自来水生产过程和工艺流程

1、自来水的生产？

众所周知，自然降水和湖泊河流水是不能用来直接饮用的或用作生产，因为各种自然因素和人为因素，这些水里会含有各种各样的杂质，直接饮用会对人类的健康造成很大的伤害，所以各国想到了对水进行处理消毒。

首先，从给水处理角度考虑，水体内杂质可分为悬浮物、胶体、溶解物三大类。城市水厂净水处理的目的就是去除原水体中这些会给人类健康和工业生产带来危害的悬浮物质、胶体物质、细菌及其他有害成分，使净化后的水能满足生活饮用及工业生产的需要，所以一般各自来水公司水厂采用常规的水处理工艺，它包括混合、反应、沉淀、过滤及消毒几个过程。

自来水流程图

（1）机械混合、混凝反应处理

原水经取水后，首先经过机械混合、混凝工艺处理，即：

原水 + 水处理剂（药剂）→均匀混合→反应→矾花水

自药剂与水均匀混合起直到大颗粒絮凝体形成为止，整个称混凝过程。常用的水处理剂有聚合氯化铝、硫酸铝、三氯化铁等。现就拿碱式氯化铝为例。根据铝元素的化学性质可知，投入药剂后水中存在电离出来的铝离子，它与水分子存在以下的可逆反应：

Al3+ + 3H2O ←→ Al(OH)3 + 3H+

氢氧化铝具有吸附作用，可把水中不易沉淀的胶粒及微小悬浮物脱稳、相互聚结，再被吸附架桥，从而形成较大的絮粒，以利于从水中分离、沉降下来。机械混合过程要求在加药后迅速完成。混合的目的是通过水力、机械的剧烈搅拌，使药剂迅速均匀地散于水中。经混凝反应处理过的水通过道管流入沉淀池，进入净水第二阶段。

（2）絮凝沉淀处理

絮凝阶段形成的絮状体依靠重力作用从水中分离出来的过程称为絮凝沉淀，这个过程在絮凝沉淀池中进行。水流入沉淀区后，沿水区整个截面进行分配，进入沉淀区，然后缓慢地流向出口区。水中的颗粒沉于池底。絮凝沉淀的污泥经不断堆积并浓缩，定期排出池外。

（3）过滤处理

过滤一般是指以石英砂等有空隙的粒状滤料层通过黏附作用截留水中悬浮颗粒，从而进一步除去水中细小悬浮杂质、有机物、细菌、病毒等，使水澄清的过程，整个过滤处理是在滤池中进行的。目前国内比较普遍采用的是V型滤池，V型滤池是快滤池的一种形式，因为其进水槽形状呈V字形而得名，也叫均粒滤料滤池（其滤料采用均质滤料，即均粒径滤料）、六阀滤池（各种管路上有六个主要阀门）。它是我国于20世纪80年代末从法国Degremont公司引进的技术。整个工作过程分为：（1）过滤过程（2）反冲洗过程。

（4）滤后消毒处理

水经过滤后，浊度进一步降低，同时亦使残留细菌、病毒等失去浑浊物保护或依附，为滤后消毒创造良好条件。消毒并非把微生物全部消灭，只要求消灭致病微生物。虽然水经混凝、沉淀和过滤，可以除去大多数细菌和病毒，但消毒则起了保证饮用达到饮用水细菌学指标的作用，同时它使城市水管末梢保持一定余氯量，以控制细菌繁殖且预防污染。消毒的加氯量（液氯）在1.0-2.5g/m3之间。主要是通过氯与水反应生成的次氯酸在细菌内部起氧化作用，破坏细菌的酶系统而使细菌死亡。消毒后的水由清水池经送水泵房提升达到一定的水压，在通过输、配水管网送给千家万户。

2、自来水是否含有有害人体健康的物质？

由以上自来水的生产过程，可见河水中原有的种种悬浮颗粒及胶体物质已在混凝过程中分离。而原水中的致病微生物也已在滤后消毒处理过程中被消灭。因此，在自来水生产过程中已把原水含有的有害人体健康物质去除掉。

那么，生产过程中所加入的药剂呢？在去除水中原有杂质的过程中不免地加入了新的杂质。这些新的杂质是否会危害到我们的健康呢？

在混凝过程中所加入的水处理剂，一般情况下都与原水的悬浮颗粒及胶体一起沉淀开来，从而不影响水出厂时的质量。那么，就只剩下氯气了。氯气消毒法是生产自来水的最后一个环节。往水里加氯气经反应后即可把水输送到市民家庭使用。如此，氯气是否会危害到我们的健康呢？

以下我们来重点研究氯气。

氯气（Cl2）是一种黄绿色有刺激性气味的气体，能溶于水，常温下1体积水能溶解2体积氯气。在相同条件下，氯气比同体积的空气重，标准状况下，它的密度3.214g/L。氯气容易液化，当压强为101.3kPa，冷却到-34.6℃，气态的氯就变成黄色油状的液态氯。液态氯继续冷却到-101℃，就变成了固态氯。氯气是一种有毒物质，对人体有强烈的刺激性，吸入少量氯气会刺激鼻腔和喉头粘膜，并引起胸痛和咳嗽；吸入较多氯气会窒息致死。

把氯气加入水中，会发生以下反应：

Cl2 + H2O = HCl + HClO

因为消毒过程中氯气用量很小（一般在1L水中仅通入约0.005g氯气），可以说只要出厂的自来水符合正常的国家标准，在自来水中的投入的氯气会完全与水反应生成其他物质，故可认为出厂的水中不含Cl2。上文所谓的"使城市水管末梢保持一定余氯量"，实际上应是指氯元素，而不是氯气。

然而，虽然氯气已完全反应，却有其他物质生成。我们先来看次氯酸。次氯酸（HClO）具有强氧化性，因此具有很强的杀菌消毒能力，是常用的消毒剂。次氯酸是一种弱酸，很不稳定，在光照条件下易发生以下反应：

2HClO = 2HCl + O2↑

如此，水中有可能含有的杂质就只剩HCl了。

氯化氢（HCl）是无色而有刺激性气味的气体，它的密度比空气大，约为空气的1.26倍。氯化氢极易溶于水（0℃时，1体积水大约能溶解500体积的氯化氢）。氯化氢的水溶液叫氢氯酸，俗称盐酸，是一种强酸，具有强的氧化性及腐蚀性。

由以上的方程式，根据氯原子守恒，可知一定物质的量的氯气与水反应后最终生成的氯化氢的物质的量是原来氯气的两倍。由于在生产水的过程中使用的氯气的量很少，产生的氯化氢的量自然微乎其微。根据生理卫生常识，我们知道人体的胃液含有少量盐酸，故可认为微量的氯化氢并不影响人体健康，几乎可以忽略不计。此外，氯化氢是易挥发气体，基于这一性质可推知煮沸了的水几乎不含氯化氢。

由此，我们可以得出这样的结论：生产过程符合国家标准的自来水是不会危害人体健康的。