農(nóng)村飲水工程常規(guī)水處理設(shè)施的應(yīng)用

侯 波

（塔城地區(qū)水利水電勘察設(shè)計(jì)院，新疆 塔城 834700）

1 工程概況

根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》（SL 310-2004）要求：村鎮(zhèn)集中式供水工程水質(zhì)應(yīng)符合《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749）中的標(biāo)準(zhǔn)。塔城市錫伯圖片區(qū)飲水安全鞏固提升工程項(xiàng)目區(qū)隸屬于新疆塔城地區(qū)塔城市，塔城市位于新疆維吾爾自治區(qū)西北部的塔城盆地，南北最長(zhǎng)90 km，東西最寬58 km，土地總面積4353.61 km2。錫伯圖片區(qū)，地域遼闊，水系發(fā)達(dá)，河流眾多，工業(yè)污染較少，原水水質(zhì)較好，一般只在菌類和濁度指標(biāo)上超標(biāo)，因此農(nóng)村人飲工程凈水處理以常規(guī)水處理為主。目前在塔城市錫伯圖片區(qū)飲水工程中普遍使用的有生物過(guò)濾和高效凈水器處理兩種模式。本文以生物過(guò)濾和高效凈水器處理在塔城市錫伯圖片區(qū)飲水工程中的應(yīng)用為例，從水處理的工藝流程、技術(shù)成果及造價(jià)方面進(jìn)行對(duì)比分析。

2 生物過(guò)濾的水處理系統(tǒng)

生物水處理工藝一般包括混凝和過(guò)濾兩個(gè)方面，其中過(guò)濾包括慢濾和快濾兩種方式，其中生物過(guò)濾水處理主要為慢濾[1-2]。其工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 生物過(guò)濾水處理工藝流程示意圖

自20 世紀(jì)初開(kāi)始，混凝、沉淀、過(guò)濾相結(jié)合的水處理技術(shù)是應(yīng)用最為廣泛的一種水處理技術(shù)。

2.1 混凝過(guò)程

混凝過(guò)程包括加入鐵或鋁鹽，如硫酸鋁，硫酸鐵、氯化鐵或聚合物，加入水中。這些化學(xué)物質(zhì)被稱為凝固劑，具有正電荷。混凝劑的正電荷中和水中溶解和懸浮顆粒的負(fù)電荷。當(dāng)這種反應(yīng)發(fā)生時(shí)，顆粒結(jié)合在一起，或凝結(jié)（這個(gè)過(guò)程有時(shí)也稱為絮凝）。較大的顆?；蛐鯛钗锖苤?，很快就會(huì)沉淀到供水系統(tǒng)的底部，這種沉降過(guò)程稱為沉降。凝固過(guò)程中發(fā)生的基本反應(yīng)和過(guò)程見(jiàn)圖2，不同大小的顆粒在水中沉降所需的時(shí)間長(zhǎng)度見(jiàn)表1。

圖2 混凝沉淀工藝原理

表1 不同大小的顆粒在水中沉降所需的時(shí)間

在水處理設(shè)施中，混凝劑被加入水中并迅速混合。凝結(jié)水可以直接通過(guò)介質(zhì)過(guò)濾器（如砂和礫石）、微濾或超濾膜過(guò)濾，也可以移動(dòng)到沉淀池中。在沉淀池或澄清池中，重顆粒沉降到底部并被去除，水進(jìn)入處理過(guò)程的過(guò)濾步驟。

混凝可以成功去除大量有機(jī)物，包括溶解的有機(jī)物質(zhì)，稱為天然有機(jī)物（NOM）或溶解的有機(jī)碳（DOC）?；炷€可以去除懸浮顆粒，包括無(wú)機(jī)物沉淀物，如鐵。由于混凝不能去除水中的所有病毒和細(xì)菌，因此它不能產(chǎn)生安全飲用水。然而，這是水處理過(guò)程中的一個(gè)重要的第一步。

2.2 過(guò)濾過(guò)程

傳統(tǒng)水處理系統(tǒng)的第二步是過(guò)濾，過(guò)濾通過(guò)迫使水通過(guò)多孔介質(zhì)來(lái)去除水中的顆粒物。過(guò)濾系統(tǒng)由不同孔徑的過(guò)濾器組成，通常由沙子、礫石和木炭組成。反沖洗系統(tǒng)示意圖見(jiàn)圖3 過(guò)濾器由不同大小的顆粒組成。細(xì)砂粒的直徑約為0.1 mm，因此只有直徑小于0.1 mm 的顆粒才能通過(guò)細(xì)砂層。

砂濾有兩種基本類型：慢砂濾和快砂濾。慢砂濾是一個(gè)生物過(guò)程，利用細(xì)菌來(lái)處理水，細(xì)菌在最上面的一層沙子上建立一個(gè)活動(dòng)區(qū)，當(dāng)水通過(guò)時(shí)，通過(guò)消化水中的污染物來(lái)凈化水。微生物層稱為生物膜，需要每隔幾個(gè)月清洗一次。在生物膜被移除后，必須讓細(xì)菌在幾天內(nèi)重建群落，然后才能恢復(fù)過(guò)濾?？焖偕盀V是一種從水中去除懸浮固體的物理過(guò)程?？焖偕盀V比流動(dòng)砂濾更常見(jiàn)，因?yàn)榭焖偕盀V具有相當(dāng)高的流速，并且需要相對(duì)較小的操作空間。事實(shí)上，在快速砂濾過(guò)程中，水的流速高達(dá)20 m/h。過(guò)濾器一般每天用反沖洗過(guò)濾器清洗兩次，并立即投入運(yùn)行。

3 高效凈水器處理系統(tǒng)

高效凈水器處理系統(tǒng)主要包括進(jìn)水總閥與粗濾器，反應(yīng)沉淀器，自動(dòng)反沖洗過(guò)濾器，消毒系統(tǒng)以及出水觀察取樣口等系統(tǒng)組成（圖3），并且有操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行良好，水處理效果優(yōu)良等特點(diǎn)。通常在塔城地區(qū)使用的有不銹鋼及混凝土結(jié)構(gòu)分體式和不銹鋼及混凝土一體化結(jié)構(gòu)高效凈水器，本文以GXZ 不銹鋼分體式高效凈水器進(jìn)行說(shuō)明。

圖3 高效分體式水處理工藝流程圖

3.1 高效凈水器反沖洗工藝

過(guò)濾器采用無(wú)閥濾池自動(dòng)反沖洗，過(guò)濾主要是通過(guò)沙粒阻礙大的懸浮物或膠體通過(guò)，以及沙粒與污染物之間的一些物理化學(xué)作用。它不能將水凈化到慢砂濾池和河岸濾池所能達(dá)到的程度，并且由于其效率較低，因此要求反沖洗。反應(yīng)器與過(guò)濾器的連接采用U 型連接管，避免原水的空氣進(jìn)入自動(dòng)反沖洗系統(tǒng)，使之運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠，保證反沖洗徹底。

3.2 高效凈水器過(guò)濾工藝

高效凈水器過(guò)濾器為無(wú)閥濾池結(jié)構(gòu)，采用不銹鋼材質(zhì)，過(guò)濾器跟反沖洗裝置一體化設(shè)計(jì)，同時(shí)配置有反沖洗強(qiáng)度調(diào)節(jié)器可進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)節(jié)，操作管理更加方便。過(guò)濾器濾料采用均質(zhì)石英砂濾料，濾料僅每3 年增補(bǔ)10%～20%，過(guò)濾器具有過(guò)濾效果好、濾速快、截污量大、反沖洗水量少、易于反沖洗、過(guò)濾周期長(zhǎng)、濾料的洗凈度好、產(chǎn)水率高等優(yōu)點(diǎn)。過(guò)濾器自動(dòng)反沖洗無(wú)需電力，同時(shí)配置了強(qiáng)制反沖洗系統(tǒng)，可進(jìn)行模擬自動(dòng)反沖洗以及手動(dòng)強(qiáng)制反沖洗。

圖4 反沖洗過(guò)程示意圖

圖5 過(guò)濾結(jié)構(gòu)示意圖

4 兩種凈水處理系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)

4.1 適用范圍對(duì)比

塔城市錫伯圖片區(qū)內(nèi)有10 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)場(chǎng)。截止“十二五”末，集中供水工程共836 處，供水規(guī)模7.49 萬(wàn)m3/d。塔城市供水工程多以自然村為單位建設(shè)，單項(xiàng)工程供水人口大致在200 人～1500 人之間，集中供水工程共836 處。經(jīng)筆者調(diào)查統(tǒng)計(jì)，塔城市836 處集中供水工程使用生物過(guò)濾水處理的人飲工程626處，占總數(shù)的74.9%；使用高效凈水處理設(shè)施（含分體式和組合式）共210 處，占總數(shù)的25.1%，見(jiàn)表2。

表2 兩種水處理技術(shù)分布

可見(jiàn)生物過(guò)濾水處理設(shè)施在塔城市發(fā)展時(shí)間較早（2004年開(kāi)始），工藝簡(jiǎn)單，造價(jià)較低，取材方便，在數(shù)量上占優(yōu)勢(shì)，特別是在Ⅲ型以下飲水工程[3]。高效凈水處理系統(tǒng)發(fā)展時(shí)間較遲，造價(jià)偏高，工藝較生物過(guò)濾復(fù)雜（多了濾料反沖洗設(shè)施），在使用量上不占優(yōu)勢(shì)，但在Ⅲ型以上飲水工程應(yīng)用較多。

4.2 技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)比較

在塔城市錫伯圖片區(qū)飲水工程中主要采用了生物過(guò)濾水處理技術(shù)和GXZ 型高效凈水處理技術(shù)，兩者在應(yīng)用中均取得了不錯(cuò)的效果，但前者更適用于人口較少的邊遠(yuǎn)單村供水工程?，F(xiàn)就生物過(guò)濾和GXZ 型分體式凈水器在技術(shù)上進(jìn)行比較見(jiàn)表3。

表3 兩種水處理技術(shù)比較

5 結(jié)語(yǔ)

生物過(guò)濾和GXZ 高效凈水兩種處理系統(tǒng)在塔城市錫伯圖片區(qū)飲水工程應(yīng)用的實(shí)踐證明，生物過(guò)濾技術(shù)具有技術(shù)簡(jiǎn)單、投資少、適應(yīng)范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，但有系統(tǒng)不完備、運(yùn)行維護(hù)較難、對(duì)原水水質(zhì)要求高、水質(zhì)處理效果差等缺陷；GXZ 高效凈水器具有系統(tǒng)完備，適用性廣，工程運(yùn)行可靠，水處理技術(shù)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，但有一次性投資高的缺點(diǎn)。在人飲工程設(shè)計(jì)中正確選擇凈水設(shè)施是飲水工程成敗的關(guān)鍵，高效凈水設(shè)施有混凝劑、消毒劑加藥系統(tǒng)，有自動(dòng)反沖洗濾料系統(tǒng)，水處理效果穩(wěn)定可靠，建議在農(nóng)村小型人飲工程中推廣使用。