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水是如何旅行的?一文读懂水的循环

水究竟是怎样循环的?从水源地到自来水需要几步?污水处理有那些环节?身边人常常有人追问这些问题,为此,我们特意做了这篇科普文,一篇说清楚水的循环,方便大家水知识普及!

打开水龙头,水就欢快地流了出来;轻轻一倒,使用过的污水就乖乖地进了下水道……对于大众而来,水的到来和离开就这么简单。其实,在我们看不见的地方,水会经历无数考验,完成从天上到人间,再从人间到天上的循环之旅。

01水源地的水从何处来?

大家都知道每个城市都自己的水源地。水源地,关乎几十万、几百万甚至上千万人的生活,因此,必须经过精心筛选,符合国家水源水质标准。在中国有些水源地声名远播,比如浙江省千岛湖水源地、湖北省丹江口水源地、广东省万绿湖水源地、贵州省赤水河、青海省三江源等。那么,水源地的水又从何处来? 

无论白天黑夜,自然界的水无时无刻不在被蒸发。蒸腾而上的水蒸汽,在高空受冷被液化成小水滴或凝华成小冰晶,这些小微粒能被空气中的上升气流顶起,形成浮云。云中的小水滴和小冰晶越聚越多,越来越大时,达到一定程度,上升气流再也无法支撑它们,就会下落。下落过程中,小冰晶也会融化成为小水滴,与其他小水滴一起降落在地面,形成了雨。 

飘飘洒洒的雨,一部分落到溪流里,跟着溪水,一同汇集到水源保护地,一部分落到土壤里,经过土壤的渗透和过滤,形成地下水,最后也会入水源保护地。在城市水务系统中,这些水被称为原水。

02从水源地到水龙头,发生了什么?

未经处理的原水,其中常常含有藻类、腐殖质、泥沙等,还达不到使用标准。它们必须在自来水厂经过一番“修炼”,才能进入到千家万户。

为了帮助原水完成“修炼”达标,为了给居民生活和企业运转提供保障,城市水务系统该登场了。

水务,是一个大家不太了解,却与每个人息息相关的行业。在水务工作人员的协助下,水源地的原水,一般需要闯过四关:混凝、沉淀、过滤和消毒:

1混凝 

向水中投加混凝剂,让水中的胶体粒子和微小悬浮物相互凝聚,生成大颗粒。

2沉淀 

利用水中悬浮颗粒和水的密度差,在重力作用下产生下沉作用,将这些颗粒从水中分离。

3过滤 

利用颗粒状滤料截留经过沉淀后水中残留的颗粒物,进一步去除水中的杂质,降低水的浑浊度。

4消毒 

向水中加入氯或氯胺或二氧化氯等消毒液,将水中的病原微生物消灭,以达到饮用水的水质要求。

当然,这只是常规步骤,除此之外,还有生物预处理、活性炭净化处理、臭氧预处理、膜法水处理技术等处理方法。

原水经过处理,成为安全用水之后,还需要经历遍及城市的水网系统,才能输送到家家户户。这可不是一个轻松事儿,城市水务系统常常面临漏损、浪费、管网压力、能源管理协调等多方面的挑战。为了解决这些问题,近年来,不少水务公司都在建设智慧水务系统。

智慧水务,简单来说就是用数字化技术让水处理、供应等更加智慧。比如,大家在手机上交水费就属于智能水务的一部分。不过,对于水务公司来说,建立智慧水务系统则是相当复杂的。

03污水是如何”洗白”的?

经过上面这些环节,自来水通过供水管网顺利分配到各个地方,用于市民生活与城市生产。但是水的旅行并未结束,被使用后的水,附着了大量的污染物,变成了大家常说的污水。污水,进入污水处理厂,开启一段非同凡响的蜕变之旅。

在污水处理厂,污水至少要历经物理处理-生物处理-深度处理三个阶段,通过若干道关口的洗礼,才会被真正“洗白”。

物理处理

用设备过滤、沉淀污染物

在物理处理阶段,污水主要需要经历粗格栅-细格栅-曝气沉砂池三关。格栅就是一个过滤设备。粗格栅,截留了污水中粗大垃圾,如鞋子、塑料瓶、塑料袋等。经过粗格栅的污水,再经由水泵送到细格栅,过滤了污水中的细小颗粒。

随后,污水进入曝气沉砂池,在这里,污水中比较大的无机颗粒(砂)会被去除,防止堵塞和磨损后面的泵和管道。在这个阶段,如果水中悬浮物太多,或者污染物含量偏高还可能加入化学药剂,降低一部分污染物和悬浮物。若是化工、制药等高浓度、难降解、有毒性等污水,则需要用解毒断链处理,把水中有毒的物质转化成无毒或者低毒的物质。

生物处理

用微生物吃掉污染物

生物处理,形象一点说就是利用微生物来分解污水的污染物。在这个阶段,污水要先后进入厌氧区、缺氧区、好氧区。不同类型的微生物在相应的池子里,对着污水身上的大量氮、磷、有机物的污染物大块颐朵,从而让污染物浓度大幅度降低。在这个过程中,微生物不停繁殖,去完成使命,然后死亡,它们与一些菌体结合在一起,就形成了活性污泥。

经过生物处理的污水会进入二次沉淀池,进行沉淀分离,污泥下沉,部分污泥回流到反应器中继续工作,其他污泥则进入储泥池等待处理,在上层的清水则溢出。此时,溢出的清水已达到国家污水处理二级B标准。达到这个标准的水,可以作为绿化用水使用,但不能用于冲厕、冲洗车辆。

深度处理

进一步“洗白”

经过上面这些步骤,原来浑浊不堪的污水已经快“洗白”了,其中污染物浓度已经很低了,但是还可能会有部分指标超标,需要进行深度处理。

这些水,首先来到混凝过滤区,通过加入化学药剂、吸附等手段,进一步去除水体中的污染负荷。随后,它们来到紫外消毒池。在这里,紫外灯管发出的紫外光对水进行消毒杀菌,最终,这些水达到了国家污水处理一级A标准。这样的水算是洗白了,它们被称为再生水,可用于市政道路浇洒、绿化浇灌、景观补水、洗车冲厕等,一部分用于河道补水,经过生态湿地的过滤,逐渐回归自然界。

之前提到污泥,由于它们含水量极高,水处理厂会采用脱水机,加入絮凝剂进行脱水之后,再外运,经过科学合理处置后可制成有机肥用于矿山修复,绿化种植或焚烧制成水泥及其它工业材料。

当然,这只是污水处理的基本步骤,据统计全国建成运营的污水处理厂已经4500多座,污水处理的具体工艺也有30多种。而且,现在新建成的污水厂,也正在告别“脏乱差”的固有印象,正在被更多的高科技武装,变得越来越智慧,帮助更多污水更好地“洗白”,造福我们的环境与生活。

从雨水到原水到污水到再生水,到这里,水就完成了一圈人间之旅。阳光下,蒸发无时无刻不在发生,那些看不见的小水滴正在随着气流上升,告别奇妙人间,去往天上,不久之后,新一轮的旅行即将开始。