自来水厂水处理工艺的发展与应用

摘 要：城乡居民用水均来自自来水厂，这意味着自来水厂水处理是否到位，直接关系到广大人民群众能否饮用健康、安全、卫生的生活饮用水。自来水厂应以新时代为背景，正确认识到高新技术加持的重要性，积极引进先进技术优化水处理工艺，以便提高水源运输效率、提高水质质量，满足城区居民的用水需求。基于此，文章将着重分析自来水厂水处理现状，进而结合案例探讨自来水厂水处理工艺的发展与应用。

关键词：自来水厂;水处理工艺;应用;发展

中图分类号：TU991.2 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2022）03-0-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.03.015

自来水与人们的生活息息相关，这就要求自来水厂要严格按照《生活饮用水卫生规范》的相关要求生产自来水。也就是针对不同水源水质，实施适合的、可行的水处理工艺，如常规处理工艺或深度处理工艺，有效处理水源，清除杂质，提高水质质量，使人们饮用安全放心的自来水。但实际情况则不然，某些自来水厂应用的水处理工艺存在不足，水源水质处理不到位，其中含有危害人体健康的物质，长期饮用，可能患病。所以，不断提高水处理工艺技术水平，是非常重要的。

1 城市自来水处理现状分析

1.1 利用远程操作系统监控

以往的城市自来水厂水资源输送，主要是利用机械设备完成的。随着科学技术的不断发展，越来越多的自来水厂开始注重现代化发展，积极应用先进技术优化水处理工艺，如构建远程操作系统，支持水处理工艺，实现水资源输送的自动化、智能化。

但笔者深入了解自来水厂水处理实际情况后发现，远程操作系统的应用程度还有待提高。究其原因，主要是在远程操作系统支持下，水资源控制不到位、水资源输送总量较低、水资源水质不高等现象，导致水资源输送效率及能力不高。为了促进自来水厂的长远、良好发展，让广大居民饮用安全、卫生的自来水，应正确认识远程操作系统应用的不足，探究行之有效的措施加以优化，以便对不同水源水质予以处理，进而合理分配，提高居民的用水安全和用水效率。

1.2 基于互联网技术实现控制自动化

互联网技术水平的不断提高，使之在各个领域之中的应用日渐深入，给各个领域带来了新的变化。从近些年自来水厂的实际发展情况看，互联网技术逐渐应用于水处理工艺中，通过相关科技设备，实时跟踪和监控水资源流量、配给和水质。如在水资源输送环节，安装水源报警器，在互联网技术支持下，该设备就能自动监测水资源输送情况。如果水资源输送过程中出现异常情况，该设备就将报警信号传递给工作人员，及时发现异常情况，采取针对性措施加以处理，从而保障水资源输送顺畅、高效。在水资源分配阶段，将互联网技术与水资源控制器相连接，则可跟踪掌握用水数量，及时发现异常情况。如某用户或者企业的用水数量超标，该设备就能自动切断供水，从而保证供水量合理分配，避免浪费水资源。例如在水质筛查阶段，互联网技术与水质净化系统相结合，使该系统基于水质标准，排查和调整水质，如果水源水质不符合标准，可利用适合的水处理工艺净化水质，提高水质[1]。

1.3 合理运用数字化技术实现自动化

在城市自来水厂水处理工艺创新过程中，还积极应用了数字化技术，为有效管控和处理水资源提供了极大的帮助。应用数字化技术，能够获取水资源的相关数据，加以整合、处理及分析，从而获得具有较高应用价值的数据。其能客观反映当前自来水处理存在的问题，或者管理不到位的情况，以便相关工作人员以此为依据制定针对性的、有效性的解决措施，从根本上解决问题，提高水资源处理的有效性、科学性。

2 自来水厂水处理工艺的发展与应用

随着城市居民用水需求的不断提高，以及相关政策意见的颁布，对水处理工艺提出了较高的要求。掌握水处理工艺应用现状，明确其发展方向，有利于更加深入地研究和优化水处理工艺，提高其应用价值，使经过处理的自来水更加安全健康。

2.1 水处理工艺的应用

2.1.1 常规处理工艺

自来水厂的良好运行，可为城市居民提供日常生活所需的饮用水。为了保证人们能够饮用健康、安全的饮用水，自来水厂要根据水源水质的实际情况，采用适合的工艺加以处理，将水源中含有的杂质清除，提高水源水质，使之满足生活饮用水的标准要求。通常情况下，水源水中的悬浮物、胶体物质和病原微生物，通常会采用常规处理工艺，即利用混凝、沉淀、澄清、过滤等一系列工序清除水中的杂质。常规处理工艺是将水源中含有的悬浮物、胶体物质予以混凝处理、沉淀处理或过滤处理，清除杂质。与此同时，还能一并清除水中含有的多種细菌或者病毒。在此基础上，还要采用适合的消毒剂，如利用氯气、漂白粉或二氧化氯等处理水，过滤、杀灭致病微生物，提高水质[2]。

2.1.2 深度处理工艺

如果水源水质不高，常规处理后难以达到生活饮用水标准，就要利用深度处理工艺来代替常规处理工艺。就当前自来水厂水处理的实际情况看，常用的深度处理工艺有：

活性炭处理工艺。活性炭主要是利用其吸附性，配合其他技术，对于过滤异味、有机污染物以及色度等都有很好的效果。一方面，充分发挥其吸附性，吸附水中的杂质，提高水体的安全性;另一方面，则是因为活性炭是新碳，这种碳的吸附效果更好，并且在使用一段时间后，还可以在其表面形成生物膜，对水中的杂质进行降解处理，提高水体质量。

膜处理工艺。膜处理工艺具有较高的应用价值，可处理水中含有的化学污染物和生物污染物。这是因为该项工艺主要是利用膜过滤水源，而膜是利用天然矿石制作而成的。加之超滤技术和反渗透技术的应用，也就是在反渗透技术的支持下可形成反渗透膜，过滤重金属等有害有机物，也可过滤无机盐。当然，膜处理工艺也并非绝对有效，不同物质分子对膜的穿透能力不尽相同，但反渗透膜的设置，即可对不同物质分子予以隔绝，仅允许水分子通过。另外，膜处理工艺还具有操作时间短、处理效果稳定等优点，相关工作人员可根据水源水质实际情况，选择适合的方式，运用适合的过滤膜净化水体。

深度氧化处理工艺。产生于20世纪60年代初，也被称为臭氧活性炭技术，发展至今，已经成为生活饮用水深度处理的典型代表之一。深度氧化处理工艺具有较强的应用价值，首先是以臭氧为原材料，而臭氧本身具有较强的氧化性。利用臭氧处理水体，即可将水体中的有机物予以氧化，使之成为小分子的有机物，过滤水体，即可降低有机负荷。在此基础上，将活性炭放入水体中，活性炭将充分发挥吸附作用，清除水体中的小分子有机物，提高水体质量。相关调查研究表明，臭氧活性炭的应用，不仅能够净化水体，而且能够节约混凝剂用量。换句话说，臭氧活性炭在水体净化过程中还能发挥助凝作用。使用臭氧活性炭，能够清除水体中70%～90%的氨氮、40%～50%的CODmm，但也存在一些不足之处，例如某水源中一旦含有溴离子，利用该技术虽然能够清除水体中的杂质，但会产生致癌的消毒副产品，如果人们长期饮用，会威胁身体健康[3]。

2.2 智慧水厂建设的思考

现代化的今天，因先进技术的广泛、深入应用，自来水厂逐渐朝着智慧水厂迈进。智慧水厂建设是以实用为中心，根据水厂实际运行情况及发展构建信息化系统，支持水厂智慧化运营。为了保证信息化系统的良好运行，支持水厂生产工艺、原材料管控、设备维护、安全保障等多个方面，要合理设置自动化层、智慧大脑层及智慧应用层。其中，自动化层的设置，支持工艺流程自动化、安防自动化、环境自动化;智慧大脑层设置，则是由物联网平台、智能视频监控平台及人工智能平台构成;智慧应用层则涵盖了智慧安防、智慧生产、智慧运营、智慧环境控制等。

2.3 水处理工艺的发展方向

随着国民健康意识、安全意识的提高，其对生活饮用水的水质也提出了较高的要求。此种情况下，除了常规水处理工艺，自来水厂水处理过程中还要应用深度处理工艺，如臭氧活性炭工艺、膜处理工艺等，分离并清除水体中的污染物，确保水质安全。

总结分析现阶段水处理工艺的应用情况及相关技术的研究情况可知，水处理工艺的发展方向之一是微孔精滤膜工艺。其是一种非常重要且有效的水资源处理技术，在处理水体的过程中，可直接清除病毒、天然有机物;可利用纳滤膜清除有毒物质，如农药、镁离子等;可利用反渗透膜清除无机离子、有机物。当前，该项水处理工艺主要应用于瓶装水或者优质水处理，未能广泛应用于居民饮用水处理之中。这是因为处理工艺处于发展阶段，膜处理技术还未成熟、完善，膜生产成本较高。在未来研究和发展该项水处理工艺的过程中，要重点攻克成本问题，以便不断降低成本，使之广泛应用于水资源处理中，为人们提供优质的饮用水。在我国贯彻落实可持续发展理念的情况下，保持社会经济与生态环境动态平衡是很有必要的。为了真正做到这一点，在水资源处理过程中，要综合考虑国内城市建设的实际情况、生态环境的变化情况，制定长远目标，科学合理地研究水处理技术，以便不断提高水处理工艺水平，科学合理地处理水资源，创造较高的经济效益和社会效益[4]。

3 案例分析

3.1 案例说明

某市自来水厂工程建设规模为常规处理10万m³/d，深度处理规模为15万m³/d。对自来水厂的日常供水实际情况加以了解可知，其存在供水不均等问题。为了保证自来水厂提供的饮用水安全、卫生，满足《生活饮用水卫生规范》的要求，有效管控自来水供应，保证城区供水均衡，自来水厂决定一方面优化水处理工艺，提高水源水质，使之符合规范要求，即为卫生标准合格的生活饮用水;另一方面，要加强水质管理一体化平台建设，以便提高水质管理水平。

3.2 水处理工艺

应用常规水处理工艺并不能清除水源中的杂质。提高水质的安全性，要采用深度处理工艺。结合自来水厂运行的实际情况，笔者规划设计的深度处理工艺如下：

3.2.1 臭氧+活性炭+石英砂处理工艺

前文已经介绍说明了臭氧活性炭应用于水源处理之中，即可彻底处理水体中含有的有机物、毒物、金属物等，从而提高水质质量。立足保证水源水质安全的角度，臭氧+活性炭处理工艺的应用，是非常可行的、非常有效的。但是，该处理工艺也并非十全十美，在实际工艺应用过程中，臭氧活性炭的应用，可能会造成水体浑浊或者细菌增多的情况，导致水体依旧不符合卫生标准。对此，自来水厂应注意设置砂滤池，以石英砂为原材料，将臭氧活性炭处理后的水倒入砂滤池中，同砂滤作用清除细菌、消除浊度，从而达到净化水质的目的。

3.2.2 粉末活性炭+超滤膜处理工艺

超滤（UF）是一种物理性的低压驱动的膜分离技术，将其与粉末活性炭结合应用，深度处理水源，主要是利用中空纤维超滤膜元件。该超滤膜具有亲水性好、耐有机污染、耐酸碱等特点，又因为超滤膜的膜孔直径非常小，应用于水中可阻拦病毒、细菌等。考虑到超滤膜不能清除水体中的所有杂质，如中小分子的有机物，此时可利用粉末活性炭进一步净化水体，即可清除水中含有的有机污染物、氨氮等杂质，如图1所示。

以上两个深度处理方案均有较高的应用价值，但方案一运行的灵活性明显高于方案二，再结合自来水厂的实际情况，最终确定采用方案一。

3.2.3 废水回收工艺

遵循节能环保理念，自来水厂优化建设过程中还根据废水回收需求，按照相关规范要求，充分利用本厂资源构建废水回收系统，以便在该系统良好运行过程中，将污泥上清液和滤池中的反冲洗水流在流量调节后引入净水系统。

3.3 水质管控一体化平台

水质管控一体化平台构建的基本内涵是“业务整合、融合共享、智能决策”。对本厂水资源处理的实际情况加以分析，可掌握并了解水资源输送、水处理工艺及自来水供应等方面的情况，明确各个环节可能存在的问题。进而从促进自来水厂智能化、自动化、现代化发展的视角出发，结合自来水厂发展的战略目标，利用先进技术，如互联網技术、数字化技术、信息技术等先进技术，构建个性化的水质管控一体化平台;合理设置配套设施，以便该平台跟踪管控水厂的整体运行;获取水处理相关数据，并对数据予以整合处理，以客观反映水处理的实际情况;及时发现问题，以便相关工作人员加以处理[5]。

3.4 效果评估

在水质管控一体化平台运行之下，自来水厂水处理的整体水平明显提高，解决了之前存在的生产调度、管网漏损、电耗过高等问题。同时，进一步提高了水源水质处理效果，真正保证了水源安全、居民用水均衡。

4 结语

随着高新科技的不断发展，自来水厂在先进技术的加持下逐渐朝着智慧化方向发展。一方面，在互联网技术、数字化技术等先进技术的应用下，水处理工艺水平大大提高;另一方面，积极构建信息化平台，支持智慧化运营，推动智慧化水厂建设与发展。

参考文献

[1] 张洁.关于自来水厂水处理工艺的应用的思考[J].百科论坛电子杂志，2021（3）：1599.

[2] 何明龙.乡镇自来水厂水处理工艺的应用现状以及发展趋势[J].农家科技（上旬刊），2019（5）：258.

[3] 白艳岭.刍议自来水厂水处理工艺的研究进展及应用[J].百科论坛电子杂志，2021（1）：1134-1135.

[4] 周昊.自来水厂水处理工艺的研究进展及应用研究[J].建筑工程技术与设计，2020（25）：3993.

[5] 初晓雷.自来水厂水处理工艺的应用现状及发展趋势[J].建筑工程技术与设计，2021（5）：2046.

作者简介：管冠宇（1994— ），男，安徽肥东人，硕士研究生，助理工程师，研究方向：给水工程。