第一篇　凈水廠工藝與設備

第1章　凈水廠工藝與設備概述

我國水資源匱乏，在空間和地域上分布不均，年際和季節變化大。并且我國人口眾多，人均占有水量少。依據水資源有關資料，我國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個人均水資源貧乏國家之一。

生態環境部發布的《2017中國生態環境狀況公報》顯示，全國地表水1940個水質斷面（點位）中， Ⅰ～Ⅲ類、Ⅳ～Ⅴ類和劣Ⅴ類水質斷面分別占67.9%、23.8%和8.3%。以地下水含水系統為單元，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象的5100個地下水水質監測點中，水質為優良級、良好級、較好級、較差級和極差級的監測點分別占8.8%、23.1%、1.5%、51.8%和14.8%。338個地級及以上城市898個在用集中式生活飲用水水源監測斷面（點位）中，有813個全年均達標，占90.5%。夏季，符合第一類海水水質標準的海域面積均占中國管轄海域面積的96%。近岸海域417個點位中，一類、二類、三類、四類和劣四類分別占34.5%、33.3%、10.1%、6.5%和15.6%。

隨著我國新的《生活飲用水衛生標準》的頒布，檢測項目由原來的35項擴展到106項，對一些微量有機污染物、高致病微生物、嗅味感官等提出了明確的指標。我國絕大多數水廠采用的是以混凝、沉淀、過濾、消毒為主的常規凈水工藝，對普通的懸浮物、濁度、細菌、微生物等物質有較好的去除效果。然而在微量有機污染物、新型致病微生物、消毒副產物控制等方面有較大的局限性，需要結合生物預處理、臭氧活性炭深度處理、膜技術、高級氧化技術等，提高飲用水水質的安全可靠性。

飲用水水源中的主要污染物有耗氧量、微量有機物、金屬、致病微生物、藻類、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（原生動物、細菌、病毒等），控制水中化學污染物（有毒物質和致癌、致畸、致突的“三致”物質），提高水的舒適度（色、嗅、味和口感等）；同時對水中賈第蟲和隱孢子蟲（兩蟲）問題，水蚤、紅蟲問題，藻類污染加劇及臭味、藻毒素問題，水的生物穩定性問題，高氨氮含量問題，內分泌干擾物和持久性有機物急性毒性和慢性毒性問題等加以重視，并給予妥善解決。

現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。與國外相比，在助凝劑的應用以及混凝過程中pH值調節方面相對注意較少。

早期投產的水廠，對混合過程不重視，甚至連混合設施都沒有。近年來較多采用的管式靜態混合器，雖然改善了混合條件，但其混合效果受水量變化影響較大，也有待進一步改善。

目前應用的絮凝形式以水力絮凝為主，部分水廠采用機械絮凝。與國外相比，我國對水力絮凝形式的開發和研究較有特色，創造了折板絮凝、網格（柵條）絮凝、波形板絮凝、渦旋絮凝等多種形式。對于各種絮凝形式的比較以及水力絮凝如何適應水質和水量的變化，仍將是今后進一步研究的方向。

目前我國大、中型水廠的沉淀構筑物以平流式沉淀池居多。20世紀60年代建設的水廠，不少采用了機械攪拌澄清池或水力循環澄清池。70年代起，斜管沉淀池的應用也較普遍。氣浮作為含藻水處理的技術，在國內少數水廠也有應用。近年來對于國外新型高效沉淀構筑物的應用也引起較大關注。

目前應用的快濾池，除了形式上有普通快濾池、雙閥濾池、虹吸濾池、移動罩沖洗濾池、無閥濾池和V形濾池等各種形式外，在濾料級配上主要有傳統的細級配砂濾料和均粒粗砂濾料。雙層濾料和多層濾料國內應用不多。沖洗方式則主要有單水沖洗和氣水反沖洗，表面沖洗的應用不多。原來采用微絮凝直接過濾的水廠，現大多已增設了沉淀構筑物。

目前水廠絕大多數仍以液氯作為消毒劑，個別水廠采用了二氧化氯投加，考慮到消毒副產物的影響，對加氯點的位置以及前加氯的控制做了不少改進。

凈水廠建設包括新建和改擴建工程，其工藝設備的選擇對水廠處理工藝的凈化效果，凈水廠出廠水水量、水質、水壓能否達標至關重要。工藝設備的選擇應結合所選工藝流程，盡可能選用先進、成熟、安全、節能的設備，并應進行技術經濟比較后確定。首先根據城市凈水廠原水水質特征和出水水質要求（主要針對生活飲用水）選擇適合的工藝流程，如常規處理工藝流程、常規處理加預處理和深度處理工藝流程等；然后根據各工藝流程特點選擇合適的構筑物形式，如不同類型的澄清池、濾池等；根據工藝流程和構筑物形式對所需的機械設備做技術經濟比較，如不同形式的格柵、閥門、攪拌器、水泵、鼓風機、刮泥機、脫水機等；在確定設備形式后，還應注意設備的參數、結構的選取，結合設備的使用環境，合理選擇材質。

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

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

綜上，作為發展中國家，隨著城鎮的綜合發展，我國各地水量需求逐年增加。我國水資源匱乏，水源水質已受到不同程度污染，污染成分越來越復雜，短期內很難有根本改善。水質標準越來越嚴格，水質指標數量和限值都有大幅度提高，供水標準的全面實施迫在眉睫。常規處理工藝（混凝、沉淀、過濾、消毒）已經難以滿足現代社會發展的要求，必須采用氧化、吸附、生物降解、強化混凝沉淀、深度處理、安全消毒等新技術組成的綜合工藝獲得安全潔凈的生活飲用水。此外膜過濾如微濾、超濾技術，因其工藝簡單、占地少，適合分散式處理，出水水質可達0.1NTU以下，具有高效截留病原微生物等特點，被認為是21世紀有效、經濟和綠色的工藝；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域的前臺。故此，根據原水水源條件和出水水質目標，在常規處理的基礎上，由生物預處理、安全預氧化、強化混凝沉淀、活性炭吸附和生物降解、膜技術高效截留及安全消毒的多級屏障組合技術是未來凈水處理工藝的發展方向。

近年來，我國凈水廠工藝和設備得到了迅猛的發展，新工藝、新技術、新設備層出不窮，如改進型機械攪拌澄清池、高效炭砂濾池、紫外線消毒系統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入池內的原水微絮粒相互接觸、吸附，從而提高絮粒沉降速度，增加沉淀池表面負荷，使沉淀效率顯著提高。我國北方地表水廠的水源多為水庫水，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的澄清工藝在應對低溫低濁原水和適應水質變化等方面均有較好的作用。在眾多的澄清工藝池型中，機械攪拌澄清池處理效果好，在我國北方地區被廣泛應用。經過多年的設計和運行實踐總結，針對傳統機械攪拌澄清池在應用中存在的施工難度大、污泥濃度和污泥回流倍數難以控制、沉淀區上升流速偏低等問題，近年來機械加速澄清池工藝有所改進，改進型機械攪拌澄清池可降低設備的維護檢修和土建施工難度，提高處理效率，提升運行管理的自動化水平。改進型機械攪拌澄清池在工程中逐漸得到應用，在水線和泥線工藝系統中均起到重要作用。

我國地表水污染依然較嚴重，新的《生活飲用水衛生標準》將檢測項目由原來的35項擴展到106項，對微量有機污染物、高致病微生物、嗅味感官等提出了明確的指標。高效炭砂濾池，是將粒狀材料和多孔介質有機結合，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，它保留了砂濾池對顆粒物的去除截留作用，同時增加了活性炭對有機物的吸附作用和強化過濾層中微生物對污染物的生物降解作用，提高了對有機物和氨氮的去除效果，保證了飲用水的安全，是集過濾、吸附、生物處理三大功能于一體的深度處理技術，相對于砂過濾和臭氧-生物活性炭工藝而言流程較短，因此可以稱之為短流程深度處理技術，特別適用于水廠用地緊張和升級改造的項目。

在傳統的化學藥劑消毒過程中，因投加各種消毒藥劑使得水中會產生一些有害的消毒副產物。由于紫外線消毒不需要往水中投加任何化學物質，并且可以滅活傳統化學藥劑不能殺死的頑固的有害微生物，如隱性孢子菌（Cryptosporidium）和藍氏賈第鞭毛蟲（Giardia lamblia）等，改善管網生物穩定性，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消毒效果，為保障管網水質生物安全性，凈水廠消毒系統必須考慮紫外線消毒與其他消毒工藝聯用。凈水廠紫外消毒系統的設計原則、設計要點、工藝組合要求、紫外消毒反應器的設備選型都至關重要。

隨著我國城鎮化進程的加快，城鎮凈水廠數量與規模日益增加，凈水廠的排泥水耗水量和對水環境可能造成的污染越來越引起社會的關注，凈水廠污泥的處置已成為環境污染防治領域的突出問題和面臨的緊迫任務。根據《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996），生產廢水排入按《地面水環境質量標準》（GB 3838—2002）規定的Ⅲ類水域執行一級標準，即懸浮物含量不能超過70mg/L；生產廢水排入一般保護水域，懸浮物含量不能超過200mg/L；排入城市下水道并進入二級污水處理廠進行生物處理執行三級標準，懸浮物含量不能超過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1000mg/L，如果不進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。我國各省市的建設和環保部門積極督促各地在擴建、新建自來水廠的同時，應籌措資金同步實施給水污泥處理工程，凈水廠排泥水的工藝設計、構筑物選型和設備的選擇等均需要系統化和規范化。