“引黄入渭”工程配套自来水厂建设案例分析

邹 琳 邱顺凡,2 宋 波 龙文琳

（1.中机国际工程设计研究院有限责任公司，湖南长沙 410021；2.湖南省水处理过程与装备工程技术研究中心，湖南长沙 410021；3.湖南大学设计研究院有限公司，湖南长沙 410006）

1.背景及概况

陕西省渭南市作为我国生产力总体布局中中部能源地带的重要组成部分，是陕西省关中“一线两带”重点经济区。为解决多年来一直困扰着渭南人民的缺水问题，渭南市委市政府启动了“引黄入渭”工程。渭南市某自来水厂作为“引黄入渭”工程的重要组成部分，是陕西省首家以黄河水为原水的自来水厂，被列为渭南市政府城市基础设施重点建设项目。

该水厂位于渭南市经开区西酒王村以南区域，工程占地面积约250亩，水厂总规模为20万吨/天，一期工程为10万吨/天。水源水从黄河提升至蒲城县沉砂调蓄池后，再次提升至该水厂。本工程由自来水厂、输水管道和中心区加压泵站三部分建设内容组成，供水范围包括渭南市中心区、经开区和高新区，供水面积22.5km2。工程于2016年4月开始建设，2018年9月通过了竣工验收，并正式运行。

2.工程工艺特点

2.1 工艺合理，措施齐全，供水安全可靠

2.1.1 优化净水工艺，降低水质风险，保障供水安全

该水厂批复的可研报告中，净水工艺为常规+应急处理，应急采用高锰酸钾和投加粉末活性炭联合工艺。

通过踏勘水源地蒲城县北湾沉砂调蓄池现场，及对采用同样水源的郑州柿园水厂、济南鹊华水厂进行针对性的实地考察调研，了解到水源水质具有季节性变化大、呈现微污染的特点[1]（挥发酚、氨氮、总氮和氟化物超标，其它指标均达到《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）的Ⅲ类标准）。进一步考虑黄河突发水质污染的风险，水厂设计在常规处理工艺的基础上增加预处理和深度处理工艺，以去除水体中的微量有机物（包括持久性有机物）、消毒副产物等，提高水厂的应急处理能力，保障出厂水质达标和优质供水。同时也规避二次建设造成投资成本增加，以及对水厂生产、运行安全的影响，充分体现了设计的前瞻性。

2.1.2 应对措施齐全，选用技术合理，确保水质达标

以供水安全可靠的结果为导向，以浊度、藻类、微量有机物等水质指标控制为目标，运用风险调蓄、智能化药剂投加、组合式沉淀池等多种技术措施，确保水质稳定达标。

2.1.2.1 调蓄设施应对原水管道检修或突发事件

黄河水从蒲城县北湾944×104m3沉砂调蓄池到水厂的40km原水管道为单根管道供水，为应对因管道检修或突发事件导致停水事故，本项目设置了调蓄水池，同时保留现有地下水源水厂（新水厂投运后准备关停），既能保障城区基本生活供水需求，为检修维护争取时间，又经济实用，很好的解决了城市应急供水问题。

2.1.2.2 智能化臭氧投加系统应对原水有机物季节性变化

针对原水夏季高藻、冬季低温低浊，呈现嗅味，挥发酚、总氮等微量有机物超标，常年微污染的特点，通过研究不同时期原水有机物变化的规律，水厂采用预臭氧的强化预处理工艺[2]，并利用前馈—反馈的串级控制结构来实现臭氧的自动投加，实现对水处理工艺出水水质指标的有效控制。

2.1.2.3 强化常规工艺应对原水浊度季节性变化

针对原水汛期和枯水期浊度变化较大的特性，沉淀工艺采用前置平流沉淀+全断面配水斜管+钢丝绳牵引池底刮泥排泥技术。沉淀池出水采用正面全断面配水进入斜管沉淀池二次沉淀，确保沉淀池出水浊度长期稳定在1NTU以下。该工艺配合池底钢丝绳牵引刮泥机，排泥浓度高、排泥量低，适宜在北方缺水地区使用。平流斜管组合沉淀池[3]具有A、有效应对原水水质波动，维持出水水质稳定；B、有一定的超负荷生产能力；C、提高了系统的安全运行可靠性；D、有利于减轻沉淀池内因短流、紊流、异重流等水力因素及气温、风力等自然因素变化对沉淀效果的影响。

设计将V型滤池和活性炭滤池反冲洗排水、初滤水均匀回流至配水井，增加了低温低浊条件下水中颗粒碰撞的概率，实现降低药耗的同时，强化了絮凝效果。

2.2 工程投资、工期、资源节约效果明显

合理布置平面，实现工程投资与工期双节约。结合湿陷性黄土原状土强度较高，压缩性较小的特点，优化厂区平面布置，最大限度利用湿陷性土的特性，实现工程造价与工期双节约。

项目地块厂址规整，地势较平坦，地形中间低四周高，原始地面标高在348.5～351.0m之间，场地中部现状地面标高为348.5m左右。工程将清水池、吸水井、送水泵房和排泥排水池布置在厂区中央，减少了土方挖填方量约53500m3，节约了土方工程投资约150万元。同时优先施工位于场址中部的清水池、吸水井、送水泵房和排泥排水池，具有足够的施工作业面，节约了基坑支护投资约750万元。

合理安排施工时序，优先实施埋深较深，开挖量较大，放坡要求高的构筑物，不仅节约了施工投资，也使施工工期大大缩减，实际建设工期较计划缩短6个月。

2.3 资源、能源节约效果明显

将V型滤池和活性炭滤池反冲洗排水、初滤水直接均匀回用至配水井，据运行数据显示，两座滤池回流水量约4455m3/d，仅此一项年节约用水为163×104m3。同时反冲洗废水中的颗粒又提升了原水中絮核数量，增加了低温低浊条件下颗粒碰撞的概率，节约了药剂投加量约15%～20%左右[4]。根据实际运行情况，PAC平均投加量为12mg/L，达到国内同行业先进水平。

本工程采用并联分区供水，渭河以北地势较低的经开区由送水泵房直接供水，渭河以南地势较高的中心区及高新区由中心区加压泵站二次加压供水。分区供水近期可节约电耗14.92万kWh/a，节电费11.9万元；远期可节约电耗44.75万kWh/a，节电费35.8万元。

综上，通过上述措施的应用，本项目资源能源节约效果明显。

2.3 输水管道采用综合廊桥方式穿越渭河，综合效益明显

渭河作为黄河上最大的支流，具有含砂量高、水流较缓、地质条件复杂、径流量季节性变化大、堤防防洪要求高、施工影响范围广等特点。配套输水管道采用管桥穿越渭河的建设方案，与非开挖（定向钻）方案相比，管桥施工工艺成熟，风险及难度小，运维方便。同时考虑到项目投资受限，并结合渭南市新一轮城市总体规划，进一步将单一功能管桥优化为综合廊桥，将近期考虑实施的输水管道工程、热力管道建设工程、渭河景观桥工程统一设计，同步实施。既整合了资源，节省了投资，又为后期运维提供了便利，理念超前，综合效益明显。

2.4 自动化设计，为智慧化转型奠定基础

为满足水厂自动、高效、安全、稳定运行的要求，水厂在各关键工艺段设置了浊度、流量、压力、pH、电导率、液位、臭氧浓度、余氯、泥位计等在线监测仪表，实现了对各工艺环节的实时在线监控。水厂中控室大屏集成显示所有控制现场的实景模型、工艺流程的图显模拟、加药消毒的过程分析和历史数据的统计报表。水厂值班人员通过自控系统及上位机及时获取水厂的实时运行状态，进行配水、提升、过滤、加药、消毒等过程的远程调控。通过PLC系统，实现水泵起停及变频、加药、加氯、排泥、反冲洗等各工艺段高效、可靠的自动化运行，并及时预警和降低设备故障的风险。

水厂中控室还采集了制水工艺全过程——黄河预处理水厂、输水管道、水厂及中心区加压泵站的各项关键监测数据。通过数据统计和共享，不仅逐步实现了水厂单设备、单系统的智能化控制，同时还为制水工艺全过程的协同化运行、一体化管理奠定了基础。

2.5 海绵城市设计理念，打造花园式水厂

水厂因地制宜的选取LID设施，采用下沉花园、生态停车场等一系列设计，贯彻海绵城市渗、滞、蓄、净、用、排的理念。进行了景观与海绵城市相结合的绿化设计，充分利用大面积绿化将保障生产和改善环境有机结合，建筑与绿化布置相得益彰，用大手笔的设计，突出群体与大空间的呼应，以大块面的多种人工植物群落，凸显厂区的大气魄，构筑良好的生态环境，打造出与黄河文化和关中文化大气磅礴特色相呼应的花园式水厂。

3.与国内外同类项目主要技术经济指标的对比情况

3.1 出水水质

据实测数据显示，该水厂运行以来，部分出水水质指标优于国家《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）要求，并优于欧美等发达地区生活饮用水相应水质标准要求[5]。

3.2 能耗

据实际运行数据显示，水厂单位产水的能耗水平均为：3.65HkW·h/m3（主要为提升泵站和送水泵房的能耗），与北京市地标《自来水单位产量能耗限额》DB11/T 1213-2015 和《浙江省现化代水厂评价标准》（2018版）对比，本项目吨水能耗比国内先进水平低15%左右。

表1 部分出水水质指标对比表

4.总结

水厂采用的水处理工艺能够有效应对黄河水水质季节性变化大、存在氨氮等微污染的特点，突发事故的应急处理能力强，水厂出水各水质指标均能稳定达到现行国家标准要求，供水安全可靠。

水厂建设充分利用了原始地形地势和湿陷性黄土特征，建、构筑物平面布置合理，施工时序适宜，实现工程投资与工期双节约。同时水厂排泥水回用和分区并联加压供水也实现了药剂和电能双节约。

通过供水系统的数据统计和共享，为制水工艺的全过程协同、一体化管理、智慧化运营奠定了基础。同时水厂建设融入海绵城市建设理念，构筑优美的厂区环境，打造成为与黄河文化和关中文化大气磅礴的特色遥相呼应的现代化花园式水厂。

水厂工程的设计理念先进，运行控制合理，社会经济效益显著。本工程为“引黄入渭”工程配套自来水厂的设计运行提供了很好的借鉴，具有良好的推广意义和市场价值。