第四节 净水工程规划
净水工程主要指自来水厂及有关设施。净水工程的任务是当原水水质不符合用户要求时，对其进行水质处理，水处理方法应根据水源水质和用水对象对水质的要求确定。因此，小城镇给水工程规划中，应根据当地的水源水质采用相应的净水工程设施。
一、小城镇自来水厂厂址选择与用地要求
自来水厂厂址的选择应根据小城镇总体规划的要求，综合考虑其他因素，并通过技术经济比较后确定。一般应遵循以下原则：
（1）厂址应选在工程地质条件良好，不受洪水威胁，地下水位低，地基承载能力较大，湿陷性等级不高的地方。
（2）水厂尽量设置在交通方便，靠近电源的地段，以利于施工管理和降低输电线路的造价。
（3）水厂应该位于河道主流的小城镇上游，取水口尤其应设于居住区和工业区排水出口的上游。
（4）有条件的地方，应尽量采用重力输水。
（5）当水厂远离小城镇时，一般设置水源厂和净水厂分开。当源水浑浊度经常大于1000NTU时，水源厂可设置预沉池或建造停留水库，尽量向净水厂输送含泥沙量低的水体。
（6）厂址选址要考虑近远期发展的需要，为新增附加工艺和未来规模扩大发展留有余地。
（7）水厂周围应具有较好的环境卫生条件和安全防护条件。
（8）当取水点距离用水区较近时，水厂一般设置在取水构筑物附近，通常与取水构筑物建在一起。这样便于集中管理，工程造价也较低。当取水地点距离用水区较远时，厂址有两种选择：一是将水厂设在取水构筑物近旁；二是将水厂设在离用水区较近的地方。第一种选择的优点为：水厂和取水构筑物可集中管理，节省水厂自用水的输水费用并便于沉淀池排泥和滤池冲洗水排除，特别浊度较高的。但从水厂至主要用水区的输水管道口径要增大，管道承压较高，从而增加了输水管道的造价、给水系统的设施和管理工作。后一种方案的优缺点与前者正好相反。对高浊度水源，也可将预沉构筑物与取水构筑物建在一起，水厂其余部分设置在主要用水区附近。以上不同方案应综合考虑各种因素并结合其他具体情况，通过技术经济比较确定。
二、小城镇自来水厂系统布置
小城镇自来水厂系统布置主要根据用水对象对水质的要求及其相应采用的水处理工艺流程决定，同时也应结合地形条件进行。
（一）水质标准
水质标准是指用户所要求的各项水质参数应达到的指标。水质标准随着“饮用水与健康”科学研究的深入，工艺过程的发展所引起的水质新要求，以及水质检验技术的进步而不断修改。
1.生活饮用水水质标准
《生活饮用水卫生标准》（GB5749—2006）对生活饮用水的各项标准进行了详细规定，本书略。
2.工业用水水质标准
工业用水种类繁多，水质要求各不相同，即使同一个企业，不同生产过程对水质要求也不相同。水质要求高的工艺用水，不仅要求取出水中悬浮杂质和胶体杂质，而且还需要不同程度的去除水中的溶解杂质。
食品、酿造及饮料工业的原料用水，水质要求应当高于生活饮用水的要求。纺织、造纸工业用水，要求水质清澈，且对易于在产品上产生斑点从而影响印染质量或漂白度的杂质含量加以严格限制。如铁和锰会使织物或纸张产生锈斑。水的硬度过高也会使织物或纸张产生锈斑。在电子工业中，零件的清洗及药液的配制等，都需要纯水。特别是半导体器件及大规模集成电路的生产，几乎每道工序均需“高纯水”进行清洗。高灵敏度的晶体管和微型电路所需的高纯水，总固体残渣应小于1mg/L。对锅炉补给水水质的基本要求是：凡能导致锅炉、给水系统及其他热力设备腐蚀、结垢及引起汽水共腾现象的各种杂质，都应大都或全部去除。锅炉压力和构造不同，水质要求也不同。
此外，许多工业部门在生产过程中都需要大量冷却水，用以冷凝整齐以及工艺流体或设备降温。冷却水首先要求水温低，同时对水质也有要求。如水中存在悬浮物、藻类及微生物等，会使管道和设备堵塞；在循环冷却系统中，还应控制在管道和设备中由于水质所引起的结垢、腐蚀和微生物繁殖。
总之，工业用水的水质优劣，与工业生产的发展和产品质量的提高关系很大。各种工业用水对水质的要求由有关工业部门制订。
（二）水处理工艺方法
由于从天然水源获取原水水质各异，必须根据小城镇用水对水质的要求来选择净水工艺流程。给水处理的目的是通过必要的处理方法去除水中杂质，使之符合生活饮用或工业适用所要求的水质。水处理方法应根据原水水质和用水对象对水质的要求确定，有以下方法：
（1）澄清过滤和消毒。这是以地表水水源的生活饮用水的常用处理工艺。但工业用水也常需澄清工艺。澄清工艺通常包括混凝、沉淀和过滤。处理对象主要是水中悬浮物和胶体杂质。原水加药后，经混凝使水中悬浮物和胶体形成大颗粒絮凝体，而后通过沉淀池进行重力分离。澄清池是絮凝和沉淀综合于一体的构筑物。过滤池是利用粒状滤料节流水中杂质的构筑物，常置于混凝和沉淀构筑物之后，用以进一步降低水的浑浊度。对于完整而有效的混凝、沉淀和过滤，不仅能有效的降低水的浊度，对去除水中某些有机物、细菌及病毒等也相当有效。根据原水水质的不同，在上述澄清工艺系统中还可适当增加或减少某些处理构筑物。例如，处理高浊度原水时，往往需要设置泥沙预沉池或沉沙池；原水浊度很低时，可以省去沉淀构筑物而进行原水加药后的直接过滤。但在生活饮用水处理中，过滤是必不可少的。大多数工业用水也往往采用澄清工艺作为预处理过程。如果工业用水对澄清要求不高，可以省去过滤而仅需混凝、沉淀即可。某些未被去除的致病微生物，必须用消毒方法将其杀死。消毒通常在过滤以后进行。主要消毒方法是在水中投加消毒剂以杀灭致病微生物。常用的消毒剂是氯和漂白粉，也有的采用二氧化氯及次氯酸钠等。臭氧消毒也是一种重要的消毒方法。“混凝—沉淀—过滤—消毒”可称之为生活饮用水的常规处理工艺。我国以地表水为水源的水厂主要采用这种工艺流程。
（2）除臭、除味。这是饮用水净化中所需的特殊处理方法。当原水中臭和味严重而采用澄清和消毒工艺系统不能达到水质要求时方才采用。除臭除味的方法取决于水中臭和味的来源。例如，对于水中有机物质所产生的臭和味，可用活性炭吸附或氧化剂氧化法去除；因藻类繁殖而产生的臭和味，可采用微滤机或气浮法去除藻类，也可在水中投加硫酸铜除藻；因溶解盐类所产生的臭和味，可采用适当的除盐措施等。地下水由于微污染而引起的臭和味，可采用活性炭吸附或向水中投加氧化剂，如高锰酸钾等。
（3）除铁、除锰和除氟。当溶解于地下水中的铁、锰的含量超过生活饮用水卫生标准时，需采用除铁、除锰措施。最广泛的除铁、锰方法是：氧化法和接触氧化法。前者通常设置曝气装置、氧化反应池和砂滤池；后者通常设置曝气装置和接触氧化滤池。还可以采用药剂氧化、生物氧化法及离子交换法等。通过上述处理方法（离子交换法除外），使溶解性二价铁和锰分别转变成三价铁和四价锰并产生沉淀物而去除。
当水中含氟量超1.0mg/L时，需采用除氟措施。除氟方法基本上分成三类：一是投入硫酸铝、氯化铝或碱式氯化铝等使氟化物产生沉淀；二是利用活性氧化铝或磷酸三钙等进行吸附交换；三是采用电化学法（如电渗析和电凝聚）。目前使用活性氧化铝除氟的较多。
（4）软化。处理对象主要是水中钙、镁离子。软化方法主要有：离子交换法和药剂软化法。前者在于使水中钙、镁离子与阳离子交换剂上的离子互相交换以达到去除目的；后者系在水中投入药剂，石灰、苏打等以使钙、镁离子转变为沉淀物而从水中分离。
（5）预处理和深度处理。对于不受污染的天然地表水源而言，饮用水的处理对象主要是去除水中悬浮物、胶体和致病微生物，因此，常规处理工艺“混凝—沉淀—过滤—消毒”是十分有效的。但对于已污染的水源而言，水中溶解性的有毒有害物质是无法用常规方法去除的。由于饮用水水质标准逐步提高，另一方面水源水质受到污染日益恶化，于是在常规处理基础上发展了预处理和深度处理。前者置于常规处理前，后者置于常规处理后，即“预处理+常规处理”或“常规处理+深度处理”。预处理和深度处理的主要对象均是水中有机污染物，且主要用于饮用水处理厂。预处理的基本方法有：预沉淀、曝气、粉末活性炭吸附法、臭氧或高锰酸钾氧化法；生物滤池、生物接触氧化池及生物转盘等生物氧化法等等。深度处理的基本方法有：活性炭吸附法、臭氧氧化或臭氧—活性炭联用法；合成树脂吸附法；光化学氧化法；超滤法及反渗透法等等。上面几种方法的基本原理主要为：吸附，即利用吸附剂的吸附能力去除水中有机物；氧化，即利用氧化剂及光化学氧化法的强氧化能力分解有机物；生物降解，即利用生物氧化法降解有机物；膜滤，即以膜滤法滤除大分子有机物。
以上是给水处理的基本方法，为了达到某一处理目的，往往几种方法联用。（三）自来水厂工艺流程选择
给水处理的工艺流程选择，决定于原水水质、对处理后水（生活用水或工业用水）的水质要求、经济运行情况以及设计生产能力等因素。以地表水为水源时，生活饮用水处理通常采用混合、絮凝、沉淀或澄清、过滤和消毒的工艺流程，常规净水工艺流程如图38所示。
图38 地面水净化流程方框图
工业用水或以地下水为水源的生活用水，净水工艺流程通常比较简单。遇特殊原水水质，如微污染水、含藻类、含铁、锰、氟或海水为水源时，则需进行特殊处理。一般净水工艺流程选择见表314。
表3 14
一般净水工艺流程选择
续表
（四）水厂布置
水厂包括平面布置和高程布置。1.水厂平面布置
水厂中除了生产用的构筑物之外，还有生产性和生活性的辅助建筑物。辅助构筑物一般包括化验室、仓库、办公室、车库、职工宿舍、食堂、浴室等。各构筑物和建筑物的个数和面积确定以后，根据工艺流程和构筑物及建筑物的功能要求，结合地形和地质条件，进行平面布置。
处理构筑物一般均分散露天布置。北方寒冷地区须有采暖设备的，可采用室内集中布置。水厂平面布置应考虑以下原则和要求：
（1）最大限度的满足生产、管理包括设备维修的要求，按照功能分区，将工作上联系较多的设备，尽量靠近布置以便于管理。
（2）力求处理工艺流程布置简短，顺畅，减少管线长度，降低流程水头损失，有利于今后扩建。
（3）分期建设的水处理厂应兼顾远近期的需要，处理构筑物、管道和道路布置应保证远期扩建施工时，不影响正常生产。
（4）有效利用厂区建筑面积（包括空间）和土地，处理构筑物布置应紧凑，但其间距应满足构筑物和管线的施工要求。
（5）滤池的操作室、二级泵房、加药间、化验室、检修间、办公室等建筑应尽量南北布置，尽量安排在夏季主导风向的上风向，并考虑采暖通风要求。
（6）并联运行的净水构筑物间应均匀配水。
（7）应考虑安排充分的绿化，新建水厂绿化面积，不宜小于水厂总面积的20%。
（8）厂区布置应充分考虑安全布局，严格遵守防火、卫生安全规范、标准的有关规定。
2.水厂的高程布置
高程布置是通过计算确定各处理构筑物标高、连接管渠的尺寸与标高，确定是否提升，并绘制流程的纵断面图。
高程布置应综合考虑提升泵的扬程、进水管渠标高、厂区地区标高、地形、处理构筑物、水体各特征水位等因素来确定。一般应遵循如下原则：
（1）计算管道沿程损失、局部损失，各处理构筑物计量设备及联络管渠的水头损失，考虑最大时流量、雨天流量和事故时流量的增加，并留有一定的余地。
（2）考虑小城镇远期发展，水量增加的预留水头。
（3）避免处理构筑物之间跌水等浪费水头的现象，充分利用地形高差，实现自流。（4）在认真计算并留有余量的前提下，力求缩小全程水头损失及提升泵站的全扬程，
以降低运行费用。
当地形有自然坡度时，有利于高程布置；当地形平坦时，高程布置中既要避免清水池埋入地下过深，又应避免絮凝池或澄清池在地面上抬高而增加造价，尤其当地质条件差、地下水位高时。通常当采用普通快滤池，应考虑清水池地下埋深；当采用无阀滤池时，应考虑絮凝、沉淀或澄清池是否会抬高。
（五）水厂用地
小城镇水厂用地应按规划期末给水规模来确定，用地控制指标应按表315和表316，并结合小城镇实际情况进行选定。水厂厂区周围应设置宽度不小于10m的绿化地带；新建水厂的绿化占地面积不宜少于总面积的20%。
《城市给水工程规划规范》（GB50582—98）给出了地面水净水厂用地指标，参见表315。
表3 15
地表水厂用地指标
在小城镇中，用水量较小的水厂用地控制指标宜采取表316下列指标参考。
表3 16
小规模水厂用地控制指标
单位：m2·m3/d
注 指标未包括厂区周围绿化地带用地。
当小城镇需水量小于0.5万m3/d时，可考虑用一体净化装置，其用地可小于表317中常规处理工艺所需的用地面积。
在城镇给水工程系统中，还有一种配水厂，它只包括加压泵房、清水池及消毒设备和附属建筑物，但不包括水质处理部分，主要用来向不同的地区配水。一般位于距各排水渠相对距离比较适中的地区。配水厂用地应按远期配水厂规模进行规划并加以控制，但可分期建设。配水厂的用地控制指标见表317。
表3 17
配水厂用地指标
