某南水北調水廠總體設計方案總結

劉劍，郭東良，喬海兵，尹衛紅

(河南省城鄉規劃設計研究總院有限公司，河南鄭州450000)

為充分利用南水北調優質水資源，從根本上解決滎陽市及鄭州市西部城區供水緊張的問題，徹底實現鄭州市—滎陽市水資源共享戰略，保證鄭州市區的快速穩定發展，鄭州市開始著手建設滎陽南水北調配套水廠工程。

該工程設計規模為16萬噸/天，工程總投資為3.67億元，建設內容包括16萬噸/天凈水廠一座、滎陽市城區配水管網31.965 km及滎陽市至鄭州市中心城區供水聯絡管道15.229 km。工程近期主要服務于滎陽市城區、鄭州市西部城區，同時兼顧鄭州宜居健康城；遠期隨著鄭上新區的發展，逐步將供水對象轉移至鄭上新區滎陽組團及鄭州宜居健康城。

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。口門處總干渠樁號XYD3+851.083，分水閘設計水位為119.06 m，分水口門設計流量為3 m³/s。提水泵站設計取水能力為2.2 m³/s，設計水位為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。輸水管道沿線經過規劃南水北調調蓄池，也便于今后與調蓄池的銜接。

凈水廠位于滎陽市康泰路與織機路交叉口西南角，北側為現狀康泰路，東側為現狀織機路，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行了全面的升級改造，在傳統凈水工藝的基礎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系統相銜接，實現聯合供水，必須使凈水廠出水水質與鄭州市保持一致，實現同城同質的目標，為此在本工程工藝選擇時，也同樣選擇了常規凈水工藝+深度處理工藝相結合的工藝路線。

考慮本工程主要水源為南水北調水，備用水源為黃河水，因此確定采用穩定性高、對水質變化沖擊適應能力強的處理工藝。結合鄭州市已建采用黃河水作為水源的凈水廠運行經驗，確定常規處理采用機械混合+折板反應+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

南水北調供水項目與以往市政供水項目有所區別，主要體現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。工程設計與建設不易協調統一，容易導致工程銜接出現問題。對于本工程而言，設計原水取水泵站到凈水廠進廠水頭為143 m，可以滿足常規水處理工藝的水頭要求，但由于本工程設置深度處理單元，導致進廠水水頭不足，需要在常規處理后增加提升泵站才能滿足后續凈水需要，提升泵站的設置增加了工程建設費用及運行管理難度，同時采用軸流泵運行效率較低，不利于節能降耗。

為優化取水、凈水設計總體方案，本工程建設單位與河南省南水北調中線工程建設管理局積極溝通，于2014年2月13日召開了鄭州配套工程24號供水線路調整末端入水廠水頭有關問題的協調會。河南省南水北調中線工程建設管理局在取水泵站土建工程已經完成、設備采購已經結束，設備尚未生產的情況下，本著科學、負責的態度，同意對泵站取水泵及配套電氣自控設備進行調整，提高取水泵揚程，將原設計到凈水廠水頭143 m提高至147.5 m，避免了凈水廠中間提升泵站的建設，也切實達到了節能降耗的目的。本項目取水泵站協調工作的順利進行，對河南省南水北調配套工程與凈水廠工程技術對接模式具有很好的參考意義。

4 凈水廠工藝設計

4.1 預臭氧及混合池

為保證凈水廠配水均勻，同時滿足原水的漂浮物去除、臭氧預氧化及藥劑混合，凈水廠設置預臭氧及混合池一座兩組。預臭氧池前端設置兩臺格柵間隙為5 mm的轉鼓式細格柵，去除原水中較大的漂浮物。預臭氧池接觸時間為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實際需要進行調整。

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，進水渠位于濾池兩端，出水渠及出水管廊布置于濾池中間。活性炭濾池水深約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，選用顆粒活性炭，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，選用均質石英砂，粒徑為1~1.2 mm。

5 供水管網設計方案

本工程服務對象主要包含滎陽市城區、鄭州市西部城區及宜居健康城。供水范圍內的城區地勢變化很大，其中滎陽市城區的南部、索河以西工業區及宜居健康城地勢很高，最高點地面標高達到174 m；而滎陽市北部城區及鄭州市西部城區較低，最低點地面標高為120 m。

為滿足不同區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，確保配水管網的安全運行，本工程采用高低壓分區供水的方式。該種方式既避免了配水管網內水壓過高或過低的情況發生，同時也使送水泵選型更為合理，降低了電耗。

6 調蓄設施設置技術問題要點分析

根據《河南省南水北調受水區供水工程配套工程規劃》及滎陽市城市總體規劃，原規劃在南水北調取水泵站與凈水廠間修建一座調蓄量為64萬噸的蓄水池，用于南水北調干渠事故時或維護時的應急供水需要。

南水北調中線工程設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有水庫進行水量調節以外，大部分城市規劃蓄水池存水量僅為3~7 d，如果干渠發生長時間斷流，則所設蓄水池的存水量無異于杯水車薪。

同時，蓄水池的水質保持也存在一些問題。河南省內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水廠，在輸水管道沿線分出一個分支為蓄水池補水，這種方式極容易導致蓄水池內的水因為長期不更新而腐敗，使得原本優質的原水水質惡化。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配套水廠，這樣將會大大增加工程建設費用及運行費用。

另外，蓄水池的水源保護難度也很大。目前規劃建設的蓄水池多位于城市邊沿或城區內部，雖然按照規劃水源周邊需設置一、二級保護區，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險。

綜上所述，蓄水設施應結合城市實際條件進行設置，盡量充分利用現有水庫，確保較長的調蓄時間才能真正發揮調蓄池的作用。考慮到水量保證、水質保持及水源保護等多方面因素，不建議單獨建設小型調蓄池，與其投入大量的資金、土地去建設存水量僅為3~7 d的蓄水池，不如在南水北調干渠運行管理時提前做好應急預案，在丹江口水庫水源緊張時，統一降低沿線城市的分水量，保證供水量達到正常時的70%以上，而沿線城市除利用南水北調水源以外，啟動城市備用水源作為補充，這樣基本上對城市的居民生活和工業生產不會產生較大的影響。

（本文發表于《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交流會專題”欄目）

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