自來水廠水處理工藝的發(fā)展與應(yīng)用

摘 要：城鄉(xiāng)居民用水均來自自來水廠，這意味著自來水廠水處理是否到位，直接關(guān)系到廣大人民群眾能否飲用健康、安全、衛(wèi)生的生活飲用水。自來水廠應(yīng)以新時代為背景，正確認(rèn)識到高新技術(shù)加持的重要性，積極引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)優(yōu)化水處理工藝，以便提高水源運輸效率、提高水質(zhì)質(zhì)量，滿足城區(qū)居民的用水需求?；诖?，文章將著重分析自來水廠水處理現(xiàn)狀，進(jìn)而結(jié)合案例探討自來水廠水處理工藝的發(fā)展與應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：自來水廠;水處理工藝;應(yīng)用;發(fā)展

中圖分類號：TU991.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1064（2022）03-0-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.03.015

自來水與人們的生活息息相關(guān)，這就要求自來水廠要嚴(yán)格按照《生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范》的相關(guān)要求生產(chǎn)自來水。也就是針對不同水源水質(zhì)，實施適合的、可行的水處理工藝，如常規(guī)處理工藝或深度處理工藝，有效處理水源，清除雜質(zhì)，提高水質(zhì)質(zhì)量，使人們飲用安全放心的自來水。但實際情況則不然，某些自來水廠應(yīng)用的水處理工藝存在不足，水源水質(zhì)處理不到位，其中含有危害人體健康的物質(zhì)，長期飲用，可能患病。所以，不斷提高水處理工藝技術(shù)水平，是非常重要的。

1 城市自來水處理現(xiàn)狀分析

1.1 利用遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)監(jiān)控

以往的城市自來水廠水資源輸送，主要是利用機(jī)械設(shè)備完成的。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的自來水廠開始注重現(xiàn)代化發(fā)展，積極應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)優(yōu)化水處理工藝，如構(gòu)建遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)，支持水處理工藝，實現(xiàn)水資源輸送的自動化、智能化。

但筆者深入了解自來水廠水處理實際情況后發(fā)現(xiàn)，遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)的應(yīng)用程度還有待提高。究其原因，主要是在遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)支持下，水資源控制不到位、水資源輸送總量較低、水資源水質(zhì)不高等現(xiàn)象，導(dǎo)致水資源輸送效率及能力不高。為了促進(jìn)自來水廠的長遠(yuǎn)、良好發(fā)展，讓廣大居民飲用安全、衛(wèi)生的自來水，應(yīng)正確認(rèn)識遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)應(yīng)用的不足，探究行之有效的措施加以優(yōu)化，以便對不同水源水質(zhì)予以處理，進(jìn)而合理分配，提高居民的用水安全和用水效率。

1.2 基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)控制自動化

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)水平的不斷提高，使之在各個領(lǐng)域之中的應(yīng)用日漸深入，給各個領(lǐng)域帶來了新的變化。從近些年自來水廠的實際發(fā)展情況看，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)逐漸應(yīng)用于水處理工藝中，通過相關(guān)科技設(shè)備，實時跟蹤和監(jiān)控水資源流量、配給和水質(zhì)。如在水資源輸送環(huán)節(jié)，安裝水源報警器，在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持下，該設(shè)備就能自動監(jiān)測水資源輸送情況。如果水資源輸送過程中出現(xiàn)異常情況，該設(shè)備就將報警信號傳遞給工作人員，及時發(fā)現(xiàn)異常情況，采取針對性措施加以處理，從而保障水資源輸送順暢、高效。在水資源分配階段，將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與水資源控制器相連接，則可跟蹤掌握用水?dāng)?shù)量，及時發(fā)現(xiàn)異常情況。如某用戶或者企業(yè)的用水?dāng)?shù)量超標(biāo)，該設(shè)備就能自動切斷供水，從而保證供水量合理分配，避免浪費水資源。例如在水質(zhì)篩查階段，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與水質(zhì)凈化系統(tǒng)相結(jié)合，使該系統(tǒng)基于水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，排查和調(diào)整水質(zhì)，如果水源水質(zhì)不符合標(biāo)準(zhǔn)，可利用適合的水處理工藝凈化水質(zhì)，提高水質(zhì)[1]。

1.3 合理運用數(shù)字化技術(shù)實現(xiàn)自動化

在城市自來水廠水處理工藝創(chuàng)新過程中，還積極應(yīng)用了數(shù)字化技術(shù)，為有效管控和處理水資源提供了極大的幫助。應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)，能夠獲取水資源的相關(guān)數(shù)據(jù)，加以整合、處理及分析，從而獲得具有較高應(yīng)用價值的數(shù)據(jù)。其能客觀反映當(dāng)前自來水處理存在的問題，或者管理不到位的情況，以便相關(guān)工作人員以此為依據(jù)制定針對性的、有效性的解決措施，從根本上解決問題，提高水資源處理的有效性、科學(xué)性。

2 自來水廠水處理工藝的發(fā)展與應(yīng)用

隨著城市居民用水需求的不斷提高，以及相關(guān)政策意見的頒布，對水處理工藝提出了較高的要求。掌握水處理工藝應(yīng)用現(xiàn)狀，明確其發(fā)展方向，有利于更加深入地研究和優(yōu)化水處理工藝，提高其應(yīng)用價值，使經(jīng)過處理的自來水更加安全健康。

2.1 水處理工藝的應(yīng)用

2.1.1 常規(guī)處理工藝

自來水廠的良好運行，可為城市居民提供日常生活所需的飲用水。為了保證人們能夠飲用健康、安全的飲用水，自來水廠要根據(jù)水源水質(zhì)的實際情況，采用適合的工藝加以處理，將水源中含有的雜質(zhì)清除，提高水源水質(zhì)，使之滿足生活飲用水的標(biāo)準(zhǔn)要求。通常情況下，水源水中的懸浮物、膠體物質(zhì)和病原微生物，通常會采用常規(guī)處理工藝，即利用混凝、沉淀、澄清、過濾等一系列工序清除水中的雜質(zhì)。常規(guī)處理工藝是將水源中含有的懸浮物、膠體物質(zhì)予以混凝處理、沉淀處理或過濾處理，清除雜質(zhì)。與此同時，還能一并清除水中含有的多種細(xì)菌或者病毒。在此基礎(chǔ)上，還要采用適合的消毒劑，如利用氯氣、漂白粉或二氧化氯等處理水，過濾、殺滅致病微生物，提高水質(zhì)[2]。

2.1.2 深度處理工藝

如果水源水質(zhì)不高，常規(guī)處理后難以達(dá)到生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)，就要利用深度處理工藝來代替常規(guī)處理工藝。就當(dāng)前自來水廠水處理的實際情況看，常用的深度處理工藝有：

活性炭處理工藝?；钚蕴恐饕抢闷湮叫?，配合其他技術(shù)，對于過濾異味、有機(jī)污染物以及色度等都有很好的效果。一方面，充分發(fā)揮其吸附性，吸附水中的雜質(zhì)，提高水體的安全性;另一方面，則是因為活性炭是新碳，這種碳的吸附效果更好，并且在使用一段時間后，還可以在其表面形成生物膜，對水中的雜質(zhì)進(jìn)行降解處理，提高水體質(zhì)量。

膜處理工藝。膜處理工藝具有較高的應(yīng)用價值，可處理水中含有的化學(xué)污染物和生物污染物。這是因為該項工藝主要是利用膜過濾水源，而膜是利用天然礦石制作而成的。加之超濾技術(shù)和反滲透技術(shù)的應(yīng)用，也就是在反滲透技術(shù)的支持下可形成反滲透膜，過濾重金屬等有害有機(jī)物，也可過濾無機(jī)鹽。當(dāng)然，膜處理工藝也并非絕對有效，不同物質(zhì)分子對膜的穿透能力不盡相同，但反滲透膜的設(shè)置，即可對不同物質(zhì)分子予以隔絕，僅允許水分子通過。另外，膜處理工藝還具有操作時間短、處理效果穩(wěn)定等優(yōu)點，相關(guān)工作人員可根據(jù)水源水質(zhì)實際情況，選擇適合的方式，運用適合的過濾膜凈化水體。

深度氧化處理工藝。產(chǎn)生于20世紀(jì)60年代初，也被稱為臭氧活性炭技術(shù)，發(fā)展至今，已經(jīng)成為生活飲用水深度處理的典型代表之一。深度氧化處理工藝具有較強(qiáng)的應(yīng)用價值，首先是以臭氧為原材料，而臭氧本身具有較強(qiáng)的氧化性。利用臭氧處理水體，即可將水體中的有機(jī)物予以氧化，使之成為小分子的有機(jī)物，過濾水體，即可降低有機(jī)負(fù)荷。在此基礎(chǔ)上，將活性炭放入水體中，活性炭將充分發(fā)揮吸附作用，清除水體中的小分子有機(jī)物，提高水體質(zhì)量。相關(guān)調(diào)查研究表明，臭氧活性炭的應(yīng)用，不僅能夠凈化水體，而且能夠節(jié)約混凝劑用量。換句話說，臭氧活性炭在水體凈化過程中還能發(fā)揮助凝作用。使用臭氧活性炭，能夠清除水體中70%～90%的氨氮、40%～50%的CODmm，但也存在一些不足之處，例如某水源中一旦含有溴離子，利用該技術(shù)雖然能夠清除水體中的雜質(zhì)，但會產(chǎn)生致癌的消毒副產(chǎn)品，如果人們長期飲用，會威脅身體健康[3]。

2.2 智慧水廠建設(shè)的思考

現(xiàn)代化的今天，因先進(jìn)技術(shù)的廣泛、深入應(yīng)用，自來水廠逐漸朝著智慧水廠邁進(jìn)。智慧水廠建設(shè)是以實用為中心，根據(jù)水廠實際運行情況及發(fā)展構(gòu)建信息化系統(tǒng)，支持水廠智慧化運營。為了保證信息化系統(tǒng)的良好運行，支持水廠生產(chǎn)工藝、原材料管控、設(shè)備維護(hù)、安全保障等多個方面，要合理設(shè)置自動化層、智慧大腦層及智慧應(yīng)用層。其中，自動化層的設(shè)置，支持工藝流程自動化、安防自動化、環(huán)境自動化;智慧大腦層設(shè)置，則是由物聯(lián)網(wǎng)平臺、智能視頻監(jiān)控平臺及人工智能平臺構(gòu)成;智慧應(yīng)用層則涵蓋了智慧安防、智慧生產(chǎn)、智慧運營、智慧環(huán)境控制等。

2.3 水處理工藝的發(fā)展方向

隨著國民健康意識、安全意識的提高，其對生活飲用水的水質(zhì)也提出了較高的要求。此種情況下，除了常規(guī)水處理工藝，自來水廠水處理過程中還要應(yīng)用深度處理工藝，如臭氧活性炭工藝、膜處理工藝等，分離并清除水體中的污染物，確保水質(zhì)安全。

總結(jié)分析現(xiàn)階段水處理工藝的應(yīng)用情況及相關(guān)技術(shù)的研究情況可知，水處理工藝的發(fā)展方向之一是微孔精濾膜工藝。其是一種非常重要且有效的水資源處理技術(shù)，在處理水體的過程中，可直接清除病毒、天然有機(jī)物;可利用納濾膜清除有毒物質(zhì)，如農(nóng)藥、鎂離子等;可利用反滲透膜清除無機(jī)離子、有機(jī)物。當(dāng)前，該項水處理工藝主要應(yīng)用于瓶裝水或者優(yōu)質(zhì)水處理，未能廣泛應(yīng)用于居民飲用水處理之中。這是因為處理工藝處于發(fā)展階段，膜處理技術(shù)還未成熟、完善，膜生產(chǎn)成本較高。在未來研究和發(fā)展該項水處理工藝的過程中，要重點攻克成本問題，以便不斷降低成本，使之廣泛應(yīng)用于水資源處理中，為人們提供優(yōu)質(zhì)的飲用水。在我國貫徹落實可持續(xù)發(fā)展理念的情況下，保持社會經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境動態(tài)平衡是很有必要的。為了真正做到這一點，在水資源處理過程中，要綜合考慮國內(nèi)城市建設(shè)的實際情況、生態(tài)環(huán)境的變化情況，制定長遠(yuǎn)目標(biāo)，科學(xué)合理地研究水處理技術(shù)，以便不斷提高水處理工藝水平，科學(xué)合理地處理水資源，創(chuàng)造較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益[4]。

3 案例分析

3.1 案例說明

某市自來水廠工程建設(shè)規(guī)模為常規(guī)處理10萬m3/d，深度處理規(guī)模為15萬m3/d。對自來水廠的日常供水實際情況加以了解可知，其存在供水不均等問題。為了保證自來水廠提供的飲用水安全、衛(wèi)生，滿足《生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范》的要求，有效管控自來水供應(yīng)，保證城區(qū)供水均衡，自來水廠決定一方面優(yōu)化水處理工藝，提高水源水質(zhì)，使之符合規(guī)范要求，即為衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)合格的生活飲用水;另一方面，要加強(qiáng)水質(zhì)管理一體化平臺建設(shè)，以便提高水質(zhì)管理水平。

3.2 水處理工藝

應(yīng)用常規(guī)水處理工藝并不能清除水源中的雜質(zhì)。提高水質(zhì)的安全性，要采用深度處理工藝。結(jié)合自來水廠運行的實際情況，筆者規(guī)劃設(shè)計的深度處理工藝如下：

3.2.1 臭氧+活性炭+石英砂處理工藝

前文已經(jīng)介紹說明了臭氧活性炭應(yīng)用于水源處理之中，即可徹底處理水體中含有的有機(jī)物、毒物、金屬物等，從而提高水質(zhì)質(zhì)量。立足保證水源水質(zhì)安全的角度，臭氧+活性炭處理工藝的應(yīng)用，是非?？尚械摹⒎浅Ｓ行У?。但是，該處理工藝也并非十全十美，在實際工藝應(yīng)用過程中，臭氧活性炭的應(yīng)用，可能會造成水體渾濁或者細(xì)菌增多的情況，導(dǎo)致水體依舊不符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。對此，自來水廠應(yīng)注意設(shè)置砂濾池，以石英砂為原材料，將臭氧活性炭處理后的水倒入砂濾池中，同砂濾作用清除細(xì)菌、消除濁度，從而達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。

3.2.2 粉末活性炭+超濾膜處理工藝

超濾（UF）是一種物理性的低壓驅(qū)動的膜分離技術(shù)，將其與粉末活性炭結(jié)合應(yīng)用，深度處理水源，主要是利用中空纖維超濾膜元件。該超濾膜具有親水性好、耐有機(jī)污染、耐酸堿等特點，又因為超濾膜的膜孔直徑非常小，應(yīng)用于水中可阻攔病毒、細(xì)菌等。考慮到超濾膜不能清除水體中的所有雜質(zhì)，如中小分子的有機(jī)物，此時可利用粉末活性炭進(jìn)一步凈化水體，即可清除水中含有的有機(jī)污染物、氨氮等雜質(zhì)，如圖1所示。

以上兩個深度處理方案均有較高的應(yīng)用價值，但方案一運行的靈活性明顯高于方案二，再結(jié)合自來水廠的實際情況，最終確定采用方案一。

3.2.3 廢水回收工藝

遵循節(jié)能環(huán)保理念，自來水廠優(yōu)化建設(shè)過程中還根據(jù)廢水回收需求，按照相關(guān)規(guī)范要求，充分利用本廠資源構(gòu)建廢水回收系統(tǒng)，以便在該系統(tǒng)良好運行過程中，將污泥上清液和濾池中的反沖洗水流在流量調(diào)節(jié)后引入凈水系統(tǒng)。

3.3 水質(zhì)管控一體化平臺

水質(zhì)管控一體化平臺構(gòu)建的基本內(nèi)涵是“業(yè)務(wù)整合、融合共享、智能決策”。對本廠水資源處理的實際情況加以分析，可掌握并了解水資源輸送、水處理工藝及自來水供應(yīng)等方面的情況，明確各個環(huán)節(jié)可能存在的問題。進(jìn)而從促進(jìn)自來水廠智能化、自動化、現(xiàn)代化發(fā)展的視角出發(fā)，結(jié)合自來水廠發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)，利用先進(jìn)技術(shù)，如互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)、信息技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，構(gòu)建個性化的水質(zhì)管控一體化平臺;合理設(shè)置配套設(shè)施，以便該平臺跟蹤管控水廠的整體運行;獲取水處理相關(guān)數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)予以整合處理，以客觀反映水處理的實際情況;及時發(fā)現(xiàn)問題，以便相關(guān)工作人員加以處理[5]。

3.4 效果評估

在水質(zhì)管控一體化平臺運行之下，自來水廠水處理的整體水平明顯提高，解決了之前存在的生產(chǎn)調(diào)度、管網(wǎng)漏損、電耗過高等問題。同時，進(jìn)一步提高了水源水質(zhì)處理效果，真正保證了水源安全、居民用水均衡。

4 結(jié)語

隨著高新科技的不斷發(fā)展，自來水廠在先進(jìn)技術(shù)的加持下逐漸朝著智慧化方向發(fā)展。一方面，在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用下，水處理工藝水平大大提高;另一方面，積極構(gòu)建信息化平臺，支持智慧化運營，推動智慧化水廠建設(shè)與發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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[4] 周昊.自來水廠水處理工藝的研究進(jìn)展及應(yīng)用研究[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2020（25）：3993.

[5] 初曉雷.自來水廠水處理工藝的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2021（5）：2046.

作者簡介：管冠宇（1994— ），男，安徽肥東人，碩士研究生，助理工程師，研究方向：給水工程。