水处理厂深度处理工艺及技术在城市供水中的应用研究

摘要：随着城市对供水水质要求的不断提高，水处理厂深度处理工艺及技术愈发关键。本研究深入探讨了多种深度处理工艺，如臭氧氧化、活性炭吸附、超滤、反渗透等在城市供水中的应用。分析其原理、处理效果、运行成本及优缺点，研究表明不同工艺组合可有效去除水中有机污染物、重金属离子、微生物等，显著提升水质，满足城市供水的高标准需求。然而，深度处理工艺也面临着技术优化、成本控制等挑战，需进一步探索以实现城市供水的安全、稳定与可持续发展。

关键词：水处理厂；深度处理工艺；城市供水；水质提升

城市供水作为保障居民生活和城市运转的重要基础设施，其水质安全直接关系到公众健康和社会稳定。传统的水处理工艺在应对日益复杂的水源污染和严格的水质标准时逐渐显现出局限性。近年来，工业废水排放、农业面源污染以及生活污水的增加，使得水源水中的有机污染物、微量重金属、新型污染物等含量上升。为了确保城市供水符合更高的水质要求，如《生活饮用水卫生标准》（GB 5749 - 2022）中的各项指标，水处理厂深度处理工艺及技术应运而生。这些工艺能够在常规处理的基础上，进一步去除水中的各类有害物质，提高水的安全性与品质，具有极为重要的研究与应用价值。

一、深度处理工艺之基石奠定

（一）城市供水困境详析

城市供水水源污染形势严峻，有机污染物来源广泛，工业排放的各类有机废水，如化工、制药行业的难降解有机物，以及生活污水中的洗涤剂、农药残留等，大量流入水源地。重金属离子污染不容忽视，矿山开采与工业电镀废水致使水源中汞、镉、铅等重金属超标，危害人体健康。微生物及其他污染物也颇为棘手，水源中的细菌、病毒、藻类及其代谢产物，不仅影响水质观感，还可能引发疾病传播。现有供水处理工艺存在局限，常规处理难以彻底去除新兴有机微污染物，对低浓度、高毒性的重金属离子去除率有限，在应对复杂多变的水源污染时，难以保障水质全面达标，凸显深度处理工艺的迫切需求。

（二）深度处理工艺概览

深度处理工艺丰富多样，各有千秋。臭氧氧化工艺通过高压放电等方式产生臭氧，臭氧具有强氧化性，其分子中的氧原子能够与有机污染物的双键、芳香环等结构发生反应，将大分子有机物分解为小分子，提高有机物的可生化性，甚至直接矿化为二氧化碳和水，但过程中可能产生溴酸盐等副产物，需加以控制。活性炭吸附工艺采用椰壳活性炭、煤质活性炭等不同种类，其巨大的比表面积和丰富的孔隙结构可通过物理吸附和化学吸附作用去除水中的有机物、重金属离子和余氯等，吸附过程遵循 Freundlich 或 Langmuir 吸附等温式，吸附饱和后可通过热再生、化学再生等方法恢复部分活性，但再生效果会逐渐衰减，需适时更换。超滤与反渗透工艺利用超滤膜和反渗透膜的筛分作用，超滤膜可截留大分子有机物、胶体和细菌等，反渗透膜则对溶解性盐类、重金属离子等有极高的截留率，其过滤原理基于膜两侧的压力差推动水分子通过膜孔，同时阻止污染物通过，但膜污染问题如膜面结垢、有机物吸附等会降低膜通量，增加运行成本，需采取有效的清洗和预防措施。

（三）工艺抉择关键要素

在选择深度处理工艺时，需综合考量多方面因素。水质达标要求首当其冲，若水源受有机微污染物严重污染，优先考虑臭氧氧化与活性炭吸附组合工艺；若对溶解性盐类和重金属离子去除要求高，则反渗透工艺更为合适。处理规模影响显著，大规模供水处理厂需兼顾工艺的稳定性和成本效益，超滤、反渗透等膜工艺虽处理效果好，但投资和运行成本较高，需谨慎评估；中小规模水厂可根据具体水质情况灵活选择工艺。成本效益分析至关重要，不仅要考虑设备购置、安装的一次性投资，还要权衡长期运行中的药剂消耗、能源费用、人力成本以及设备维护费用等，例如活性炭吸附工艺虽设备简单，但活性炭需定期更换，成本累积较高；而膜工艺的膜组件更换成本也是重要经济考量因素，需通过详细的成本核算与效益评估，选出最优工艺方案。

二、深度处理工艺于城市供水之应用践行

（一）臭氧氧化实战效能

某大型城市供水厂采用臭氧氧化工艺，臭氧投加量依据原水水质及处理目标确定，一般在 1 - 3mg/L 之间。在实际运行中，对水中的腐殖酸、富里酸等天然有机物有显著去除效果，去除率可达 30% - 50%。其氧化过程能有效降低水中三卤甲烷前体物含量，减少后续消毒过程中有害消毒副产物的生成。然而，臭氧氧化也面临一些挑战，如原水水质波动时，臭氧投加量难以精准控制，可能导致氧化不充分或臭氧过量产生过多副产物。

（二）活性炭吸附应用范例

在某南方城市供水处理中，采用颗粒活性炭吸附工艺。活性炭的碘值、亚甲蓝吸附值等指标反映其吸附性能，该厂选用碘值较高的活性炭以确保对有机物的良好吸附效果。运行过程中，活性炭对水中的农药残留、内分泌干扰物等微量有机污染物有较好的吸附去除能力，去除率可达 60% - 80%。但随着运行时间增长，活性炭吸附逐渐饱和，吸附效率下降。该厂通过定期监测活性炭的吸附性能，采用热再生与部分更换相结合的方式，将饱和活性炭在高温下再生，恢复部分吸附活性，同时定期补充新活性炭，确保吸附工艺的持续有效运行，有效改善了供水的口感与化学安全性，提升了居民用水满意度。

（三）膜工艺应用优劣剖析

超滤工艺在某沿海城市供水厂单独应用时，超滤膜采用中空纤维膜组件，膜孔径为 0.01 - 0.1 微米。其对水中的胶体、大分子有机物和细菌等有良好的截留效果，出水浊度可稳定在 0.1NTU 以下，对大肠杆菌等细菌的去除率高达 99.9% 以上。但超滤工艺对溶解性盐类和小分子有机物去除能力有限，不能满足高品质供水对水质的全部要求。反渗透工艺在某海岛城市供水保障中发挥重要作用，其对海水中的氯化钠、镁离子等溶解性盐类的去除率可达 98% 以上，能生产出几乎不含盐类的淡水，有效解决了海岛淡水资源匮乏问题。但反渗透工艺的能耗较高，膜组件成本昂贵，且浓水排放可能对周边环境产生一定影响，需要进行合理的浓水处置与回用规划，以降低环境压力与运行成本。

三、深度处理工艺之后续影响与展望瞻瞩

（一）经济成本深度考量

深度处理工艺的投资与运行成本是城市供水运营中的重要关注点。设备购置与安装成本方面，臭氧发生器、活性炭吸附装置、超滤和反渗透膜组件等设备价格不菲，一套中等规模的臭氧氧化设备投资约在 50 - 100 万元，超滤或反渗透膜处理系统投资可能高达数百万甚至上千万元。药剂消耗与能源费用也不容小觑，臭氧制备需消耗大量电能，活性炭再生需热能或化学药剂，膜工艺中的高压泵运行耗能巨大，且膜清洗需使用化学清洗剂，这些都增加了运行成本。人力成本与维护费用同样不可忽视，深度处理工艺需要专业技术人员操作与维护，设备定期检修、膜清洗与更换、活性炭再生与补充等工作都需要人力投入与资金保障，例如超滤膜组件每隔 2 - 3 年需更换一次，费用高昂，需通过优化工艺设计、提高设备自动化程度等方式降低成本，保障城市供水深度处理的经济可行性。

三、结语

水处理厂深度处理工艺在城市供水中的应用是保障居民用水安全与提升水质的关键举措。通过对多种深度处理工艺的研究与实践应用，虽已取得显著成效，如有效去除水中各类污染物、提升水质稳定性等，但仍面临成本控制、工艺优化及环境友好性提升等挑战。未来，需持续加强技术研发创新，整合资源以降低成本，优化工艺组合提高处理效率，并注重环保效益，实现水资源的可持续利用。这不仅有助于满足城市日益增长的用水需求，还将推动城市供水系统向更智能、绿色、高效的方向迈进，为构建健康、宜居的城市环境奠定坚实的水质基础。

参考文献

[1]王磊， 李明. （2023）. "消防救援航空队伍飞行安全管理的现状与挑战." 《航空救援与安全管理》， 10（2）， 45-52.

[2]张强， 王芳. （2022）. "提升消防救援航空队伍飞行安全管理质效的策略研究." 《应急救援科学与技术》， 16（3）， 78-85.