供水系统

供水系统、基础设施的收集、传输、处理、存储、和分配水住宅,商业,工业,以及灌溉、消防等公共需要和街道冲洗。所有的市政服务,提供饮用水也许是最重要的。人们依靠水来饮用,做饭、洗衣、带走废物,和其他国内需求。公共供水系统也必须满足要求,商业和工业活动。在所有情况下,水必须满足质量和数量要求。

历史背景

供应系统的发展

水是一个重要的因素在最早定居社区的位置,和公共供水系统的演变直接向城市的发展息息相关。水资源的发展超出了他们的自然条件在河流、湖泊、泉水,浅井的挖掘可能是最早的创新。随着对水的需求增加和工具开发,井深。井imran qureshi(人名)是由城市居民在印度河盆地早在公元前2500年,几乎和井深500米(1600英尺)以上已知用于古代中国。

有足够的淡水来满足人类需求。然而,它并不总是可以在需要的时间和地点,它并不是均匀分布在世界各地,有时导致缺水敏感的社区。

建设qanāt年代,稍微倾斜的隧道赶到山坡上包含地下水,可能起源于古代波斯大约公元前700年。山坡上的水是由重力在公开渠道传达到附近的城镇或城市。的使用qanāt整个地区的年代成为普遍,一些仍然存在。直到1933年伊朗首都Tehrān,整个供水系统qanāt年代。

需要从遥远的来源渠道供水是城市社区的发展的结果。其中最著名的古代输水系统输水管道公元前312年至公元455年生产在整个罗马帝国。这些令人印象深刻的作品仍然存在。第六个的朱利叶斯·萨莱的著作(他被任命为主管在公元97年罗马沟渠)提供信息11主要输水管道的设计与施工提供罗马本身。从一个遥远的一些地区,一个湖泊,或一条河,一个典型的罗马渡槽包括一系列的地下和地面频道。最长的是阿卡玛西娅,建于公元前144年。它的来源是约37公里(23英里)从罗马。渡槽本身是92公里(57英里)长,然而,因为它必须蜿蜒沿着土地轮廓为了保持一个稳定的水流。大约80公里(50英里)覆盖沟渡槽是地下,且仅在过去11公里(7英里)是进行地上街机一样。事实上,大多数的输水管道的长度提供罗马(约420公里[260英里])是建立覆盖沟或隧道。当穿越山谷、渡槽支持由一个或多个层次的拱廊来巨大的花岗岩码头和令人印象深刻的拱门。

渡槽在罗马结束的分布水库,水是向公共浴池或喷泉。一些非常富有或特权公民有水管道直接进入家园,但是大多数人从公共喷泉水容器。水不断运行,多余的被用来打扫街道和冲下水道。

古老的沟渠和管道不承受巨大压力的能力。渠道是宝石的构造,砖、碎石或粗糙的混凝土。管道通常是由石头或钻挖原木,尽管粘土和铅管也被使用。在中世纪没有显著的进步方法或材料传递和分发水。

铸铁管道与关节能承受高压力的非常不习惯,直到19世纪早期。蒸汽机第一次被应用于抽水作业在这段时间里,使所有但最小的社区直接饮用水提供个人住宅。石棉水泥、球墨铸铁、钢筋混凝土和钢走进作为供水管道的材料在20世纪。

水处理的发展

除了数量的供应,水质也关注的。即使是古人对水的纯洁的重要性。梵文著作从早在公元前2000年告诉如何通过沸腾和过滤净化污水。但直到19世纪中叶,污水和疾病之间的直接联系(霍乱)被证明,直到同样的世纪末,德国细菌学家罗伯特•科赫证明了微生物理论治疗疾病,建立一个科学依据和卫生的饮用水。

水处理的变更水源以达到质量符合指定的目标。在19世纪末和20世纪的开始,致命的水源性疾病的主要目标是消除。公共饮用水去除致病的治疗,或致病微生物开始时间。治疗方法包括砂过滤以及使用氯消毒。虚拟消除疾病,如霍乱和伤寒在发达国家证明了这种水处理技术的成功。在发展中国家,水传疾病仍然是主要的水质问题。

在工业化国家,关注已经转移到相关的慢性健康影响化学污染。例如,饮用水中微量的某些合成有机物质是引起的怀疑癌症在人类身上。饮用水中的铅,通常从腐蚀淋溶铅管,会导致渐进的铅中毒并可能导致儿童发育迟缓。减少这样的健康风险的增加目标在不断地看到越来越多的因素包括在饮用水标准。

水源

全球分销

水存在于丰富的数量上和在地球表面,但只有不到1%的液态淡水。大多数地球的大约14亿立方千米(3.26亿立方英里)的水是在海洋中或在极地冰盖和冻结冰川。海水包含约35克每升每加仑(4.5盎司)的溶解矿物质或盐,使其不适合饮酒对于大多数工业和农业用途。

有足够的新鲜水水含有低于每升3克盐,或不到八分之一盎司每加仑燃料送到盐的满足人类的需求。并不总是可用,不过,在需要的时间和地点,它并不是均匀分布在世界各地,有时导致缺水敏感的社区。在很多地方优质水的可用性进一步降低由于城市发展,工业增长和环境污染。

地表水和地下水

地表水和地下水都是社区供水需求的重要来源。地下水是一种常见的来源单一的房屋和小城镇,和河流和湖泊是通常的大城市。虽然大约98%的液态淡水存在地下水,其中大部分发生很深。这使得泵非常昂贵,防止地下水资源的开发和使用。

水文循环

水是不断循环,由来自太阳光的能量,在一个自然的过程称为重力水文循环。从海洋和陆地表面水分蒸发,举行暂时为大气中的水汽,落回到地球表面沉淀。地表水的残渣沉淀和融化的雪,称为径流。平均降水率超过径流的速度渗入土壤,蒸发,或被植物吸收,身体表面的水如小溪,河流,湖泊形成。地球表面的水浸润成为地下水,慢慢地向下渗透到广泛的多孔层土壤和岩石称为含水层。在重力下,通过含水层地下水流动缓慢和稳定。在较低的地区它出现在泉水和小溪。地表水和地下水最终回到海洋,大气水蒸气蒸发补充供应的地方。风带着潮湿的空气在陆地上,降水发生,水文循环仍在继续。

地表水资源

总土地面积,地表径流有助于河流或湖泊叫做一个分水岭,流域或排水区。水的体积可用于市政供应主要取决于降雨的数量。它还取决于大小的分水岭,地上的斜率,土壤和植被的类型,和土地使用的类型。

一条河流的流量或放电随时间。高流速通常发生在春季,和较低的流速发生在冬天,虽然这是经常在地区并非如此季风系统。当一条河流的平均放电是不够可靠的水供应,保护储层可能建造。流动的水是挡住了视线大坝,允许一个人工湖。从潮湿的天气保护水库蓄水期干旱和低流速及流水量时使用。进水口结构是建立在储层内,与进口港口和阀门在几个深度。因为水水库季节性变化的质量与深度、多级摄入量允许水的最佳质量。有时是明智的,由于经济原因,提供一种多用途水库。设计了一种多用途水库满足社区水需求的结合。除了喝水,水库也可能提供防洪、水力发电,和娱乐。

地下水资源

含水层的地下水的值是一个函数的地质地层的孔隙度,或层,这就形成了。水是退出的含水层抽水井或渗透画廊。一个渗透画廊通常包括几个向外辐射水平多孔管道大口径竖井的底部。井构造在几个方面,根据含水层的深度和性质。公共供水井使用,通常超过30米(100英尺)深,从10到30厘米直径12英寸(4),必须穿透大型地下蓄水层,可以提供可靠的优质水的产量。他们钻使用影响或旋转技术,通常内衬金属管道或套管,防止污染。周围的环形空间的上部套管外满是水泥灌浆和特殊卫生密封安装在顶部提供进一步的保护。底部的套管,割缝衬管与应变淤泥和沙子的地下水。潜水泵由一个电动马达可以用来提高水的表面。有时一个深井可能穿透限制承压含水层,在这种情况下,自然的静水压力可以提高表面的水。

水的需求

市政供水系统包括设备存储、传输、处理、和分布。这些设施的设计取决于水的质量,用户或消费者的特定需要,和大量的水,必须被处理。

饮用水的质量

水有一种很强烈的溶解其他物质的倾向,它很少被发现在一个纯粹的自然条件。当它下雨,少量的氧气和二氧化碳等气体会溶解;雨滴也携带微小的尘埃颗粒和其他物质。流在地上,水拿起细土颗粒、微生物、有机物质、可溶性矿物质。在湖泊、沼泽和沼泽,水可能获得的颜色,味道,气味从腐烂的植被和其他天然有机物。地下水通常获得更多溶解矿物质比地表径流,因为它不再直接接触土壤和岩石。它还可以吸收硫化氢和甲烷等气体。在人口密集地区地表水以及地下水的质量直接受土地利用和人类活动的影响。例如,雨水径流污染的农业或杀虫剂和化肥,以及道路除冰剂或机油,可以流入河流和湖泊。此外,从故障的化粪池污水会渗入地下水和地下浸出字段。

健康问题

五个公共卫生关注的一般类型的杂质。这些都是有机化工、无机化工、浊度、微生物和放射性物质。有机污染物包括各种农药、工业溶剂,三卤甲烷等氯仿。无机污染物的主要问题包括砷、硝酸盐、氟、铅和汞等有毒金属。以上这些物质会危害人体健康,当一定浓度的饮用水。然而,低浓度的氟化物已证明,促进牙齿健康。一些社区添加氟化水为这个目的。

浊度是指云非常小的粒子引起的淤泥,粘土和其他物质悬浮在水中。即使很小的饮用水的浊度程度是大多数人反感。浊度也会干扰消毒通过创建一个可能的致病菌的盾牌。地下水一般浊度很低,因为自然过滤的出现,因为它向土壤渗透。地表水,通常高浊度。

最重要的微生物测定饮用水质量是一组称为大肠杆菌群的细菌。大肠杆菌通常不致病,但他们总是出现在人类的肠道,排出大量的人力浪费。人类排泄物污染的水总是含有大肠杆菌群,它还可能包含感染者排出病原体的社区。因为它是更容易检测大肠杆菌群的存在而不是为特定类型的病原体,大肠杆菌群作为指示生物测量的生物质量的水。如果没有发现大肠杆菌群在水中,也可以认为水是免费的病原体。大肠杆菌计数从而反映了病原体存在的机会;大肠杆菌数越低,越有可能是病原体在水里。

虚拟消除疾病,如霍乱和伤寒在发达国家被证明是成功的水处理技术。在发展中国家,水传疾病仍然是主要的水质问题。

放射性物质从自然和工业来源可以是有害的水污染物。废物铀矿、核电站和医学研究是可能的污染物。锶- 90和氚放射性污染物在水中发现的结果核武器测试。自然产生的物质,如镭和氡气被发现在一些地下水来源。来自溶解氡气体的危险而不是喝的水来自呼吸气体释放到空气中后。

美学问题

颜色,味道,气味饮用水的物理特性是重要的审美原因而不是因健康原因。颜色在水里可能是由于腐烂的树叶或藻类,褐色的黄色色调。味道和气味可能是由于天然有机物溶解或气体。一些井水用品,例如,有一个臭鸡蛋的气味,是由硫化氢引起的。化学杂质与饮用水的感官质量包括铁、锰、铜、锌和氯。水和溶解金属传授苦味可能污点洗衣和管道设备。过度的氯化物为水提供一个令人反感的咸的味道。

硬度

另一个参数的水质硬度。这是一个术语,用来描述溶解矿物质的影响(主要是钙、镁)。矿产导致热水管道存款规模,他们也干扰怒骂的肥皂。硬水不危害人体健康,但经济问题导致使它令人反感的大多数人。

标准

水质标准限制允许的杂质浓度在水中。标准的选择也会影响生水源和处理工艺的选择。水质标准的发展开始于20世纪初的美国。从那时起,控制污染物的总数增加了毒性的知识和分析测量技术得到了改善。现代测试方法现在允许的污染物检测极低浓度低至每十亿部分污染物一部分水,甚至,在某些情况下,每一万亿部分水。水质标准的不断演进,通常变得更加严格。因此,监管的污染物数量的增加随着时间的推移,和他们的容许浓度在水中就会降低。

饮用水法规在美国包括两种类型的标准:小学和中学。主要标准是为了保护公众健康,而二级标准是基于审美因素而不是健康的影响。主要标准指定最大污染物水平对许多化学,微生物,放射性水质参数。它们反映了最好的科学和工程判断和考虑从其他来源接触的环境和食物。浊度是主要标准还包括由于其干扰消毒的倾向。二级标准指南或建议最高水平的颜色,味道,气味,硬度、腐蚀性和某些其他因素。

市政用水量

水的消耗在一个社区的特征是几种类型的需求,包括国内、公共、商业和工业用途。国内需求包括饮用水,做饭、洗衣、洗钱和其他家庭功能。公共需求包括消防用水、街道清洁,在学校和其他公共建筑中使用。商业和工业用水要求包括商店、办公室、酒店、洗衣店、餐馆、和制造工厂。通常有一个宽水总需求的变化在不同的社区。这种变化取决于人口,地理位置,气候,当地的商业和工业活动的程度,和水的成本。

用水或需求表示数值的日均人均消费(人均)。在美国的平均大约是380升(100加仑)每天人均国内和公众的需求。总的来说,平均总需求约为680升(180加仑)人均每天,当商业和工业水使用。(这些数字不包括取款淡水来源等目的作物灌溉或冷却操作电气发电设施。)用水量在一些发展中国家可能平均15升(4加仑)人均每天。世界平均水平估计大约60升(16加仑)每人每天。

在任何社会,水需求的季节性变化,每天,每小时的基础。例如,在炎热的夏天是不不寻常的总耗水量高达200%的平均需求。居民区的峰值需求通常发生在早晨和傍晚小时(正常工作日之前和之后)。在商业和工业地区用水需求,通常在工作期间统一。最低用水需求通常发生在早期或早上黎明前的几个小时。土木与环境工程技术人员必须认真研究每个社区的用水模式为了设计有效的泵和分销系统。

水处理

水河流或湖泊很少清洁足够供人类消费的如果不是第一次治疗或净化。地下水也经常需要某种程度的治疗呈现饮用。水处理的主要目的是保护社区的健康。当然,饮用水必须是免费的有害微生物和化学物质,但公共供应也应该审美理想的消费者将不会试图使用水从另一个,但不受保护的更有吸引力。水应该是晶莹剔透,几乎没有浊度,而且它应该是免费的不健康的颜色,气味和味道。对国内供应、水不应腐蚀,也不应该存款麻烦的规模和管子附件上。工业需求可能更严格;许多行业提供特殊待遇的前提。

治疗的类型和程度上要求获得饮用水的质量取决于源。质量越好,越治疗是必要的。地表水通常需要更广泛的治疗比地下水,因为大多数河流,河流和湖泊被污染。甚至在远离人群的地区,地表水包含悬浮泥沙,有机物质,腐烂的植被,并从动物粪便微生物。地下水,另一方面,通常是免费的微生物和悬浮物由于自然过滤水穿过土壤,虽然它通常含有较高浓度的溶解矿物质从其直接接触土壤和岩石。

水是治疗各种物理和化学的方法。表面水治疗始于摄入屏幕,防止鱼和碎片进入工厂和破坏泵和其他组件。传统治疗主要包括水澄清和消毒。澄清消除大部分的浊度,使水的晶莹剔透。消毒,通常最后一步治疗饮用水、破坏致病微生物。地下水不经常需要澄清,但它应该是消毒作为一项预防措施,以保护公众健康。除了净化和消毒,软化的过程,曝气,碳吸附,氟化反应可以用于某些公共水源。海水淡化过程中使用淡水供应的地方并不容易。

澄清

沉积

杂质在水中溶解或暂停。悬浮物质减少清晰,删除它的最简单的方法是依靠重力。在静止(仍然)条件下,悬浮粒子的密度比水逐渐解决盆地的底部或坦克。这就是所谓的平原沉积。长期蓄水水库(超过一个月)减少悬浮泥沙和细菌的数量。然而,通常需要额外的澄清。处理厂,沉积(沉降)坦克建造提供几个小时的存储或拘留时间水慢慢流从油罐入口到出口。保持水的坦克是不切实际的时间更长,因为大量必须治疗。

沉积坦克可能是矩形或圆形的形状,通常大约3米(10英尺)。几个坦克通常提供和安排平行(并排)操作。影响(水流)是均匀分布在进入一辆坦克。澄清废水(水流)是脱脂的表面流过叫做堰的特殊挡板。层集中固体收集底部的坦克被称为污泥。现代沉积坦克装备机械刮刀不断推动污泥收集料斗,抽出。

一个沉淀池去除悬浮物的效率取决于其表面积比在其深度和体积。相对浅槽,将更有效的比表面积非常深舱都有同样的体积,但有一个小的表面积。大部分沉积坦克,不过,不少于3米(10英尺),为了提供足够的空间为污泥层和刮刀机制。

一种探测技术沉积通常是应用于现代处理厂。在这种方法中,几个预制单元或模块的“管定居者”安装顶部附近的坦克,以增加有效表面积。

混凝和絮凝

悬浮粒子不能被完全解决。大,重粒子容易解决,但更小、更轻的粒子解决非常缓慢或在某些情况下不解决。因此,沉积步骤之前通常是一个化学过程称为凝固。化学品(凝聚剂)被添加到水一起把nonsettling粒子成更大更重的固体称为絮状物。硫酸铝(明矾)是最常见的混凝剂用于水净化。其他化学物质,如硫酸铁或铝酸钠,也可能被使用。

通常是在两个阶段:完成凝固快速和慢速搅拌混合。快速服务驱散凝结剂均匀混合在水和确保一个完整的化学反应。有时这是通过添加化学物质泵之前,允许泵叶轮混合。通常,一个小flash-mix槽提供了大约一分钟的停留时间。flash混合后,更长一段温和搅拌需要促进粒子碰撞和增强絮状物的生长。这温柔的风潮,或缓慢的混合,称为絮凝;完成在一辆坦克,它提供了至少半小时的停留时间。絮凝槽木叶片状混合器,卧式电机驱动的轴缓慢旋转。絮凝后的水流入沉淀池。一些小型水处理厂结合凝固和沉积在一个预制钢单元称为solids-contact坦克。

过滤

即使在凝聚和絮凝,沉淀不从水中去除足够的悬浮杂质使它晶莹剔透。其余nonsettling絮状物会导致明显的在水中浊度并能保护细菌免受消毒。过滤是一个物理过程,去除这些杂质水向下渗透,它通过一个多孔层或床上,沙子等粒状材料。悬浮粒子被困在过滤介质的孔隙空间,也消除有害的原生动物和自然的颜色。凝固后大部分地表水供应需要过滤和沉淀步骤。地表水的低浊度和色彩,然而,一个直接过滤的过程,并不是之前沉积,可能被使用。

两种类型的砂过滤器在使用:慢速和快速。缓慢的过滤器需要更多的表面积比快速过滤器和很难清洁。现在大多数现代水处理厂使用快速dual-media过滤器后凝固和沉降。dual-media滤波器由一层无烟煤上面一层细沙。煤的上层陷阱的大多数大的絮状物,和较低的层的细小沙粒陷阱较小的杂质。这个过程称为深度过滤,杂质不仅屏蔽或删除表面的滤床,一样在慢砂过滤。为了提高深度过滤,所谓的混合介质过滤器是用于治疗一些植物。第三层,组成的细粒度密度矿物石榴石,底部的床上。

快速过滤器是住在像箱子一样的混凝土结构,与多个盒子安排两边的管道画廊。一大罐称为明确好通常是建立在过滤器澄清水暂时。一层粗砾石通常支持过滤介质。当粒子从水中移除堵塞,滤床必须由反洗干净。在回流过程中,流过过滤器的方向正好相反。干净的水是被迫向上通过媒体,扩大滤床略,带走杂质清洗槽。回流水均匀分布在阴沟系统过滤器底部的穿孔管多孔砖或块。

因为它的可靠性,快速滤波器是最常见的类型的滤波器用于治疗公共供水。然而,其他类型的过滤器可能被使用,包括压力过滤器、硅藻土过滤器,和microstrainers。压滤机有粒状媒体床,但是,而不是打开顶部像重力流快速过滤器,它是包含在一个圆柱形钢罐。水是通过过滤泵的压力。在硅藻土过滤器,天然powderlike材料的壳组成的微生物硅藻媒体作为一个过滤器。粉是支持在薄层金属屏幕或织物,通过层和水被泵。压力过滤器和硅藻土过滤器通常用于工业应用或公共游泳池。

Microstrainers由一个精心编织不锈钢丝布安装在旋转鼓,部分淹没在水里。水进入通过公开的鼓和流出通过屏幕,留下悬浮物。捕获的固体被冲进料斗时由旋转鼓出来的水。Microstrainers主要用于去除藻类之前从地表水供应传统的重力流过滤。(也可以使用先进的废水处理。)

消毒

消毒破坏病原菌和防止水传疾病的传播是至关重要的。通常最后在饮用水处理过程,它是通过应用氯或氯化合物、臭氧、紫外线辐射水澄清。

氯化

添加氯或氯化合物饮用水氯化。氯化合物可以应用在液体和固体形式实例中,液体次氯酸钠或次氯酸钙在平板电脑或颗粒形式。然而,从加压气体的直接应用氯消毒钢容器通常是最经济的方法大量的水。

味道或气味问题最小化适当剂量的氯处理工厂,和残余浓度可以维护整个分销系统,以确保一个安全的水平点的使用。氯气可以结合某些天然有机化合物在水中生成氯仿和其他潜在的有害副产品(三卤甲烷)。这是小的风险,然而,当氯应用凝固后,沉降和过滤。

使用氯化合物氯胺(氨氯结合)消毒公共供水21世纪初以来一直在增加。这通常被称为chloramination消毒方法。氯胺消毒效果的持续时间比单独的氯,进一步保护整个配电系统的水质。同时,氯胺进一步减少味道和气味问题和生产低水平的有害副产品,而单独使用氯。

臭氧

臭氧气体可用于饮用水的消毒。然而,由于臭氧是不稳定的,它不能存储,必须生产现场,使过程更昂贵的比氯化。臭氧的优势没有导致味道或气味问题;没有剩余的水消毒。然而,缺乏一个臭氧残余很难监控其持续有效性水流通过分配系统。

紫外线辐射

紫外线辐射破坏病原体,和它的使用作为消毒剂消除了需要处理的化学物质。它没有残留,不会引起味道或气味问题。但其应用的高成本使其成为一个不良的竞争对手与氯或臭氧消毒。

额外的治疗

澄清和消毒净化地表水供应的常规流程。此外,可能使用其他技术或分开,去除某些杂质,这取决于原水的质量。

膜过滤

几种类型的合成半透膜可用于阻止颗粒的流动和分子同时允许较小的水分子通过在静水压力的影响。的驱使膜过滤系统包括微滤(MF)、超滤(UF)和反渗透(RO);他们基本上在不同压力和孔隙大小的膜使用。RO系统运行在相对较高的压力和可以用来删除从水中溶解无机化合物。(RO也用于海水淡化,下面描述)。MF和超滤系统运行在较低的压力下,通常用于粒子和微生物的去除。他们可以提供更多的保证安全的饮用水,因为微生物(病毒、细菌和原生动物)污染物可以通过一个物理屏障被完全移除。低压膜过滤的公共供水已经大大增加了自1990年代末以来,由于膜生产技术的改进和减少成本。

水软化

软化的过程是将溶解的钙和镁盐,导致水的硬度。它是实现通过添加化学物质,形成不溶性沉淀或离子交换。化学物质用于软化包括氢氧化钙(熟石灰)和碳酸钠(纯碱)。水软化的石灰—方法必须遵循通过沉降和过滤,以去除沉淀。离子交换是通过水通过列交易的天然或合成树脂钠离子对钙、镁离子。离子交换柱最终必须被清洗用氯化钠溶液再生。

曝气

曝气是一种物理治疗过程用于味道和气味控制和去除溶解的铁和锰。它由喷水到空气中或层叠向下通过栈的穿孔托盘。溶解导致口味和气味的气体从水中转移到空气中。氧气从空气中,与此同时,与水中的铁和锰,反应形成沉淀,通过沉降和过滤。

碳吸附

一个有效的方法去除溶解的有机物质,导致口味,气味、颜色被活性炭吸附。吸附能力的分子吸引到其表面的固体颗粒。碳粉与水混合可以吸附并持有许多不同的有机杂质。当碳饱和与杂质,清洗或重新激活特殊炉加热到一定温度。

氟化反应

许多社区减少的发生率蛀牙幼儿通过添加氟化钠或其他氟化合物过滤水。氟化的用量必须仔细控制。低浓度是有益的,因为没有有害的副作用,但非常高浓度的氟化物可能导致变色牙釉质。

海水淡化

海水淡化、脱盐的分离是淡水海水或盐水。主要海水淡化技术的发展发生了自1950年代以来,随着淡水需要生长在干旱和世界人口稠密地区。脱盐水的主要来源是市政供应在加勒比地区,中东,北非,它的使用正在增加在美国东南部。尽管它相对生产成本,脱盐水可能比另一种更经济的长距离运输大量的淡水。

有两种基本类型的脱盐技术:热过程和膜过程。两种类型消耗大量的能量。热方法包括传热和相变的水从液体变成蒸汽或冰。膜方法使用非常的特殊的塑料薄片作为选择性障碍,允许纯水分开的盐。

热过程

蒸馏、热过程,包括加热、蒸发、凝结,是最古老和最广泛使用的海水淡化技术。现代蒸馏的方法大量的盐水依赖水的沸腾温度降低的事实,随着气压下降,显著减少水蒸发的能量需要。系统,利用这一原则包括多级闪蒸、多效蒸馏、蒸发压缩循环蒸馏。

多级闪蒸植物占世界的一半以上生产脱盐水。这个过程是在一系列封闭的容器进行(阶段)设置在逐渐降低内部压力。从锅炉热添加到系统。当预热盐水进入低压室,其中一些迅速沸腾,或闪光,变成水蒸气。新鲜蒸汽被冷凝成水换热管道运行,通过每个阶段。这些管子的海水,从而减少从锅炉所需的热量。淡水收集在盘管。剩下的盐水流入下一阶段在更低的压力,其中一些再次闪光变成蒸汽。多级闪蒸装置可能多达40阶段,允许盐水煮多次没有提供额外的热量。

多效蒸馏也发生在一系列的低压容器(影响),但它与多级蒸馏的不同之处在于,预热盐水喷洒到蒸发器管在每个船为了促进快速蒸发。这个过程需要注入盐水从一个效果。

在蒸发压缩循环系统中,蒸汽的压缩,而不是提供的热量通过直接从锅炉热量输入。当蒸汽快速压缩,其温度上升。然后回收一些压缩和加热蒸汽通过一系列的管子通过减压室,蒸发的海水。电这个过程是能量的主要来源。用于小规模脱盐应用程序示例中,在海滨度假胜地。

另外两个热过程是太阳能加湿和冻结。在太阳能加湿,海水被收集在浅盆地”,“结构类似于一个温室。水是温暖阳光进入通过倾斜玻璃或塑料覆盖。水蒸气上升,凝结在冷却器涵盖,滴到收集槽。来自太阳的热能是免费的,但一个太阳能仍然是昂贵的,需要一个大的土地面积,和需要额外的能量来抽水的设施。太阳能加湿单元适用于个人家庭提供脱盐水或很小的村庄里阳光充足。

冷冻过程,也称为结晶,包括冷却海水形成的纯冰晶体。解冻的冰晶分离盐水,冲洗去除残留的盐,然后融化产生淡水。冻结在理论上是更有效的比蒸馏、缩放以及较低的腐蚀问题是降低操作温度,但处理的机械困难冰和水的混合物防止大规模商业工厂的建设。在炎热的气候条件下,热泄漏到工厂也是一个严重的问题。

膜过程

两个商业上重要的膜过程用于电渗析和反渗透海水淡化。他们主要用于淡化咸水或高度矿化的水供应,而不是咸的海水。在这两种方法,薄的塑料薄膜作为选择性障碍,允许淡水而不是盐流过。

大多数盐溶解在水中存在的形式被称为离子的带电粒子。一半是带正电的(如钠离子),半带负电荷(如氯离子)。在电渗析电电压在生理盐水。这导致离子迁移到电极的电荷相反的自己。在一个典型的电渗析单元,几百个塑料薄膜选择性渗透正离子或负离子,但不是两个,与电极紧密间隔的交替和绑定在一起。传入的海水膜表之间的流动。外加电压下通过膜离子移动方向相反,但他们被困在堆栈中的下一个膜。这种形式替代细胞稀释海水和盐水。量的解决方案是通过堆栈,直到达到回收的淡水质量。

当半透膜分离不同浓度的两种解决方案,有一种自然倾向成为平衡的浓度。水流从稀释到集中。这个过程称为渗透。然而,高压应用于集中的一面可以扭转这个流的方向。在反渗透,盐水注入一个容器和密封膜。淡水通过膜扩散,留下一个更集中的盐溶液。

多级闪蒸,反渗透脱盐过程的第二。它将发挥更大的作用在海水和苦咸水的淡化更耐用的膜。它也可以应用于市政污水和工业废水的深度处理。

热电联产和混合过程

脱盐使用热电联产和混合过程成本降低。热电联产(或两用)海水淡化厂是大型设备,生产电力和海水脱盐。蒸馏方法尤其适用于热电联产。发电机运行的高压蒸汽蒸馏单元可以回收的盐水加热器。这会显著减少燃料消耗相比,如果单独的设施是必需的。热电联产是很常见的在中东和北非。

混合动力系统与两个或两个以上的单位,经营不同的脱盐过程(例如,蒸馏和反渗透)。他们提供进一步的经济效益采用热电联产电厂时,有效结合每个流程的操作。

废水处理

海水淡化生产淡水而且浪费大量的废水,称为盐水。因为盐水中的主要污染物是盐,海洋处置通常不是一个问题设施附近的海岸线。在内陆的海水淡化设备,必须注意防止污染地下水或地表水。盐水处理方法包括稀释、蒸发,注入一个咸水含水层,管道运输到合适的处理。

配水

配水系统是一个网络的泵、管道、储罐等附属物。它必须为操作提供足够数量的水保持足够压力管道装置和消防设备,但它不能送水压力足够高的增加泄漏和管道破裂的发生。调压阀可以安装在低洼的服务领域降低压力水平。一半以上的成本市政供水系统的分销网络。

管道

自来水管道系统的分销网络包括动脉水管或主供料器,它传达的水处理厂主要用水在社区领域,称为二次喂食器和较小直径管道,领带的电源。通常不少于150毫米直径(6英寸),这些管道被放置在公共通行权,这样的服务可以为所有潜在的水用户的连接。管道通常安排在烤架在相互关联的循环模式,允许水流通;这允许任何破损部分的管道为修复被孤立在不影响服务社区的广大地区。“终端”模式也可以使用,但是他们不允许流通,他们提供的水是更容易味道和气味问题,因为停滞。

配水管道必须能够抵抗内部和外部的力量,以及腐蚀。管道是由内部的水压力,在压力下上覆土的重量和车辆通过。他们可能不得不承受水锤的力量;这些阀门关闭时出现过快,导致压力波通过系统。此外,金属管道可能生锈内部如果供水腐蚀性或外部腐蚀性土壤条件。

材料

分销管道由石棉水泥、铸铁、球墨铸铁、塑料、钢筋混凝土或钢。虽然不像铁、石棉水泥、因为它的耐蚀性和易于安装,是一种理想的材料二次喂到41厘米直径(16英寸)。管部分很容易与联接套筒和橡胶圈密封垫。铸铁具有优良的服务记录,许多设施仍运转后100年。球墨铸铁,更有力、更有弹性的类型的铸铁,用于更新安装。提供了铁管道直径122厘米(48英寸),通常是涂层,以防止腐蚀。地下部分与套筒接头关节,一个管段的龙头结束贝尔被推入一个相邻的结束部分。承口的橡胶圈垫片压缩两部分连接时,创建一个水密,灵活的连接。法兰和螺栓接合是用于地面设施。

塑料管道在直径61厘米(24英寸)。他们是轻量级的,很容易安装,耐腐蚀,及其平滑提供良好的水力特性。塑料管道连接通过一个套筒接头压缩类型联合或螺纹螺杆联轴器。

预制钢筋混凝土管部分直径366厘米(12英尺)用于动脉电源。钢筋混凝土管道是坚固耐用。他们加入了使用bell-and-spigot-type连接,与水泥砂浆封。钢管有时用于动脉在地上安装电源。很强大而轻于混凝土管,但必须防止腐蚀衬里的绘画和包装的内部和外部。部分钢管连接的焊接或机械耦合装置。

配件

为了正常工作,配水系统需要几种类型的配件,包括龙头,关闭阀和其他附属物。龙头的主要目的是提供消防用水。他们还用于冲洗水管道、压力测试、洗水取样,碎片从公共街道。

许多类型的阀是用来控制水流的数量和方向。闸阀通常安装在管网。他们允许关闭和孤立的部分修复破碎的电源,泵,或龙头。一种阀一般用于节流和蝶阀控制流量。其他阀门用于配水系统包括减压阀门、止回阀、空气释放阀。

安装

水管必须放置大约2米(3到6英尺)低于地面为了防止交通负荷,防止冻结。由于水分配系统是在压力下,管道的形状可以按照土地,上坡下坡。他们必须安装适当的床上用品和回填。土壤压实层下管(床上用品),以及高于管(回填)提供适当的支持是必要的。水管不应安装在同一沟污水管线。两个必须跨越的,水管应放置在污水管道。

泵

各种各样的泵用于配电系统。水泵提升地表水和移动它到附近一个处理厂被称为低扬程泵。这些移动大量的水以相对较低的排放压力。水泵流量处理过的水进入动脉电源被称为高扬程水泵。这些在更高的压力下运行。水泵配电系统内的压力增加或提高水储罐升高被称为升压泵。水泵把水从地下和放电直接分配系统。

最配水的离心泵类型,快速旋转的叶轮增加了能源的水和提高泵壳内的压力。通过离心泵流量取决于对其运作的压力。压力越高,流或放电越低。另一种泵正排量类型。这个泵提供一个固定数量的水与每个活塞或转子的循环。水是推动从泵壳或流离失所。正排量泵的流量是影响系统的压力在其运作。

储罐

分布存储坦克,熟悉的景象在许多社区,有两个基本目的:均衡存储和紧急存储。平衡存储所需的水量,满足高峰时段在社区的要求。在深夜和凌晨,当水的需求较低,高扬程水泵水箱里。白天,当水的需求较高,水的流出池,帮助满足高峰时段的水需求。这允许一个统一的处理厂和泵站的流量。水分布储罐灭火,也可能需要清理危险物质的意外泄漏或其他社区突发事件。一个分布的能力储罐设计为约等于平均每日水社区的需求。

分布储罐建造在山顶高于地面服务区域。在地势平坦的地区,坦克可能升高地上塔为了提供足够的水压力,或地面储罐升压泵可以提供。

写的杰瑞·a·内桑森,教授级高级工程师,大学联盟县,克兰福德,新泽西。的作者基本的环境技术:供水、废物处理和污染控制。

上图信贷:©汤姆心胸狭窄的人/ Shutterstock.com