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      自來水廠水處理工藝的發(fā)展與應(yīng)用

      2022-06-06 08:17:39管冠宇
      科技尚品 2022年3期
      關(guān)鍵詞:自來水廠應(yīng)用發(fā)展

      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)

      [1] 張潔.關(guān)于自來水廠水處理工藝的應(yīng)用的思考[J].百科論壇電子雜志,2021(3):1599.

      [2] 何明龍.鄉(xiāng)鎮(zhèn)自來水廠水處理工藝的應(yīng)用現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢[J].農(nóng)家科技(上旬刊),2019(5):258.

      [3] 白艷嶺.芻議自來水廠水處理工藝的研究進(jìn)展及應(yīng)用[J].百科論壇電子雜志,2021(1):1134-1135.

      [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。

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