​水厂视界 | 我国第一座大规模高硬度地下水源降硬供水工程

济南平阴县田山水厂地下水硬度去除工程是水体污染控制与治理科技重大专项饮用水主题--“地下水源饮用水卤代烃及硬度控制技术研究与工程示范”课题（以下称“地下水”课题）的示范工程之一。该工程由“地下水”课题承担单位山东省城市供排水水质监测中心联合河海大学等单位进行科研攻关，在济南市城乡水务局、平阴县人民政府、平阴县水务局及自来水公司等单位的大力支持和配合下，对国内外除硬先进技术进行吸纳和研究，创新性提出基于诱导结晶软化技术的大型水厂降硬工艺方案并应用于该工程。该工程于2018年12月竣工投产，处理规模3万m³/d，是我国第一座大规模的高硬度水源降硬集中式供水工程。

1
工程背景及研发建设过程

在“地下水”课题前期调研和数据分析过程中，课题组发现济南市平阴县水源为典型的碳酸氢钙型高硬度地下水，虽然总硬度指标基本符合国家生活饮用水卫生标准要求，但自来水烧开后极易产生水垢，城镇居民对这一问题热线投诉率居高不下。目前国内外常用的除硬技术方法均有一定的弊端：比如离子交换树脂法再生复杂、废水量大；膜分离技术易堵塞、成本高，运行维护繁琐，且产生的废水难以处理等等。相比较而言，药剂软化法具有技术方便、无废水产生、处理费低等优点，并且目前在荷兰、台湾等地均有很多成功的应用工程案例。但是国内对该技术在药剂优选、工艺组合等方面的研究还比较少，更没有相关的工程设计标准及运行管理指南，所以在市政供水行业中尚未得到规模化应用。

因为国内高硬度地下水源的水质特征、总硬度国标限值以及国内水厂除硬技术需求与国外存在较大差异，为此，课题组在国外工艺技术基础上，进行了大量改进反应器结构实验研究和不同水源水质条件下的中试验证，前后多次组织专家论证，最终提出了适于我国地下水源特征的诱晶除硬成套化技术参数和工艺组合，并将该技术在济南平阴田山水厂进行了规模化示范应用。水厂投入运行后，课题组进行了长达半年的工艺评估和跟踪监测，监测结果表明，该水厂出厂水水质稳定达标，其中总硬度指标稳定在200~300mg/L，浊度在0.15~0.26NTU，pH值在7.6~8.1，出水水质符合《生活饮用水卫生标准》（GB 5749-2006）要求。

该技术建设成本在280~500元/（m³/d），去除100mg/L总硬度（以CaCO₃计）的运行成本在0.15~0.18元/m³，和膜法处理技术相比，该工艺极大地降低了投资和运行成本，简化了操作管理工序。当地人都满心欢喜地说，自来水泡茶的味道都和原先不一样了。该工程也在2020年被列入当地“不忘初心 牢记使命”主题教育基地。

为使这一技术真正落地、造福一方，课题组不仅提供技术帮扶，更是亲自帮助当地政府、企业协调土地、资金、项目审批等各个环节，通水调试运行阶段更是一直靠在工地启动了“5+2、白+黑”的工作模式，就为了让当地人民喝上一口好水。最终，在有关部门的帮助和通力配合下，示范工程水厂顺利实现通水，这是此项技术在国内城镇供水行业首次得到规模化工程应用。

二
净水工艺

该工程工艺流程为原水-跌水曝气池-诱导结晶软化池-砂滤池-清水池-消毒。课题研发的诱导结晶软化技术是基于溶度积作用原理，是一种强化的药剂软化法，产生的沉淀物可附着在石英砂等诱晶材料表面，可同步去除钙镁硬度，去除率可达90%以上。

（1）诱导结晶软化池

工艺介绍：L×B×H =22.4m×16.8m×12.8m，数量1座，包括跌水曝气池、配水井和诱晶池。诱晶池分为8格，有氢氧化钠和氯化铁投加点，水力负荷6.5m³/（m²•h），诱晶接触时间18min，诱晶材料石英砂有效粒径100目。

主要作用：向原水中加入氢氧化钠、氯化铁等药剂，与水中的钙、镁离子形成沉淀附着在石英砂表面，达到降低硬度的目的。

跌水曝气池

诱导结晶软化池

（2）石英砂滤池

工艺介绍：L×B×H = 24.6m×29.6×10.3 m，数量1座，包括微絮凝池、气-水反冲石英砂滤池、反冲洗水池、反冲洗泵房和鼓风机房，配有氯化铁和盐酸投加点。

主要作用：通过过滤作用进一步去除水中未沉降的絮体，保障出水浊度。

石英砂滤池

（3）加氯加药间

工艺介绍：

B×L×H= 39.25m×8.65m×6.3m，有次氯酸钠、氢氧化钠、氯化铁和盐酸投加装置。

主要作用：向原水中投加除硬所用的氢氧化钠、氯化铁和盐酸，消毒用的次氯酸钠。

加药间

三
工程特点

（1）优化了诱导结晶池启动方式。诱导结晶池的启动是水厂运行管理的难点，该水厂利用进出水高差产生的压力和水泵联合作用将池中的石英砂冲起，完成晶核流化后关停水泵，利用原有水头维持晶核流化状态，降低工艺运行能耗。

（2）实现了工艺的长期稳定运行。该水厂诱导结晶池具有自成核功能，仅需在启动阶段投加诱晶核，后续运行过程中通过定期排除粒径较大晶核即可满足工艺的稳定运行，减少了诱晶材料投加量。

（3）实现了废水的“零排放”。该水厂过滤单元定期进行反冲洗恢复过滤截留能力，反洗废水可通过调节池回送至进水端，实现废水“零排放”。

（4）废渣可实现资源化利用。该水厂运行过程中产生的废渣主要来源于诱晶单元和滤池反冲洗单元，主要成分为碳酸钙，可以通过相应处理实现资源化利用。

（5）建立了先进的水质在线监测系统。该水厂在原水、诱晶单元出水、砂滤出水设置水质在线监测点，监测pH、浊度、总硬度等关键指标变化情况，实时调整工艺参数。

课题牵头单位山东省城市供排水水质监测中心简介山东省城市供排水水质监测中心始建于2005年3月，现与济南市供排水监测中心合署办公，同时加挂国家城市供水（排水）监测网济南监测站、山东省给水处理（示范）工程技术研究中心等牌子，主要承担省会济南及全省城市供排水水质监督监测、科学技术研究、监控预警平台建设和行业咨询服务等专业技术工作。中心拥有国家认监委、住建部认证授权的国家级供排水行业监测资质，具备5大类35种产品1062个参数的检测能力；先后主持国家科技重大专项等科研课题30余项，主编或参编国家标准、行业标准、地方标准和全国性团体标准60余项，授权国家专利50余项，科研成果获省部级科技奖励18项；设有国家博士后科研工作站、山东省“泰山学者”岗位等人才平台。

编辑：孙丽华

排版：西贝

校对：万梓薇

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