淺談我國(guó)給水廠水處理工藝發(fā)展趨勢(shì)

曹慧

【摘要】傳統(tǒng)的混合、絮凝、沉淀、過(guò)濾和消毒給水處理工藝已較難處理當(dāng)前日益復(fù)雜的原水水質(zhì)和滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的水質(zhì)要求，給我國(guó)給水處理工作提出了新的問(wèn)題和發(fā)展方向。增加預(yù)處理設(shè)施、深度處理設(shè)施或者對(duì)原有工藝進(jìn)行改進(jìn)，優(yōu)化絮凝控制技術(shù)、優(yōu)化消毒方法和檢測(cè)技術(shù)、強(qiáng)化混凝以及強(qiáng)化過(guò)濾等措施，是我國(guó)給水處理工藝的發(fā)展趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】給水廠；給水處理工藝；改進(jìn)；發(fā)展趨勢(shì)

隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以及居民生活水平的不斷提高，當(dāng)前給水廠水處理傳統(tǒng)工藝面臨兩大問(wèn)題。一是居民對(duì)飲用水健康問(wèn)題越來(lái)越重視，給水廠不僅需要提供滿足當(dāng)前水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的飲用水，更需要不斷提高水處理工藝，提供更高水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的飲用水。二是日益嚴(yán)重的水源污染，生活飲用水水源中污染物逐漸增加， 特別是工業(yè)污染、禽畜水產(chǎn)養(yǎng)殖污染、農(nóng)藥化肥殺蟲(chóng)劑及除草劑等的不合理使用以及生活污廢水中有機(jī)化合物的量和種類不斷增加。

給水廠水處理傳統(tǒng)混凝、沉淀、過(guò)濾和消毒工藝?yán)碚撌墙⒃谝哉惩聊z體微粒和致病細(xì)菌為主要工作對(duì)象的基礎(chǔ)上。隨著污染物種類的增多，原水成分的更加復(fù)雜，要求給水處理工作者必須重新認(rèn)識(shí)給水處理工作，進(jìn)行給水處理工藝的不斷改進(jìn)和提高，也是未來(lái)水處理工藝的發(fā)展趨勢(shì)。因此，有必要對(duì)給水處理工藝改進(jìn)和提高的方向進(jìn)行簡(jiǎn)單的歸納，為給水處理工作者提供參考。

1、原水預(yù)處理

原水預(yù)處理是設(shè)置在給水廠水處理傳統(tǒng)工藝之前的一種原水處理措施，包括格柵去除原水中較大懸浮雜物、預(yù)沉池、預(yù)加氯、調(diào)節(jié)原水水質(zhì)、活性炭吸附以及生物過(guò)濾等各種水處理措施。我國(guó)的原水預(yù)處理措施主要包括格柵去除原水中較大懸浮雜物、預(yù)加氯以及預(yù)沉池。而活性炭吸附對(duì)給水處理成本影響較大，一般采用較少，只有當(dāng)原水水質(zhì)的污染較為嚴(yán)重時(shí)，為了去除臭味和大量的有機(jī)物而采用。

在發(fā)達(dá)國(guó)家的原水預(yù)處理措施中，采用調(diào)節(jié)原水水質(zhì)作為原水處理的常用手段之一。如日本東京朝霞水廠常規(guī)混凝劑采用聚合氯化鋁，當(dāng)原水PH在7～8之間時(shí)，其混凝效果最佳，為了提高混凝效果，水廠采用氫氧化鈉作為調(diào)質(zhì)劑來(lái)調(diào)節(jié)原水pH值，并根據(jù)不同時(shí)期原水水質(zhì)的變化來(lái)調(diào)節(jié)加藥量。由此可見(jiàn)，如果原水堿度不足導(dǎo)致混凝效果不佳時(shí)，投加堿來(lái)提高堿度是非常必要的。類似朝霞水廠的原水水質(zhì)調(diào)質(zhì)方法，在操作過(guò)程中并沒(méi)有技術(shù)難題，較容易實(shí)現(xiàn)，在其他發(fā)達(dá)國(guó)家的水處理工藝中已普遍采用。

當(dāng)前國(guó)際上對(duì)水中有機(jī)污染物的控制和去除采用的處理工藝主要有兩種，一種是改變加氯消毒方式，在水處理初期不采用氯氣。當(dāng)采用其他處理工藝使水中有機(jī)物含量降到安全線以下后，再投加一定量的氯，用以控制管網(wǎng)中細(xì)菌的再生。另一種辦法則是在原水預(yù)處理時(shí)，將有機(jī)物去除。一般采用預(yù)曝氣法或生物化學(xué)方法對(duì)原水進(jìn)行有機(jī)物去除，預(yù)曝氣法是利用微生物的新陳代謝消耗掉有機(jī)物，但其處理工藝由于水停留較短，不能有效的去除水中有機(jī)物。而生物濾池單位處理效率較低，且占用較大，運(yùn)行管理復(fù)雜，需要進(jìn)行改進(jìn)?，F(xiàn)在日本研制生物過(guò)濾工藝取得突破性進(jìn)展，其原理是在濾料上培養(yǎng)形成微生物膜，當(dāng)原水通過(guò)濾池時(shí)，微生物膜對(duì)原水中的有機(jī)物進(jìn)行生物分解。由于濾料表面凹凸不平，生物膜可以良好的附著，使得單位體積生物量增多，提高了原水中污染物與生物膜接觸概率，分解效率得到提升，同時(shí)兼具慢濾池的過(guò)濾機(jī)理和快濾池的分解效率。

目前，我國(guó)在調(diào)節(jié)原水水質(zhì)和去除原水中有機(jī)污染物方面，應(yīng)用的較少，具有很大的提高和發(fā)展空間。

2、絮凝控制技術(shù)

絮凝控制技術(shù)決定了絮凝工藝的處理效果，如果控制不好，既浪費(fèi)藥劑又影響后續(xù)的沉淀效果。目前，我國(guó)給水廠大多仍沿用取樣后燒杯攪拌試驗(yàn)的方法來(lái)估算加藥量，并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行人工投加。該方法的缺點(diǎn)有以下三個(gè)方面，一是燒杯試驗(yàn)的水力條件與實(shí)際生產(chǎn)時(shí)的差別較大，二是試驗(yàn)的滯后性，使得試驗(yàn)結(jié)果與水質(zhì)水量的變化不同步，提供的加藥量?jī)H為參考，不能及時(shí)調(diào)整加藥量，三是不能滿足連續(xù)運(yùn)行的需要。

為了克服這些問(wèn)題，近些年來(lái)，我國(guó)給水處理工作者研發(fā)了兩種絮凝控制技術(shù)，分別為模擬濾池法和前饋數(shù)學(xué)模型法，通過(guò)兩種技術(shù)的實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)結(jié)果顯示，其對(duì)絮凝過(guò)程具有自動(dòng)監(jiān)控和調(diào)整絮凝劑投加量的功能，可節(jié)約絮凝劑投加量15%左右。但以上兩種方法的準(zhǔn)確度受到模擬水力條件或者原始資料準(zhǔn)確程度的影響較大，未在國(guó)內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。

目前，國(guó)外絮凝劑投加控制方法向單因素控制模式發(fā)展，單因素控制模式不需要建立繁雜的多因素模型，檢測(cè)傳感器只需檢測(cè)單一指標(biāo)，連續(xù)檢測(cè)非常方便，降低了管理維護(hù)的難度，經(jīng)過(guò)國(guó)外給水處理工作者的研究，相繼出現(xiàn)了絮凝控制在線檢測(cè)儀和流動(dòng)電流投藥控制系統(tǒng)等絮凝控制技術(shù)。

英美等發(fā)達(dá)國(guó)家已有數(shù)十家給水處理廠應(yīng)用流動(dòng)電流投藥控制系統(tǒng)進(jìn)行絮凝過(guò)程檢測(cè)控制，收到了良好的效果，平均節(jié)約絮凝藥劑20%左右，證明該技術(shù)在混凝過(guò)程控制方面的應(yīng)用是成功的。絮凝控制在線檢測(cè)儀器是一種新型的用來(lái)檢測(cè)控制絮凝過(guò)程裝置，其原理是通過(guò)檢測(cè)絮凝過(guò)程中生成的膠體所產(chǎn)生的濁度，來(lái)反應(yīng)絮體的形成狀態(tài)，能夠非常靈敏地進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，進(jìn)而確定最佳投藥量，具有廣闊的應(yīng)用前景。

上述兩種單因素自動(dòng)控制絮凝檢測(cè)裝置是當(dāng)前給水處理絮凝控制工藝的先進(jìn)技術(shù)，而我國(guó)給水處理絮凝工藝中，絮凝藥劑投加控制方面，處于一般水平，因此應(yīng)對(duì)上述絮凝控制技術(shù)進(jìn)行積極的引進(jìn)、研究和發(fā)展，建立符合不同城市和不同原水水質(zhì)的控制方法，提高我國(guó)在混凝控制方面的水平。

3、水處理工藝強(qiáng)化

目前我國(guó)給水廠水處理工藝最經(jīng)濟(jì)可行的方法是在已建給水廠凈水工藝基礎(chǔ)上進(jìn)行改造。

3.1 強(qiáng)化混凝工藝

混凝工藝強(qiáng)化手段，主要包括以下幾種，一是通過(guò)增加混凝劑的投加量，來(lái)壓縮有機(jī)物的水化殼， 繼而中和有機(jī)物陰離子，使無(wú)機(jī)膠體脫穩(wěn)，消除有機(jī)物對(duì)無(wú)機(jī)膠體的影響。二是投加絮凝劑， 增加吸附、架橋作用， 通過(guò)絮體粘附有機(jī)物，并隨著絮體共沉而得到去除。三是投加強(qiáng)氧化劑， 使有機(jī)物被氧化。在以上強(qiáng)化改造的同時(shí)，改進(jìn)水力條件，調(diào)整混凝反應(yīng)的時(shí)間，充分發(fā)揮混凝劑的作用。

3.2 強(qiáng)化過(guò)濾工藝

強(qiáng)化過(guò)濾手段是對(duì)常規(guī)給水處理的過(guò)濾環(huán)節(jié)進(jìn)行強(qiáng)化的給水處理工藝，主要包括以下兩種，一是對(duì)已建水廠原有的濾池進(jìn)行改造，采用活性炭替換一定厚度的原濾料。二是采用生物濾池代替常規(guī)濾池。強(qiáng)化后的濾池，可使進(jìn)水中的污染物在濾池中產(chǎn)生物化和生化作用，可使水中的污染物等得到更有效的去除。

4、優(yōu)化消毒工藝

4.1 更新消毒劑及消毒方法

加氯消毒是我國(guó)目前主要使用的消毒方式，常規(guī)消毒工藝采用的消毒劑一般為氯氣和次氯酸鈉，其優(yōu)點(diǎn)滅菌能力強(qiáng)，并能產(chǎn)生防止二次污染的余氯，抑制在輸配水管線中產(chǎn)生病菌和生物膜，但在消毒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生鹵代烷副產(chǎn)物以及致突變物--有機(jī)氯化合物。氯代烷對(duì)人體有毒性且破壞臭氧層，因此，未來(lái)給水消毒的發(fā)展方向應(yīng)減少氯及其化合物使用量或者使用代替氯及其化合物的新型消毒劑。這類新的消毒劑主要為二氧化氯和臭氧。通過(guò)對(duì)各種消毒劑消毒試驗(yàn)的結(jié)果來(lái)看，臭氧的消毒能力最強(qiáng)，二氧化氯次之，都比常規(guī)加氯消毒的效果要好，并且在消毒過(guò)程中，不會(huì)產(chǎn)生鹵代烷副產(chǎn)物以及致突變物--有機(jī)氯化合物，為后續(xù)的管網(wǎng)余氯投加提供了更安全可靠的水質(zhì)。近些年，二氧化氯和臭氧的發(fā)展研究非常迅速。

二氧化氯的氧化能力是氯氣的三十倍左右，有效氯的含量是氯氣的三倍左右，是一種強(qiáng)氧化劑。可采用二氧化氯進(jìn)行預(yù)加氯，進(jìn)行原水的初次消毒處理，并且可以有效的去除原水中有機(jī)物，有效的降低了余氯投加時(shí)，管網(wǎng)中鹵代烷副產(chǎn)物以及致突變物--有機(jī)氯化合物生成的概率，提高了水質(zhì)安全性。我國(guó)給水廠多采用加氯消毒系統(tǒng)，二氧化氯的投加方式與氯的投加方式差別不大，因此可以在已建水廠的加氯消毒工藝基礎(chǔ)上加以改造，簡(jiǎn)易可行。

臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，具有很強(qiáng)的殺菌消毒作用，其強(qiáng)氧化性可以快速殺滅細(xì)菌、病毒和分解有機(jī)物，使消毒后的水在后續(xù)的加氯中致突變性降為最低。臭氧殺菌具有徹底性，因此國(guó)際上已普遍應(yīng)用臭氧在水處理過(guò)程中替代加氯。但是使用臭氧消毒存在應(yīng)用上的局限性，主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面，一是臭氧的制造成本較高，當(dāng)前國(guó)外每制造一公斤臭氧約需耗電二十二度，綜合設(shè)備人員等開(kāi)銷，總花費(fèi)約四千美元。二是經(jīng)臭氧消毒后的水中臭氧不易存留，細(xì)菌容易再生，存在明顯的后增長(zhǎng)現(xiàn)象。因此，近些年來(lái)國(guó)內(nèi)外給水處理工作者研究臭氧的綜合使用技術(shù)，產(chǎn)生了比如臭氧消毒與紫外線消毒相結(jié)合的技術(shù)、臭氧消毒與氯消毒相結(jié)合的技術(shù)等，不僅能獲得有效的殺菌效果，還能有效地去水中有機(jī)物。

因此，采用新型消毒劑并使用多種消毒劑聯(lián)合消毒，是我國(guó)未來(lái)給水消毒的重要發(fā)展方向。

4.2 優(yōu)化檢測(cè)投加裝置

我國(guó)給水廠余氯檢測(cè)一般采用容量分析比色法，根據(jù)比色檢測(cè)結(jié)果，采用浮子加氯機(jī)或真空加氯機(jī)人工加氯。其缺點(diǎn)主要是實(shí)驗(yàn)的滯后性，比色結(jié)果與當(dāng)前水中余氯含量不同步，提供的加氯量?jī)H為參考，不能及時(shí)調(diào)整加藥量。而自動(dòng)余氯檢測(cè)儀可以實(shí)時(shí)檢測(cè)水中余氯含量，具有極強(qiáng)的時(shí)效性，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果自動(dòng)調(diào)節(jié)投加量，是我國(guó)余氯檢測(cè)發(fā)展的趨勢(shì)。

5、水的深度處理

水的深度處理能夠去除水中的有機(jī)污染物，其措施主要包括：膜分離技術(shù)、活性炭吸附技術(shù)、生物活性炭技術(shù)以及臭氧與活性炭聯(lián)用技術(shù)等。

膜分離技術(shù)多用于硬度和有機(jī)物含量較高的地下水處理，主要包括超濾和反滲透技術(shù)等。

活性炭具有良好的吸附和過(guò)濾性能，主要依靠其內(nèi)部眾多的空隙結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積，能有效的去除小分子有機(jī)物，被廣泛用于水的深度處理，但其對(duì)大分子有機(jī)物的去除效果則有限。因此，近年來(lái)，活性炭吸附技術(shù)在給水處理工藝中的發(fā)展主要集中在以下兩個(gè)方面，一是臭氧與活性炭的聯(lián)用技術(shù)。先通過(guò)臭氧極強(qiáng)的氧化性，分解污染物成為小分子狀態(tài)，再經(jīng)活性炭吸附，充分發(fā)揮了臭氧和活性炭的能力，有效的降低了水中有機(jī)物含量，還起到了殺菌消毒的作用，使得出水的化學(xué)穩(wěn)定性極強(qiáng)。二是生物活性炭技術(shù)，其本質(zhì)是使活性炭表面附著一定量的生物以達(dá)到去除水中污染物的目的。當(dāng)被處理的水經(jīng)過(guò)生物活性炭時(shí)，通過(guò)生物降解的能力分解有機(jī)物為小分子有機(jī)物或者無(wú)機(jī)物，再由活性炭吸附去除新生成的小分子有機(jī)物和無(wú)機(jī)物。與原先單獨(dú)使用活性碳吸附工藝相比，降低了氯化時(shí)的Cl2投加量，降低了CHCl3的生成量，而且延長(zhǎng)了活性碳的再生周期，減少運(yùn)行費(fèi)用。

目前，我國(guó)在水的深度處理方面普及度不足，具有很大的提升空間。

6、結(jié)語(yǔ)

我國(guó)給水處理工藝在原水預(yù)處理、絮凝控制技術(shù)、消毒方式、消毒檢測(cè)技術(shù)以及深度處理等方面，與當(dāng)前世界發(fā)達(dá)技術(shù)還有一定的差距，需要在以后的給水處理工作中不斷引進(jìn)、研究和發(fā)展新的先進(jìn)的處理工藝，以滿足社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。對(duì)于新建給水廠，綜合考慮城市和原水條件，選取合適的處理工藝。對(duì)于已建傳統(tǒng)處理工藝的水廠，優(yōu)化或者改造部分處理工藝，創(chuàng)造出水質(zhì)更好的生活用水。

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