某南水北调水厂总体设计方案总结

刘剑，郭东良，乔海兵，尹卫红

(河南省城乡规划设计研究总院有限公司，河南郑州450000)

为充分利用南水北调优质水资源，从根本上解决荥阳市及郑州市西部城区供水紧张的问题，彻底实现郑州市—荥阳市水资源共享战略，保证郑州市区的快速稳定发展，郑州市开始着手建设荥阳南水北调配套水厂工程。

该工程设计规模为16万吨/天，工程总投资为3.67亿元，建设内容包括16万吨/天净水厂一座、荥阳市城区配水管网31.965 km及荥阳市至郑州市中心城区供水联络管道15.229 km。工程近期主要服务于荥阳市城区、郑州市西部城区，同时兼顾郑州宜居健康城；远期随着郑上新区的发展，逐步将供水对象转移至郑上新区荥阳组团及郑州宜居健康城。

1 工程外部条件

该工程水源取自南水北调中线工程荥阳段出口,为24号前蒋寨口门，位于荥阳市豫龙镇前蒋寨村南总干渠左岸，主要供荥阳市用水，年均分配水量为5 840万吨。口门处总干渠桩号XYD3+851.083，分水闸设计水位为119.06 m，分水口门设计流量为3 m³/s。提水泵站设计取水能力为2.2 m³/s，设计水位为118.96 m，最低水位为118.62 m。提升泵站距净水厂不足2 km，输水管道较短，施工条件较好。输水管道沿线经过规划南水北调调蓄池，也便于今后与调蓄池的衔接。

净水厂位于荥阳市康泰路与织机路交叉口西南角，北侧为现状康泰路，东侧为现状织机路，交通十分便利。

2 工艺选择

郑州市近年来对已建的净水厂进行了全面的升级改造，在传统净水工艺的基础上增加了深度处理工艺。考虑到本工程净水厂建成后将与郑州市供水管网系统相衔接，实现联合供水，必须使净水厂出水水质与郑州市保持一致，实现同城同质的目标，为此在本工程工艺选择时，也同样选择了常规净水工艺+深度处理工艺相结合的工艺路线。

考虑本工程主要水源为南水北调水，备用水源为黄河水，因此确定采用稳定性高、对水质变化冲击适应能力强的处理工艺。结合郑州市已建采用黄河水作为水源的净水厂运行经验，确定常规处理采用机械混合+折板反应+平流沉淀池+V型滤池工艺。

深度处理确定采用臭氧+活性炭工艺。经综合考虑，采用V型滤池+下向流活性炭滤池工艺。

3 与本项目取水工程的衔接

南水北调供水项目与以往市政供水项目有所区别，主要体现在原水取水及输送的管理部门与净水及配水的管理部门不一致。工程设计与建设不易协调统一，容易导致工程衔接出现问题。对于本工程而言，设计原水取水泵站到净水厂进厂水头为143 m，可以满足常规水处理工艺的水头要求，但由于本工程设置深度处理单元，导致进厂水水头不足，需要在常规处理后增加提升泵站才能满足后续净水需要，提升泵站的设置增加了工程建设费用及运行管理难度，同时采用轴流泵运行效率较低，不利于节能降耗。

为优化取水、净水设计总体方案，本工程建设单位与河南省南水北调中线工程建设管理局积极沟通，于2014年2月13日召开了郑州配套工程24号供水线路调整末端入水厂水头有关问题的协调会。河南省南水北调中线工程建设管理局在取水泵站土建工程已经完成、设备采购已经结束，设备尚未生产的情况下，本着科学、负责的态度，同意对泵站取水泵及配套电气自控设备进行调整，提高取水泵扬程，将原设计到净水厂水头143 m提高至147.5 m，避免了净水厂中间提升泵站的建设，也切实达到了节能降耗的目的。本项目取水泵站协调工作的顺利进行，对河南省南水北调配套工程与净水厂工程技术对接模式具有很好的参考意义。

4 净水厂工艺设计

4.1 预臭氧及混合池

为保证净水厂配水均匀，同时满足原水的漂浮物去除、臭氧预氧化及药剂混合，净水厂设置预臭氧及混合池一座两组。预臭氧池前端设置两台格栅间隙为5 mm的转鼓式细格栅，去除原水中较大的漂浮物。预臭氧池接触时间为3.5 min，臭氧加注量为0.5~1 mg/L，臭氧采用文丘里水射器投加方式。

4.2 臭氧接触池

全封闭臭氧接触池一座两组，单组处理能力为3 500 m³/h，后臭氧加注量为1.5～2.5 mg/L，在臭氧接触池各段的加注量可根据实际需要进行调整。

4.3 活性炭滤池

活性炭滤池一座，共8格，双排布置，单格过滤尺寸为9.2 m×8 m，进水渠位于滤池两端，出水渠及出水管廊布置于滤池中间。活性炭滤池水深约5.55 m，采用下向流形式，单格有效面积为73.6 m²，设计空床滤速为12 m/h，活性炭滤层厚2.2 m，炭层接触时间为12.5 min，选用颗粒活性炭，粒径为0.6~2.5 mm，装填粒密度为450~550 g/L。砂滤层厚度为0.6 m，选用均质石英砂，粒径为1~1.2 mm。

5 供水管网设计方案

本工程服务对象主要包含荥阳市城区、郑州市西部城区及宜居健康城。供水范围内的城区地势变化很大，其中荥阳市城区的南部、索河以西工业区及宜居健康城地势很高，最高点地面标高达到174 m；而荥阳市北部城区及郑州市西部城区较低，最低点地面标高为120 m。

为满足不同区域用户对供水水压的需求，同时尽可能降低配水干管中的最大压力，确保配水管网的安全运行，本工程采用高低压分区供水的方式。该种方式既避免了配水管网内水压过高或过低的情况发生，同时也使送水泵选型更为合理，降低了电耗。

6 调蓄设施设置技术问题要点分析

根据《河南省南水北调受水区供水工程配套工程规划》及荥阳市城市总体规划，原规划在南水北调取水泵站与净水厂间修建一座调蓄量为64万吨的蓄水池，用于南水北调干渠事故时或维护时的应急供水需要。

南水北调中线工程设计各口门供水保证率并不一致，除北京、天津等城市以外，沿线大部分城市供水保证率均低于90%以下，这也是受水沿线原计划设置蓄水池的一个主要理由。但实际上，除个别城市周边可利用现有水库进行水量调节以外，大部分城市规划蓄水池存水量仅为3~7 d，如果干渠发生长时间断流，则所设蓄水池的存水量无异于杯水车薪。

同时，蓄水池的水质保持也存在一些问题。河南省内大部分受水城市直接从口门取水泵站取水，通过管道送至配套南水北调水厂，在输水管道沿线分出一个分支为蓄水池补水，这种方式极容易导致蓄水池内的水因为长期不更新而腐败，使得原本优质的原水水质恶化。为保证蓄水池的水保持不断更新，就需要将干渠取水泵站的水直接送至蓄水池，然后通过蓄水池边的取水泵站送至南水北调配套水厂，这样将会大大增加工程建设费用及运行费用。

另外，蓄水池的水源保护难度也很大。目前规划建设的蓄水池多位于城市边沿或城区内部，虽然按照规划水源周边需设置一、二级保护区，但在实际管理过程中很难保证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，另一方面还存在失足落水的风险。

综上所述，蓄水设施应结合城市实际条件进行设置，尽量充分利用现有水库，确保较长的调蓄时间才能真正发挥调蓄池的作用。考虑到水量保证、水质保持及水源保护等多方面因素，不建议单独建设小型调蓄池，与其投入大量的资金、土地去建设存水量仅为3~7 d的蓄水池，不如在南水北调干渠运行管理时提前做好应急预案，在丹江口水库水源紧张时，统一降低沿线城市的分水量，保证供水量达到正常时的70%以上，而沿线城市除利用南水北调水源以外，启动城市备用水源作为补充，这样基本上对城市的居民生活和工业生产不会产生较大的影响。

（本文发表于《中国给水排水》杂志2014年第20期“给水深度处理及饮用水安全保障技术交流会专题”栏目）

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