度、大腸菌群。

2.3 凈水工藝流程及藥劑方案論證選擇

凈水工藝的確定應按進水水質(zhì)特點、處理目標、達標要求、安全可靠、穩(wěn)定運行、操作管理、經(jīng)濟適用和近遠結(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）或氣浮和過濾。就本工程掌握的資料而言，色度屬常見正常水平，通常情況下濁度不高。結(jié)合國內(nèi)大型水廠常規(guī)工藝的運行情況，可采用絮凝沉淀＋過濾處理工藝。

針對進水短時間含大量的泥沙對沉淀池處理效果的影響以及為了減少對機械刮泥機的磨損，設計中考慮了適當增大配水井的池容，在短暫高濁時起到沉砂的作用。

2.3.2 細菌總數(shù)、大腸菌群的殺滅以及對兩蟲處理的考慮

原水中的細菌及大腸桿菌可通過消毒去除。凈水廠中最常用的消毒技術有液氯、二氧化氯、臭氧、紫外線等。

本工程是蘭州市主要的給水廠之一，規(guī)模、服務范圍和社會影響大。為適應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)場制備、有防爆要求，對運行安全穩(wěn)定要求高、運行費用高，對操作、管理等要求也高，所以本工程不作推薦。

紫外線消毒系統(tǒng)簡單，尤其是對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、賈第鞭毛蟲具有高效殺滅能力，但考慮到紫外線完成消毒后沒有抑制殘留細菌再生的能力，故本次設計采用的紫外線輔助加氯聯(lián)合消毒工藝。

2.3.3 耗氧量及感官性狀污染物的去除

除單獨事件外，該類突發(fā)污染發(fā)生原因及影響面與氨氮污染類似，因此需要在工程中考慮應對措施。本工程設置預加氯和粉末活性炭吸附等預處理措施，并在總平面布置中預留了深度處理場地。

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

（2）設置粉末活性碳投加系統(tǒng)：吸附原水酚、有機物污染等物質(zhì)[1]。粉末活性炭由于具有孔隙結(jié)構而對污染物質(zhì)進行吸附作用。投加根據(jù)設于取水站的污染物和味、臭等指標進行控制，超過設定值，啟動投加系統(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，影響了混凝效果。從混凝沉淀理論上看，水溫低對絮凝沉淀效果的影響是很大的，是主要的因素。此外，水溫對凝聚劑的水解反應也有明顯的影響。要解決低溫、低濁度水處理的技術難題，可從改變凝聚劑的性質(zhì)上、促進絮體形成上和提高濁度促進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難點，設計時可從池型、參數(shù)、藥劑選擇等方面考慮。

（1）池型及參數(shù)選取對策

選擇具有良好適應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、過濾創(chuàng)造良好條件。沉淀池的參數(shù)選擇上，選取低負荷參數(shù)，確保處理效果。

（2）絮凝劑選取對策

鋁鹽和鐵鹽的混凝劑是水處理中的兩類常用藥劑，常見硫酸鋁、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比見表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，設計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?shù)鼐蜕a(chǎn)水處理專用液體PAC，可以保證產(chǎn)品質(zhì)量和市場供貨；再是藥劑腐蝕性小，可以減少加藥設備、加藥池和管道的損害率以及維護和更換工作量，同時也就保證了加藥系統(tǒng)的運行安全。

（3）助凝劑選取對策

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復雜一些。而PAM投加系統(tǒng)在國內(nèi)凈水廠中使用非常普遍，同時人員對PAM系統(tǒng)的使用與管理經(jīng)驗也非常豐富。故在本工程中使用PAM作為助凝劑。

2.3.5 預留深度處理

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足工程需要，達到工程目標。但隨著對環(huán)境質(zhì)量、飲用水安全和生活水平要求的提高，飲用水的國家標準或工程目標完全有可能更加嚴格或提升。此外，有必要預留深度處理用地以應對將來原水水質(zhì)可能受到污染或下降。故為實現(xiàn)項目長期安全穩(wěn)定運行的目標，本項目按照國內(nèi)大型水廠常用的預臭氧+臭氧活性炭工藝預留場地。

2.4廠區(qū)布置介紹

2.4.1 平面布置

水廠工程平面布置中主要考慮了如下因素：

（1）工藝流程與場地：根據(jù)進水管和廠外接管位置，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布置。主要生產(chǎn)構筑物都集中在凈水車間內(nèi)。

（2）考慮了生產(chǎn)設施間的關聯(lián)性：加藥、加氯布置在凈水車間前部區(qū)域，靠近沉淀池、濾池等投加點，減短投加管道，便于及時控制水質(zhì)質(zhì)量；排泥池和回收水池也設置在凈水車間內(nèi)，與沉淀池和濾池相鄰，縮短管路距離；污泥濃縮車間及脫水間遠離綜合樓，且位于主導風向的下風向，減小對廠區(qū)辦公環(huán)境影響。

蘆家坪凈水廠平面布置見圖2。

圖2 蘆家坪凈水廠平面布置圖

2.4.2 豎向布置

根據(jù)現(xiàn)狀地面高程，水廠場地現(xiàn)狀標高位于1 683～1 666 m之間，為減少土方量，通過土方平衡計算后，凈水廠場地設為兩個臺地，高處標高確定為1 672.5 m，低處標高為1 666.0 m，南高北低。

3 結(jié)語

隨著水資源環(huán)境問題的日益嚴峻以及國民經(jīng)濟水平的不斷提高，水庫水源以其水量、水質(zhì)穩(wěn)定的特點，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)，增引水庫水后的多水源供水方式成為城市供水的新思路。水庫水源具有低溫低濁的特點，也是給水處理的難點之一。廣大水廠設計和運營管理者們應結(jié)合水源特點，積極探索尋求針對性的解決方案，保障城市供水安全。

[1]王南威,馬林偉,郭韻,等.成都市自來水六廠五期水處理工藝的選擇[J].供水技術,2010,4（2）:35-38.

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