冠县隶属山东省聊城市，位于冀鲁豫三省交界处，人口82万，现城区供水主要由南郊和北郊水厂供应，源水为12眼深井地下水，供水能力可达1.6万m³/d。近年来，随着群众生活水平的提高，生活用水量不断增加，冠县部分地区生态环境恶化，导致水源水质降低；地下水超采造成地下水位大幅下降，出现严重漏斗区。因此，为解决供水安全问题，涵养城市地下水源，冠县拟逐步取消地下水源，引入黄河水、南水北调水两种客水作为冠县城市发展的新水源。根据《山东境内黄河及所属支流水量分配暨黄河取水许可总量控制指标细化方案》（鲁水资字[2010]3号）及聊城市引黄水量的分配方案，聊城市分配给冠县黄河水量为7 100万m³；根据2013年国家确定的南水北调第一期工程实施计划，冠县分配的长江水量为1 633万m³，因此冠县水务局确定南水北调配套工程冉海水库，其充库水量1 633万m³，年供水量1 467万m³，供水能力可达4.02万m³/d，规划2035年冠县南水北调水量将达到4 580万m³/年，到2035年，黄河水和南水北调水的可利用水资源量将达到2.84亿m³，完全满足规划期末冠县的需水量2.14亿m³。

冠县净水厂水源—冉海水库水由南水北调水及引黄水组成。根据山东省供排水水质监测中心水质监测报告显示，引黄水库水均为中营养或富营养水平，富营养化指数（TSI）在35～51，藻类总数年际、年内变化较大，水库溴离子含量在60～422μg/L，存在较大的溴酸盐生成风险；南水北调东线工程重要节点的水质监测结果表明，有机物含量变化幅度较大，自江苏进入山东段后有机物含量先升高后降低，南四湖、东平湖等调蓄湖泊呈现富营养化，藻污染问题更加严重；硫酸盐、氯化物经南四湖、东平湖调蓄后显著升高，溴化物同样呈现明显升高趋势，且波动较大。从主要水质化学稳定性指数来看，拉森指数（LR)>0.5，雷诺指数（RSI)>7，南水北调东线水均为腐蚀性水；沿线水质化学稳定性逐渐下降，由台儿庄泵站的轻度腐蚀性水到东平湖变为严重腐蚀性水；且南四湖、东平湖水中氯化物（130～227mg/L）、硫酸盐浓度较高，明显高于现状水源水含量。南水北调通水后，山东受水区水源构成更加复杂，区域外调水占1/3；水源类型更加多样化，南水北调水与现状引黄水库水掺混，水质波动大，复合污染加剧。

冠县岳胡庄扬水站的水质监测报告显示（冉海水库水源地之一）高锰酸盐数、氨氮（以N计）、总磷（以P计）、总氮（以N计）、铁5项指标不符合《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）的II类水体的要求。东平湖八里湾泵站（冉海水库水源地之一）处高锰酸盐指数、化学需氧量、总磷（以P计）、总氮（以N计）、氟化物、汞、硫酸盐（314mg/L，出水标准为250mg/L)7项指标不符合标准要求。

针对上述水质污染监测结果，采用传统的“老三段”水处理工艺不能保证供水安全。UV/H₂O₂高级氧化工艺被研究应用于多种污染物的降解^[1]，该工艺主要以H₂O₂在紫外光激发下产生的羟基自由基（·OH）作为主要氧化剂，几乎对各种有机物都有氧化作用^[2]，且该工艺操作简单，成本较低，其被视为较为理想的饮用水深度处理工艺^[3]。国内围绕紫外高级氧化深度处理已开展相当规模的中试研究^[4,5]，结果表明对嗅味、消毒副产物前体物等具有良好的处理效果，并可有效避免溴酸盐的生成。

膜处理工艺近年来越来越多地受到青睐^[6,7,8]，其中超滤膜可有效去除胶体、悬浮物和高分子有机污染物^[7]，纳滤、反渗透基于其筛分和电荷作用对无机污染物具有良好的去除效果^[10,11]，超滤已在国内大规模给水厂进行了工程应用，纳滤/反渗透工艺也已应用在国内中小型水厂苦咸水处理及含氟水处理方面。

根据“山东省住房和城乡建设厅关于印发《南水北调山东受水区水源优化配置技术指南》等技术成果通知”（鲁建城函[2017]35号）要求^[12]，依据山东省城市供排水水质监测中心等单位编制的《南水北调山东受水区给水厂处理技术指南》和《南水北调山东受水区膜处理工艺技术指南》等技术成果，设计时采用了预处理和深度处理组合工艺，并采用了UV/H₂O₂高级氧化—生物活性炭和超滤—反渗透组合的深度处理工艺，同时考虑进水水质的不确定性在工艺流程关键节点处都加设了超越管线，以增加工艺的灵活性和可操作性。

采用预氧化/粉末炭（预留）-絮凝沉淀（平流）-V型砂滤池-UV/H₂O₂高级氧化系统-活性炭滤池-超滤/反渗透（勾兑比例不低于1/3）-次氯酸钠消毒工艺，并根据水源水质情况，设置必要的超越管线。具体工艺流程见图1。

根据《室外给水设计规范》（GB 50013-2006）、《村镇供水工程技术规范》（SL 310-2004）的相关规定以及实际情况，冠县净水厂综合生活用水指标取90L/（人·d），不考虑大型工业用水的需求，漏失水量及未预见水量按照规范要求，设计取值为10%，自用水系数取1.20，供水规模计算见表1。

项目占地面积约35.6亩（1亩≈667m²），其南北长399 m，东西宽62 m，按照工艺流程、功能分区，结合厂区地形、地质、气象及外部运输等自然条件，将各种建筑物、构筑物等设施进行平面和空间竖向组合，使工艺流程流畅，生产系统完整，物料运输简便，且总平面布置紧凑、安全、卫生、美观；同时考虑避免大填大挖，防止滑坡与塌方，减少土石方量，合理降低工程造价。各构筑物情况如表2所示。

在综合考虑了本工艺的水质、水量、净水工艺高程布置及维修条件等因素后，设计了一体化絮凝沉淀池，集混合与絮凝于一体。

一体化池主要由混合池与网格絮凝沉淀池组成。混合池采用机械动力混合搅拌，优点是水头损失较小，适应各种流量变化，能使药剂迅速而均匀的扩散至水体中，同时使胶体颗粒脱稳。考虑到水厂流量变化情况，本次方案设计选择机械混合。混合池为半地下式钢筋混凝土构筑物，单座处理能力1 000m³/h，尺寸：2 m×2 m×5.4 m，总停留时间54s，有效水深4.8m，设置混合搅拌机1套。网格式絮凝池，水流紊动性强，既具有充分絮凝能力，同时保证水利条件能够使颗粒获得适当的碰撞接触而又不致絮体破坏，絮凝效果好，水头损失也相对较小；平流式沉淀池在我国应用广泛，水厂设计中常被采用，因而将两者结合设计，保证了工艺的稳定性。网格絮凝池设计为半地下式钢筋混凝土构筑物2座，单座处理能力1 000m³/h，尺寸7.8m×6m×4.9m，总停留时间18min，有效水深4m，分24格，共设计为三段，第一段1 100mm×1 350mm，停留时间T₁=5.6 min，分8格；第二段1 100 mm×1 350mm，停留时间T₂=5.6 min，分8格；第三段1 200mm×1 350mm，停留时间T₃=6.8min，分8格；前段过孔流速设计为0.25 m/s；中段过孔流速0.18m/s；末段过孔流速0.12m/s，流速由大变小，保证了絮凝体的完整性。

V型砂滤池为1组分4格，半地下式钢筋混凝土构筑物，总尺寸35.62m×18.65m×9.85m，单座处理能力2 000m³/h，设计滤速V=7.4m/h，强制滤速V=10m/h，单格过滤面积69.3m²，单池尺寸7m×9.9m，水深h=3.4m，气冲强度15L/（s·m²），水冲强度（水冲、气水同时冲洗时）5L/（s·m²），表面扫洗强度1.5L/（s·m²），反冲洗时间一共12min，其中气冲2min，气水同时反冲4min，水冲6min；同时进行表面扫洗12min，反冲洗周期24h。

滤池采用控制室集中PLC自动控制和现场手动控制两种方式。过滤过程中根据滤池水位变化自动调节出水管上调节阀门开启度，以达到恒水位恒速过滤，当滤池过滤达到时间或水头损失设定值时，自动进行反冲洗。沉淀池出水由管道先进入滤池总进水渠，经进水闸、进水堰进入二次配水渠，然后通过两侧的进水孔，由V型槽配水进入滤池，然后向下穿过滤池沙床集水系统，出水堰进入清水渠道，由总出水管接入清水池。每组滤池在恒定液压下连续工作，通过滤池中液位计的信号与设定值的比较，自动调整单池清水出水气动可调蝶阀的开启度，以使滤池整个系统水头损失值恒定，从而保持滤池中的水位恒定。滤池采用自动反冲洗，反冲洗程序根据滤池单池水头损失或时间控制，也可进行手动控制。每格滤池全部反冲洗过程大约需10～15 min，各步骤设定的时间和反冲洗周期可在滤池运行一段时间后根据经验、季节及水质的变化作适当优化调整。在滤站控制室可通过PLC对滤池所有的设备进行远距离监控，所有滤池的运行状态及其设备的工作状态均能在PLC上显示，所有设备的故障均能在控制室内报警。

为了应对水源中可能出现含较高浓度溶解性有机物、有机微污染物、藻类和控制臭味、色度较高等情况，结合南水北调水水质和引黄水库水水质特征及二者掺混后水质不确定性，依据济南、济宁、黄岛等地现场中试研究结果，设计采用UV/H₂O₂高级氧化系统+活性炭滤池工艺。

根据水量，设计紫外线消毒间1座，尺寸L×B×H=12.2m×7.2m×6.5m，半地下式过氧化氢储池1座，尺寸L×B×H=9.6 m×4.95 m×6.1m，配置中压紫外反应器（DN600 8只灯管N=80kW)2套及过氧化氢投加系统等相关设备。

设计的活性炭滤池为半地下式钢筋混凝土构筑物1座分4格，每格处理能力2 000m³/h，尺寸L×B×H=35.62m×18.65m×9.15m，滤料粒径为1.2～2 mm，不均匀系数<1.5。设计滤速V=7.4m/h，强制滤速V=10 m/h，炭滤层厚度2 m，空床接触时间15.2min，单格过滤面积69.3m²，水深h=4.9m，气冲强度17L/（s·m²），水冲强度（气水同时冲洗时）5L/（s·m²），水冲强度（水冲洗时）8L/（s·m²），表面扫洗强度1.5L/（s·m²）。

超滤在所有膜分离手段中的应用最为广泛，也最为成熟。超滤膜能去除病毒、大分子物质、胶体，以及微生物等。反渗透主要用来去除水中溶解的无机盐，广泛应用于海水淡化，苦咸水处理，纯净水制备等。在水处理工艺中，常采用超滤反渗透双膜工艺，其中超滤作为反渗透的预处理工艺。

本设计的超滤工艺主要采用中空纤维膜分离技术，中空纤维膜分离技术是一种新型的净化分离技术。中空纤维膜壁上有0.1～0.2μm的贯通孔。在压力驱动下，尺寸小于膜分离孔径的分子或粒子，可穿过纤维壁，而尺寸大于膜分离孔径的分子或粒子则被纤维壁所截留，从而实现大小粒子的分离。由于反渗透处理技术对于进水都有很严格的要求，超滤膜分离技术用于水处理可去除水中胶体、细菌、微生物、悬浮物等，出水TSS可小于0.1ppm，污染指数（SDI）可小于3，这可大大减少后续设备的再生、清洗频率，提高生产效率，减少排污、能耗及化学药品消耗。

本工艺采用超滤—反渗透系统，其中超滤系统设计原水泵3台，总流量达到700 m³/h，水泵考虑备用；换热器1台，700m³/h，温升5～20℃，自动温控；自清洗过滤器1台；超滤装置4套错流过滤，膜通量（净通量）60L/（m²·h），最高进水压力3.1bar，膜材料为PVDF，可截留相对分子质量100 000Dalton，膜丝内径仅为0.9 mm，装填膜面积达到77m²，超滤反洗水泵Q=240 m³/h,H=24m,N=37kW,2台；超滤加强反洗加药装置一套，配备PE材质计量箱4.5m³；计量泵Q=500L/h,H=5bar,N=370 W,6台；超滤水泵3台，2用1备。反渗透处理系统以超滤预处理的水作进水，其脱盐率最低为97%，采用反渗透（RO）可保证产水水质好，出水水质稳定，能耗较低。本设计反渗透设计了阻垢剂、还原剂加药装置，加药计量泵的防腐选用尤为重要，设计的泵头及阀体为PVDF（聚偏氟乙烯）材质；保安过滤器是又一重要设备，选用不锈钢防腐材质。滤芯应选用5μm，配备的高压泵要变频控制，节省运行费用。反渗透需要清洗系统，同时应配备清洗泵、清洗过滤器、清洗水箱等。

(1）南水北调配套工程建设，水源的水质、水量具有极大的不确定性，在建设水厂时，工艺方案进行了多方位的论证，同时结合不同水源水质监测数据、现场勘查资料对工艺方案进行确定。

(2）从该项目看，水库的水源氟化物、硫酸盐等超标，为确保用水安全，南水北调配套水厂建设采用反渗透膜深度处理工艺是必不可少的。

(3）平原水库极易出现低温低浊、高味高藻的情况，所以此类工艺流程设计要注意强化混合、絮凝、沉淀工艺。

(4）根据水质合理选择滤池池型及滤层的粒径、厚度等设计参数。本设计根据水质的情况，结合工程特点、运行水耗和电耗及管理经验等因素，考虑采用气水反冲滤池（V型砂滤池），以强化过滤效果，保证出水浊度稳定达标。

(5）对水源中出现含较高浓度溶解性有机物、具有异臭异味时；水库溴离子有机微污染物、藻类和控制臭味、色度较高等情况，采用UV/H₂O₂—生物活性炭工艺是比较稳妥的措施。

(6）采用膜分离技术不仅将原水中的无机盐、细菌、病毒、有机物及胶体等杂质去除，又能同时去除氟化物，工艺过程简单，能耗低，操作控制容易，且技术应用范围广泛，能保证去除效果。