作者簡(jiǎn)介

陳燕波

陳燕波，中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院副總工程師，正高級(jí)工程師，主要從事市政給水排水工程咨詢?cè)O(shè)計(jì)與科研工作。負(fù)責(zé)及指導(dǎo)的大中型工程咨詢?cè)O(shè)計(jì)項(xiàng)目有100余項(xiàng)，其中給水處理總規(guī)模達(dá)500萬(wàn)m3/d，污水處理總規(guī)模達(dá)300萬(wàn)m3/d，成果獲國(guó)家及省部級(jí)優(yōu) 秀咨詢?cè)O(shè)計(jì)獎(jiǎng) 20 余次；參與“十三五”國(guó)家水專項(xiàng)《城市供水系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)評(píng)估及 標(biāo)準(zhǔn)化》、住建部及省市級(jí)科研課題 4 項(xiàng)；主編及參編行業(yè)相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程 8 項(xiàng)。

當(dāng)前，我國(guó)城市供水行業(yè)面臨著兩個(gè)方面的問(wèn)題。一方面，飲用水水源污染問(wèn)題仍然比較突出，存在飲用水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)；另一方面，我國(guó)進(jìn)入小康社會(huì)，廣大人民群眾對(duì)高品質(zhì)生活飲用水的需求不斷增長(zhǎng)，供水系統(tǒng)存在設(shè)施建設(shè)不完善、不充分與廣大人民群眾對(duì)優(yōu)質(zhì)飲用水水質(zhì)新期待之間的矛盾問(wèn)題。近年來(lái)，上海市、深圳市、雄安新區(qū)、?？谑薪瓥|新區(qū)等地已(擬)發(fā)布地方性生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，提出了比現(xiàn)行國(guó)標(biāo)更為嚴(yán)格的生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，期望通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的提升，進(jìn)一步推動(dòng)凈水工藝改進(jìn)和管理水平提升，提高廣大人民群眾的獲得感和幸福感。

針對(duì)第一個(gè)問(wèn)題，應(yīng)貫徹底線思維，提高供水系統(tǒng)應(yīng)對(duì)水源水質(zhì)污染風(fēng)險(xiǎn)的能力。飲用水水質(zhì)安全是國(guó)家公共衛(wèi)生安全體系的重要組成部分，與人民群眾身體健康和社會(huì)穩(wěn)定息息相關(guān)，提供合格水、放心水是供水系統(tǒng)的最基本要求。針對(duì)第二個(gè)問(wèn)題，應(yīng)貫徹以人民為中心的發(fā)展理念，提高供水系統(tǒng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，提供更優(yōu)質(zhì)、更健康、更好喝的飲用水，實(shí)現(xiàn)城市供水系統(tǒng)的高質(zhì)量發(fā)展。

在上述背景下，基于飲用水安全保障的多級(jí)屏障工藝——全流程工藝在國(guó)內(nèi)水廠建設(shè)中開始得到較多應(yīng)用，建成了一批全流程水廠。

1、供水系統(tǒng)多級(jí)屏障理念及全流程工藝概念的提出

“十一五”和“十二五”期間，“國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)”(簡(jiǎn)稱“水專項(xiàng)”)設(shè)立了“飲用水安全保障”主題，構(gòu)建了我國(guó)“從源頭到龍頭多級(jí)屏障工程技術(shù)體系”和“從源頭到龍頭全過(guò)程管理技術(shù)體系”。這是“水專項(xiàng)”十多年研發(fā)的重大成果，而貫穿其中的“多級(jí)屏障”理念直接引領(lǐng)了近十多年我國(guó)城市供水系統(tǒng)的建設(shè)發(fā)展方向，促進(jìn)了以臭氧-活性炭、膜分離、紫外消毒等為核心的飲用水安全保障多級(jí)屏障工藝在水廠日益廣泛的應(yīng)用。

筆者認(rèn)為，飲用水“多級(jí)屏障”理念的內(nèi)涵，至少包含以下兩個(gè)層次：第一個(gè)層次，從整個(gè)供水系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，“多級(jí)屏障”涵蓋了水源、水廠和輸配管網(wǎng)(包括二次供水)3道安全屏障；第二個(gè)層次，從水廠凈化處理環(huán)節(jié)來(lái)說(shuō)，“多級(jí)屏障”涵蓋了預(yù)處理、常規(guī)處理、深度處理、消毒等若干道安全屏障。

基于第二層次，在2015年之后，供水行業(yè)提出了“全流程工藝”這一新概念。所謂“全流程工藝”，其基本含義是水廠凈水工藝包含了預(yù)處理工藝、常規(guī)處理工藝和深度處理工藝，并且其中的深度處理工藝應(yīng)包含臭氧-活性炭吸附和膜處理。采用全流程工藝的水廠，稱為“全流程工藝水廠”或“全流程水廠”。

預(yù)處理工藝包括化學(xué)預(yù)處理(如臭氧氧化、氯氧化、高錳酸鉀氧化等)、生物預(yù)處理、粉炭吸附預(yù)處理等多種形式。全流程工藝中的預(yù)處理工藝，一般多為預(yù)臭氧工藝。

常規(guī)處理為混凝-沉淀-砂濾-消毒處理，是最基本的凈水工藝，也是我國(guó)目前大多數(shù)水廠采用的工藝形式，是全流程工藝必備的環(huán)節(jié)。

深度處理工藝包括臭氧-活性炭工藝、膜處理工藝和高級(jí)氧化工藝。其中臭氧-活性炭工藝應(yīng)用最為普遍，截至2019年全國(guó)總規(guī)模約為3 500萬(wàn)m3/d；膜處理工藝包括超濾和納濾，以超濾膜為代表，近年也得到更多應(yīng)用，截至2019年全國(guó)總規(guī)模約為500萬(wàn)m3/d，可進(jìn)一步提高飲用水的生物安全性，彌補(bǔ)臭氧-活性炭工藝的不足。全流程工藝中的深度處理工藝應(yīng)包括臭氧-活性炭工藝和膜處理工藝，可稱之為“雙深度處理”。

另外，全流程工藝還常常包括紫外線消毒工藝。國(guó)內(nèi)有40多座大中型水廠采用了紫外線消毒工藝，總規(guī)模近650萬(wàn)m3/d 。如天津泰達(dá)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)給水廠三期工程采用紫外線+氯聯(lián)合消毒工藝，北京第十水廠采用紫外線+氯胺聯(lián)合消毒工藝。

綜上，全流程工藝是一種長(zhǎng)流程工藝，其組成單元如下：預(yù)處理單元(預(yù)臭氧、生物預(yù)處理等)、常規(guī)處理單元(混凝、沉淀、砂濾)、臭氧-活性炭吸附單元和膜處理單元(超濾或超濾+納濾)、消毒單元。全流程工藝的主要特點(diǎn)是具有臭氧-活性炭和膜組成的雙深度處理工藝，如圖1所示。這些工藝單元各具作用，相互補(bǔ)充，組成保障飲用水安全、優(yōu)質(zhì)的多級(jí)屏障。因此，也可以說(shuō)全流程工藝是飲用水多級(jí)屏障理念在水廠設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用，促進(jìn)了全流程水廠的建設(shè)與實(shí)踐。

圖1 全流程工藝示意圖

2、全流程水廠建設(shè)現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)全流程水廠建設(shè)與實(shí)踐始于2010年之后，部分已建成的全流程水廠情況如表1所示。從公開報(bào)道資料來(lái)看，北京市門頭溝城子水廠是國(guó)內(nèi)最早建成投運(yùn)的全流程水廠。

國(guó)內(nèi)其他全流程水廠還有上海臨港水廠(在建，規(guī)模為20萬(wàn)m3/d)、東莞松山湖水廠(在建，規(guī)模為110萬(wàn)m3/d)、東莞蘆花坑水廠(在建，總規(guī)模為90萬(wàn)m3/d，一期規(guī)模為50萬(wàn)m3/d)，以及本文將要介紹的4個(gè)案例等，總規(guī)模超過(guò)450萬(wàn)m3/d。

表1 國(guó)內(nèi)部分已建成全流程水廠

3、全流程水廠設(shè)計(jì)案例

3.1 雄安新區(qū)起步區(qū)1#水廠

(1)項(xiàng)目概況

水廠規(guī)劃遠(yuǎn)期總規(guī)模為20萬(wàn)m3/d，一期規(guī)模為15萬(wàn)m3/d，已于2021年7月建成供水。水源為南水北調(diào)水，原水水質(zhì)總體達(dá)到地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，但存在水質(zhì)污染情況：總氮超標(biāo)，石油類、糞大腸菌群偶有超標(biāo)，整體呈現(xiàn)低濁、低有機(jī)物的水質(zhì)特征，冬季低溫；pH 相對(duì)較高；檢出多種典型致嗅物質(zhì)，其中雙-2-氯異丙基醚(雙醚)質(zhì)量濃度接近嗅閾值(100 ng/L)；藻類總數(shù)為150萬(wàn)～300萬(wàn)個(gè)/L。

水廠按高品質(zhì)飲用水廠建設(shè)，供水水質(zhì)要求滿足《河北雄安新區(qū)生活飲用水水質(zhì)指標(biāo)體系》(建議稿)，出廠水渾濁度要求≤0.1 NTU。

(2)凈水工藝流程

水廠工藝流程為：原水-預(yù)臭氧接觸池-高效沉淀池-V型砂濾池-提升泵房-后臭氧接觸池-翻板活性炭濾池-超濾膜車間-紫外線+次氯酸鈉聯(lián)合消毒-清水池-送水泵房-配水管網(wǎng)。

(3)主要工藝設(shè)計(jì)參數(shù)

預(yù)臭氧接觸時(shí)間為5.0 min；高效沉淀池混合時(shí)間為2.2 min，絮凝時(shí)間為21.0 min，斜管區(qū)液面負(fù)荷為11.7 m3/(m2·h)；V型砂濾池濾速為7.3 m/h；后臭氧接觸時(shí)間為12.0 min；活性炭濾池空床濾速為9.3 m/h；超濾膜通量為50 L/(m2·h)；紫外消毒采用2臺(tái)DN800管式消毒設(shè)備。

3.2 珠海市梅溪水廠

(1)項(xiàng)目概況

水廠規(guī)劃總規(guī)模為45萬(wàn)m3/d，一期工程土建按30萬(wàn)m3/d規(guī)模一次建成，設(shè)備按15萬(wàn)m3/d規(guī)模進(jìn)行安裝，目前項(xiàng)目在建。原水平時(shí)取自西江磨刀門水道，咸潮期取自竹銀水庫(kù)，應(yīng)急備用水源為梅溪水庫(kù)和大境山水庫(kù)。原水水質(zhì)基本符合地表水Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，其中總磷、總氮偏高，竹銀水庫(kù)藻類含量較高(4 300萬(wàn)～7 800萬(wàn)個(gè)/L)。

供水水質(zhì)要求同時(shí)滿足《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)和《飲用凈水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJ 94—2005)，出廠水渾濁度內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)為≤0.1 NTU。

(2)凈水工藝流程

水廠工藝流程為：原水-預(yù)臭氧接觸池-高效沉淀池-氣水沖洗砂濾池-后臭氧接觸池-翻板活性炭濾池-超濾膜池-紫外線+次氯酸鈉聯(lián)合消毒-清水池-送水泵房-配水管網(wǎng)。

(3)主要工藝設(shè)計(jì)參數(shù)

預(yù)臭氧接觸時(shí)間為7.4 min；高效沉淀池混合時(shí)間為1.25 min，機(jī)械絮凝時(shí)間為12.1 min，斜管區(qū)液面負(fù)荷為14.4 m3/(m2·h)；砂濾池濾速為7.5 m/h；后臭氧接觸時(shí)間為13.1 mim；活性炭濾池空床濾速為11.1 m/h；采用浸沒(méi)式超濾膜，平均膜通量為23.3 L/(m2·h)；紫外消毒采用4臺(tái)DN800管式消毒設(shè)備。

3.3 ?？谑薪瓥|新區(qū)水廠

(1)項(xiàng)目概況

水廠土建按40萬(wàn)m3/d規(guī)模一次建設(shè)，設(shè)備按20萬(wàn)m3/d規(guī)模安裝，目前項(xiàng)目在建。采用地下式水廠+地上開發(fā)的建設(shè)模式。水源取自南渡江龍?zhí)翂危傮w達(dá)到地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，但鐵、錳超標(biāo)情況比較突出，總磷偶有超標(biāo)，存在微污染情況。

供水水質(zhì)要求優(yōu)于《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)，滿足“江東新區(qū)高品質(zhì)飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)”的要求，出廠水渾濁度要求≤0.1 NTU。

(2)凈水工藝流程

水廠工藝流程為：原水-進(jìn)水配水井-預(yù)臭氧接觸池-高效沉淀池-提升泵房-一級(jí)超濾-后臭氧接觸池-活性炭濾池-二級(jí)超濾-清水池(投加次氯酸鈉消毒)-送水泵房-配水管網(wǎng)。

(3)主要工藝設(shè)計(jì)參數(shù)

預(yù)臭氧接觸時(shí)間為5 min；高效沉淀池斜管區(qū)液面負(fù)荷為21.8 m3/(m2·h)；一級(jí)超濾膜通量為42 L/(m2·h)；后臭氧接觸時(shí)間為8.2 mim；活性炭濾池空床濾速為9.5 m/h；二級(jí)超濾膜通量為56 L/(m2·h)。

3.4 濟(jì)寧市長(zhǎng)江水廠

(1)項(xiàng)目概況

水廠遠(yuǎn)期總規(guī)模為20萬(wàn)m3/d，一期工程建設(shè)規(guī)模為10萬(wàn)m3/d，是濟(jì)寧市首座地表水廠，目前已建成供水。水源為南四湖，原水水質(zhì)基本符合地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，但水質(zhì)比較復(fù)雜，化學(xué)需氧量、五日生化需氧量、高錳酸鹽指數(shù)、總氮、氟化物、硫酸鹽等項(xiàng)目超標(biāo)頻次較高，有機(jī)微污染、硫酸鹽等問(wèn)題比較突出；溴化物及藻類含量較高；新興污染物有不同程度的檢出。

供水水質(zhì)要求滿足《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)。

(2)凈水工藝流程

水廠工藝流程為：原水-預(yù)處理(粉末炭、高錳酸鉀)-豎向折板絮凝、平流沉淀、氣浮池-臭氧接觸池-UV/H2O2高級(jí)氧化(預(yù)留)-上向流活性炭濾池-超濾膜池-納濾(預(yù)留)-清水池(投加次氯酸鈉消毒)-送水泵房-配水管網(wǎng)。

(3)主要工藝設(shè)計(jì)參數(shù)

折板絮凝池絮凝時(shí)間為20 min，平流沉淀池停留時(shí)間為2.2 h，水平流速為15 mm/s；氣浮池設(shè)置于沉淀池之后，氣浮池接觸室上升流速為51.0 mm/s，分離區(qū)流速為7.4 mm/s，最大溶氣壓力為0.60 MPa，設(shè)計(jì)最大回流比為15%；臭氧接觸時(shí)間為14.6 mim；活性炭濾池空床濾速為11 m/h，接觸時(shí)間為14 min；采用浸沒(méi)式超濾膜，設(shè)計(jì)膜通量為33 L/(m2·h)。

4、全流程水廠特點(diǎn)分析

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)已建、在建的全流程水廠進(jìn)行對(duì)比分析，總結(jié)出以下特點(diǎn)。

(1)水廠規(guī)模大，定位高，具有強(qiáng)烈的社會(huì)需求

國(guó)內(nèi)已建、在建的全流程水廠基本都是大型或超大型水廠，是當(dāng)?shù)氐闹鞴┧畯S，對(duì)保障城市供水安全極為重要，提出了諸如“高品質(zhì)飲用水廠”“現(xiàn)代化水廠”的高定位要求，擔(dān)負(fù)著滿足人民群眾對(duì)優(yōu)質(zhì)飲用水的渴望、引領(lǐng)水處理技術(shù)進(jìn)步、促進(jìn)高標(biāo)準(zhǔn)供水設(shè)施建設(shè)、展示高質(zhì)量發(fā)展成果的重任，在社會(huì)需求層面具有建設(shè)必要性。

(2)原水存在復(fù)雜性，出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)高，應(yīng)有完善的技術(shù)保證措施

國(guó)內(nèi)已建、在建的全流程水廠的原水水質(zhì)普遍存在一定的復(fù)雜性，存在季節(jié)性水質(zhì)變差或較大的突發(fā)性水源污染可能性。例如雄安新區(qū)起步區(qū)1#水廠、北京郭公莊水廠、石景山水廠、門頭溝城子水廠、鄭州航空港二水廠的原水都是南水北調(diào)水，水質(zhì)總體較好，但存在冬季低溫低濁、夏季高藻、有機(jī)物、色、嗅味等問(wèn)題，具有低微有機(jī)污染、微生物遷移、突發(fā)性原水污染的潛在風(fēng)險(xiǎn)；鄭州龍湖水廠、航空港二水廠(部分時(shí)段)的原水采用黃河水，突發(fā)性水污染事故時(shí)有發(fā)生，具有低溫低濁、有機(jī)微污染、有一定的藻類和嗅味等水質(zhì)特征；廣州西部水廠、珠海梅溪水廠原水采用西江水，基本屬于Ⅱ類水源，但部分時(shí)段會(huì)出現(xiàn)高濁、高藻、異味等突發(fā)情況；濟(jì)寧長(zhǎng)江水廠原水水質(zhì)則更為復(fù)雜。

出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)方面，普遍提出了優(yōu)于國(guó)標(biāo)的要求。例如雄安新區(qū)起步區(qū)1#水廠、珠海梅溪水廠、?？诮瓥|水廠均要求提供高品質(zhì)出水，其中出廠水渾濁度<0.1 NTU；北京郭公莊水廠、石景山水廠要求出水水質(zhì)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限值，達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，其中出水渾濁度<0.3 NTU，保證率>95%；廣州北部水廠出水要求基本達(dá)到《飲用凈水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJ 94—2005)，其中出廠水渾濁度<0.3 NTU 。

由于進(jìn)水水質(zhì)的復(fù)雜性及出水水質(zhì)的高要求，水廠在技術(shù)措施層面具有采用全流程工藝的必要性。

(3)在采用全流程工藝的前提下，各工藝單元的具體形式選擇具有多樣性

絮凝沉淀池池型多樣，主要結(jié)合水廠原水水質(zhì)特點(diǎn)、使用和管理習(xí)慣、運(yùn)行管理簡(jiǎn)便性、項(xiàng)目用地面積等因素進(jìn)行選擇。例如雄安新區(qū)起步區(qū)1#水廠、珠海梅溪水廠、?？诮瓥|水廠等采用占地較小且對(duì)低溫低濁水處理效果較好的高效沉淀池；濟(jì)寧長(zhǎng)江水廠、鄭州航空港二水廠及龍湖水廠、上海臨港水廠、廣州西部水廠等采用運(yùn)行穩(wěn)定且管理簡(jiǎn)單的折板絮凝平流沉淀池；郭公莊水廠、石景山水廠、門頭溝城子水廠采用在北京地區(qū)應(yīng)有較多、具有豐富管理經(jīng)驗(yàn)且對(duì)低溫低濁水處理效果較好的機(jī)械攪拌澄清池。

砂濾池池型基本相同，一般采用氣水沖洗濾池(V型濾池)，有些廠則未設(shè)砂濾池。

活性炭濾池池型形式包括上向流和下向流。雄安新區(qū)起步區(qū)1#水廠、珠海梅溪水廠、?？诮瓥|水廠、鄭州航空港二水廠、上海臨港水廠均采用下向流活性炭濾池；濟(jì)寧長(zhǎng)江水廠、北京門頭溝城子水廠、鄭州龍湖水廠、廣州西部水廠采用上向流活性炭濾池，設(shè)置于絮凝沉淀池之后、砂濾池之前；郭公莊水廠、石景山水廠則采用炭砂濾池。

超濾膜形式包括壓力式和浸沒(méi)式，其中壓力式使用較多。除濟(jì)寧長(zhǎng)江水廠、鄭州航空港二水廠及龍湖水廠采用浸沒(méi)式超濾膜外，其他水廠均采用壓力式超濾膜。

(4)工藝流程長(zhǎng)，既要考慮運(yùn)行靈活性，又要應(yīng)對(duì)運(yùn)行管理復(fù)雜性

大部分全流程水廠都設(shè)置了多種運(yùn)行模式，提高了水廠應(yīng)對(duì)水質(zhì)、水量變化的靈活性。珠海梅溪水廠、鄭州龍湖水廠只設(shè)一級(jí)中間提升泵房，有利于簡(jiǎn)化運(yùn)行管理；雄安新區(qū)起步區(qū)1#水廠、?？诮瓥|水廠、鄭州航空港二水廠等采用智慧水務(wù)技術(shù)提高運(yùn)行管理水平。

5、全流程水廠設(shè)計(jì)思考

(1)充分利用國(guó)家“水專項(xiàng)”系列成果，建設(shè)標(biāo)桿水廠，促進(jìn)水廠建設(shè)技術(shù)進(jìn)步

全流程水廠是國(guó)家“水專項(xiàng)”成果的具體應(yīng)用，代表了現(xiàn)階段我國(guó)飲用水處理工藝先進(jìn)水平。其根本宗旨是以人為本，體現(xiàn)了以人民為中心的思想，有利于增強(qiáng)人民群眾的獲得感和幸福感；其核心理念是多級(jí)屏障，強(qiáng)化凈化環(huán)節(jié)的風(fēng)險(xiǎn)管控能力，提升水質(zhì)安全裕度；其核心工藝是綠色工藝，有利于減小水處理藥劑的投加量，水質(zhì)更加健康、好喝。全流程水廠設(shè)計(jì)應(yīng)充分利用“水專項(xiàng)”系列成果及其他最新研究成果，按標(biāo)桿水廠進(jìn)行建設(shè)，促進(jìn)我國(guó)城市水廠建設(shè)技術(shù)進(jìn)步。

當(dāng)前，我國(guó)城市發(fā)展已進(jìn)入到城市更新的階段，由“增量”向“提質(zhì)”轉(zhuǎn)變，從“有沒(méi)有”向“好不好”轉(zhuǎn)變。筆者認(rèn)為，城市更新行動(dòng)對(duì)城市供水系統(tǒng)的要求是建設(shè)優(yōu)質(zhì)供水設(shè)施，讓老百姓喝上放心水、優(yōu)質(zhì)水。對(duì)于有需求、有必要、有條件的地區(qū)，可以通過(guò)全流程水廠的建設(shè)帶動(dòng)本地區(qū)優(yōu)質(zhì)供水設(shè)施的建設(shè)。

(2)充分分析原水水質(zhì)，強(qiáng)化風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，提高凈水工藝針對(duì)性，保證安全優(yōu)質(zhì)供水，節(jié)約投資

全流程水廠應(yīng)安全與優(yōu)質(zhì)并重，原水水質(zhì)差時(shí)保證出水達(dá)標(biāo)，提供合格水；原水水質(zhì)好時(shí)保證出水優(yōu)質(zhì)，提供高品質(zhì)水。全流程水廠設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)原水水質(zhì)進(jìn)行客觀、準(zhǔn)確分析，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)識(shí)別，必要時(shí)可進(jìn)行專門試驗(yàn)研究，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行工藝選擇，以提高凈水工藝針對(duì)性和有效性。例如，在珠海梅溪水廠設(shè)計(jì)前，專門在珠海拱北水廠建立了一座水處理全流程中試基地，旨在通過(guò)對(duì)多水源采用不同組合工藝流程的試驗(yàn)研究，為水廠設(shè)計(jì)提供依據(jù)。同時(shí)還應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，盡管全流程工藝對(duì)水質(zhì)的安全保障性高，但工程投資較大，運(yùn)行成本相對(duì)較高，廠區(qū)占地面積較大，運(yùn)行管理要求更嚴(yán)格，不應(yīng)為追求全流程而進(jìn)行全流程設(shè)計(jì)，而應(yīng)該按工程實(shí)際需要決定是否采用全流程工藝。

在采用全流程工藝保證安全優(yōu)質(zhì)供水的基礎(chǔ)上，如何降低工程投資也需要深入思考，可考慮的措施包括超濾膜系統(tǒng)分期建設(shè)、采用國(guó)產(chǎn)超濾膜、減少中間提升泵房、采用炭砂濾池、不設(shè)砂濾池等。

(3)合理選擇工藝單元及工藝參數(shù)，凈水處理系統(tǒng)具備彈性

全流程水廠各工藝單元具備不同功能，要結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)和具體工藝流程合理選擇工藝單元及其形式。如預(yù)處理的形式、絮凝沉淀池池型、砂濾池池型、活性炭濾池池型、超濾膜形式(壓力式或浸沒(méi)式)；是否設(shè)置砂濾，砂濾池在前還是活性炭濾池在前；是否有必要設(shè)置納濾，以及考慮納濾處理水量的比例；活性炭濾池前是否設(shè)置提升泵房等。不同的池型形式存在不同的適用條件和優(yōu)缺點(diǎn)，并無(wú)嚴(yán)格的好壞之分，以合適為原則。

全流程水廠各工藝單元處理側(cè)重點(diǎn)不同，其基本原則是前序單元為后續(xù)單元減負(fù)荷，后續(xù)單元為前序單元加保險(xiǎn)。因此，對(duì)于全流程水廠設(shè)計(jì)，仍要注意強(qiáng)化常規(guī)處理單元的效果，其設(shè)計(jì)參數(shù)取值不宜因采用全流程工藝而偏高，一般情況下仍可相對(duì)保守，以提高常規(guī)處理系統(tǒng)的彈性，便于后續(xù)深度處理單元的功能發(fā)揮或超越運(yùn)行。例如雄安新區(qū)起步區(qū)1#水廠、珠海梅溪水廠高效沉淀池斜管沉淀區(qū)液面負(fù)荷取值都靠近現(xiàn)行《室外給水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的下限值，北京郭公莊、石景山、門頭溝城子水廠機(jī)械攪拌澄清池斜管上升流速均為1 mm/s，有利于保證沉淀池出水水質(zhì)；雄安新區(qū)起步區(qū)1#水廠、珠海梅溪水廠和?？诮瓥|新區(qū)水廠砂濾池設(shè)計(jì)濾速均低于7.5 m/h，均屬于中間偏下的濾速。

(4)貫徹綠色生態(tài)理念，設(shè)施采用集約化布置方式，做到水廠與環(huán)境的高度融合

全流程水廠工藝單元多，占地面積較大，應(yīng)按照集約化原則(如平面組合，豎向疊合等)進(jìn)行水廠總平面布置，減小廠區(qū)占地，縮短連接管路，方便巡視管理，提高土地利用效率，結(jié)合海綿設(shè)施打造廠區(qū)優(yōu)美景觀環(huán)境。應(yīng)重視廠區(qū)建筑設(shè)計(jì)，采用去工業(yè)化設(shè)計(jì)理念，將凈水構(gòu)筑物建筑化，并且要求廠區(qū)工業(yè)建筑像民用建筑那樣擁有建筑藝術(shù)性，創(chuàng)造宜人、優(yōu)美、時(shí)尚、有文化的建筑空間環(huán)境，達(dá)到水廠與周邊環(huán)境的高度融合。例如，在雄安新區(qū)起步區(qū)1#水廠設(shè)計(jì)中，根據(jù)規(guī)劃要求對(duì)廠區(qū)地形進(jìn)行重構(gòu)，通過(guò)地形綠化和覆土景觀營(yíng)造成一幅“行云流水”般的畫卷，采用組合式構(gòu)(建)筑物，集約化布置，并將構(gòu)筑物建筑化，以達(dá)到廠區(qū)設(shè)施與周邊環(huán)境的高度融合；珠海梅溪水廠廠區(qū)利用采石場(chǎng)廢坑建設(shè)，充分利用山地地形，因山就勢(shì)，處理設(shè)施采用組合設(shè)計(jì)、集約化布置，消隱于山谷，與環(huán)境高度融合，占地極??；?？诮瓥|新區(qū)水廠是國(guó)內(nèi)首座全地下式水廠(臭氧發(fā)生間等少數(shù)設(shè)施布置在地面上)，對(duì)地上面積進(jìn)行復(fù)合式開發(fā)利用，提高了土地利用率和抗臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害的能力；北京石景山水廠采取調(diào)整水廠設(shè)計(jì)高程、降低廠區(qū)建筑物高度的方式，建成為半地下式水廠，保證項(xiàng)目所在地金頂山的景觀風(fēng)貌不受影響，用地比標(biāo)準(zhǔn)低20%。

全流程水廠生產(chǎn)廢水量較大，需要最大程度地回收利用，這對(duì)于保護(hù)生態(tài)環(huán)境、充分利用水資源具有重要意義。如何根據(jù)生產(chǎn)廢水性質(zhì)(絮凝沉淀池排泥水、砂濾池反沖排水、炭濾池反沖排水、砂濾池和炭濾池的初濾水、超濾膜反洗水等)進(jìn)行分質(zhì)、分點(diǎn)回用，降低廢水處理系統(tǒng)的投資，減小回用水對(duì)凈水系統(tǒng)的沖擊影響，值得進(jìn)一步研究和探索。

(5)合理進(jìn)行凈水構(gòu)筑物水力高程布置，設(shè)置多種運(yùn)行模式，提高水廠運(yùn)轉(zhuǎn)靈活性，節(jié)約運(yùn)行成本

全流程水廠工藝流程長(zhǎng)，安全性高，但運(yùn)行成本也較高，需要合理進(jìn)行凈水構(gòu)筑物水力高程布置設(shè)計(jì)，具備多種運(yùn)行模式，從而提高水廠運(yùn)轉(zhuǎn)靈活性，節(jié)約運(yùn)行成本。上述介紹的很多全流程水廠均具備長(zhǎng)流程、中流程、短流程等多種運(yùn)行模式，包括：正常運(yùn)行工況，全部單元運(yùn)行的長(zhǎng)流程運(yùn)行模式；超越運(yùn)行工況一，超越炭濾池的中流程運(yùn)行模式；超越工況二，超越全部膜處理單元的中流程運(yùn)行模式；超越工況三，超越部分膜處理單元的中流程運(yùn)行模式；超越工況四，特殊情況下超越炭濾池和膜處理單元的常規(guī)處理短流程模式等。例如在原水水質(zhì)較好的情況下，可采用中流程或短流程運(yùn)行模式，在保證出水安全優(yōu)質(zhì)的情況下節(jié)約運(yùn)行成本，提高膜的使用壽命。

全流程水廠常常需要設(shè)置兩級(jí)中間提升泵房,即臭氧-活性炭之前、超濾膜前或膜后，這無(wú)疑增大了管理復(fù)雜性，有條件時(shí)應(yīng)盡可能減少一級(jí)提升?？赏ㄟ^(guò)優(yōu)化提升泵房的溢流方式(溢流堰)，保證運(yùn)行靈活和安全。另外，可通過(guò)優(yōu)化壓力式超濾膜的布置，充分利用膜的出水余壓。

(6)按智慧型水廠進(jìn)行設(shè)計(jì)建設(shè)，提升水廠運(yùn)行管理水平

數(shù)字化轉(zhuǎn)型是時(shí)代的要求。全流程水廠工藝相對(duì)復(fù)雜，對(duì)運(yùn)行管理提出了更高要求，迫切需要利用數(shù)字技術(shù)進(jìn)行運(yùn)行管理賦能。全流程水廠宜按智慧型水廠進(jìn)行設(shè)計(jì)建設(shè)，配置完善的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)/智能控制系統(tǒng)、資產(chǎn)管理系統(tǒng)、生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)等，以實(shí)現(xiàn)對(duì)水廠的全流程在線監(jiān)測(cè)、對(duì)工藝單元的自動(dòng)/智能化控制、對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的預(yù)警預(yù)測(cè)及模擬分析、對(duì)水廠運(yùn)行的整體優(yōu)化和輔助決策，從而保證水廠運(yùn)行安全、穩(wěn)定、高效。

6、結(jié)語(yǔ)

全流程水廠設(shè)計(jì)建設(shè)是新時(shí)代我國(guó)城市供水系統(tǒng)高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的最新實(shí)踐，需要不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。提供安全、優(yōu)質(zhì)的飲用水是供水行業(yè)從業(yè)人員永恒的追求，期望通過(guò)全流程水廠的設(shè)計(jì)建設(shè)，打造供水基礎(chǔ)設(shè)施高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)示范標(biāo)桿，引領(lǐng)供水行業(yè)技術(shù)進(jìn)步，為城市安全供水做出更大貢獻(xiàn)。

推薦參考

本文發(fā)表在《凈水技術(shù)》2022年第7期“大家之言”欄目，歡迎水業(yè)學(xué)者、科研與技術(shù)人員參考引用，文獻(xiàn)引用格式如下：

陳燕波，潘名賓，司徒菲，等. 基于飲用水安全優(yōu)質(zhì)保障的全流程水廠設(shè)計(jì)思考[J]. 凈水技術(shù), 2022, 41(7):1-6,26.

CHEN Y B, PAN M B, SITU F, et al. Consideration on the design of whole-process waterworks based the safety and quality guarantee of drinking water [J]. Water Purification Technology, 2022, 41(7):1-6,26.