河水变自来水：进厂抬一次，厂里靠重力一路往下流，每座池子的水面高多少都能算

发布于 2027-04-24｜相关行业：市政水务

一滴水从河里到水龙头，要过好几道关

打开水龙头，出来的水看着清亮，其实它从河里来的时候浑得很。泥沙、藻类、有机物、细菌，全都混在里面。净水厂要做的事，就是一道一道把这些东西拿掉，最后留下一杯能直接喝的水。

这件事听起来像是把水过滤一遍，实际做起来要分好几个阶段。泥沙大的先拦，细的靠药剂抱成大块再沉，沉下去的过滤机再截一遍，最后用氯去杀菌。每一段只管一类东西，前面没拿干净，后面就会吃力。

这一期讲一座十万吨级城市水厂的工艺流程，以及它的主要构筑物各自做什么。文中的水量、水位、药量和滤速都是算例，取的是典型量级，不是某座水厂的设计值；涉及设计计算的地方，以现行规范原文为准。

净水厂的工艺流程：八个环节，每一个只去掉一类东西

一座常规净水厂的流程，大致是这样排的：取水口和一级泵房把河水抬进厂，混合池加药，絮凝池把小颗粒抱成大块，沉淀池让大块沉下去，滤池截住沉不下去的细颗粒，消毒后的水进清水池储存，二级泵房再把水送进管网。

如果只看去掉了什么，这条线就很清楚：取水口前的格栅和沉砂拦住大块漂浮物和泥沙；混合絮凝把胶体变成大块；沉淀和过滤把大块和细颗粒拿掉；消毒杀掉细菌和病毒。前面几段负责把水变清，最后一段负责让它不再变坏。

取水口与格栅：先拦大的，再沉沙

取水口选在哪里，是水厂选址的第一件事。河道要有足够的水深，保证枯水期还能取到水；取水口要离岸有一定距离，避开船只和漂浮物集中的地方；还要尽量远离排污口。河水的水质，从取水口那一刻起就已经定了一大半。

取水口一般先设格栅。格栅是一排竖直或倾斜的栅条，把树枝、塑料袋、水草和大块的漂浮物拦下来。栅条的间距越小，拦下的东西越细，但堵得也越快，所以要配清污机，定时把拦下的东西捞走。格栅之后的进水井，通常还会设沉砂或者预沉的设施，让比较重的泥沙先沉下去，减轻后面的负担。

一级泵房的吸水口，就接在这个进水井里。吸水口要低于水面一定深度，防止空气被吸进去，也要有滤网挡住小的杂物。这一段看着简单，但是它决定了后面水泵能不能长期稳定运行。

高程图怎么画：从清水池水位往上，一段一段加水头

给水厂的高程图，画的是每个池子的水面有多高。它之所以要画，是因为水厂的大部分流程靠重力：水从高处往低处流，池子的水面一级比一级低，最后落在清水池。只要知道清水池水位，往上逐段加上每个构筑物和连接管道的水头损失，就能得到所有池子的水面标高，也就知道一级泵房要把水抬到多高。

算例里清水池最低水位定在 14.00 米（绝对标高）。滤池运行到末期，滤层、承托层和滤头合计 2.2 米，滤后管渠 0.3 米，所以滤池水面是 16.50 米。滤池出水前要过沉淀池的出水堰和渠道，加 0.4 米，堰顶 16.90 米；沉淀池内部再加 0.3 米，水面 17.20 米。再往上，絮凝池出口渠 0.2 米、池内 0.4 米，水面 17.80 米；混合池出口渠 0.2 米、池内 0.3 米，水面 18.30 米。

这一段一共加了 4.3 米。滤池到混合池是 1.8 米，清水池到滤池是 2.5 米。混合池水面 18.30 米，再加一级泵房到混合池的出水管 1.2 米，泵的出口要把水送到 19.50 米。取水井最低水位 7.00 米，中间的差就是泵要抬的高度，再加吸水管与滤网的 0.5 米和泵房内管件的 0.3 米，扬程约 13.3 米。

图里的顶排数字是相邻两池的水面差，也就是两段水头损失之和。读这张图要记住一个方向：它是从清水池往上算的，不是从取水口往下算。清水池的水位是整个高程的起点，改它一厘米，上游每个池子都要跟着动一厘米。

水头损失怎么估。管道里的沿程损失随流速和管长增加；阀门、弯头、变径管的局部损失，设计初期常按经验系数估，到施工图阶段再算准。水厂高程图里的每一段数字，都是这两部分加起来的结果。改了一个管径，或者多加了一个弯头，下游的水面都会跟着动，所以高程图要在方案阶段就定下来，后面再改很麻烦。

一级泵房：只为把水抬到 19.5 米那一下

取水井的最低水位是 7.00 米，混合池的水面是 18.30 米，中间差了 11.3 米。这是一级泵房要抬的静高差。再加上出水管 1.2 米、吸水管和滤网 0.5 米、泵房内管件 0.3 米，扬程就是 13.3 米。

算功率用的是 P = ρgQH/η。日供水 10 万立方米，折合每秒约 1.16 立方米；扬程 13.3 米，水泵效率按 0.8 取，轴功率约 189 千瓦。这是泵的功率，不是整厂的用电，但它能告诉你一级泵房是厂里最耗电的几处之一。

一级泵房通常是离心泵，吸水井在地下或半地下，水泵立在泵房里，电机在上面。图里左边是取水井，井底的进水口带网罩，防止大的杂物吸进去；中间是泵房；右边是出水管，把水送到厂内的混合池。

为什么只抬这一次？因为后面的每一段都是重力流。混合、絮凝、沉淀、过滤，每个池子的水面都比下游高一点，水自己就能流过去，不需要再加泵。这样做的好处是运行可靠，停电时水的流向不乱；代价是厂区的高程要算得很准，池子不能随便往低处放。

河水位不是一成不变的。枯水期和汛期，取水井的水位能差好几米，扬程随之变化。泵的流量如果不跟着调，要么水量不够，要么白抽、多耗电。所以一级泵房通常装多台泵，或者用变频调速，让水泵的工作点随水位和用水量一起移动。算例里取的是枯水位 7.00 米，按这个水位算出来的扬程最大，是最不利的一种工况。

混合和絮凝：先下药，让细小颗粒抱成能沉的大块

河水里的细小颗粒，多数带着同种电荷，互相排斥，所以放上一天也不沉。要让它们沉下去，先要让它们靠在一起。这一步靠的是混凝剂。常用的是聚合氯化铝一类的无机盐，投进水里后，它水解出的正电荷中和颗粒表面的负电荷，颗粒才能碰上、粘住。

混合池负责快速搅匀，让药剂在几十秒内均匀分散到整个水流里。絮凝池紧跟着，搅拌要慢，让刚碰上的颗粒有时间长成矾花。转速太快，矾花会被打碎；太慢，颗粒碰不到一起。絮凝池一般分成几段，搅拌强度从前往后逐段减小，让矾花越长越大、越来越结实。

投多少药，看的是水质。算例里投加率取 20 毫克每升，也就是每升水里加 20 毫克药。10 万立方米的水，合计 10 万 × 1000 升，乘下来是 2000 千克，也就是每天约 2 吨纯药剂。投加率在 10 到 30 毫克每升之间，每天的药量就在 1 到 3 吨之间。

行业里常用速度梯度 G 来描述搅拌的强弱。混合段要求 G 很大，让药剂在几秒钟内打散；絮凝段的 G 要小，并且从前段到后段逐渐减小，免得后面的矾花被打碎。典型的混合段 G 在每秒几百，絮凝段从几十逐步降到十左右，停留时间一般十几到二十几分钟。这些是典型范围，具体数值要靠烧杯试验和中试来定。

混凝效果还受水的 pH 和温度影响。pH 过低，药剂水解不充分，需要的投加量就大；水温低，水解变慢，矾花长得慢，也沉得慢。冬天水温低时，很多水厂要加大投药或者延长絮凝时间，这是运行中很常见的调整。

沉淀：大块靠重力落下，斜管把池面切成几十层

矾花长到一定大小，重力就能把它拉下去。沉淀池做的就是给它足够的时间和足够的空间。水从池子一端进，慢慢流过去，矾花一路往下沉，到池底被刮泥机或泥斗收走，清水从另一端的出水堰溢出。

沉淀池的效率，主要看池面有多大，而不是池子有多深。同样的水量，池面越大，水流得越慢，颗粒越容易落下来。为了在有限的占地里装下足够的池面，现在很多水厂在沉淀池里装斜管。斜管是一束倾斜摆放的管道，把一个平面切成几十层薄薄的小沉淀区，每层都只有几厘米高，颗粒很快就碰到管壁落下去。

图里的沉淀池上部是斜管，下面是池身，底部是锥形的泥斗，泥斗下接排泥管。斜管装得越密，同样的占地能处理的水越多，但管子容易被泥和藻类堵住，运行时要定期冲洗。

沉淀池有几种型式：平流、竖流和斜管，原理相同，占地不同

沉淀池的原理只有一条：颗粒在水里有一个自然的沉降速度，只要水在池子里停留得够久，沉降距离够长，颗粒就能落到池底。区别在于池子的形状怎么把这段距离和时间给够。

平流沉淀池是长方形的，水从一端进，沿着池子的长度方向慢慢流到另一端，矾花一路沉下去。它结构简单、运行稳定，大水厂用得多，缺点是占地大。竖流沉淀池是圆形或方形的，水从中心管进入，向四周均匀散开，然后往下沉，矾花则从池底落下去，适合规模不大的水厂。斜管沉淀池是在池子里装斜管，把沉淀面切成很多层薄片，颗粒沉降的距离变短，在同样的占地里能处理更多的水。

三种池子各有适用的场合。规模大、土地宽裕，平流池运行最稳；占地紧张，斜管池能省出一大块地；小水厂或者只做预沉的地方，竖流池的造价低。选哪一种，要把水量、占地、造价和运行维护一起算。

过滤：滤速 8 米每小时，停一格反冲，其余几格得多干

沉淀之后的水，还是会带着一部分细小颗粒，浊度不会为零。滤池就是最后一道截留。水从上往下穿过一层滤料，滤料多是石英砂，颗粒之间有很多缝隙，细颗粒卡在缝隙里，水从滤层底部流出，就清了。

滤池的大小，由水量和滤速定。算例取 8 格，合计过滤面积 521 平方米，每格 65.1 平方米。滤速取 8 米每小时，这是典型的快滤池量级。如果有一格停下来反冲，其余 7 格就要承担全部水量，滤速升到 9.1 米每小时；两格同时停，滤速到 10.7 米每小时。滤速越高，水穿过滤层越快，出水水质越容易变差。

反冲洗是滤池的必修课。滤层用久了，缝隙里积满了截下来的颗粒，阻力越来越大，水头损失涨到 2.5 米左右就要冲洗。算例里反冲强度取 15 升每秒每平方米，冲 6 分钟，一格一次耗水约 352 立方米。8 格每天各反冲一次，合计 2813 立方米，约占供水量的 2.8%。这笔水是从清水里出的，要算进自用水。

滤池剖面：滤料、承托层和滤头，各管一段水

普通快滤池从上到下，依次是待滤水层、滤料层、承托层和配水系统。待滤水就是沉淀之后还没过滤的水，浊度已经降下来，但仍带着细颗粒。滤料是颗粒状的砂，颗粒之间截住悬浮物；承托层是更粗的卵石或砾石，把滤料托住，防止它被水带走；配水系统是埋在池底的滤头或滤板，把水均匀分开，同时在反冲时把水均匀送上来。

图里的出水管接在滤池底部，水经滤头和承托层流到出水渠，再进入清水池。如果滤头堵了或者分布不均，某一块滤料会比别的地方先穿透，出水就会不稳，这也是滤池检修的重点。

滤池反冲洗：水冲，有时加气，冲完的第一段水要倒掉

滤池反冲洗的基本办法是反向送水，把滤料托起来，让颗粒互相摩擦，同时把截下来的悬浮物冲走。滤料膨胀的程度，取决于反冲强度，强度太小，冲不干净；太大，滤料会被冲出池外。

不少水厂采用气水联合反冲：先送气，让滤料松动、颗粒之间的污物被气泡搅起来，再送水把它们冲走。气水联合能省水，冲得也更干净，但设备和运行要求更高。

反冲洗结束后，滤池刚恢复运行的那一段水，浊度往往偏高，因为滤层还没完全稳定，残留的悬浮物会被带出来。这一段水一般要排掉，不进清水池。这部分也是自用水的一部分，它会让实际的自用水比只算反冲洗略高。

同一杯水在每一段什么样：从浑黄到透明，靠的是几次沉下去

从河里舀一杯水，刚取上来的时候，颜色发黄，细看能看到悬浮的泥点。它的浑浊主要来自两部分：一部分是肉眼能看到的泥沙，放一会儿就沉了；另一部分是胶体，细到光线穿过去都散开，怎么放也不沉，这是最难处理的。

进了混合池，水的颜色还没有变，但加入的药剂在看不见的地方已经开始起作用。到了絮凝池，水里开始出现细小的白色絮体，像雪片，一开始很碎。慢慢地，絮体长大，颜色也从乳白变成半透明，能看见一团一团在水里慢慢转。

沉淀池里，絮体已经有了一定的大小和重量，纷纷往下落。出水堰那一端，水面看上去已经清亮，只是还带着一点淡淡的浑，通常在光线下能看出一层薄雾。滤池把这层薄雾也拿掉，出来的水透明，没有颜色，也没有明显的悬浮物。

一杯水要变成能喝的水，它一共沉了两次：一次是矾花在沉淀池里沉下去，一次是细颗粒在滤层里被截住。两次都依赖的是同一个道理，颗粒要先变大，才能被拿掉。

消毒和清水池：CT 不够，隔板就得加

过了滤池，水基本清了，但细菌和病毒还在。消毒通常加氯，在清水池进口投入，让余氯和水里的细菌、病毒接触一段时间，把它们杀掉。杀菌的效果，看的是 CT 值：余氯浓度乘以接触时间，二者缺一不可。浓度高，时间短，效果可能和浓度低、时间长差不多。

算例里清水池的有效容积取 6000 立方米，每小时水量 4167 立方米，水的停留时间约 86 分钟。但停留时间不等于有效接触时间。水在池子里不是一起走的，有的会走近路，从进口直奔出口，真正参与消毒的那部分，在没有隔板的池子里只占约 30%，T10 约 26 分钟。余氯 1.0 毫克每升时，CT 约 26。

如果在池子里加三道隔板，把水流弄成几段弯折的通道，有效接触比例能提到 60% 左右，T10 约 52 分钟，CT 约 52。算例里的 CT 要求取 30，不加隔板过不了线，加了隔板就有余量。这就是为什么清水池里常常要设隔墙：它不是储水的结构，是让水绕着走满全程的办法。

实际工程的消毒要求，以现行国家标准为准，还要看余氯的测点位置和水温。这里的数字只说明算法和量级。

消毒剂怎么选，副产物怎么管

常用的消毒剂有液氯、次氯酸钠和二氧化氯。液氯便宜、杀菌能力强，但它是压缩的液化气，运输和储存都有安全要求，现在不少水厂改用次氯酸钠溶液，安全性更好，但成本略高。二氧化氯的消毒效果好，还能减少某些副产物，制备过程相对复杂，需要现场制取。

消毒剂和水里的有机物反应，会生成一些副产物。最常提到的是三卤甲烷。这也是为什么净水厂要先把有机物尽量去掉，再加氯，而且要控制投加量，只留下满足管网需要的余氯，不一味加大剂量。深度处理的臭氧和活性炭，有一部分就是为了这个目的。

管网末梢也需要余氯，因为水在管道里流很久，细菌还会再繁殖。所以消毒不只是清水池的事，还要靠管网里保持一定的余氯。出厂余氯和末梢余氯的标准，以现行国家标准为准。

二级泵房与管网：清水池的水为什么还要抬一次

清水池的水位是 14.00 米，它比混合池低，却还要进入城市管网，送到几公里外的用户家里。所以清水池后面还要接一座二级泵房，把水加压送出去。

二级泵房的流量不是一直不变的。白天用水多，晚上用水少，泵要跟着开停或者调速，管网里的水压才能稳定。有的水厂在管网里设高位水池或水塔，把晚上多余的水存起来，白天再放出来，帮二级泵房削峰。

这也是为什么清水池要留储水量。它一头接着滤池和消毒，一头接着二级泵房，中间就是一个缓冲。水厂的运行，要让上游的处理水量和下游的用水水量大致配平，清水池就是那块调节的地方。

清水池还有一个作用：调节。滤池是连续运行的，二级泵房的流量却随用水量变化。白天用水高峰，二级泵抽走的比滤池出水快，清水池水位下降；夜里用水少，水位就升上来。清水池的有效容积，就是给这个差额留的空间。容积留得太小，泵一开一停，水厂的运行就会跟着抖；留得太大，又是一笔不必要的投资。

平面怎么布：沿水流方向排，回头路越少越好

平面布置图画的是各个池子在地面上怎么摆。最基本的原则是顺着水流方向排：取水在河边，一级泵房挨着取水井，混合、絮凝、沉淀、滤池、清水池依次往后，二级泵房和加药间放在清水池旁边。这样管道最短，水的走向一眼就能看出来。

算例里的滤池是 8 格，两排并列，每格 8.0 × 8.1 米，合计 521 平方米；清水池 30 × 40 × 5 米，有效容积 6000 立方米，内部三道隔板。这些尺寸是为了让前面的水力计算成立，不是某座厂的图纸尺寸。

图里的线就是水的线，几乎每一段都是直的。它的好处是管理方便，操作人员能顺着一条线巡检；代价是厂区很长，占地不小。有些厂会把滤池和沉淀池做成双层或者合建，就是为了省占地，但高程和管道要更仔细地算。

水厂的布置还要考虑维护。滤池、沉淀池要留出检修通道，药剂间要靠近加药点、远离办公和生活区，排泥水要有去处。这些都是要在平面图上预先留出来的空地，不能等建完了再补。

自用水：取水要比供水多 6.3%

一座水厂，从河里取的水，不会全部变成供给用户的水。滤池要反冲，沉淀池要排泥，药剂配制和管道冲洗也要用水。这些自己用掉的水，要从取水量里扣掉。

算例里反冲洗占供水量的 2.8%，沉淀池排泥取 3.0%，其他取 0.5%，合计 6.3%。要向用户供出 10 万立方米，取水就要 106313 立方米，取水比供水多 6.3%，自用水占取水量约 5.9%。

这个比例会随水质和工艺变化。原水越浑，沉淀排泥越多；滤池运行周期越短，反冲越频繁。自用水率是水厂运行的一个关键指标，它高了，往往说明前面的药剂和沉淀没有做好。

排泥水去哪儿：水厂里最不起眼的一笔

沉淀池排出来的泥、滤池反冲洗排出的水，还有絮凝池里没能沉下去又被带走的部分，都要有地方去。它们的量不大，但含固量低、体积大，处理起来很麻烦，这也是自用水里那一笔排泥占比高的原因。

常见的做法是先送到排泥水池或调节池，让水量和浓度均匀一些，再进浓缩池，把泥沉到底部，上清液回到厂内重新利用或排走。浓缩后的泥再送到脱水设备，压成含水率较低的泥饼，运出去处理。脱水的办法有板框压滤、带式压滤和离心脱水等，选哪一种要看泥的性质和场地。

回收上清液是水厂节水的一条路，但要小心。排泥水里的细颗粒、铝盐和有机物如果一直循环，会慢慢影响混凝效果，所以回用的比例要控制，并且要定期检查出厂水质。

水质指标：浊度、余氯和细菌，各管一头

一座水厂的运行，主要靠几个指标来判断好坏。浊度反映水里悬浮颗粒的多少，它是混凝、沉淀和过滤效果最直接的体现。滤后水的浊度，要比沉淀后的水低得多，滤池出问题，最先在浊度上看得出来。

余氯反映消毒的余量，它要在清水池出口和管网末梢都测。出口余氯高，说明加氯够；末梢余氯低，可能是管网太长、水停留太久，或者有二次污染。细菌指标则是最终的检验，要靠实验室培养，周期较长，所以平时主要靠浊度和余氯来做日常控制。

运行人员每天看的，就是这几个数。它们之间也互相牵制：加药太少，浊度会高，滤池负担变重；加药太多，矾花形成过快，反而难沉；加氯不够，余氯就低；加氯太多，副产物会变多。把几个数放在一起看，比单看一个数更能说明问题。

深度处理只点到为止：臭氧-活性炭、膜

上面讲的常规流程，能把浊度和细菌拿掉，但对一些有机物、异味和更小的颗粒，效果有限。有些水厂因此在滤池之后或消毒之前加一段深度处理。最常见的是臭氧加活性炭：臭氧把有机物氧化分解，活性炭吸附剩下的有机物和异味。也有用膜过滤的，超滤或纳滤膜能截住比滤池更小的颗粒和微生物。

深度处理的代价是投资和运行成本都更高，臭氧要现场制取，活性炭要定期更换或再生，膜要定期清洗。要不要上，取决于原水水质和出水标准，不是越先进越好。

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