農村飲水工程常規水處理設施的應用

侯 波

（塔城地區水利水電勘察設計院，新疆 塔城 834700）

1 工程概況

根據《村鎮供水工程技術規范》（SL 310-2004）要求：村鎮集中式供水工程水質應符合《生活飲用水衛生標準》（GB 5749）中的標準。塔城市錫伯圖片區飲水安全鞏固提升工程項目區隸屬于新疆塔城地區塔城市，塔城市位于新疆維吾爾自治區西北部的塔城盆地，南北最長90 km，東西最寬58 km，土地總面積4353.61 km2。錫伯圖片區，地域遼闊，水系發達，河流眾多，工業污染較少，原水水質較好，一般只在菌類和濁度指標上超標，因此農村人飲工程凈水處理以常規水處理為主。目前在塔城市錫伯圖片區飲水工程中普遍使用的有生物過濾和高效凈水器處理兩種模式。本文以生物過濾和高效凈水器處理在塔城市錫伯圖片區飲水工程中的應用為例，從水處理的工藝流程、技術成果及造價方面進行對比分析。

2 生物過濾的水處理系統

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

圖1 生物過濾水處理工藝流程示意圖

自20 世紀初開始，混凝、沉淀、過濾相結合的水處理技術是應用最為廣泛的一種水處理技術。

2.1 混凝過程

混凝過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。這些化學物質被稱為凝固劑，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電荷。當這種反應發生時，顆粒結合在一起，或凝結（這個過程有時也稱為絮凝）。較大的顆粒或絮狀物很重，很快就會沉淀到供水系統的底部，這種沉降過程稱為沉降。凝固過程中發生的基本反應和過程見圖2，不同大小的顆粒在水中沉降所需的時間長度見表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間

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

混凝可以成功去除大量有機物，包括溶解的有機物質，稱為天然有機物（NOM）或溶解的有機碳（DOC）。混凝還可以去除懸浮顆粒，包括無機物沉淀物，如鐵。由于混凝不能去除水中的所有病毒和細菌，因此它不能產生安全飲用水。然而，這是水處理過程中的一個重要的第一步。

2.2 過濾過程

傳統水處理系統的第二步是過濾，過濾通過迫使水通過多孔介質來去除水中的顆粒物。過濾系統由不同孔徑的過濾器組成，通常由沙子、礫石和木炭組成。反沖洗系統示意圖見圖3 過濾器由不同大小的顆粒組成。細砂粒的直徑約為0.1 mm，因此只有直徑小于0.1 mm 的顆粒才能通過細砂層。

砂濾有兩種基本類型：慢砂濾和快砂濾。慢砂濾是一個生物過程，利用細菌來處理水，細菌在最上面的一層沙子上建立一個活動區，當水通過時，通過消化水中的污染物來凈化水。微生物層稱為生物膜，需要每隔幾個月清洗一次。在生物膜被移除后，必須讓細菌在幾天內重建群落，然后才能恢復過濾。快速砂濾是一種從水中去除懸浮固體的物理過程。快速砂濾比流動砂濾更常見，因為快速砂濾具有相當高的流速，并且需要相對較小的操作空間。事實上，在快速砂濾過程中，水的流速高達20 m/h。過濾器一般每天用反沖洗過濾器清洗兩次，并立即投入運行。

3 高效凈水器處理系統

高效凈水器處理系統主要包括進水總閥與粗濾器，反應沉淀器，自動反沖洗過濾器，消毒系統以及出水觀察取樣口等系統組成（圖3），并且有操作簡單，運行良好，水處理效果優良等特點。通常在塔城地區使用的有不銹鋼及混凝土結構分體式和不銹鋼及混凝土一體化結構高效凈水器，本文以GXZ 不銹鋼分體式高效凈水器進行說明。

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

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

3.2 高效凈水器過濾工藝

高效凈水器過濾器為無閥濾池結構，采用不銹鋼材質，過濾器跟反沖洗裝置一體化設計，同時配置有反沖洗強度調節器可進行強度調節，操作管理更加方便。過濾器濾料采用均質石英砂濾料，濾料僅每3 年增補10%～20%，過濾器具有過濾效果好、濾速快、截污量大、反沖洗水量少、易于反沖洗、過濾周期長、濾料的洗凈度好、產水率高等優點。過濾器自動反沖洗無需電力，同時配置了強制反沖洗系統，可進行模擬自動反沖洗以及手動強制反沖洗。

圖4 反沖洗過程示意圖

圖5 過濾結構示意圖

4 兩種凈水處理系統優缺點

4.1 適用范圍對比

塔城市錫伯圖片區內有10 個鄉鎮場。截止“十二五”末，集中供水工程共836 處，供水規模7.49 萬m3/d。塔城市供水工程多以自然村為單位建設，單項工程供水人口大致在200 人～1500 人之間，集中供水工程共836 處。經筆者調查統計，塔城市836 處集中供水工程使用生物過濾水處理的人飲工程626處，占總數的74.9%；使用高效凈水處理設施（含分體式和組合式）共210 處，占總數的25.1%，見表2。

表2 兩種水處理技術分布

可見生物過濾水處理設施在塔城市發展時間較早（2004年開始），工藝簡單，造價較低，取材方便，在數量上占優勢，特別是在Ⅲ型以下飲水工程[3]。高效凈水處理系統發展時間較遲，造價偏高，工藝較生物過濾復雜（多了濾料反沖洗設施），在使用量上不占優勢，但在Ⅲ型以上飲水工程應用較多。

4.2 技術優缺點比較

在塔城市錫伯圖片區飲水工程中主要采用了生物過濾水處理技術和GXZ 型高效凈水處理技術，兩者在應用中均取得了不錯的效果，但前者更適用于人口較少的邊遠單村供水工程。現就生物過濾和GXZ 型分體式凈水器在技術上進行比較見表3。

表3 兩種水處理技術比較

5 結語

生物過濾和GXZ 高效凈水兩種處理系統在塔城市錫伯圖片區飲水工程應用的實踐證明，生物過濾技術具有技術簡單、投資少、適應范圍廣等優點，但有系統不完備、運行維護較難、對原水水質要求高、水質處理效果差等缺陷；GXZ 高效凈水器具有系統完備，適用性廣，工程運行可靠，水處理技術穩定等優點，但有一次性投資高的缺點。在人飲工程設計中正確選擇凈水設施是飲水工程成敗的關鍵，高效凈水設施有混凝劑、消毒劑加藥系統，有自動反沖洗濾料系統，水處理效果穩定可靠，建議在農村小型人飲工程中推廣使用。