第一篇　凈水廠工藝與設(shè)備

第1章　凈水廠工藝與設(shè)備概述

我國(guó)水資源匱乏，在空間和地域上分布不均，年際和季節(jié)變化大。并且我國(guó)人口眾多，人均占有水量少。依據(jù)水資源有關(guān)資料，我國(guó)人均淡水資源僅為世界人均量的1/4，居世界第109位，屬世界13個(gè)人均水資源貧乏國(guó)家之一。

生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《2017中國(guó)生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)》顯示，全國(guó)地表水1940個(gè)水質(zhì)斷面（點(diǎn)位）中， Ⅰ～Ⅲ類(lèi)、Ⅳ～Ⅴ類(lèi)和劣Ⅴ類(lèi)水質(zhì)斷面分別占67.9%、23.8%和8.3%。以地下水含水系統(tǒng)為單元，潛水為主的淺層地下水和承壓水為主的中深層地下水為對(duì)象的5100個(gè)地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)中，水質(zhì)為優(yōu)良級(jí)、良好級(jí)、較好級(jí)、較差級(jí)和極差級(jí)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別占8.8%、23.1%、1.5%、51.8%和14.8%。338個(gè)地級(jí)及以上城市898個(gè)在用集中式生活飲用水水源監(jiān)測(cè)斷面（點(diǎn)位）中，有813個(gè)全年均達(dá)標(biāo)，占90.5%。夏季，符合第一類(lèi)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的海域面積均占中國(guó)管轄海域面積的96%。近岸海域417個(gè)點(diǎn)位中，一類(lèi)、二類(lèi)、三類(lèi)、四類(lèi)和劣四類(lèi)分別占34.5%、33.3%、10.1%、6.5%和15.6%。

隨著我國(guó)新的《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的頒布，檢測(cè)項(xiàng)目由原來(lái)的35項(xiàng)擴(kuò)展到106項(xiàng)，對(duì)一些微量有機(jī)污染物、高致病微生物、嗅味感官等提出了明確的指標(biāo)。我國(guó)絕大多數(shù)水廠采用的是以混凝、沉淀、過(guò)濾、消毒為主的常規(guī)凈水工藝，對(duì)普通的懸浮物、濁度、細(xì)菌、微生物等物質(zhì)有較好的去除效果。然而在微量有機(jī)污染物、新型致病微生物、消毒副產(chǎn)物控制等方面有較大的局限性，需要結(jié)合生物預(yù)處理、臭氧活性炭深度處理、膜技術(shù)、高級(jí)氧化技術(shù)等，提高飲用水水質(zhì)的安全可靠性。

飲用水水源中的主要污染物有耗氧量、微量有機(jī)物、金屬、致病微生物、藻類(lèi)、嗅、味和其他污染物。給水處理的目的主要是控制致病微生物的傳播（原生動(dòng)物、細(xì)菌、病毒等），控制水中化學(xué)污染物（有毒物質(zhì)和致癌、致畸、致突的“三致”物質(zhì)），提高水的舒適度（色、嗅、味和口感等）；同時(shí)對(duì)水中賈第蟲(chóng)和隱孢子蟲(chóng)（兩蟲(chóng)）問(wèn)題，水蚤、紅蟲(chóng)問(wèn)題，藻類(lèi)污染加劇及臭味、藻毒素問(wèn)題，水的生物穩(wěn)定性問(wèn)題，高氨氮含量問(wèn)題，內(nèi)分泌干擾物和持久性有機(jī)物急性毒性和慢性毒性問(wèn)題等加以重視，并給予妥善解決。

現(xiàn)狀凈水廠混凝劑的投加以采用單一的聚合氯化鋁、硫酸鋁或三氯化鐵等較多。與國(guó)外相比，在助凝劑的應(yīng)用以及混凝過(guò)程中pH值調(diào)節(jié)方面相對(duì)注意較少。

早期投產(chǎn)的水廠，對(duì)混合過(guò)程不重視，甚至連混合設(shè)施都沒(méi)有。近年來(lái)較多采用的管式靜態(tài)混合器，雖然改善了混合條件，但其混合效果受水量變化影響較大，也有待進(jìn)一步改善。

目前應(yīng)用的絮凝形式以水力絮凝為主，部分水廠采用機(jī)械絮凝。與國(guó)外相比，我國(guó)對(duì)水力絮凝形式的開(kāi)發(fā)和研究較有特色，創(chuàng)造了折板絮凝、網(wǎng)格（柵條）絮凝、波形板絮凝、渦旋絮凝等多種形式。對(duì)于各種絮凝形式的比較以及水力絮凝如何適應(yīng)水質(zhì)和水量的變化，仍將是今后進(jìn)一步研究的方向。

目前我國(guó)大、中型水廠的沉淀構(gòu)筑物以平流式沉淀池居多。20世紀(jì)60年代建設(shè)的水廠，不少采用了機(jī)械攪拌澄清池或水力循環(huán)澄清池。70年代起，斜管沉淀池的應(yīng)用也較普遍。氣浮作為含藻水處理的技術(shù)，在國(guó)內(nèi)少數(shù)水廠也有應(yīng)用。近年來(lái)對(duì)于國(guó)外新型高效沉淀構(gòu)筑物的應(yīng)用也引起較大關(guān)注。

目前應(yīng)用的快濾池，除了形式上有普通快濾池、雙閥濾池、虹吸濾池、移動(dòng)罩沖洗濾池、無(wú)閥濾池和V形濾池等各種形式外，在濾料級(jí)配上主要有傳統(tǒng)的細(xì)級(jí)配砂濾料和均粒粗砂濾料。雙層濾料和多層濾料國(guó)內(nèi)應(yīng)用不多。沖洗方式則主要有單水沖洗和氣水反沖洗，表面沖洗的應(yīng)用不多。原來(lái)采用微絮凝直接過(guò)濾的水廠，現(xiàn)大多已增設(shè)了沉淀構(gòu)筑物。

目前水廠絕大多數(shù)仍以液氯作為消毒劑，個(gè)別水廠采用了二氧化氯投加，考慮到消毒副產(chǎn)物的影響，對(duì)加氯點(diǎn)的位置以及前加氯的控制做了不少改進(jìn)。

凈水廠建設(shè)包括新建和改擴(kuò)建工程，其工藝設(shè)備的選擇對(duì)水廠處理工藝的凈化效果，凈水廠出廠水水量、水質(zhì)、水壓能否達(dá)標(biāo)至關(guān)重要。工藝設(shè)備的選擇應(yīng)結(jié)合所選工藝流程，盡可能選用先進(jìn)、成熟、安全、節(jié)能的設(shè)備，并應(yīng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。首先根據(jù)城市凈水廠原水水質(zhì)特征和出水水質(zhì)要求（主要針對(duì)生活飲用水）選擇適合的工藝流程，如常規(guī)處理工藝流程、常規(guī)處理加預(yù)處理和深度處理工藝流程等；然后根據(jù)各工藝流程特點(diǎn)選擇合適的構(gòu)筑物形式，如不同類(lèi)型的澄清池、濾池等；根據(jù)工藝流程和構(gòu)筑物形式對(duì)所需的機(jī)械設(shè)備做技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，如不同形式的格柵、閥門(mén)、攪拌器、水泵、鼓風(fēng)機(jī)、刮泥機(jī)、脫水機(jī)等；在確定設(shè)備形式后，還應(yīng)注意設(shè)備的參數(shù)、結(jié)構(gòu)的選取，結(jié)合設(shè)備的使用環(huán)境，合理選擇材質(zhì)。

凈水廠工藝專(zhuān)用設(shè)備根據(jù)其使用功能，大致可分為8大類(lèi)，即攔污設(shè)備、攪拌設(shè)備、投藥消毒設(shè)備、除污排泥設(shè)備、固液分離設(shè)備、軟化除鹽設(shè)備、污泥處理設(shè)備、一體化處理設(shè)備及其他設(shè)備等。

攔污設(shè)備主要有格柵、格網(wǎng)/濾網(wǎng)和柵渣輸運(yùn)設(shè)備；攪拌設(shè)備主要有混合攪拌設(shè)備和絮凝攪拌設(shè)備；投藥消毒設(shè)備主要有一體化投藥設(shè)備、加氯消毒設(shè)備、臭氧消毒設(shè)備等；除污排泥設(shè)備主要有刮泥機(jī)和吸泥機(jī)；固液分離設(shè)備主要有氣浮設(shè)備和膜分離設(shè)備；軟化除鹽設(shè)備主要介紹了離子交換器、電滲析設(shè)備和反滲透設(shè)備；污泥處理設(shè)備主要有污泥濃縮設(shè)備和污泥脫水設(shè)備；一體化處理設(shè)備主要有除鐵、除錳和除氟裝置。

綜上，作為發(fā)展中國(guó)家，隨著城鎮(zhèn)的綜合發(fā)展，我國(guó)各地水量需求逐年增加。我國(guó)水資源匱乏，水源水質(zhì)已受到不同程度污染，污染成分越來(lái)越復(fù)雜，短期內(nèi)很難有根本改善。水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越嚴(yán)格，水質(zhì)指標(biāo)數(shù)量和限值都有大幅度提高，供水標(biāo)準(zhǔn)的全面實(shí)施迫在眉睫。常規(guī)處理工藝（混凝、沉淀、過(guò)濾、消毒）已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的要求，必須采用氧化、吸附、生物降解、強(qiáng)化混凝沉淀、深度處理、安全消毒等新技術(shù)組成的綜合工藝獲得安全潔凈的生活飲用水。此外膜過(guò)濾如微濾、超濾技術(shù)，因其工藝簡(jiǎn)單、占地少，適合分散式處理，出水水質(zhì)可達(dá)0.1NTU以下，具有高效截留病原微生物等特點(diǎn)，被認(rèn)為是21世紀(jì)有效、經(jīng)濟(jì)和綠色的工藝；隨著飲用水水源的多元化，納濾、反滲透、電滲析等也將走到給水凈化領(lǐng)域的前臺(tái)。故此，根據(jù)原水水源條件和出水水質(zhì)目標(biāo)，在常規(guī)處理的基礎(chǔ)上，由生物預(yù)處理、安全預(yù)氧化、強(qiáng)化混凝沉淀、活性炭吸附和生物降解、膜技術(shù)高效截留及安全消毒的多級(jí)屏障組合技術(shù)是未來(lái)凈水處理工藝的發(fā)展方向。

近年來(lái)，我國(guó)凈水廠工藝和設(shè)備得到了迅猛的發(fā)展，新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備層出不窮，如改進(jìn)型機(jī)械攪拌澄清池、高效炭砂濾池、紫外線消毒系統(tǒng)和凈水廠污泥處理處置工藝等。

澄清工藝集混合、絮凝和泥水分離等過(guò)程于一體，采用接觸絮凝方式，使池中積聚的已生成的高濃度大絮粒群和新進(jìn)入池內(nèi)的原水微絮粒相互接觸、吸附，從而提高絮粒沉降速度，增加沉淀池表面負(fù)荷，使沉淀效率顯著提高。我國(guó)北方地表水廠的水源多為水庫(kù)水，原水具有冬季低溫低濁和夏季高濁高藻特性，采用泥渣接觸絮凝技術(shù)的澄清工藝在應(yīng)對(duì)低溫低濁原水和適應(yīng)水質(zhì)變化等方面均有較好的作用。在眾多的澄清工藝池型中，機(jī)械攪拌澄清池處理效果好，在我國(guó)北方地區(qū)被廣泛應(yīng)用。經(jīng)過(guò)多年的設(shè)計(jì)和運(yùn)行實(shí)踐總結(jié)，針對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械攪拌澄清池在應(yīng)用中存在的施工難度大、污泥濃度和污泥回流倍數(shù)難以控制、沉淀區(qū)上升流速偏低等問(wèn)題，近年來(lái)機(jī)械加速澄清池工藝有所改進(jìn)，改進(jìn)型機(jī)械攪拌澄清池可降低設(shè)備的維護(hù)檢修和土建施工難度，提高處理效率，提升運(yùn)行管理的自動(dòng)化水平。改進(jìn)型機(jī)械攪拌澄清池在工程中逐漸得到應(yīng)用，在水線和泥線工藝系統(tǒng)中均起到重要作用。

我國(guó)地表水污染依然較嚴(yán)重，新的《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》將檢測(cè)項(xiàng)目由原來(lái)的35項(xiàng)擴(kuò)展到106項(xiàng)，對(duì)微量有機(jī)污染物、高致病微生物、嗅味感官等提出了明確的指標(biāo)。高效炭砂濾池，是將粒狀材料和多孔介質(zhì)有機(jī)結(jié)合，成為活性炭和石英砂雙層濾料濾池。高效炭砂濾池既不同于傳統(tǒng)砂濾池，也不同于在炭層下加300mm砂層用于防止生物泄漏的炭吸附池，它保留了砂濾池對(duì)顆粒物的去除截留作用，同時(shí)增加了活性炭對(duì)有機(jī)物的吸附作用和強(qiáng)化過(guò)濾層中微生物對(duì)污染物的生物降解作用，提高了對(duì)有機(jī)物和氨氮的去除效果，保證了飲用水的安全，是集過(guò)濾、吸附、生物處理三大功能于一體的深度處理技術(shù)，相對(duì)于砂過(guò)濾和臭氧-生物活性炭工藝而言流程較短，因此可以稱(chēng)之為短流程深度處理技術(shù)，特別適用于水廠用地緊張和升級(jí)改造的項(xiàng)目。

在傳統(tǒng)的化學(xué)藥劑消毒過(guò)程中，因投加各種消毒藥劑使得水中會(huì)產(chǎn)生一些有害的消毒副產(chǎn)物。由于紫外線消毒不需要往水中投加任何化學(xué)物質(zhì)，并且可以滅活傳統(tǒng)化學(xué)藥劑不能殺死的頑固的有害微生物，如隱性孢子菌（Cryptosporidium）和藍(lán)氏賈第鞭毛蟲(chóng)（Giardia lamblia）等，改善管網(wǎng)生物穩(wěn)定性，因此紫外光消毒受到了特別的重視。由于紫外線消毒不具有持續(xù)消毒效果，為保障管網(wǎng)水質(zhì)生物安全性，凈水廠消毒系統(tǒng)必須考慮紫外線消毒與其他消毒工藝聯(lián)用。凈水廠紫外消毒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)要點(diǎn)、工藝組合要求、紫外消毒反應(yīng)器的設(shè)備選型都至關(guān)重要。

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，城鎮(zhèn)凈水廠數(shù)量與規(guī)模日益增加，凈水廠的排泥水耗水量和對(duì)水環(huán)境可能造成的污染越來(lái)越引起社會(huì)的關(guān)注，凈水廠污泥的處置已成為環(huán)境污染防治領(lǐng)域的突出問(wèn)題和面臨的緊迫任務(wù)。根據(jù)《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996），生產(chǎn)廢水排入按《地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）規(guī)定的Ⅲ類(lèi)水域執(zhí)行一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，即懸浮物含量不能超過(guò)70mg/L；生產(chǎn)廢水排入一般保護(hù)水域，懸浮物含量不能超過(guò)200mg/L；排入城市下水道并進(jìn)入二級(jí)污水處理廠進(jìn)行生物處理執(zhí)行三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，懸浮物含量不能超過(guò)400mg/L。凈水廠的排泥水特別是沉淀池排泥水，懸浮物含量一般超過(guò)1000mg/L，如果不進(jìn)行處理而直接排入水體或城市下水道，必將造成河道的淤積或者堵塞下水道。我國(guó)各省市的建設(shè)和環(huán)保部門(mén)積極督促各地在擴(kuò)建、新建自來(lái)水廠的同時(shí)，應(yīng)籌措資金同步實(shí)施給水污泥處理工程，凈水廠排泥水的工藝設(shè)計(jì)、構(gòu)筑物選型和設(shè)備的選擇等均需要系統(tǒng)化和規(guī)范化。