张国珩

摘要：水是生物体最重要的组成部分，人类的活动离不开水，但被污染的水最可怕之处便是它不会立刻危害生命，只会慢慢耗损人体健康。[净水楼]一级供水工程直接在河岸边设计取水和净水一体化供水工程，取用的是河床下第二层含水层中百年清洁水源，不但节约了大量的运行成本，更重要的是大多数水质指标优于“欧盟标准”，无需任何化学药剂的投加、混搅、拌凝、沉淀等人为净化工艺，出楼水可直接饮用。

Abstract： Water is the most important part of living organisms. Human activities cannot do without water， but the most terrifying aspect of polluted water is that it will not immediately endanger life， but will only slowly deplete human health. The first-level water supply project of [Clean Water Building] is designed directly on the river bank to design an integrated water supply project for water intake and water purification. It uses a century-old clean water source in the second aquifer under the river bed， which not only saves a lot of operating costs， the more importantly， most of the water quality indicators are better than the "European Standard"， without any artificial purification processes such as chemical addition， mixing， coagulation， precipitation， etc.， and the water from the building can be directly consumed.

关键词：水质优良;成本低;水量稳定;使用安全

Key words： excellent water quality;low cost;stable water volume;safe use

中图分类号：TU991;TU99                            文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）29-0117-02

0  引言

取净水一体化技术自源头加以严格控制水质各项指标，且具有水质优良、水量稳定、安全性好、占地面积小、制水成本低等优势。

1  地表水净化处理

水是生命之源，孕育万物、造福人类，但污染了的水给人类的健康带来巨大危害。特别是部分地区水污染日益突出，经济的飞速发展带动了工业的腾飞及人民生活质量的跨越，工业废水污染问题及生活污水问题也愈发严重，这些有毒有害的物质最终汇集到河流地表水中形成污染。几乎所有产业链都涉及到用水，水伴随生活的方方面面。一旦水质发生异常，那么人类作为使用者在使用过程中就必然存在安全隐患，由此更加凸显了安全用水在日常生活中的重要性。

河流地表水是人们主要的饮用水源，如果地表水遭到污染，污染物通过饮水可直接侵害人体，同時也可通过食物链和灌溉农田间接危及人身健康。我国幅员辽阔，相关资料显示，全境拥有50000多条流域面积在100平方公里以上的河流，与几十年前相比较，均不同程度遭受到水的污染。

2020年“新型冠状病毒感染的肺炎”席卷全球，西班牙巴塞罗那大学宣布，该校一个研究小组从去年3月采集的巴塞罗那废水样本中检测出了新冠病毒。对这一研究的初衷，博什介绍说，新冠病毒在感染者粪便排泄物中含量高、存在时间长，会随着感染者粪便排泄物排入废水，因此基于废水的流行病学研究是一种很好的监测病毒传播的工具。由此可见废水排放问题引起的河流地表水的污染不可小视，水质安全尤为重要。

2  取净水一体化优势

①解决洪水期浊度超标、枯水期水量不足的问题;②解决各种地表水污染时，无法正常供水的问题;③解决自来水有机物污染、氨氮和COD超标、富营养化的问题;④解决自来水铝元素副产物以及原水中的抗生素、激素等医药类成份的问题。

3  河床滤膜的净化原理

利用天然河床砂砾石层及表面的泥膜（或生物膜）作为天然滤床。其主要特征具有一定规模河流表面形成的过滤膜作为净化层，利用地表水的冲刷作用清除过滤膜表层的沉积物，形成河床表面沉积与冲刷的良性循环，无需人为更新滤膜。因此河流中形成的过滤膜作为一种多层结构过滤膜净水系统，地表水在慢滤过程中产生的一系列物理、化学和生物净水作用，包括自然筛滤、生物吸附、降解、沉淀、扩散、传递及静电等净水作用，使水质优良。地表水在渗透过程中发生的水岩相互作用，对水质也起到一定的改善作用。

从理论上说，慢滤速度越慢水质效果越好，一般深层地下水水质优于浅层地下水，滤速越慢，如超慢滤其生物化学过程和物理吸附过程越充分，水质净化效果越好（如图1所示）。

取净水一体化构筑物直接把喇叭口群设计成流线形结构，布置在河床以下5.0m左右的含水层中，实践中：喇叭口的进水流速控制在0.005m/s，出厂水的水质浊度在0.5NTU以下;进水流速控制到0.001m/s时，浊度在0.1NTU及以下。上述设计流速远小于我国《室外给水设计标准》中进水孔流速小于0.01m/s的规定，因此水量、水质有保障（如图2所示）。

据前苏联学者莫洛扎瓦娅研究，当铬盐浓度达到最高容许浓度的10倍时，含水层就无法将它阻滞。但是，河水在渗透时，如果金属盐类和石油产品含量不超过最高容许浓度，或短期超过2～3倍时，铅、锌和铬盐以及石油产品可以全部被阻滞。研究表明，当细砂和中砂中的地下水运动速度为0.5～2.0m/d时，脊髓灰白质炎菌系病毒可以在30～50cm的渗透途径中全部被阻滞。工作周期内，单位体积滤料内的泥含量，可用kg/cm3或g/cm3表示。滤料层的孔隙率是指滤料颗粒间空隙的体积与滤料层的体积，它等于滤料颗粒的总体积与滤料颗粒间空隙的体积之和的比值，表明慢滤效果十分显著。[1]

渗透系数（hydraulic conductivity）是指在各项同性介质中，单位水力梯度下的单位流量，表示流体通过孔隙骨架的难易程度，是综合反映土体渗透能力的一个指标，又称水力传导系数，符号为K。渗透系数正确确定数值对计算渗透水量有着非常重要的意义，其大小主要取决于土体颗粒的形状、大小、不均匀系数和水的粘滞性等。[2]

地下水流速主要是受水流的内摩擦影响，河床与水流接触的位置受到的摩擦力最大，流速最慢。大量的研究成果和对净水楼工程实践表明，超慢滤技术可使原水中的有机污染物、重金属和病原菌的去除率达97%以上，大肠杆菌、藻类等可基本去除，细菌、氨氮、铁锰等矿物质大部分可去除，水质优于常规地面净水工藝处理效果。

生物慢滤技术的发明国——英国（1840年发明），近几年对欧盟标准技术改造的过程中，废除常规的水处理工艺，回过头来采用慢滤技术，由此可见慢滤技术的稳定性和实用性。[3]

取净水一体化超慢滤具有结构简单、水量水质稳定、管理和运行成本低廉、前段无需任何机械动力，无需任何人工、药剂和耗材的投入，后段一人值班可全区域供水。

4  取净水一体化技术设计原理

取净水一体化技术构筑物设计在城市上游的江河附近或古河道中，由于江河中的含水层系历史冲刷形成，倾斜的方向与河流一致。坡度约千分之几，符合河床滤膜自然冲刷更新和矩形渠重力流方向一致的自然规律。

某供水公司二〇一三年在恩江河（桥南水厂）设计一座日产5万吨净水楼一级供水工程，由于出厂水质清澈透明，洪水季节也不例外，水中无悬浮物，无沉淀物，无菌无毒，可直接饮用。在恩江上游曾跨境发生过化工企业偷排事件，污染了恩江河地表水源，因此常规（麻州）水厂受到污染，而（桥南）净水楼毫无影响，仍正常供水。为了防止恩江河上游的农业废水、工业废水、氨氮、重金属等各种人为的有毒有害物质影响自来水水质，县供水公司又在常规净水厂（麻州）上游2km处的，设计一座新的5万吨净水楼一级供水工程。

5  运行成本分析

使用取净水一体化技术的[净水楼]水量稳定、水质优良、无悬浮物、无沉淀物、无菌无毒、无色无味。水质优于《生活饮用水卫生标准》。[净水楼]与传统净水厂同等规模比较，以10万吨工程为例，50年可节约3.5个亿。

①节约聚氯化铝净水剂 500吨/年*2400元=120万/年;②节约制水电耗 200 万度/年*0.60 元=120 万/年;③节约制水设备和管理成本 250万元/年;④节约废水处理费元 200万/年。

合计年节约制水成本费用 690 万元*50 年=34500万元。

[净水楼]特征：

①水质优良，选择的河床下第二层清洁地下水源，不但不受地表水的污染，而且避免了净水工艺中铝元素副产物;②水量稳定，喇叭口深埋在河床以下的含水层部位，不受枯水季节河床地表水减少的影响，河床含水层过滤范围大，一般过滤面积可达几十公里以外;③安全性好，喇叭口设计在河床含水层以下一般为4～5m处，可避免上游化学污染物、漂浮物的侵入，无需废水处理构筑物;④占地面积小，[净水楼]供水工艺取自含水层中的优质地下水，工艺流程均布置在河床以下部位，征地面积小，大部分建在江河滩涂地段，只有圆形[净水楼]露出水面;⑤制水成本低，[净水楼]一级供水根据使用单位不完全统计，每万吨水每年可节约聚氯化铝药耗100%，节约反冲洗水100%，节约废水处理成本100%，节约设备管理成本达60%以上，节约制水电耗达30%以上，每万吨水每年可减少制水成本50多万元。

6  结论

取净水一体化具有出水量大，水量长期稳定，无滤头、格栅，不结垢，无需检修与更换，一劳永逸。在具备水文地质条件、水量水质符合要求的地段，可以考虑净水楼供水工艺，达到水量稳定、水质优良的社会和经济效益。

参考文献：

[1]齐文放.生物膜反应器同步去除地下水中硝酸盐和铬盐的研究[D].2015（12）.

[2]刘勇，赵燕容.砂土渗透系数影响因素试验研究[J].江苏建筑，2017（05）.

[3]汪富贵.生物慢滤技术及其推广应用的建议[R].2008（01）.