农村饮水工程常规水处理设施的应用

侯 波

（塔城地区水利水电勘察设计院，新疆 塔城 834700）

1 工程概况

根据《村镇供水工程技术规范》（SL 310-2004）要求：村镇集中式供水工程水质应符合《生活饮用水卫生标准》（GB 5749）中的标准。塔城市锡伯图片区饮水安全巩固提升工程项目区隶属于新疆塔城地区塔城市，塔城市位于新疆维吾尔自治区西北部的塔城盆地，南北最长90 km，东西最宽58 km，土地总面积4353.61 km2。锡伯图片区，地域辽阔，水系发达，河流众多，工业污染较少，原水水质较好，一般只在菌类和浊度指标上超标，因此农村人饮工程净水处理以常规水处理为主。目前在塔城市锡伯图片区饮水工程中普遍使用的有生物过滤和高效净水器处理两种模式。本文以生物过滤和高效净水器处理在塔城市锡伯图片区饮水工程中的应用为例，从水处理的工艺流程、技术成果及造价方面进行对比分析。

2 生物过滤的水处理系统

生物水处理工艺一般包括混凝和过滤两个方面，其中过滤包括慢滤和快滤两种方式，其中生物过滤水处理主要为慢滤[1-2]。其工艺流程见图1。

图1 生物过滤水处理工艺流程示意图

自20 世纪初开始，混凝、沉淀、过滤相结合的水处理技术是应用最为广泛的一种水处理技术。

2.1 混凝过程

混凝过程包括加入铁或铝盐，如硫酸铝，硫酸铁、氯化铁或聚合物，加入水中。这些化学物质被称为凝固剂，具有正电荷。混凝剂的正电荷中和水中溶解和悬浮颗粒的负电荷。当这种反应发生时，颗粒结合在一起，或凝结（这个过程有时也称为絮凝）。较大的颗粒或絮状物很重，很快就会沉淀到供水系统的底部，这种沉降过程称为沉降。凝固过程中发生的基本反应和过程见图2，不同大小的颗粒在水中沉降所需的时间长度见表1。

图2 混凝沉淀工艺原理

表1 不同大小的颗粒在水中沉降所需的时间

在水处理设施中，混凝剂被加入水中并迅速混合。凝结水可以直接通过介质过滤器（如砂和砾石）、微滤或超滤膜过滤，也可以移动到沉淀池中。在沉淀池或澄清池中，重颗粒沉降到底部并被去除，水进入处理过程的过滤步骤。

混凝可以成功去除大量有机物，包括溶解的有机物质，称为天然有机物（NOM）或溶解的有机碳（DOC）。混凝还可以去除悬浮颗粒，包括无机物沉淀物，如铁。由于混凝不能去除水中的所有病毒和细菌，因此它不能产生安全饮用水。然而，这是水处理过程中的一个重要的第一步。

2.2 过滤过程

传统水处理系统的第二步是过滤，过滤通过迫使水通过多孔介质来去除水中的颗粒物。过滤系统由不同孔径的过滤器组成，通常由沙子、砾石和木炭组成。反冲洗系统示意图见图3 过滤器由不同大小的颗粒组成。细砂粒的直径约为0.1 mm，因此只有直径小于0.1 mm 的颗粒才能通过细砂层。

砂滤有两种基本类型：慢砂滤和快砂滤。慢砂滤是一个生物过程，利用细菌来处理水，细菌在最上面的一层沙子上建立一个活动区，当水通过时，通过消化水中的污染物来净化水。微生物层称为生物膜，需要每隔几个月清洗一次。在生物膜被移除后，必须让细菌在几天内重建群落，然后才能恢复过滤。快速砂滤是一种从水中去除悬浮固体的物理过程。快速砂滤比流动砂滤更常见，因为快速砂滤具有相当高的流速，并且需要相对较小的操作空间。事实上，在快速砂滤过程中，水的流速高达20 m/h。过滤器一般每天用反冲洗过滤器清洗两次，并立即投入运行。

3 高效净水器处理系统

高效净水器处理系统主要包括进水总阀与粗滤器，反应沉淀器，自动反冲洗过滤器，消毒系统以及出水观察取样口等系统组成（图3），并且有操作简单，运行良好，水处理效果优良等特点。通常在塔城地区使用的有不锈钢及混凝土结构分体式和不锈钢及混凝土一体化结构高效净水器，本文以GXZ 不锈钢分体式高效净水器进行说明。

图3 高效分体式水处理工艺流程图

3.1 高效净水器反冲洗工艺

过滤器采用无阀滤池自动反冲洗，过滤主要是通过沙粒阻碍大的悬浮物或胶体通过，以及沙粒与污染物之间的一些物理化学作用。它不能将水净化到慢砂滤池和河岸滤池所能达到的程度，并且由于其效率较低，因此要求反冲洗。反应器与过滤器的连接采用U 型连接管，避免原水的空气进入自动反冲洗系统，使之运行更加稳定可靠，保证反冲洗彻底。

3.2 高效净水器过滤工艺

高效净水器过滤器为无阀滤池结构，采用不锈钢材质，过滤器跟反冲洗装置一体化设计，同时配置有反冲洗强度调节器可进行强度调节，操作管理更加方便。过滤器滤料采用均质石英砂滤料，滤料仅每3 年增补10%～20%，过滤器具有过滤效果好、滤速快、截污量大、反冲洗水量少、易于反冲洗、过滤周期长、滤料的洗净度好、产水率高等优点。过滤器自动反冲洗无需电力，同时配置了强制反冲洗系统，可进行模拟自动反冲洗以及手动强制反冲洗。

图4 反冲洗过程示意图

图5 过滤结构示意图

4 两种净水处理系统优缺点

4.1 适用范围对比

塔城市锡伯图片区内有10 个乡镇场。截止“十二五”末，集中供水工程共836 处，供水规模7.49 万m3/d。塔城市供水工程多以自然村为单位建设，单项工程供水人口大致在200 人～1500 人之间，集中供水工程共836 处。经笔者调查统计，塔城市836 处集中供水工程使用生物过滤水处理的人饮工程626处，占总数的74.9%；使用高效净水处理设施（含分体式和组合式）共210 处，占总数的25.1%，见表2。

表2 两种水处理技术分布

可见生物过滤水处理设施在塔城市发展时间较早（2004年开始），工艺简单，造价较低，取材方便，在数量上占优势，特别是在Ⅲ型以下饮水工程[3]。高效净水处理系统发展时间较迟，造价偏高，工艺较生物过滤复杂（多了滤料反冲洗设施），在使用量上不占优势，但在Ⅲ型以上饮水工程应用较多。

4.2 技术优缺点比较

在塔城市锡伯图片区饮水工程中主要采用了生物过滤水处理技术和GXZ 型高效净水处理技术，两者在应用中均取得了不错的效果，但前者更适用于人口较少的边远单村供水工程。现就生物过滤和GXZ 型分体式净水器在技术上进行比较见表3。

表3 两种水处理技术比较

5 结语

生物过滤和GXZ 高效净水两种处理系统在塔城市锡伯图片区饮水工程应用的实践证明，生物过滤技术具有技术简单、投资少、适应范围广等优点，但有系统不完备、运行维护较难、对原水水质要求高、水质处理效果差等缺陷；GXZ 高效净水器具有系统完备，适用性广，工程运行可靠，水处理技术稳定等优点，但有一次性投资高的缺点。在人饮工程设计中正确选择净水设施是饮水工程成败的关键，高效净水设施有混凝剂、消毒剂加药系统，有自动反冲洗滤料系统，水处理效果稳定可靠，建议在农村小型人饮工程中推广使用。