當(dāng)前，我國城市供水行業(yè)面臨著兩個(gè)方面的問題。一方面，飲用水水源污染問題仍然比較突出，存在飲用水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。盡管推進(jìn)了全國飲用水水源地集中整治工作并取得極大成效，但2020年3月28日發(fā)生的伊春鹿鳴礦業(yè)有限公司鉬礦尾礦庫4號(hào)溢流井傾斜事故造成鐵力市第一水源地關(guān)閉的事件，提醒我們城市飲用水水源污染風(fēng)險(xiǎn)從未離去。而2020年初的新冠肺炎疫情，也曾一度引起人們對(duì)飲用水水質(zhì)安全的擔(dān)憂，疫情嚴(yán)重地區(qū)水廠采取了控制出水濁度和強(qiáng)化消毒等預(yù)防性措施。另一方面，我國進(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，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。近年來，上海市、深圳市、雄安新區(qū)、�？谑薪瓥|新區(qū)、武漢市、浙江省、江蘇省等地已（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)行國標(biāo)更為嚴(yán)格的生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，期望通過標(biāo)準(zhǔn)的提升，進(jìn)一步推動(dòng)凈水工藝改進(jìn)和管理水平提高，使廣大人民群眾因水質(zhì)改善而提高獲得感。  

針對(duì)第一個(gè)問題，應(yīng)貫徹底線思維，提升供水系統(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)安全是國家公共衛(wèi)生安全體系的重要組成部分，與人民身體健康和社會(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，“國家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)”（簡稱“水專項(xiàng)”）設(shè)立了“飲用水安全保障”主題，構(gòu)建了我國“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)屏障工藝在供水廠日益廣泛的應(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)來說，涵蓋了水源、水廠和輸配管網(wǎng)三道安全屏障；第二個(gè)層次，從水廠凈化處理環(huán)節(jié)來說，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應(yīng)包含臭氧-活性炭濾池和膜處理。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，截止2019年全國總規(guī)模約為3500萬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，截止2019年全國總規(guī)模約為500萬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。國內(nèi)有四十多座大中型水廠采用了紫外線消毒工藝，總規(guī)模近650萬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。  

綜上所述，全流程工藝是一種長流程工藝，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、消毒）、臭氧-活性炭吸附單元和膜處理單元（超濾或超濾+納濾），有些水廠還有紫外線消毒單元，流程框圖見圖1。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，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。  

我院結(jié)合承擔(dān)的國家“十三五”水專項(xiàng)課題成果，在珠海市拱北水廠專門建立了一座“預(yù)處理+常規(guī)處理＋深度處理（BAC+超濾膜）”的水處理全流程中試基地，旨在通過對(duì)多水源采用不同組合工藝流程的試驗(yàn)研究[7]，為全流程水廠設(shè)計(jì)提供依據(jù)。  

2全流程水廠建設(shè)現(xiàn)狀  

國內(nèi)全流程水廠建設(shè)與實(shí)踐始于2010年之后，盡管當(dāng)時(shí)并沒有全流程水廠這一提法。國內(nèi)目前已建成的全流程水廠情況如下表1所示。從公開報(bào)道資料看，北京市門頭溝城子水廠是國內(nèi)最早建成投運(yùn)的全流程水廠。  

國內(nèi)已建成投運(yùn)的全流程水廠尚不多，主要位于經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的大城市。這些項(xiàng)目的基本特點(diǎn)是：項(xiàng)目規(guī)模較大，服務(wù)人口多，安全性要求高；原水存在突發(fā)水質(zhì)污染的可能，為保證水質(zhì)安全，或者盡管原水水質(zhì)較好，為提供高品質(zhì)飲用水，采用了包括預(yù)處理、常規(guī)處理和雙深度處理的全流程工藝。目前正在建設(shè)的全流程水廠包含雄安新區(qū)起步區(qū)1#水廠、珠海市梅溪水廠、海口市江東新區(qū)水廠、濟(jì)寧市長江水廠等。  

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20萬m³/d，一期規(guī)模15萬m³/d。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)；藻類總數(shù)150-300萬個(gè)/L。  

水廠供水水質(zhì)要求滿足“雄安新區(qū)生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)”，為服務(wù)區(qū)提供高品質(zhì)生活飲用水。  

（2）凈水工藝流程  

原水——預(yù)臭氧接觸池——高效澄清池——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5min；高效澄清池混合時(shí)間2min，絮凝時(shí)間20min，沉淀區(qū)液面負(fù)荷12m³/(㎡.h)；V型砂濾池濾速7.2m/h；后臭氧接觸時(shí)間12mim；活性炭濾池空床濾速10m/h；超濾膜通量不大于60L/(㎡.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45萬m³/d，一期工程土建按30萬m³/d規(guī)模一次建成，設(shè)備按15萬m³/d規(guī)模進(jìn)行安裝。水源取自西江磨刀門水道，咸期可利用平崗泵站或竹銀水庫；應(yīng)急備用水源為梅溪水庫和大境山水庫。原水水質(zhì)基本符合地表水Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，但藻類明顯超標(biāo)，TN超標(biāo)不多且以無機(jī)污染為主。  

水廠供水水質(zhì)要求同時(shí)滿足《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006）和《飲用凈水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJ94-2005）。  

（2）凈水工藝流程  

原水——預(yù)臭氧接觸池——高效澄清池——氣水反沖洗砂濾池——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7.4min；高效澄清池混合時(shí)間1.25min，總絮凝時(shí)間15.1min（含推流區(qū)），沉淀區(qū)液面負(fù)荷14.4m³/（㎡.h）；砂濾池濾速7.5m/h；后臭氧接觸時(shí)間13.1mim；活性炭濾池空床濾速11.1m/h；采用浸沒式超濾膜，平均膜通量23.3L/（㎡.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m3/d規(guī)模一次建成，設(shè)備按20萬m3/d規(guī)模安裝。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。  

水廠供水水質(zhì)要求優(yōu)于《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006），滿足“江東新區(qū)高品質(zhì)飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)”的要求。  

（2）凈水工藝流程  

原水——進(jìn)水配水井——預(yù)臭氧接觸池——折板絮凝斜管沉淀池——V型砂濾池——中間提升泵房——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5min；折板絮凝斜管沉淀池混合時(shí)間55s，絮凝時(shí)間16min，沉淀池斜管區(qū)液面負(fù)荷6.5m³/(㎡.h)；V型砂濾池濾速7.41m/h；后臭氧接觸時(shí)間8.2mim；活性炭濾池空床濾速9.5m/h；超濾膜通量60L/(㎡.h)；紫外消毒采用4臺(tái)DN800管式消毒設(shè)備。  

3.4濟(jì)寧市長江水廠  

（1）項(xiàng)目概況  

水廠遠(yuǎn)期總規(guī)模20萬m3/d，一期工程建設(shè)規(guī)模10萬m³/d。水源取自南陽湖石橋泵站，原水水質(zhì)基本符合地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，但總氮、硫酸鹽、化學(xué)需氧量、五日生化需氧量、高錳酸鹽指數(shù)、氟化物、氨氮、溴化物等項(xiàng)目超標(biāo)，且有機(jī)微污染、硫酸鹽等問題突出。  

水廠供水水質(zhì)要求滿足《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749－2006）。  

（2）凈水工藝流程  

原水——預(yù)處理（粉炭、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——送水泵房——配水管網(wǎng)。  

（3）主要工藝設(shè)計(jì)參數(shù)  

折扳絮凝池絮凝時(shí)間取20min，平流沉淀池停留時(shí)間2.2h，水平流速15.0mm/s，氣浮池設(shè)置于沉淀池之后，氣浮池接觸室上升流速51mm/s，分離區(qū)流速7.4mm/s，最大溶氣壓力0.60MPa，設(shè)計(jì)最大回流比10%；臭氧接觸時(shí)間14.6mim；活性炭濾池空床濾速10.1m/h，接觸時(shí)間14min；浸沒式超濾膜池平均膜通量30L/(m2.h)。  

4全流程水廠總體設(shè)計(jì)思考  

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

全流程水廠是國家“水專項(xiàng)”成果的具體應(yīng)用，代表了現(xiàn)階段我國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；其核心理念是多級(jí)屏障理念，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，促進(jìn)我國城市水廠建設(shè)技術(shù)進(jìn)步。  

（2）充分分析原水水質(zhì)，強(qiáng)化風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別  

全流程水廠的基本目標(biāo)是原水水質(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，以提高工藝針對(duì)性，不能為追求全流程而進(jìn)行全流程設(shè)計(jì)。  

（3）合理選擇工藝單元及其形式  

全流程水廠采用長流程，工藝單元多，各單元具備不同功能，要結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)和具體情況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，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。例如在雄安新區(qū)起步區(qū)1#水廠和珠海梅溪水廠設(shè)計(jì)中，綜合考慮原水水質(zhì)、廠區(qū)用地及景觀要求，絮凝沉淀采用高效沉淀池池型；在濟(jì)寧長江水廠設(shè)計(jì)中，針對(duì)原水水質(zhì)特點(diǎn)，采用平流沉淀+氣浮的雙沉淀組合工藝，炭濾池采用上向流形式，不設(shè)砂濾池，預(yù)留高級(jí)氧化（UV/H2O2）單元和納濾單元；在珠海梅溪水廠設(shè)計(jì)中，針對(duì)廠區(qū)地形高差較大的特點(diǎn)，在砂濾和炭濾之間不設(shè)提升泵房。  

（4）合理確定工藝參數(shù)  

全流程水廠各工藝單元處理重點(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，要更加注意強(qiáng)化常規(guī)處理單元的效果，其設(shè)計(jì)參數(shù)取值在一般情況下也相對(duì)保守，以便后續(xù)深度處理單元的功能發(fā)揮。這與全流程水廠注重安全的理念是一脈相承的，同時(shí)相對(duì)保守的常規(guī)處理設(shè)計(jì)參數(shù)還可以減小藥劑投加量，更加綠色安全。例如雄安新區(qū)起步區(qū)1#水廠、珠海梅溪水廠高效澄清池斜管沉淀區(qū)液面負(fù)荷取值都靠近《室外給水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50013-2018）的下限值，有利于保證沉淀水水質(zhì)，可降低PAM投加量，保護(hù)砂濾和后續(xù)超濾膜；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7.5m/h，屬于中間偏下的濾速。  

（5）廠區(qū)平面宜采用集約化布置方式，節(jié)約用地，提高與環(huán)境的融合度  

全流程水廠工藝單元多，占地面積大，運(yùn)行管理相對(duì)復(fù)雜，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，有條件時(shí)，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)，借鑒北京四合院布局特點(diǎn)，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)，變廢為寶，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)水廠是國內(nèi)首座全地下式水廠（綜合樓及臭氧發(fā)生器間布置在地面上），地上面積進(jìn)行復(fù)合式開發(fā)利用，極大地提高土地利用率，并提高了水廠臺(tái)風(fēng)期抗災(zāi)能力。  

（6）優(yōu)化凈水構(gòu)筑物水力高程布置，靈活設(shè)置多種運(yùn)行模式  

全流程水廠工藝安全性高，設(shè)計(jì)應(yīng)充分注意優(yōu)化凈水構(gòu)筑物水力高程布置，使水廠具備采用多種運(yùn)行模式的條件，以適應(yīng)不同條件下的運(yùn)行工況，包括：正常運(yùn)行工況，全部單元運(yùn)行的長流程運(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。例如前文介紹的四座全流程水廠均設(shè)置了多種運(yùn)行模式。  

（7）充分應(yīng)用智慧水務(wù)技術(shù)，提升運(yùn)行管理水平  

全流程水廠作為工藝安全性高的水廠，還應(yīng)該在高效、智能運(yùn)營方面做出表率和示范。應(yīng)配置完善的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)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)關(guān)鍵工藝單元的智能化管控，對(duì)生產(chǎn)過程的預(yù)測(cè)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)行安全高效、水質(zhì)穩(wěn)定可靠。  

5總結(jié)  

全流程水廠系“水專項(xiàng)”成果的具體應(yīng)用，代表了現(xiàn)階段我國飲用水處理工藝先進(jìn)水平。全流程水廠設(shè)計(jì)應(yīng)充分利用“水專項(xiàng)”成果；充分分析原水水質(zhì)，強(qiáng)化風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行工藝選擇，提高工藝針對(duì)性，不能為全流程而全流程；合理選擇工藝單元及其形式、工藝設(shè)計(jì)參數(shù)；在平面布置方面應(yīng)注意集約化布置，高效利用土地；在豎向水力高程布置方面應(yīng)靈活設(shè)置多種運(yùn)行模式；充分應(yīng)用智慧水務(wù)技術(shù)，配置完善的智慧管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水廠安全高效運(yùn)行，保障安全優(yōu)質(zhì)供水。

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