“引黃入渭”工程配套自來水廠建設案例分析

鄒 琳 邱順凡,2 宋 波 龍文琳

（1.中機國際工程設計研究院有限責任公司，湖南長沙 410021；2.湖南省水處理過程與裝備工程技術研究中心，湖南長沙 410021；3.湖南大學設計研究院有限公司，湖南長沙 410006）

1.背景及概況

陜西省渭南市作為我國生產力總體布局中中部能源地帶的重要組成部分，是陜西省關中“一線兩帶”重點經濟區。為解決多年來一直困擾著渭南人民的缺水問題，渭南市委市政府啟動了“引黃入渭”工程。渭南市某自來水廠作為“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水廠，被列為渭南市政府城市基礎設施重點建設項目。

該水廠位于渭南市經開區西酒王村以南區域，工程占地面積約250畝，水廠總規模為20萬噸/天，一期工程為10萬噸/天。水源水從黃河提升至蒲城縣沉砂調蓄池后，再次提升至該水廠。本工程由自來水廠、輸水管道和中心區加壓泵站三部分建設內容組成，供水范圍包括渭南市中心區、經開區和高新區，供水面積22.5km2。工程于2016年4月開始建設，2018年9月通過了竣工驗收，并正式運行。

2.工程工藝特點

2.1 工藝合理，措施齊全，供水安全可靠

2.1.1 優化凈水工藝，降低水質風險，保障供水安全

該水廠批復的可研報告中，凈水工藝為常規+應急處理，應急采用高錳酸鉀和投加粉末活性炭聯合工藝。

通過踏勘水源地蒲城縣北灣沉砂調蓄池現場，及對采用同樣水源的鄭州柿園水廠、濟南鵲華水廠進行針對性的實地考察調研，了解到水源水質具有季節性變化大、呈現微污染的特點[1]（揮發酚、氨氮、總氮和氟化物超標，其它指標均達到《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）的Ⅲ類標準）。進一步考慮黃河突發水質污染的風險，水廠設計在常規處理工藝的基礎上增加預處理和深度處理工藝，以去除水體中的微量有機物（包括持久性有機物）、消毒副產物等，提高水廠的應急處理能力，保障出廠水質達標和優質供水。同時也規避二次建設造成投資成本增加，以及對水廠生產、運行安全的影響，充分體現了設計的前瞻性。

2.1.2 應對措施齊全，選用技術合理，確保水質達標

以供水安全可靠的結果為導向，以濁度、藻類、微量有機物等水質指標控制為目標，運用風險調蓄、智能化藥劑投加、組合式沉淀池等多種技術措施，確保水質穩定達標。

2.1.2.1 調蓄設施應對原水管道檢修或突發事件

黃河水從蒲城縣北灣944×104m3沉砂調蓄池到水廠的40km原水管道為單根管道供水，為應對因管道檢修或突發事件導致停水事故，本項目設置了調蓄水池，同時保留現有地下水源水廠（新水廠投運后準備關停），既能保障城區基本生活供水需求，為檢修維護爭取時間，又經濟實用，很好的解決了城市應急供水問題。

2.1.2.2 智能化臭氧投加系統應對原水有機物季節性變化

針對原水夏季高藻、冬季低溫低濁，呈現嗅味，揮發酚、總氮等微量有機物超標，常年微污染的特點，通過研究不同時期原水有機物變化的規律，水廠采用預臭氧的強化預處理工藝[2]，并利用前饋—反饋的串級控制結構來實現臭氧的自動投加，實現對水處理工藝出水水質指標的有效控制。

2.1.2.3 強化常規工藝應對原水濁度季節性變化

針對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。沉淀池出水采用正面全斷面配水進入斜管沉淀池二次沉淀，確保沉淀池出水濁度長期穩定在1NTU以下。該工藝配合池底鋼絲繩牽引刮泥機，排泥濃度高、排泥量低，適宜在北方缺水地區使用。平流斜管組合沉淀池[3]具有A、有效應對原水水質波動，維持出水水質穩定；B、有一定的超負荷生產能力；C、提高了系統的安全運行可靠性；D、有利于減輕沉淀池內因短流、紊流、異重流等水力因素及氣溫、風力等自然因素變化對沉淀效果的影響。

設計將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，實現降低藥耗的同時，強化了絮凝效果。

2.2 工程投資、工期、資源節約效果明顯

合理布置平面，實現工程投資與工期雙節約。結合濕陷性黃土原狀土強度較高，壓縮性較小的特點，優化廠區平面布置，最大限度利用濕陷性土的特性，實現工程造價與工期雙節約。

項目地塊廠址規整，地勢較平坦，地形中間低四周高，原始地面標高在348.5～351.0m之間，場地中部現狀地面標高為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中央，減少了土方挖填方量約53500m3，節約了土方工程投資約150萬元。同時優先施工位于場址中部的清水池、吸水井、送水泵房和排泥排水池，具有足夠的施工作業面，節約了基坑支護投資約750萬元。

合理安排施工時序，優先實施埋深較深，開挖量較大，放坡要求高的構筑物，不僅節約了施工投資，也使施工工期大大縮減，實際建設工期較計劃縮短6個月。

2.3 資源、能源節約效果明顯

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，據運行數據顯示，兩座濾池回流水量約4455m3/d，僅此一項年節約用水為163×104m3。同時反沖洗廢水中的顆粒又提升了原水中絮核數量，增加了低溫低濁條件下顆粒碰撞的概率，節約了藥劑投加量約15%～20%左右[4]。根據實際運行情況，PAC平均投加量為12mg/L，達到國內同行業先進水平。

本工程采用并聯分區供水，渭河以北地勢較低的經開區由送水泵房直接供水，渭河以南地勢較高的中心區及高新區由中心區加壓泵站二次加壓供水。分區供水近期可節約電耗14.92萬kWh/a，節電費11.9萬元；遠期可節約電耗44.75萬kWh/a，節電費35.8萬元。

綜上，通過上述措施的應用，本項目資源能源節約效果明顯。

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、地質條件復雜、徑流量季節性變化大、堤防防洪要求高、施工影響范圍廣等特點。配套輸水管道采用管橋穿越渭河的建設方案，與非開挖（定向鉆）方案相比，管橋施工工藝成熟，風險及難度小，運維方便。同時考慮到項目投資受限，并結合渭南市新一輪城市總體規劃，進一步將單一功能管橋優化為綜合廊橋，將近期考慮實施的輸水管道工程、熱力管道建設工程、渭河景觀橋工程統一設計，同步實施。既整合了資源，節省了投資，又為后期運維提供了便利，理念超前，綜合效益明顯。

2.4 自動化設計，為智慧化轉型奠定基礎

為滿足水廠自動、高效、安全、穩定運行的要求，水廠在各關鍵工藝段設置了濁度、流量、壓力、pH、電導率、液位、臭氧濃度、余氯、泥位計等在線監測儀表，實現了對各工藝環節的實時在線監控。水廠中控室大屏集成顯示所有控制現場的實景模型、工藝流程的圖顯模擬、加藥消毒的過程分析和歷史數據的統計報表。水廠值班人員通過自控系統及上位機及時獲取水廠的實時運行狀態，進行配水、提升、過濾、加藥、消毒等過程的遠程調控。通過PLC系統，實現水泵起停及變頻、加藥、加氯、排泥、反沖洗等各工藝段高效、可靠的自動化運行，并及時預警和降低設備故障的風險。

水廠中控室還采集了制水工藝全過程——黃河預處理水廠、輸水管道、水廠及中心區加壓泵站的各項關鍵監測數據。通過數據統計和共享，不僅逐步實現了水廠單設備、單系統的智能化控制，同時還為制水工藝全過程的協同化運行、一體化管理奠定了基礎。

2.5 海綿城市設計理念，打造花園式水廠

水廠因地制宜的選取LID設施，采用下沉花園、生態停車場等一系列設計，貫徹海綿城市滲、滯、蓄、凈、用、排的理念。進行了景觀與海綿城市相結合的綠化設計，充分利用大面積綠化將保障生產和改善環境有機結合，建筑與綠化布置相得益彰，用大手筆的設計，突出群體與大空間的呼應，以大塊面的多種人工植物群落，凸顯廠區的大氣魄，構筑良好的生態環境，打造出與黃河文化和關中文化大氣磅礴特色相呼應的花園式水廠。

3.與國內外同類項目主要技術經濟指標的對比情況

3.1 出水水質

據實測數據顯示，該水廠運行以來，部分出水水質指標優于國家《生活飲用水衛生標準》（GB5749-2006）要求，并優于歐美等發達地區生活飲用水相應水質標準要求[5]。

3.2 能耗

據實際運行數據顯示，水廠單位產水的能耗水平均為：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《自來水單位產量能耗限額》DB11/T 1213-2015 和《浙江省現化代水廠評價標準》（2018版）對比，本項目噸水能耗比國內先進水平低15%左右。

表1 部分出水水質指標對比表

4.總結

水廠采用的水處理工藝能夠有效應對黃河水水質季節性變化大、存在氨氮等微污染的特點，突發事故的應急處理能力強，水廠出水各水質指標均能穩定達到現行國家標準要求，供水安全可靠。

水廠建設充分利用了原始地形地勢和濕陷性黃土特征，建、構筑物平面布置合理，施工時序適宜，實現工程投資與工期雙節約。同時水廠排泥水回用和分區并聯加壓供水也實現了藥劑和電能雙節約。

通過供水系統的數據統計和共享，為制水工藝的全過程協同、一體化管理、智慧化運營奠定了基礎。同時水廠建設融入海綿城市建設理念，構筑優美的廠區環境，打造成為與黃河文化和關中文化大氣磅礴的特色遙相呼應的現代化花園式水廠。

水廠工程的設計理念先進，運行控制合理，社會經濟效益顯著。本工程為“引黃入渭”工程配套自來水廠的設計運行提供了很好的借鑒，具有良好的推廣意義和市場價值。