给水处理工艺系统

城市给水处理是把含有不同杂质的原水处理成符合使用要求的自来水 。由于江河湖泊原水中所含杂质有很大差别，应根据不同的原水水质，采取不同的处理方法及工艺系统。无论采取哪些处理方法和工艺，经处理后的水质必须符合国家规定的生活饮用水水质要求。 《生活饮用水标准》出水浊度≤1NTU。

自来水厂的常规处理是 去除浊度和杀灭致病微生物 为主的工艺 ，适用于未受污染或污染极其轻微的水源。自来水厂在去除泥沙等构成的悬浮物的同时，也能去除一些附着在上面的有机无机溶解杂质和菌类。所以降低水的浊度至关重要。

目前，去除水的浊度方法有很多，但 自来水厂通常釆用的方法是混凝、沉淀（澄清）、过滤 。经该工艺去除形成浊度的杂质后，再进行消毒，即可达到饮用水水质要求。其典型的工艺流程如图12-1所示。

常规处理工艺以除浊为主，不能去除溶解有机物。适用于未受污染或污染轻微的水源。顺带去除一些附着在上面的有机、无机溶解杂质和菌类。

在设计常规处理工艺时，涉及混凝剂选用、混合絮凝方法、沉淀（澄清）过滤类型、消毒剂种类等方面内容。根据不同水源水质，便岀现了优化设计问题。

如果原水 常年浊度较低（一般在25NTU以下），且水源未受污染、不滋生藻类，水质变化不大者，可省略沉淀（或澄清）单元，投加混凝剂后直接采用双层煤砂滤料或单层细砂滤料滤池过滤。 也可在过滤前设置一微絮凝池，称为 微絮凝过滤 。所谓 微絮凝过滤，是指絮凝阶段不必形成粗大絮凝体以免堵塞表面滤层，只需形成微小絮体即进入滤池的过滤 。微絮凝过滤工艺流程见图12-2。

接触过滤：省略絮凝沉淀。

微絮凝：省略沉淀，混凝剂必须投加。

如果水源水常年 浊度很高，含沙量很大 ，为减少混凝剂用量，则在混凝、沉淀前增设预沉池或沉沙池，即为高浊度水二级沉淀（或澄清）工艺，如图12-3所示。

9.2.1 当原水含沙量和浊度较高时，宜采取预沉处理。

9.2.2 预沉方式的选择，应根据原水含沙量及其粒径组成、沙峰持续时间、排泥要求、处理水量和水质要求等因素，结合地形条件采用沉沙、自然沉淀或凝聚沉淀。

9.2.3 预沉处理的设计含沙量应通过对设计典型年沙峰曲线的分析，结合避沙蓄水设施的设置条件，合理选取。

以上所用的处理方法，均称为常规处理方法。

我国不少城市水厂水源都受到污染，很多湖泊水库呈现富营养化。大多数受污染水源水中氨氮、COD _Mn 、铁锰、藻类含量超过水源标准。

对于水中的溶解有机物、氨氮和藻类等，常规处理工艺一般不能有效去除。 为此，需在常规处理的基础上 增加预处理或深度处理 。预处理通常设在常规处理之前，深度处理设在常规处理之后。

①预处理—常规处理工艺 （生物预处理都在沉淀/常规处理之前）

目前，受污染水源水预处理大多采用 生物氧化法、化学氧化法以及粉末活性炭吸附等方法 。图12-4为常规处理工艺之前增加生物预处理工艺流程。

生物预处理可以有效去除微污染水源水中氨氮、藻类和部分有机物 。 去除氨氮≥90%

生物预氧化工艺设在混凝构筑物之前 ，辅助设置鼓风机房以保证原水中有足够的溶解氧，水温宜在5℃以上。一般情况下， 生物预氧化工艺前不宜采用预氯化处理 。如果是长距离输水，为防止输水管中滋生贝螺， 有时在取水泵房处投加少量氯气 ，但应保持不影响生物活性的剂量以下。

当受污染水源水中含有较多难以生物降解的有机物时，宜采用化学预氧化法。

化学预氧化常用的氧化剂有氯（Cl ₂ )、臭氧（O ₃ )、二氧化氯（ClO ₂ )、高锰酸钾(KMnO ₄ )及其复合药剂。化学氧化剂的种类及投加剂量选择，决定于水中污染物种类、性质和浓度等。一般说来， 选用氯气作为预氧化剂，经济、有效，投加设备简单，操作方便，是使用较多的预氧化剂，但当氯氧化副产物的前体物含量较高时，不宜使用 。图12-5为化学预氧化工艺流程。

粉末活性炭 是一种应用很广的 吸附剂 。具有吸附水中微量有机物及其产生的异味、色度的能力。 当水源水质突发变化或季节性变化时，在混凝剂投加之前投加粉末活性炭，经沉淀、过滤截留在排泥水中。粉末活性炭投加点应进行试验后确定，有的投加在混凝剂投加点之前，有的投加在絮凝池中间或后段 ，机动灵活，简易方便。其工艺流程如图12-6所示。

图12-6所示的给水处理的预处理工艺是根据水源水质来确定的。一般说来，微污染水源水中 氨氮含量常年大于1mg/L，应首先考虑采用生物预处理工艺 。对于 藻类经常繁殖的水源水，预氧化杀藻后，可配合活性炭吸附，降低藻毒素含量 。含有 溶解性铁锰或少量藻类 的水源水， 预加高锰酸钾氧化具有较好效果 。水中 土腥味和霉烂味 ，多由土臭素和2-甲基异茨醇引起，投加 高锰酸钾预氧化和粉末活性炭 吸附联用能够很好去除异臭异味 。

KMnO4预氧化和粉末活性炭联用可高效应对夏季水体爆发异味、臭味。

②常规处理—深度处理工艺

当水源污染比较严重，经混凝、沉淀、过滤处理后某些有机物质含量或色、臭、味等感官指标仍不能满足出水水质要求时，可在常规处理之后或者穿插在常规处理工艺之中增加深度处理单元。目前，生产上常用的深度处理方法有 颗粒活性炭吸附法，臭氧一活性炭法，反渗透、纳滤膜分离法 。尤以臭氧一活性炭法应用较多。图12-7为臭氧一活性炭进行深度处理的工艺流程。

近年来，超滤、反渗透等膜处理工艺开始应用于生活饮用水深度处理。 超滤工艺能使出水浊度降至0.5NTU以下 ，所以 混凝后的水经过沉淀或不经沉淀便可进入超滤过滤，从而简化了工艺流程 。该技术已趋成熟，设备运行安全可靠。图12-8为采用超滤进行深度处理的工艺流程。 不能去除溶解性有机物

③预处理—常规处理一深度处理工艺

当微污染水源水中氨氮含量常年大于1mg/L、高锰酸盐指数（CODMn)大于5mg/L时，大多在常规处理前后分别增加 生物预处理和深度处理 工艺，如图12-9所示。

为了减少活性炭吸附滤池出水中的悬浮颗粒，有的 水厂把活性炭吸附滤池设计成上向流滤池，放置在石英砂滤料滤池之前。此方法应充分注意悬浮杂质堵塞活性炭孔隙的影响。

排泥水 是指 絮凝池、沉淀、澄清池排泥水和滤池反冲洗排出的生产废水。不含有水厂食堂、浴室等生活污水和消毒、加药间排出的废水 。虽然排泥水中的污泥取自河道，但流经自来水厂后又加入了混凝剂，而后形成高浊度水。如果集中排出，很容易淤积河道，同时也会影响河流的生态环境。为此，有些距城市污水厂较近的自来水厂，在有可能条件下，将排泥水排入污水处理厂集中处理。当需在自来水厂进行处理时，上清液回用或外排，污泥经浓缩脱水后，外运处置。目前，新建自来水厂应考虑排泥水处理系统。

排泥水处理的流程一般包括以下几部分：排泥水截流、调节、浓缩，污泥调理和污泥脱水。 其流程见图12-10。

图12-10表达了污泥处理系统各单元进出水方向、排泥水处理的基本流程。一般自来水厂的沉淀、过滤构筑物排泥水占处理水量的10%以下。 排泥水处理规模 由干泥量确定。而实际设计时的污泥处理系统，以干泥量多少来选择污泥提升、污泥脱水、干化设备。排泥水提升、浓缩池设计则按照排泥水量多少进行水力计算。

水厂沉淀（澄清）池排泥和滤池冲洗是间歇进行的，其水质和水量也是变化的 。如将这些排泥水直接浓缩，所需浓缩池体积庞大，且管理也困难。因此， 截流池一方面收集沉淀（澄清）池和滤池排泥水，同时起调节和平衡浓缩池的进水流量作用。

排泥水浓缩是自来水厂排泥水处理的关键工艺。根据常用的污泥脱水机械的脱水要求，经浓缩后排出的泥浆水含固率应在2%以上 。按照物料平衡计算，进入浓缩池的排泥水中有75%以上的上清液漂出，剩余25%以下的泥浆进一步污泥脱水。

自来水厂排泥水处理、处置方法及工艺系统选择， 应根据污泥特性和现场条件，综合考虑技术、经济、环境影响和运行、管理等因素确定。

综合排泥池均值均量的主要对象是：沉淀池、排泥水和滤池反冲洗水

10.3.8 排泥池调节容积应在水厂净水和排泥水处理系统设计或运行工况的条件下，通过24h为周期的各时段入流和出流的流量平衡分析，考虑一定的安全余量后确定，且不应小于接受的最大一次排泥量。

10.5.3 平衡池宜采用圆形或方形，池内应设置匀质防淤设施。

10.7.2 排水池可同时接纳和调节滤池反冲洗废水和初滤水，当滤池反冲洗废水需处理后回用时，应单设排水池接纳和调节反冲洗废水，另设排水池接纳和调节初滤水。

10.3.1 排泥水处理系统的排水池和排泥池宜分建；当排泥水送往厂外处理，且不考虑废水回用，或排泥水处理系统规模较小时，可合建。

浓缩池上清液三个出路：排入排水池、直接排放、回流进水井

当浓缩池上清液及脱水机滤液回用时浓缩上清液可流入排水池或直接回流至净水工艺，但是不得回流到排泥池。

给水处理构筑物的类型较多，应根据水源水水质、用水水质要求、水厂规模、水厂可用地面积和地形条件等，通过技术经济比较后选用。以“混凝一沉淀一过滤”的常规处理工艺而言，每一单元处理都应根据上述条件选择合适的处理构筑物形式。例如， 隔板絮凝池多用于大、中型规模的自来水厂；无阀滤池一般适应于规模不大于5万m ³ /d的小型水厂；辐流式沉淀池一般用于高浊度水处理；气浮宜用于藻类含量较高的微污染水源水处理。当水厂使用面积有限时，可不采用平流式沉淀池，而采用澄清池、斜管沉淀池。

当处理工艺确定之后，处理构筑物型式选择，仍存在一个优化设计的问题。例如，沉淀池停留时间取高限值时，出水浊度较低，后续过滤负荷降低，过滤面积减少，或冲洗周期增长，冲洗耗水量减少，但沉淀池造价提高。故设计参数选用时需要优化组合。目前，构筑物型式组合和设计参数的选用优化，主要凭设计者经验。如何根据水源水质，采用相关技术集成和构筑物优化组合数学模型有待进一步确定。