黎曉光

【摘 要】“民以食為天，食以水為先”。水是人類(lèi)生存和繁衍的基本要素，又是社會(huì)物質(zhì)生產(chǎn)不可缺少和替代的戰(zhàn)略資源。通過(guò)“十一五”和“十二五”國(guó)家大力推進(jìn)農(nóng)村安全飲水工程的建設(shè)，如今我國(guó)約30%的農(nóng)戶(hù)家庭接入的自來(lái)水，改善了農(nóng)民的生活條件，提高了農(nóng)村居民的生活水平。那么自來(lái)水廠(chǎng)如何地制好水？供好水？如何確保老百姓的飲用水潔凈、衛(wèi)生、安全、便是鄉(xiāng)鎮(zhèn)自來(lái)水廠(chǎng)的重要職責(zé)。筆者從事鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村飲水工程管理多年，結(jié)合鄉(xiāng)鎮(zhèn)自來(lái)水廠(chǎng)的制水和供水過(guò)程從自來(lái)水生產(chǎn)的角度淺析傳統(tǒng)的制水工藝和制水流程，通過(guò)比選確定最佳的制水工藝和制水方案，確保百姓喝上衛(wèi)生、安全的自來(lái)水。

【關(guān)鍵詞】加藥；絮凝；沉淀；過(guò)濾；消毒

0.引言

我國(guó)早期的鄉(xiāng)鎮(zhèn)自來(lái)水廠(chǎng)一般始建于上世紀(jì)九十年代，由于供水規(guī)模小、生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)陋，無(wú)加藥和消毒設(shè)施。水質(zhì)差、水壓低、定時(shí)供水，水的安全性和方便程度都不達(dá)標(biāo)。經(jīng)濟(jì)效益差，基本處于虧本和倒閉狀態(tài)，農(nóng)村居民飲用水特別困難。自“十一五”起國(guó)家開(kāi)始實(shí)施的農(nóng)村飲水安全工程，建設(shè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)規(guī)?；畯S(chǎng)，解決廣大農(nóng)民的飲用水不安全問(wèn)題。如何建鄉(xiāng)鎮(zhèn)規(guī)?；畯S(chǎng)？采用什么制水工藝？使得自來(lái)水廠(chǎng)能過(guò)在創(chuàng)造社會(huì)效益的前提下，獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益，并能夠持續(xù)健康的發(fā)展下去，是擺在水利人面前的一個(gè)課題。筆者通過(guò)幾年在農(nóng)村供水工程管理崗位上的感受和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，就鄉(xiāng)鎮(zhèn)規(guī)?；畯S(chǎng)的制水工藝方案比選做一淺析，和水利人共同學(xué)習(xí)，不足之處請(qǐng)批評(píng)指正。

1.自來(lái)水的水處理目和水處理過(guò)程

水庫(kù)原水的水體由于大自然客觀(guān)因素和人為因素的共同作用，使得原水水體里含有各種各樣的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物雜質(zhì)。他們分別以懸浮物、膠體、溶解物三大物態(tài)形式存在于水體中。自來(lái)水廠(chǎng)的水處理的目的就是去除原水中這些會(huì)給人類(lèi)生活、健康和生產(chǎn)帶來(lái)危害的懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)、細(xì)菌及其他有害成分，使凈化后的水能滿(mǎn)足生活飲用及生產(chǎn)的需要。

自來(lái)水的處理過(guò)程為：取水→加藥→絮凝→沉淀→過(guò)濾→消毒→供水。與之相關(guān)的建筑物和構(gòu)筑物有：取水口、取水泵房（俗稱(chēng)一泵房）、絮凝池、沉定池、過(guò)濾池、清水池、加藥間和供水泵房（俗稱(chēng)二泵房）。通過(guò)以上制水過(guò)程和制水建構(gòu)筑物的描述不難看出，制水的關(guān)鍵在，一是水的絮凝，二是水的沉淀，三是水的過(guò)濾，四是水的消毒。水的絮凝、沉淀、過(guò)濾和消毒有多重方式，如何選擇經(jīng)濟(jì)高效的制水工藝便是擺在水利人面前的一個(gè)課題。

1.1絮凝原理、絮凝過(guò)程和絮凝池的選擇

自來(lái)水常用的絮凝劑普遍為聚合氯化鋁無(wú)機(jī)高分子化學(xué)物品，其水溶液能強(qiáng)烈吸引膠體微粒，通過(guò)黏附電中和、黏附架橋和交聯(lián)作用，促進(jìn)膠體凝聚，同時(shí)還發(fā)生物理化學(xué)變化，中和膠體微粒及懸浮物表面的電荷，從而使膠體離子發(fā)生互相吸引作用，破壞了膠團(tuán)的穩(wěn)定性.促進(jìn)膠體微粒碰撞，形成了大顆粒絮狀物，以利于從水中分離、沉降下來(lái)。這便是水的絮凝原理。

水庫(kù)原水通過(guò)一泵房水泵提水后（視高程需要）進(jìn)入到水廠(chǎng)，第一道水處理工序?yàn)樗男跄矗涸都铀幚韯ň酆下然X溶液）→混合（在靜態(tài)混合器中）→理化反應(yīng)（管道和絮凝池中）→ 生成絮狀水（絮凝池中），這一水處理工序稱(chēng)為水的絮凝過(guò)程。其作用是通過(guò)水力、水流、旋流的碰撞使藥劑迅速均勻地散于水中，并形成大顆粒絮狀物水體。這稱(chēng)為水的絮凝過(guò)程。經(jīng)絮凝過(guò)程處理后的水流入沉淀池，進(jìn)入水處理的第二過(guò)程即沉淀過(guò)程。

傳統(tǒng)的絮凝池有以下幾種形式：

A.折板絮凝池，絮凝時(shí)間10min-15min，一般取12min，適用于日產(chǎn)1萬(wàn)噸水廠(chǎng)。

B.往復(fù)式隔板絮凝池，絮凝時(shí)間20min-3-min 適用于日產(chǎn)3萬(wàn)噸及以上的水廠(chǎng)。

C.穿孔旋流式絮凝池，絮凝時(shí)間15min-25min。適用日產(chǎn)2千噸-5千噸水廠(chǎng)。

D.網(wǎng)格絮凝池，絮凝時(shí)間10min-15min，適用日產(chǎn)5噸-5萬(wàn)噸水廠(chǎng)和水廠(chǎng)的改造工程，由于農(nóng)村鄉(xiāng)鎮(zhèn)自來(lái)水廠(chǎng)規(guī)模一般為2千噸-2萬(wàn)噸不等，通過(guò)筆者的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)建議新建2千噸-5千噸的水廠(chǎng)采用穿孔旋流式絮凝池，其絮凝時(shí)間一般取為20min，該池型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、布局緊湊、占地面積小、水質(zhì)處理效果好的等優(yōu)點(diǎn)。

1.2沉淀原理、沉淀過(guò)程和沉定池的選擇

通過(guò)絮凝過(guò)程形成的大顆粒絮狀物水體，沿布水區(qū)橫截面的過(guò)水孔均勻分配后進(jìn)入沉淀區(qū)。絮狀體依靠重力作用從水中分離出來(lái)，這便是沉淀原理。

水流入沉淀區(qū)后，由于沉淀池沉淀區(qū)的容積較大，致使絮凝反應(yīng)后的水流流速急劇下降，因此水流開(kāi)始在沉淀池中緩慢向前向上流動(dòng)。在緩慢流動(dòng)過(guò)程中，水體中的大顆粒絮狀物開(kāi)始和水體離析，并沉于池底。離析、沉淀后的水體開(kāi)始變得清澈、潔凈起來(lái)，一般濁度達(dá)到3NTU-10NTU.沉淀下來(lái)的絮狀物不斷堆積和氧化等最終形成污泥，聚于池底。這個(gè)的過(guò)程稱(chēng)為沉淀過(guò)程。整個(gè)過(guò)程在沉淀池中進(jìn)行。

傳統(tǒng)的沉淀池有：

A.平流沉淀，適用于大中小型水廠(chǎng)。由于池體占地面積大，結(jié)構(gòu)要求嚴(yán)格，面前一般已很少采用；

B.斜管（斜板）沉淀池，因水流的方向不同又分為，異向流、側(cè)向流和同向流。其中以斜管沉淀池具有停留時(shí)間短、沉淀效果好、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)而得到最廣泛的應(yīng)用。缺點(diǎn)是因停留時(shí)間短，要求絮凝的效果要好即絮體大、密度高等。

C.側(cè)向流水平管沉淀池，水平管沉淀”應(yīng)用“哈真”淺層理論，將沉淀管水平放置，原水平行流動(dòng)，懸浮物垂直分離，具有最佳狀態(tài)下的沉淀和分離功能。水平管沉淀分離裝置分成若干層，由此增加了沉淀面積，減小了懸浮物的沉降距離，縮短了懸浮物沉淀時(shí)間；水平管單元的垂直斷面形狀為菱形，管底側(cè)向設(shè)有排泥狹縫，沉泥順側(cè)底下滑，再通過(guò)排泥狹縫滑入下面的水平管沉淀單元，懸浮物通過(guò)水平管及時(shí)與水分離，水走水道、泥走泥道，改善了懸浮物可逆沉淀的排泥條件，并避免了懸浮物堵塞管道和跑礬現(xiàn)象的發(fā)生。該池和斜管沉淀池比較具有沉淀效率高，水處理效果好、過(guò)載能力強(qiáng)和占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，適用于大中小各類(lèi)水廠(chǎng)。缺點(diǎn)是造價(jià)高，阻礙了其推廣應(yīng)用。

1.3過(guò)濾原理、過(guò)濾過(guò)程和過(guò)濾池的選擇

以石英砂（海沙為好）、鵝暖石、濾磚或是纖維濾料、蘑菇型濾頭和PVC濾板等組成有空隙的粒狀或是蓬松狀濾料層，通過(guò)黏附作用和阻礙作用，截留水體中更為細(xì)小懸浮絮狀物。這便是水的過(guò)濾原理。

沉淀后的水體通過(guò)集水槽流入布水池，再通過(guò)布水管槽均勻分布給過(guò)濾池，流入濾池的水體通過(guò)有空隙的沙石濾料或蓬松狀的纖維濾料，水體中懸浮的細(xì)微絮狀物被吸附和阻礙，從而進(jìn)一步使水澄清，這一水處理過(guò)程稱(chēng)為水的過(guò)濾過(guò)程，濾后水的濁度0，05NTU-1NTU。

過(guò)濾池的選擇：

A.無(wú)閥濾池（也稱(chēng)虹吸濾池）一種不用閥門(mén)切換過(guò)濾與反沖洗過(guò)程的快濾池，由濾池本體、進(jìn)水裝置、虹吸裝置三部分組成，是沒(méi)有閥門(mén)的快濾池。在運(yùn)行過(guò)程中，出水水位保持恒定，進(jìn)水水位則隨濾層的水頭損失增加而不斷在吸管內(nèi)上升，當(dāng)水位上升到虹吸管管頂，并形成虹吸時(shí)，即自動(dòng)開(kāi)始濾層反沖洗，沖洗廢水沿虹吸管排出池外。無(wú)閥濾池分為壓力式無(wú)閥濾池和重力式無(wú)閥濾池。虹吸濾池的優(yōu)缺點(diǎn)：

（1）優(yōu)點(diǎn)。不需要大型的閘閥及相應(yīng)的電動(dòng)或水力等控制設(shè)備，可以利用濾池本身的出水量、水頭進(jìn)行沖洗，不需要設(shè)置洗水塔或水泵；不需要濾速控制裝置；不至于發(fā)生負(fù)水頭現(xiàn)象；設(shè)備簡(jiǎn)單，操作管理方便，易于自動(dòng)化控制，減少生產(chǎn)管理人員，降低運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用；在投資上與同樣生產(chǎn)能力的普通快濾池相比能降低造價(jià)20～30%，且節(jié)約金屬材料30～40%。

（2）缺點(diǎn)。與普通快濾池相比，池深較大（5～6米）；沒(méi)有富余的水頭調(diào)節(jié)，有時(shí)沖洗效果不理想。

（3）適用條件。虹吸濾池適用于中小型給水處理（一般在4000噸/日～5000噸/日），有較突出的優(yōu)點(diǎn)。

B.普通快濾池指的是為傳統(tǒng)的快濾池布置形式，濾料一般為單層細(xì)砂級(jí)配濾料或煤、砂雙層濾料，沖洗采用動(dòng)力單一水形式?jīng)_洗，沖洗水由清水池和水泵供給。普快濾池的優(yōu)缺點(diǎn)：

（1）優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行管理可靠，有成熟的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)；池深較淺；濾速高；污能力較大工作周期較長(zhǎng)。

（2）缺點(diǎn)：閥門(mén)比較多；一般沖洗阻力大，需要設(shè)有動(dòng)力沖洗設(shè)備。

C.V型濾池.（粗濾料濾池）是法國(guó)德格雷蒙公司設(shè)計(jì)的一種快濾池，因兩側(cè)（或一側(cè)也可）進(jìn)水槽設(shè)計(jì)成V字形而得名，目前在我國(guó)普遍應(yīng)用，適用于大、中型水廠(chǎng)。V型濾池一般采用較粗、較厚的均勻顆粒的石英砂濾層，V型濾池提升了濾速另因于采用了不使濾層膨脹的氣、水同時(shí)反沖洗兼有待濾水的表面掃洗，明顯提升了濾池的反沖洗效果，改善V型濾池過(guò)濾能力的再生狀況，從而增大濾池的截污能力，降低了濾池的反沖洗頻率。V型濾池的優(yōu)缺點(diǎn)：

（1）優(yōu)點(diǎn)：出水水質(zhì)好、濾速高、運(yùn)行周期長(zhǎng)、反沖洗效果好、節(jié)能和便于自動(dòng)化管理等特點(diǎn)。

（2）缺點(diǎn)：增加高壓氣沖設(shè)備、濾池構(gòu)造復(fù)雜、汽水配管繁多。

D.D型濾池是由清華大學(xué)和德安公司共同開(kāi)發(fā)研制的一種重力式高速自適應(yīng)濾池，它以國(guó)家863計(jì)劃的專(zhuān)利產(chǎn)品——彗星式纖維濾料為技術(shù)核心，采用小阻力配水系統(tǒng)、高效的氣水反沖洗技術(shù)、恒或變水位的過(guò)濾方式，廣泛應(yīng)用于自來(lái)水、工業(yè)給水、中水回用工程，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效。

D型濾池的優(yōu)缺點(diǎn)：

（1）優(yōu)點(diǎn)a、過(guò)濾精度高：經(jīng)顆粒粒度分布和計(jì)數(shù)儀分析測(cè)試，對(duì)水中大于5μm的懸浮固體顆粒的去除率可達(dá)91%以上，最高去除率為97.7%，正常出水濁度在0.5NTU-1NTU以下。

b、截污容量大：經(jīng)絮凝處理的水，截污容量在10～35kg/m3的范圍內(nèi)。

c、過(guò)濾速度快：在工程應(yīng)用中的過(guò)濾速度可達(dá)18～23m/h，減少濾池的占地面積，節(jié)約工程建設(shè)投資。

d、反洗耗水率低：反沖洗耗水量小于周期濾水量的1%-2%。

e、運(yùn)行費(fèi)用低：絮凝劑投加量是常規(guī)的1/2～1/3，使得噸水運(yùn)行費(fèi)用減少。

f、使用壽命長(zhǎng)：濾料本身耐腐蝕性能好，自然使用壽命在十年以上，維護(hù)費(fèi)用低，使用多年后對(duì)濾池適量補(bǔ)充前委濾料，不存在更換的弊病

g、抗負(fù)荷能力強(qiáng)：能經(jīng)受短時(shí)間內(nèi)高濁度水（雨季源水濁度陡然曾高或加藥設(shè)備異常造成的高濁度水入池）的沖擊，而仍然保證出水水質(zhì)。

（2）缺點(diǎn)：

a、纖維濾料的造價(jià)高。

b、氣沖洗系統(tǒng)設(shè)備安裝要求高。

c、金屬管路閥門(mén)多，施工難度大。

通過(guò)以上四種濾池的比選可以看出產(chǎn)能為3000m3/d-5000m3/d農(nóng)村鄉(xiāng)鎮(zhèn)規(guī)模水廠(chǎng)建議采用虹吸無(wú)閥濾池，產(chǎn)能為10000m3/d-20000m3/d大水廠(chǎng)建議使用D型濾池。

2.自來(lái)水消毒處理的目和消毒過(guò)程

2.1消毒處理（包括前后加氯）

水經(jīng)過(guò)濾后，濁度由原來(lái)的3NTU-10NTU降低為1NTU以下，使的水體中殘留的微生物、細(xì)菌和病毒成幾何級(jí)的降低。但是殘存的微量細(xì)菌和病毒如果不進(jìn)行消毒，它們依然會(huì)繁殖，危害人的身體健康。為此必須進(jìn)行自來(lái)水的消毒，使得自來(lái)水達(dá)到飲用水細(xì)菌學(xué)指標(biāo)。消毒不僅能夠殺死出廠(chǎng)水中的病毒和有害細(xì)菌，而且也對(duì)自來(lái)水進(jìn)行去色去味處理，使得水質(zhì)更清澈和潔凈，另外溶解在水體里的消毒劑余量還可以控制管網(wǎng)末梢水細(xì)菌繁殖以及預(yù)防二次污染。這就是消毒的目的。自來(lái)水消毒主過(guò)程要是通過(guò)次氯酸鈉（二氧化氯、液氯）等與水反應(yīng)生成的次氯酸在細(xì)菌和病毒的細(xì)胞膜內(nèi)部起氧化作用，破壞細(xì)菌和病毒的酶系統(tǒng)而使死亡的過(guò)程。

2.2自來(lái)水消毒劑的選擇

常用的自來(lái)水消毒劑和消毒方式一般有三類(lèi)，一是二氧化氯消毒；二是次氯酸鈉消毒；三是液氯消毒。

A、二氧化氯是二氧化氯是國(guó)際上公認(rèn)的含氯消毒劑中唯一的高效消毒滅菌劑，它對(duì)微生物細(xì)胞壁有較強(qiáng)的吸附穿透能力，可有效地氧化細(xì)胞內(nèi)含巰基的酶，還可以快速地抑制微生物蛋白質(zhì)的合成來(lái)破壞微生物，可以殺滅一切微生物，包括細(xì)菌繁殖體，細(xì)菌芽孢，真菌，分枝桿菌和病毒等，并且這些細(xì)菌不會(huì)產(chǎn)生抗藥性。具有高效、強(qiáng)力、快速、持久、光譜、滅菌、無(wú)毒、無(wú)刺激、安全性高的特點(diǎn)。缺點(diǎn)：是制取二氧化氯的設(shè)備由于原材料使用的是鹽酸和氯化鈉經(jīng)常被腐蝕損毀，故障率高，維修成本高。但是由于安全性依然得到廣泛的使用。二氧化氯投放在水中的反應(yīng)方程式4Cl02+2H2O=2Cl2+3O2+4HClO。

B、次氯酸鈉的消毒原理（NaCLO）

次氯酸鈉的殺菌原理：次氯酸的氧化作用是含氯消毒劑的最主要的殺菌機(jī)理。含氯消毒劑在水中形成次氯酸，作用于菌體蛋白質(zhì)。次氯酸不僅可與細(xì)胞壁發(fā)生作用，且因分子小，不帶電荷，故侵入細(xì)胞內(nèi)與蛋白質(zhì)發(fā)生氧化作用或破壞其磷酸脫氫酶，使糖代謝失調(diào)而致細(xì)胞死亡。次氯酸鈉的濃度越高，殺菌作用越強(qiáng)。而次氯酸鈉在水中能解離為次氯酸所以說(shuō)次氯酸鈉溶液是一種高效的消毒液。特點(diǎn)是：殺菌消毒效果好，使用方便，價(jià)格便宜。

缺點(diǎn)是：腐蝕性較強(qiáng)，易揮發(fā)，經(jīng)常吸入對(duì)人體有致癌作用。次氯酸鈉投放在水中的反應(yīng)方程式NAC10+H2O-NAOH+HC10。

C、氯氣（液氯）

氯氣（Cl2）是一種黃綠色有刺激性氣味的液氯揮發(fā)氣體，能溶于水，常溫下1體積水能溶解2體積氯氣。氯氣的消毒原理是氯氣溶于水后生成鹽酸和次氯酸，而次氯酸具有強(qiáng)氧化性，因此具有很強(qiáng)的殺菌消毒能力，是常用的消毒劑。氯氣對(duì)人體有強(qiáng)烈的刺激性，吸入少量氯氣會(huì)刺激鼻腔和喉頭粘膜，并引起胸痛和咳嗽；吸入較多氯氣會(huì)窒息致死。特點(diǎn)：使用維護(hù)簡(jiǎn)單方便，殺菌消毒效果好、價(jià)格低廉。缺點(diǎn)：危險(xiǎn)性高，易泄漏。氯氣加入水中的化學(xué)方程式：Cl2+H2O=HCl+ HClO。

2HClO=2HCl+O2↑。

筆者通過(guò)幾年對(duì)千噸、萬(wàn)噸水廠(chǎng)的管理，建議農(nóng)村鄉(xiāng)鎮(zhèn)500m3/d-1000m3/d使用二氧化氯消毒劑。1000m3/d-8000m3/d使用次氯酸鈉消毒劑。10000m3/d以上的使用氯氣。

3.總結(jié)

水是生命之源，沒(méi)有水的安全，人們的生活便得不到保障。制好水是一個(gè)水利人的責(zé)任所在，管理好、運(yùn)行好農(nóng)村鄉(xiāng)鎮(zhèn)自來(lái)水廠(chǎng)是人心所向、眾望所歸。本文所述是筆者幾年從事農(nóng)村鄉(xiāng)鎮(zhèn)自來(lái)水廠(chǎng)管理的工作體會(huì)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，不足之處請(qǐng)同仁指教謝謝。 [科]