簡述取凈水一體化技術(shù)供水

張國珩

摘要：水是生物體最重要的組成部分，人類的活動(dòng)離不開水，但被污染的水最可怕之處便是它不會(huì)立刻危害生命，只會(huì)慢慢耗損人體健康。[凈水樓]一級(jí)供水工程直接在河岸邊設(shè)計(jì)取水和凈水一體化供水工程，取用的是河床下第二層含水層中百年清潔水源，不但節(jié)約了大量的運(yùn)行成本，更重要的是大多數(shù)水質(zhì)指標(biāo)優(yōu)于“歐盟標(biāo)準(zhǔn)”，無需任何化學(xué)藥劑的投加、混攪、拌凝、沉淀等人為凈化工藝，出樓水可直接飲用。

Abstract： Water is the most important part of living organisms. Human activities cannot do without water， but the most terrifying aspect of polluted water is that it will not immediately endanger life， but will only slowly deplete human health. The first-level water supply project of [Clean Water Building] is designed directly on the river bank to design an integrated water supply project for water intake and water purification. It uses a century-old clean water source in the second aquifer under the river bed， which not only saves a lot of operating costs， the more importantly， most of the water quality indicators are better than the "European Standard"， without any artificial purification processes such as chemical addition， mixing， coagulation， precipitation， etc.， and the water from the building can be directly consumed.

關(guān)鍵詞：水質(zhì)優(yōu)良;成本低;水量穩(wěn)定;使用安全

Key words： excellent water quality;low cost;stable water volume;safe use

中圖分類號(hào)：TU991;TU99? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）29-0117-02

0? 引言

取凈水一體化技術(shù)自源頭加以嚴(yán)格控制水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)，且具有水質(zhì)優(yōu)良、水量穩(wěn)定、安全性好、占地面積小、制水成本低等優(yōu)勢。

1? 地表水凈化處理

水是生命之源，孕育萬物、造福人類，但污染了的水給人類的健康帶來巨大危害。特別是部分地區(qū)水污染日益突出，經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展帶動(dòng)了工業(yè)的騰飛及人民生活質(zhì)量的跨越，工業(yè)廢水污染問題及生活污水問題也愈發(fā)嚴(yán)重，這些有毒有害的物質(zhì)最終匯集到河流地表水中形成污染。幾乎所有產(chǎn)業(yè)鏈都涉及到用水，水伴隨生活的方方面面。一旦水質(zhì)發(fā)生異常，那么人類作為使用者在使用過程中就必然存在安全隱患，由此更加凸顯了安全用水在日常生活中的重要性。

河流地表水是人們主要的飲用水源，如果地表水遭到污染，污染物通過飲水可直接侵害人體，同時(shí)也可通過食物鏈和灌溉農(nóng)田間接危及人身健康。我國幅員遼闊，相關(guān)資料顯示，全境擁有50000多條流域面積在100平方公里以上的河流，與幾十年前相比較，均不同程度遭受到水的污染。

2020年“新型冠狀病毒感染的肺炎”席卷全球，西班牙巴塞羅那大學(xué)宣布，該校一個(gè)研究小組從去年3月采集的巴塞羅那廢水樣本中檢測出了新冠病毒。對這一研究的初衷，博什介紹說，新冠病毒在感染者糞便排泄物中含量高、存在時(shí)間長，會(huì)隨著感染者糞便排泄物排入廢水，因此基于廢水的流行病學(xué)研究是一種很好的監(jiān)測病毒傳播的工具。由此可見廢水排放問題引起的河流地表水的污染不可小視，水質(zhì)安全尤為重要。

2? 取凈水一體化優(yōu)勢

①解決洪水期濁度超標(biāo)、枯水期水量不足的問題;②解決各種地表水污染時(shí)，無法正常供水的問題;③解決自來水有機(jī)物污染、氨氮和COD超標(biāo)、富營養(yǎng)化的問題;④解決自來水鋁元素副產(chǎn)物以及原水中的抗生素、激素等醫(yī)藥類成份的問題。

3? 河床濾膜的凈化原理

利用天然河床砂礫石層及表面的泥膜（或生物膜）作為天然濾床。其主要特征具有一定規(guī)模河流表面形成的過濾膜作為凈化層，利用地表水的沖刷作用清除過濾膜表層的沉積物，形成河床表面沉積與沖刷的良性循環(huán)，無需人為更新濾膜。因此河流中形成的過濾膜作為一種多層結(jié)構(gòu)過濾膜凈水系統(tǒng)，地表水在慢濾過程中產(chǎn)生的一系列物理、化學(xué)和生物凈水作用，包括自然篩濾、生物吸附、降解、沉淀、擴(kuò)散、傳遞及靜電等凈水作用，使水質(zhì)優(yōu)良。地表水在滲透過程中發(fā)生的水巖相互作用，對水質(zhì)也起到一定的改善作用。

從理論上說，慢濾速度越慢水質(zhì)效果越好，一般深層地下水水質(zhì)優(yōu)于淺層地下水，濾速越慢，如超慢濾其生物化學(xué)過程和物理吸附過程越充分，水質(zhì)凈化效果越好（如圖1所示）。

取凈水一體化構(gòu)筑物直接把喇叭口群設(shè)計(jì)成流線形結(jié)構(gòu)，布置在河床以下5.0m左右的含水層中，實(shí)踐中：喇叭口的進(jìn)水流速控制在0.005m/s，出廠水的水質(zhì)濁度在0.5NTU以下;進(jìn)水流速控制到0.001m/s時(shí)，濁度在0.1NTU及以下。上述設(shè)計(jì)流速遠(yuǎn)小于我國《室外給水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中進(jìn)水孔流速小于0.01m/s的規(guī)定，因此水量、水質(zhì)有保障（如圖2所示）。

據(jù)前蘇聯(lián)學(xué)者莫洛扎瓦婭研究，當(dāng)鉻鹽濃度達(dá)到最高容許濃度的10倍時(shí)，含水層就無法將它阻滯。但是，河水在滲透時(shí)，如果金屬鹽類和石油產(chǎn)品含量不超過最高容許濃度，或短期超過2～3倍時(shí)，鉛、鋅和鉻鹽以及石油產(chǎn)品可以全部被阻滯。研究表明，當(dāng)細(xì)砂和中砂中的地下水運(yùn)動(dòng)速度為0.5～2.0m/d時(shí)，脊髓灰白質(zhì)炎菌系病毒可以在30～50cm的滲透途徑中全部被阻滯。工作周期內(nèi)，單位體積濾料內(nèi)的泥含量，可用kg/cm3或g/cm3表示。濾料層的孔隙率是指濾料顆粒間空隙的體積與濾料層的體積，它等于濾料顆粒的總體積與濾料顆粒間空隙的體積之和的比值，表明慢濾效果十分顯著。[1]

滲透系數(shù)（hydraulic conductivity）是指在各項(xiàng)同性介質(zhì)中，單位水力梯度下的單位流量，表示流體通過孔隙骨架的難易程度，是綜合反映土體滲透能力的一個(gè)指標(biāo)，又稱水力傳導(dǎo)系數(shù)，符號(hào)為K。滲透系數(shù)正確確定數(shù)值對計(jì)算滲透水量有著非常重要的意義，其大小主要取決于土體顆粒的形狀、大小、不均勻系數(shù)和水的粘滯性等。[2]

地下水流速主要是受水流的內(nèi)摩擦影響，河床與水流接觸的位置受到的摩擦力最大，流速最慢。大量的研究成果和對凈水樓工程實(shí)踐表明，超慢濾技術(shù)可使原水中的有機(jī)污染物、重金屬和病原菌的去除率達(dá)97%以上，大腸桿菌、藻類等可基本去除，細(xì)菌、氨氮、鐵錳等礦物質(zhì)大部分可去除，水質(zhì)優(yōu)于常規(guī)地面凈水工藝處理效果。

生物慢濾技術(shù)的發(fā)明國——英國（1840年發(fā)明），近幾年對歐盟標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)改造的過程中，廢除常規(guī)的水處理工藝，回過頭來采用慢濾技術(shù)，由此可見慢濾技術(shù)的穩(wěn)定性和實(shí)用性。[3]

取凈水一體化超慢濾具有結(jié)構(gòu)簡單、水量水質(zhì)穩(wěn)定、管理和運(yùn)行成本低廉、前段無需任何機(jī)械動(dòng)力，無需任何人工、藥劑和耗材的投入，后段一人值班可全區(qū)域供水。

4? 取凈水一體化技術(shù)設(shè)計(jì)原理

取凈水一體化技術(shù)構(gòu)筑物設(shè)計(jì)在城市上游的江河附近或古河道中，由于江河中的含水層系歷史沖刷形成，傾斜的方向與河流一致。坡度約千分之幾，符合河床濾膜自然沖刷更新和矩形渠重力流方向一致的自然規(guī)律。

某供水公司二〇一三年在恩江河（橋南水廠）設(shè)計(jì)一座日產(chǎn)5萬噸凈水樓一級(jí)供水工程，由于出廠水質(zhì)清澈透明，洪水季節(jié)也不例外，水中無懸浮物，無沉淀物，無菌無毒，可直接飲用。在恩江上游曾跨境發(fā)生過化工企業(yè)偷排事件，污染了恩江河地表水源，因此常規(guī)（麻州）水廠受到污染，而（橋南）凈水樓毫無影響，仍正常供水。為了防止恩江河上游的農(nóng)業(yè)廢水、工業(yè)廢水、氨氮、重金屬等各種人為的有毒有害物質(zhì)影響自來水水質(zhì)，縣供水公司又在常規(guī)凈水廠（麻州）上游2km處的，設(shè)計(jì)一座新的5萬噸凈水樓一級(jí)供水工程。

5? 運(yùn)行成本分析

使用取凈水一體化技術(shù)的[凈水樓]水量穩(wěn)定、水質(zhì)優(yōu)良、無懸浮物、無沉淀物、無菌無毒、無色無味。水質(zhì)優(yōu)于《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》。[凈水樓]與傳統(tǒng)凈水廠同等規(guī)模比較，以10萬噸工程為例，50年可節(jié)約3.5個(gè)億。

①節(jié)約聚氯化鋁凈水劑 500噸/年*2400元=120萬/年;②節(jié)約制水電耗 200 萬度/年*0.60 元=120 萬/年;③節(jié)約制水設(shè)備和管理成本 250萬元/年;④節(jié)約廢水處理費(fèi)元 200萬/年。

合計(jì)年節(jié)約制水成本費(fèi)用 690 萬元*50 年=34500萬元。

[凈水樓]特征：

①水質(zhì)優(yōu)良，選擇的河床下第二層清潔地下水源，不但不受地表水的污染，而且避免了凈水工藝中鋁元素副產(chǎn)物;②水量穩(wěn)定，喇叭口深埋在河床以下的含水層部位，不受枯水季節(jié)河床地表水減少的影響，河床含水層過濾范圍大，一般過濾面積可達(dá)幾十公里以外;③安全性好，喇叭口設(shè)計(jì)在河床含水層以下一般為4～5m處，可避免上游化學(xué)污染物、漂浮物的侵入，無需廢水處理構(gòu)筑物;④占地面積小，[凈水樓]供水工藝取自含水層中的優(yōu)質(zhì)地下水，工藝流程均布置在河床以下部位，征地面積小，大部分建在江河灘涂地段，只有圓形[凈水樓]露出水面;⑤制水成本低，[凈水樓]一級(jí)供水根據(jù)使用單位不完全統(tǒng)計(jì)，每萬噸水每年可節(jié)約聚氯化鋁藥耗100%，節(jié)約反沖洗水100%，節(jié)約廢水處理成本100%，節(jié)約設(shè)備管理成本達(dá)60%以上，節(jié)約制水電耗達(dá)30%以上，每萬噸水每年可減少制水成本50多萬元。

6? 結(jié)論

取凈水一體化具有出水量大，水量長期穩(wěn)定，無濾頭、格柵，不結(jié)垢，無需檢修與更換，一勞永逸。在具備水文地質(zhì)條件、水量水質(zhì)符合要求的地段，可以考慮凈水樓供水工藝，達(dá)到水量穩(wěn)定、水質(zhì)優(yōu)良的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]齊文放.生物膜反應(yīng)器同步去除地下水中硝酸鹽和鉻鹽的研究[D].2015（12）.

[2]劉勇，趙燕容.砂土滲透系數(shù)影響因素試驗(yàn)研究[J].江蘇建筑，2017（05）.

[3]汪富貴.生物慢濾技術(shù)及其推廣應(yīng)用的建議[R].2008（01）.