芦家坪净水厂工艺技术方案选择简介

刘 星，史林威

（中国市政工程西南设计研究总院有限公司，四川 成都 610081）

0 引言

近年来，随着国民经济的快速发展以及国家西部大开发战略的贯彻落实，西北地区水资源问题日益突出，城市缺水已对区域经济发展带来了很多不利影响，成为阻碍城市发展的主要因素之一。一方面，黄河流域地下水较高的开采率，导致出现的地面沉降、地裂缝等地质灾害情况愈发严峻；另一方面，黄河干流污染严重，水质每况愈下，水质性缺水逐渐成为城市缺水的主要因素。因此，从水源上入手，采用工程手段，引入水量储备充足、水质良好的水库水作为城市供水的源头保障，成为大中型城市解决水资源供需问题和保障城市供水安全的优选途径[1,2]。

1 工程概况

兰州市位于黄河中上游黄土高原，是一个东西长（约 50 km），南北窄（约 2～8 km）的连续河谷盆地中的沿河带状城市。市区海拔1 520 m，南有皋兰山，海拔2 159 m，北有九州台，海拔2 067 m，地形相对高差最大约600 m。兰州市属大陆性干旱气候，气温年平均9.8℃，最高39.8℃，最低-19.7℃，冻土厚度最大为0.98 m。

现状兰州市供水主要有四个水厂，一水厂、二水厂水源是黄河地表水，三水厂、四水厂为地下水源，三水厂现状断续供水，四水厂基本停用，长期作为备用。

新建芦家坪净水厂近期规模25万m3/d，规划远期工程规模50万m3/d，厂内自用水系数按1.1考虑。净水厂工艺流程为调流阀间+配水井+混合絮凝沉淀池+砂滤池+清水池及紫外线消毒间，利用地形高差采用重力供水。工程于2016年8月开始施工，现已进入工艺设备安装阶段。

2 净水厂设计

2.1 净水工艺流程介绍

本工程净水厂采用：“调流阀间+配水井+混合絮凝沉淀池+砂滤池+清水池及紫外线消毒间”处理工艺，工艺流程见图1。

2.2 原水水质分析

2.2.1 原水水质状况

芦家坪净水厂的原水为刘家峡水库水，该水库水水质优良，是优质的地表水水源。现状除个别指标外，各项均达到《生活饮用水水源水质标准》（CJ3020-93）的要求。

图1 芦家坪净水厂工艺流程图

据资料显示，在冬季，水库水温经常性地达到5℃以下，属难以处理的低温低浊度水范畴。夏季洪水季节由于异重流等原因可能产生高浊度。

另外水库水体有富营养化加重的可能，水体中微生物多且多样，可形成大而轻的絮体，难以沉降，增加了水库水的净化难度。

2.2.2 去除指标

经对比原水水质和出厂水标准，该原水需要处理的主要项目为：浊度、大肠菌群。

2.3 净水工艺流程及药剂方案论证选择

净水工艺的确定应按进水水质特点、处理目标、达标要求、安全可靠、稳定运行、操作管理、经济适用和近远结合等方面综合考虑。

2.3.1 色度和浊度的去除

去除色度和浊度的水处理方法有沉淀（包括澄清）或气浮和过滤。就本工程掌握的资料而言，色度属常见正常水平，通常情况下浊度不高。结合国内大型水厂常规工艺的运行情况，可采用絮凝沉淀＋过滤处理工艺。

针对进水短时间含大量的泥沙对沉淀池处理效果的影响以及为了减少对机械刮泥机的磨损，设计中考虑了适当增大配水井的池容，在短暂高浊时起到沉砂的作用。

2.3.2 细菌总数、大肠菌群的杀灭以及对两虫处理的考虑

原水中的细菌及大肠杆菌可通过消毒去除。净水厂中最常用的消毒技术有液氯、二氧化氯、臭氧、紫外线等。

本工程是兰州市主要的给水厂之一，规模、服务范围和社会影响大。为适应保证人民身体健康提供更高水质的饮用水的要求，综合选择安全可靠的方案。臭氧及二氧化氯由于现场制备、有防爆要求，对运行安全稳定要求高、运行费用高，对操作、管理等要求也高，所以本工程不作推荐。

紫外线消毒系统简单，尤其是对原水中危害人体健康的、常规液氯方法杀灭效率低的隐孢子虫、贾第鞭毛虫具有高效杀灭能力，但考虑到紫外线完成消毒后没有抑制残留细菌再生的能力，故本次设计采用的紫外线辅助加氯联合消毒工艺。

2.3.3 耗氧量及感官性状污染物的去除

除单独事件外，该类突发污染发生原因及影响面与氨氮污染类似，因此需要在工程中考虑应对措施。本工程设置预加氯和粉末活性炭吸附等预处理措施，并在总平面布置中预留了深度处理场地。

（1）预加氯：氧化剂。预氧化可以破坏原水中的有机质、杀灭藻类、提高沉淀池的处理效果。预加氯根据需要时投加。投加粉末活性炭期间停止预氯的投加。

（2）设置粉末活性碳投加系统：吸附原水酚、有机物污染等物质[1]。粉末活性炭由于具有孔隙结构而对污染物质进行吸附作用。投加根据设于取水站的污染物和味、臭等指标进行控制，超过设定值，启动投加系统，以去污染物。

2.3.4 低温低浊度水处理

本工程冬、春季原水具有低温低浊特点，影响了混凝效果。从混凝沉淀理论上看，水温低对絮凝沉淀效果的影响是很大的，是主要的因素。此外，水温对凝聚剂的水解反应也有明显的影响。要解决低温、低浊度水处理的技术难题，可从改变凝聚剂的性质上、促进絮体形成上和提高浊度促进泥渣吸附等方面着手，以提高混凝沉淀效果。

低温低浊水的净化是给水处理中的一个难点，设计时可从池型、参数、药剂选择等方面考虑。

（1）池型及参数选取对策

选择具有良好适应性的池型以及选取合适的参数，促使水中微粒逐渐生成粗大的絮体以便为后续的沉淀、过滤创造良好条件。沉淀池的参数选择上，选取低负荷参数，确保处理效果。

（2）絮凝剂选取对策

铝盐和铁盐的混凝剂是水处理中的两类常用药剂，常见硫酸铝、三氯化铁、硫酸亚铁、聚合氯化铝（PAC，碱式氯化铝）等[2]，其性能和使用条件对比见表1。

表1 常用的混凝剂性能与适用条件

根据上述药剂性能，设计选择采用聚合氯化铝（PAC）絮凝剂。一是处理效果较好，再配以助凝剂和其他改善低温低浊絮凝的措施可以保证处理效果；二是兰州市当地就生产水处理专用液体PAC，可以保证产品质量和市场供货；再是药剂腐蚀性小，可以减少加药设备、加药池和管道的损害率以及维护和更换工作量，同时也就保证了加药系统的运行安全。

（3）助凝剂选取对策

通常情况下，除投加絮凝剂外，再辅助投加助凝剂可以明显改善絮凝效果。常用的助凝剂有聚丙烯酰胺（PAM）、活化硅酸等。

聚丙烯酰胺（PAM）和活化硅酸均有明显的助凝效果，其中活化硅酸配制和投加相对复杂一些。而PAM投加系统在国内净水厂中使用非常普遍，同时人员对PAM系统的使用与管理经验也非常丰富。故在本工程中使用PAM作为助凝剂。

2.3.5 预留深度处理

就本工程原水条件和处理要求，采用常规处理工艺已完全能够满足工程需要，达到工程目标。但随着对环境质量、饮用水安全和生活水平要求的提高，饮用水的国家标准或工程目标完全有可能更加严格或提升。此外，有必要预留深度处理用地以应对将来原水水质可能受到污染或下降。故为实现项目长期安全稳定运行的目标，本项目按照国内大型水厂常用的预臭氧+臭氧活性炭工艺预留场地。

2.4厂区布置介绍

2.4.1 平面布置

水厂工程平面布置中主要考虑了如下因素：

（1）工艺流程与场地：根据进水管和厂外接管位置，结合工艺处理流程顺序，按照流程合理布置。根据该原则，生产区配水井、沉淀池、滤池、清水池由南向北展开布置。主要生产构筑物都集中在净水车间内。

（2）考虑了生产设施间的关联性：加药、加氯布置在净水车间前部区域，靠近沉淀池、滤池等投加点，减短投加管道，便于及时控制水质质量；排泥池和回收水池也设置在净水车间内，与沉淀池和滤池相邻，缩短管路距离；污泥浓缩车间及脱水间远离综合楼，且位于主导风向的下风向，减小对厂区办公环境影响。

芦家坪净水厂平面布置见图2。

图2 芦家坪净水厂平面布置图

2.4.2 竖向布置

根据现状地面高程，水厂场地现状标高位于1 683～1 666 m之间，为减少土方量，通过土方平衡计算后，净水厂场地设为两个台地，高处标高确定为1 672.5 m，低处标高为1 666.0 m，南高北低。

3 结语

随着水资源环境问题的日益严峻以及国民经济水平的不断提高，水库水源以其水量、水质稳定的特点，逐步取代安全稳定性较差的江河水源。尤其是大中型城市，为保障城市供水安全，提升人民生活品质，增引水库水后的多水源供水方式成为城市供水的新思路。水库水源具有低温低浊的特点，也是给水处理的难点之一。广大水厂设计和运营管理者们应结合水源特点，积极探索寻求针对性的解决方案，保障城市供水安全。

[1]王南威,马林伟,郭韵,等.成都市自来水六厂五期水处理工艺的选择[J].供水技术,2010,4（2）:35-38.

[2]严煦世.给水工程（第四版）[M].北京:中国建筑工业出版社,1999.