第四節(jié) 21世紀(jì)水廠
世界聞名的廢水處理工廠——21世紀(jì)水廠，每年吸引著來(lái)自30多個(gè)國(guó)家的1000多位政府領(lǐng)導(dǎo)人、大學(xué)學(xué)生、工程師和水文地質(zhì)專家參觀。21世紀(jì)水廠位于美國(guó)加利福尼亞州橙具。
一、橙縣水管區(qū)
加州橙縣年降水量?jī)H33～38cm，卻供養(yǎng)著250萬(wàn)人口。橙縣水管區(qū)（OCWD）管理著龐大的分布于該縣西北半部的地表水盆地，提供該區(qū)75%的水需求量，剩余的25%通過科羅拉多河的高架渠和連接于南加州都市水管區(qū)的水利工程得到。
橙縣的地表水盆地被早期的移民用來(lái)補(bǔ)充圣地安娜河流量的不足。隨著該區(qū)域發(fā)展成一個(gè)興旺的農(nóng)業(yè)中心、對(duì)地下水需求的增加，使得許多水井的深度越來(lái)越深，由此依據(jù)1933年加州立法機(jī)關(guān)頒布的法令建立橙縣水管區(qū)，以保護(hù)和管理地表水盆地。
除了實(shí)施積極的地表水補(bǔ)充和恢復(fù)規(guī)劃以優(yōu)化地區(qū)水資源，水管區(qū)官員幾十年來(lái)一直提倡處理和再循環(huán)市政廢水以作為水需求的可靠補(bǔ)充。早在25年前，橙縣水管區(qū)即在加州泉水谷地區(qū)開始了一個(gè)實(shí)驗(yàn)性的改造工程，至今已發(fā)展為國(guó)際的“21世紀(jì)水廠”。
二、特爾伯特“水壩”與21世紀(jì)水廠
經(jīng)過多年的過量抽取以支持本地的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)，地下水高度在1956年就降到了海平面以下，太平洋的海水已向內(nèi)陸“入侵”8km?！叭肭帧钡膮^(qū)域主要位于特爾伯特峽谷的紐伯灘市和漢亭頓灘市之間的4.8km寬的地區(qū)。由圣地安娜河幾百萬(wàn)年前沖積而成的扇形區(qū)的源頭，即特爾伯特峽谷已經(jīng)沿著海岸線被幾百英尺厚的粘土覆蓋住了。
大規(guī)模的“入侵”已被橙縣水管區(qū)的水源補(bǔ)充項(xiàng)目阻擋住，但沿海岸地區(qū)海水“入侵”的威脅依然存在。為防止海水進(jìn)一步的“入侵”和為盆地的水源管理提供靈活性，橙縣水管區(qū)實(shí)施了一個(gè)“水壩”系統(tǒng)規(guī)劃。他們?cè)谘睾０?.4km的地方，打出23口淡水注放井，向地下注水以形成“水壩”，阻止海水的進(jìn)入。
21世紀(jì)水廠第一次將混合處理后的水注入沿岸的“水壩”是在1976年10月。這實(shí)施“水壩”規(guī)劃，對(duì)幾種可以注入的水源均作了徹底的評(píng)估，包括深井水、輸入水、處理后的廢水和脫鹽的海水。最終為21世紀(jì)水廠所選擇的注入“水壩”中的水是由橙縣薩尼特新區(qū)提供的兩次處理的工業(yè)廢水和深井水的混合水。作出這種決定的原因是多方面的，成本是所考慮的因素之一，但更重要的是出于環(huán)保方面的考慮：
1.每年減少大約1234萬(wàn)m3的廢水流入大洋。
2.減少對(duì)加州北部水源和科羅拉多河水的依賴。
3.比起輸入水受干旱影響而減少或緊急情況下輸入水系統(tǒng)被破壞來(lái)說(shuō)，處理后的水具有穩(wěn)定和經(jīng)常性的采用價(jià)值。
21世紀(jì)水廠生產(chǎn)的水是2.3萬(wàn)m3/d反向滲透處理水，2.3萬(wàn)m3/d碳吸附處理水和2.3萬(wàn)m3/d深井水的混合物。這種每升含有500mg以下固體溶解物的水符合全美環(huán)境保護(hù)法令中一級(jí)和二級(jí)飲用水標(biāo)準(zhǔn)，它也符合加州圣地安娜地區(qū)水質(zhì)控制委員會(huì)的注入要求。循環(huán)水的使用以并不高昂的成本，減少了對(duì)輸入水的依賴，從而使該項(xiàng)目具有完全的抗旱性。
21世紀(jì)水廠回收大約4.6萬(wàn)m3/d工業(yè)廢水，加之深井的混合，產(chǎn)生水量為6.8萬(wàn)m3/d。這種混合后的注入水不僅保護(hù)盆地不受海水的“入侵”，而且添滿了吸收該縣50%水量的“水域”。
三、21世紀(jì)水廠的工藝流程
1.化學(xué)澄清
化學(xué)澄清將降低水的濁度、有機(jī)物含量、微量金屬和碳酸鹽含量，并提高水的價(jià)值，以利于消毒和病菌去除。該系統(tǒng)包括分置的快速混合池、絮凝池和沉淀池。含量為400mg/L的石灰漿注入快速混合池作為主要的絮凝和消毒劑（將PH值提高到11.30），再將含量為0.1mg/L的陰離子聚合物溶液加入第三級(jí)的絮凝池中作為沉淀助劑。
水從第三級(jí)絮凝池的底部流入沉淀池并由此水平地流入收集池的V形堰中，水在澄清裝置中滯留的時(shí)間大約為117min，在兩個(gè)快速混合池中各滯留1min，在絮凝池中滯留30min，在沉淀池中滯留85min。
原來(lái)在化學(xué)澄清處理之后，再經(jīng)過吹脫（除氨）。目前在橙縣薩尼特新區(qū)采用的更高級(jí)的二級(jí)處理裝置中利用了活性污泥從而不再需要此過程。
橙縣水管區(qū)正研究使用微濾（MF）技術(shù)代替化學(xué)澄清的可能性。
2.再次碳化
再次碳化池設(shè)置目的是以調(diào)整處理過的廢水的PH值的方式來(lái)抵消前期石灰處理的影響。從石灰再次煅燒爐中回收的二氧化碳一次性地被加入到廢水中以使其PH值降低到7.0～7.5，再次碳化池中滯留的時(shí)間約為70min。
3.沉淀物處理與石灰再煅燒
每天有大約30t的固體物質(zhì)在沉淀池底部沉淀，然后被運(yùn)到淤泥池。這些淤泥物的75%回收用于石灰再鍛燒處理過程。石灰被送到石灰窯中的兩個(gè)離心機(jī)以作進(jìn)一步的脫水和淤泥分離。在離心機(jī)中被處理過的淤泥被送到華氏1700º的石灰再煅燒爐，以作回收及再次利用。
石灰再煅燒系統(tǒng)包括一個(gè)六爐床的石灰再煅燒爐、石灰儲(chǔ)藏倉(cāng)、用于淤泥增稠器中增稠淤泥脫水用的離心機(jī)、石灰送料器和消和器、二氧化碳?jí)嚎s機(jī)及一個(gè)控制室。石灰再煅燒爐，每日可回收石灰24t、熱爐煙道氣被降溫和壓縮以回收用于再次碳化處理過程中的二氧化碳，消和器將干石加濕制成泥漿并送入快速混合池。
4.多介質(zhì)過濾
水從再次碳化槽流入四個(gè)敞開的平行分布的重力過濾床之一，每個(gè)過濾床的設(shè)計(jì)能力為1.7萬(wàn)m3/d,速度為每平方米0.25m3/min，過濾床以液流方向作為從粗到細(xì)的過濾。76cm深的過濾床介質(zhì)含有無(wú)煙煤、硅砂、粗細(xì)石榴石，以石子和瓦片級(jí)組成的下排水系統(tǒng)支撐。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的過濾床一般運(yùn)行可超過100h，過濾床以每平方米0.73m3/min的速度由過濾床流出池回洗。
其后的過濾過程，水流被一分為二，分別通過粒狀活性炭吸附裝置和、反向滲透裝置。
5.活性炭吸附裝置
半數(shù)從多介質(zhì)過濾器流出的水被泵入粒狀活性炭按觸器（GAC）。這個(gè)炭吸附系統(tǒng)包括17個(gè)接觸器，每個(gè)接觸器盛有42t粒狀活性炭，以0.28m3/min的速度以水為承載方式動(dòng)作，接觸時(shí)間為30min。
各個(gè)炭接觸以平行方式運(yùn)行，被設(shè)計(jì)為水流向上或向下流動(dòng)均可（目前采用的是向上流動(dòng)方式），安裝炭接觸器的目的是為了從被處理的水吸收各種溶解的有機(jī)化合物。例如，活性炭去掉了被處理水中全部有機(jī)炭（TOC）的70%。該系統(tǒng)操作時(shí)，炭的吸附能力最終將達(dá)到飽和，而必須定期進(jìn)行活化。
碳化系統(tǒng)中安裝一個(gè)爐子，用于活化已飽和的活性炭。爐子的能力為每天5443kg。在每個(gè)活化循環(huán)中大約93%的活性炭被回收?；罨M(jìn)行時(shí)，呈泥狀的飽和碳從接觸器的底部通過5cm的皮帶管送入活化器中，在水流向上的運(yùn)行狀態(tài)中，，炭接觸器中下半部的活性炭趨于飽和而需活化，而這部分正是易于移走的。
世界聞名的廢水處理工廠——21世紀(jì)水廠，每年吸引著來(lái)自30多個(gè)國(guó)家的1000多位政府領(lǐng)導(dǎo)人、大學(xué)學(xué)生、工程師和水文地質(zhì)專家參觀。21世紀(jì)水廠位于美國(guó)加利福尼亞州橙具。
一、橙縣水管區(qū)
加州橙縣年降水量?jī)H33～38cm，卻供養(yǎng)著250萬(wàn)人口。橙縣水管區(qū)（OCWD）管理著龐大的分布于該縣西北半部的地表水盆地，提供該區(qū)75%的水需求量，剩余的25%通過科羅拉多河的高架渠和連接于南加州都市水管區(qū)的水利工程得到。
橙縣的地表水盆地被早期的移民用來(lái)補(bǔ)充圣地安娜河流量的不足。隨著該區(qū)域發(fā)展成一個(gè)興旺的農(nóng)業(yè)中心、對(duì)地下水需求的增加，使得許多水井的深度越來(lái)越深，由此依據(jù)1933年加州立法機(jī)關(guān)頒布的法令建立橙縣水管區(qū)，以保護(hù)和管理地表水盆地。
除了實(shí)施積極的地表水補(bǔ)充和恢復(fù)規(guī)劃以優(yōu)化地區(qū)水資源，水管區(qū)官員幾十年來(lái)一直提倡處理和再循環(huán)市政廢水以作為水需求的可靠補(bǔ)充。早在25年前，橙縣水管區(qū)即在加州泉水谷地區(qū)開始了一個(gè)實(shí)驗(yàn)性的改造工程，至今已發(fā)展為國(guó)際的“21世紀(jì)水廠”。
二、特爾伯特“水壩”與21世紀(jì)水廠
經(jīng)過多年的過量抽取以支持本地的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)，地下水高度在1956年就降到了海平面以下，太平洋的海水已向內(nèi)陸“入侵”8km?！叭肭帧钡膮^(qū)域主要位于特爾伯特峽谷的紐伯灘市和漢亭頓灘市之間的4.8km寬的地區(qū)。由圣地安娜河幾百萬(wàn)年前沖積而成的扇形區(qū)的源頭，即特爾伯特峽谷已經(jīng)沿著海岸線被幾百英尺厚的粘土覆蓋住了。
大規(guī)模的“入侵”已被橙縣水管區(qū)的水源補(bǔ)充項(xiàng)目阻擋住，但沿海岸地區(qū)海水“入侵”的威脅依然存在。為防止海水進(jìn)一步的“入侵”和為盆地的水源管理提供靈活性，橙縣水管區(qū)實(shí)施了一個(gè)“水壩”系統(tǒng)規(guī)劃。他們?cè)谘睾０?.4km的地方，打出23口淡水注放井，向地下注水以形成“水壩”，阻止海水的進(jìn)入。
21世紀(jì)水廠第一次將混合處理后的水注入沿岸的“水壩”是在1976年10月。這實(shí)施“水壩”規(guī)劃，對(duì)幾種可以注入的水源均作了徹底的評(píng)估，包括深井水、輸入水、處理后的廢水和脫鹽的海水。最終為21世紀(jì)水廠所選擇的注入“水壩”中的水是由橙縣薩尼特新區(qū)提供的兩次處理的工業(yè)廢水和深井水的混合水。作出這種決定的原因是多方面的，成本是所考慮的因素之一，但更重要的是出于環(huán)保方面的考慮：
1.每年減少大約1234萬(wàn)m3的廢水流入大洋。
2.減少對(duì)加州北部水源和科羅拉多河水的依賴。
3.比起輸入水受干旱影響而減少或緊急情況下輸入水系統(tǒng)被破壞來(lái)說(shuō)，處理后的水具有穩(wěn)定和經(jīng)常性的采用價(jià)值。
21世紀(jì)水廠生產(chǎn)的水是2.3萬(wàn)m3/d反向滲透處理水，2.3萬(wàn)m3/d碳吸附處理水和2.3萬(wàn)m3/d深井水的混合物。這種每升含有500mg以下固體溶解物的水符合全美環(huán)境保護(hù)法令中一級(jí)和二級(jí)飲用水標(biāo)準(zhǔn)，它也符合加州圣地安娜地區(qū)水質(zhì)控制委員會(huì)的注入要求。循環(huán)水的使用以并不高昂的成本，減少了對(duì)輸入水的依賴，從而使該項(xiàng)目具有完全的抗旱性。
21世紀(jì)水廠回收大約4.6萬(wàn)m3/d工業(yè)廢水，加之深井的混合，產(chǎn)生水量為6.8萬(wàn)m3/d。這種混合后的注入水不僅保護(hù)盆地不受海水的“入侵”，而且添滿了吸收該縣50%水量的“水域”。
三、21世紀(jì)水廠的工藝流程
1.化學(xué)澄清
化學(xué)澄清將降低水的濁度、有機(jī)物含量、微量金屬和碳酸鹽含量，并提高水的價(jià)值，以利于消毒和病菌去除。該系統(tǒng)包括分置的快速混合池、絮凝池和沉淀池。含量為400mg/L的石灰漿注入快速混合池作為主要的絮凝和消毒劑（將PH值提高到11.30），再將含量為0.1mg/L的陰離子聚合物溶液加入第三級(jí)的絮凝池中作為沉淀助劑。
水從第三級(jí)絮凝池的底部流入沉淀池并由此水平地流入收集池的V形堰中，水在澄清裝置中滯留的時(shí)間大約為117min，在兩個(gè)快速混合池中各滯留1min，在絮凝池中滯留30min，在沉淀池中滯留85min。
原來(lái)在化學(xué)澄清處理之后，再經(jīng)過吹脫（除氨）。目前在橙縣薩尼特新區(qū)采用的更高級(jí)的二級(jí)處理裝置中利用了活性污泥從而不再需要此過程。
橙縣水管區(qū)正研究使用微濾（MF）技術(shù)代替化學(xué)澄清的可能性。
2.再次碳化
再次碳化池設(shè)置目的是以調(diào)整處理過的廢水的PH值的方式來(lái)抵消前期石灰處理的影響。從石灰再次煅燒爐中回收的二氧化碳一次性地被加入到廢水中以使其PH值降低到7.0～7.5，再次碳化池中滯留的時(shí)間約為70min。
3.沉淀物處理與石灰再煅燒
每天有大約30t的固體物質(zhì)在沉淀池底部沉淀，然后被運(yùn)到淤泥池。這些淤泥物的75%回收用于石灰再鍛燒處理過程。石灰被送到石灰窯中的兩個(gè)離心機(jī)以作進(jìn)一步的脫水和淤泥分離。在離心機(jī)中被處理過的淤泥被送到華氏1700º的石灰再煅燒爐，以作回收及再次利用。
石灰再煅燒系統(tǒng)包括一個(gè)六爐床的石灰再煅燒爐、石灰儲(chǔ)藏倉(cāng)、用于淤泥增稠器中增稠淤泥脫水用的離心機(jī)、石灰送料器和消和器、二氧化碳?jí)嚎s機(jī)及一個(gè)控制室。石灰再煅燒爐，每日可回收石灰24t、熱爐煙道氣被降溫和壓縮以回收用于再次碳化處理過程中的二氧化碳，消和器將干石加濕制成泥漿并送入快速混合池。
4.多介質(zhì)過濾
水從再次碳化槽流入四個(gè)敞開的平行分布的重力過濾床之一，每個(gè)過濾床的設(shè)計(jì)能力為1.7萬(wàn)m3/d,速度為每平方米0.25m3/min，過濾床以液流方向作為從粗到細(xì)的過濾。76cm深的過濾床介質(zhì)含有無(wú)煙煤、硅砂、粗細(xì)石榴石，以石子和瓦片級(jí)組成的下排水系統(tǒng)支撐。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的過濾床一般運(yùn)行可超過100h，過濾床以每平方米0.73m3/min的速度由過濾床流出池回洗。
其后的過濾過程，水流被一分為二，分別通過粒狀活性炭吸附裝置和、反向滲透裝置。
5.活性炭吸附裝置
半數(shù)從多介質(zhì)過濾器流出的水被泵入粒狀活性炭按觸器（GAC）。這個(gè)炭吸附系統(tǒng)包括17個(gè)接觸器，每個(gè)接觸器盛有42t粒狀活性炭，以0.28m3/min的速度以水為承載方式動(dòng)作，接觸時(shí)間為30min。
各個(gè)炭接觸以平行方式運(yùn)行，被設(shè)計(jì)為水流向上或向下流動(dòng)均可（目前采用的是向上流動(dòng)方式），安裝炭接觸器的目的是為了從被處理的水吸收各種溶解的有機(jī)化合物。例如，活性炭去掉了被處理水中全部有機(jī)炭（TOC）的70%。該系統(tǒng)操作時(shí)，炭的吸附能力最終將達(dá)到飽和，而必須定期進(jìn)行活化。
碳化系統(tǒng)中安裝一個(gè)爐子，用于活化已飽和的活性炭。爐子的能力為每天5443kg。在每個(gè)活化循環(huán)中大約93%的活性炭被回收?；罨M(jìn)行時(shí)，呈泥狀的飽和碳從接觸器的底部通過5cm的皮帶管送入活化器中，在水流向上的運(yùn)行狀態(tài)中，，炭接觸器中下半部的活性炭趨于飽和而需活化，而這部分正是易于移走的。