給水凈化處理一些問題的探討
當前國內給水凈化處理，基本還是采用傳統常規工藝。認為其中有些不適當之處需要改正，有此較新工藝之處需要認識提高，也有些新的觀點之處需要研究，現于本文提出提供討論。
一、水質方面
1、飲用水濁度測定 在飲用水凈化處理上，對于水質優劣基本還是以測定水中濁度評定。以濁度儀測定原水濁度作為藥劑投加數量的依據，測定沉淀水濁度作為凝聚、沉淀過程及濾池負荷的判斷依據，及測定濾后水濁度作為控制出廠水合格率的依據。一般濁度儀是根據水中顆粒光學性質測定濁度的，它對水中稍高濁度性能發揮好，但對濁度很低的則測定的值準確性差，應以測定水中的顆粒來評定。顆粒計數器能測出水中不同顆粒的粒徑和數目，以及它們在水中分布狀態，同時該儀器比濁度儀敏感度高，并能迅速的測定濁度。但顆粒計數器本身也有不足之處，首先是該計數器檢查極小顆粒(0.02-0.5μm)時就無能為力，而濁度儀倒能測定；另外該計數器要測定的顆粒一般都比實際顆粒徑小。為解決這個問題，當前國際上先進水廠都以濁度計和顆粒計數器聯合使用，以獲得良好效果。
當前國外又提出一種稱為多方面散射光式(MALS)檢測儀。該儀依據微顆粒的光散射及依據檢測儀角度導致的發射光強度分布，進行多方向測定各顆粒不同粒徑、形狀及光學性質，其作用比之以一個角度測定的散射光濁度儀和顆粒計數器，具有很大的優勢。現該儀器在國外已初步使用，但價格較高。如果價格降低，會是未來測定水中濁度更精確的一種儀器。
2、飲用水中化學物質測定 在化學物質檢測的儀表上也出現了幾種改進的傾向。一種是改善色譜一質譜的分析方法，使當前的對化學物質多種分析方法，只用一個單一分析方法解決，例如美國環保局就考慮將原有分析農藥的六種分析方法，統一到一種分析方法。另一種是可應用篩分試驗（免疫試驗）方法，使能夠多次的重復試驗。再有一種是可簡化微生物試驗的方法。現國外許多地方還對原生生物進行研究，已提出了許多分析方法，正準備在現場進行實際試驗。
3、水質標準規定 在水質標準上，當前美國環保局已考慮將飲用水水質標準和其他各種水處理規定合并成一個整體處理，這是為提高飲用水水質，未來水處理發展的一個方向。例如供水單位在水中加鋅一正磷酸鹽防腐劑，以滿足對水中鉛和銅的限定，但此防腐劑會使污水處理廠所處理的水中增加更多的鋅，使魚類中毒，這種矛盾狀況如果綜合考慮，統一到一個規程上來就可解決。
二、混凝－沉淀方面
1、燒杯試驗 當前燒杯試驗仍然是選擇混凝劑品種和規定適當投劑量的最佳方法有人當一度提出用方形燒杯取代圓形燒杯進行試驗，通過實際證明，用這兩種燒杯試驗方法試驗，所得結果基本相似。另外采用燒杯試驗取得的混凝條件(GT值)幾乎與水廠運行絮凝一沉淀實際結果一致，這種方法在當前還是用其他方法所不同比擬的。國際上給水專家指出，有人認為采用燒杯試驗沒有實用價值是片面的看法。有此認識的主要原因，考慮不是由于不按規定的燒杯試驗程序操作，就是使用混凝劑量不當，混凝劑品種不適合及混凝條件（GT值）不合理所致。
2、混凝劑投加點 兩種或以上的混凝點投加點有著不同的方式，有的同在一處投加點投加，有的分別在不同的投加點投加。在一處投加的能直接反應它們的性能，從而防止這些藥劑各自反應，不能發揮它們的效果。但在一處投加的多種混凝劑也出現不利的狀況。例如投加硫酸鋁，于其形成針狀絮體期間前，就投加陰離子聚合劑，混凝效果不佳。PAC和高錳酸鉀在硫酸鋁投加前投加有效。總之，幾種藥劑投加采用那樣方式，應視藥劑的性能以及原水條件而定。在弄不清它們相互作用以前，最好在采用以前，先做一些試驗再確定。當前國內對于混凝劑投加點的選擇很少考慮。事實上選定合理的投加點，極有利于混凝－沉淀，應引起水廠工作者的高度注意。
3、間斷運行 國內有個別水廠夜間用水不多，停止設施運轉或部分運轉，這種方法是不利的。因為在停止運轉期間，反應、沉淀作用由于水不流動，絮體多沉在設備內，第二天運行時沉淀絮體被水驅動，不易一時恢復正常狀態，而影響處理效果，并也會造成排泥不暢，尤其是澄清池夜間停止運轉，第二天運行時，由于池內舊水和新進入池內的新鮮水之間有溫度差異形成短流，而降低處理效果。采用澄清池的水廠還要重新起動再度形成絮體。另外，設備經過一夜停止運轉，如用前加氯，澄清和沉淀設施內水中余氯消耗殆盡，也會使后續濾池內產生微生物污染。因此水廠運行盡可能避免間斷運行。
三、過濾方面
1、濾池厚度與濾料粒徑比例 國外給水專家曾在世界各地一些水廠做過調查，無論單層、多層濾池L/d都在800左右（L＝濾層厚度、d＝濾料平均粒徑），同時根據世界各水廠生產所得運行數據得出L/de，在1000左右(de=濾料有效粒徑)。這兩個數據對于控制濾池濾速等指標有著決定性的意義。2000年技術進步發展規劃，也提出改善過濾效果關鍵之一是L/d≥800。最近國外提出，用于快速池或標準雙層濾池L/de≥1000，用于粗濾料深濾層濾池或三層濾池L/de≥1300。這是多層濾池和粗濾料深濾層濾池一般都加少量聚合物助濾劑的要求。如果不加助濾劑L/de比至少再增加25%。
2、直接濾池 國內外都有很多水廠使用。然而在當前原水水質日益惡化、有機物和微生物逐漸增多的情況下，常規水處理技術已正在不能將這些不良物質除掉，采用直接過濾更缺乏保證水質合乎要求的可靠性。美國最近已明確凈化處理方針，水處理要可靠一定要通過多極水處理設施。認為國內除非有特殊條件，一定要考慮不要采用直接過濾方式處理。
3、凈水處理不加混凝劑 這種處理方法只能將原水中大的顆粒去除，對微小顆粒、有機物、微生物不能除掉，或許更為加多影響出廠水水質。雖然濾后水也加消毒劑消毒，但不能保證飲用水的可靠性。國外對這種處理方法已有所報道，指出此種處理方法不能應用。現國有的水廠應用此方法，希望應慎重考慮。
4、雙層濾料濾池和均質濾料濾池
雙層濾料濾池在國外尤其是美、日等國仍然作為主要過濾設施采用，國內也在大量使用，當前還是應予優先考慮的一種濾池。它濾出水量多，在一般原水情況下濾出水能達到要求的水質標準，造價低、濾料易于制備（煤濾料吸附性更強），便利操作和維護，至于輕質濾料失去問題，用水沖洗或是氣水分隔沖洗，只要管理得當，設計合理，不會發生丟失情況。均質濾料濾池應該說屬于粗濾料深濾層范疇的濾池，它的特點是在沖洗時濾料不膨脹或微膨脹，其濾床每個橫斷面濾料級配在理論上應該是一致的，當前歐洲尤其是法國用的最多，現在國內正風盛一時的采用。這種濾池最大的優點是在沖洗時不容易丟失濾料。有報告稱在相同原水下，與均勻系統數大的雙層濾池，用氣水沖洗，兩者濾后水濁度、濾速、濾過周期幾乎相等。由于均質濾料粒徑在濾層內上下一致，可能易于漏失(breakthrough)，造成濾后水濁度突然增加情況。在當前尤其在國內，有多數城市由于經濟狀況、業務水平，更會考慮采用基建投資低、操作簡單、運轉經費省、只用高強度水沖洗方便、節約的雙層濾料濾池。只需嚴格管理、控制輕質濾料流失得當，此種濾池還是應當考慮，首先的濾池類型之一。目前這兩種濾池都為2000年技術發展規劃推薦采用。國內凈水廠尤其是新建水廠，可根據原水特性、濾池產水量、濾池濾后水水質、建設投資、經營費用及運行經驗等各方面要求考慮，以求最合理的采用，且勿一哄而起，造成以后不必要的狀況發生。現在尚有生物濾池、混合濾池、兩級濾池等類型濾池，據國外報道都有一定效果，可予以注意。
5、多層濾料濾池輕質濾料丟失
多層濾池尤其是雙層濾池在國內外大量使用，應該說在當前仍然是首選的濾池之一。但主要在國內對使用此種濾池顧慮濾料丟失，在使用上缺乏信心。事實上此種濾池除不宜使用氣水混合沖洗外，采用氣水分隔沖洗或用高強水沖洗，只要嚴格的遵守操作規則，跑失濾料是絕對能夠避免的。筆者曾早在60年代末在天津進行單用高強水沖洗的雙層濾池試驗，獲得成功結果后，又在生產濾池實踐。采取的操作方法是，在沖洗前將濾池水降到距濾層頂部15cm距離，沖洗時先緩開沖洗閘，徐徐將水托起，當沖洗水托到排水槽頂時候，濾層內氣體應全部排凈，以后再用設計的沖洗水量沖洗。特別注意的是，沖洗第一個濾池時，一定要在沖洗水流進排水槽以前，將濾層內多余空氣全部排凈。筆者在煤砂雙層生產濾池實驗了將近兩年，只有極少數煤濾料丟失。用氣水分隔沖洗結果應是一樣。輕質濾料丟失主要在于管理不認真所致，個別的由于設計考慮不同而成。因此多層濾池只要按規定的操作規程辦事，不會出現大量流失輕質濾料的情況發生。
6、慢濾池 國內于建國以來，幾乎所有城市的慢濾池都陸續廢棄。但國外尤其是歐洲國家為保持良好水質，很多以慢濾池作為把關的最后設施。實際上慢濾對特定農藥的處理效果是優異的，是獲得生物穩定的處理水的最有效的方法。特別是在強化水質標準上，慢濾與其他處理設施相組合使用，更是最能有效地解決眾多水處理問題的一種處理方法。在當前國內原水有機物和微生物日益增加的情況下，應把慢濾池的再度使用，列到議事日程加以探討。
7、臭氧－生物活性炭濾池 這種濾池的作用是原水經臭氧作用，將水中大分子有機物分解成小分子，提高有機物的可生化性。由于臭氧溶解度比氧為高，活性炭始終處于富氧
狀態，使保持一定的吸附能力；同時還使炭的表面附著細菌繁衍生長，以降解吸附的小分子，達到去除有機物的目的。
在1890年后半期，臭氧(O3)曾被認為是最佳處理劑，估計能有90%以上的水廠使用。以后發現用臭氧處理后會要產生醛類及溴酸鹽等有毒副產物。國外多次報道此事。美國洛杉磯水廠使用臭氧就產生許多有毒副產物，國內哈爾濱水廠也提出了用臭氧處理產生可能是有害的致癌物。同果也有報道臭氧并不能對三鹵甲烷前驅前氧化破壞，只是增加有機物的可生化性，一般要經過吸附處理才起作用。國外尤其是美國、日本新建或改建水廠，對采用臭氧持猶豫不決態度，因此一般認為單獨使用臭氧是不適宜的，一定要配合有消除臭氧產生的副產物過濾設施。常規濾池結合臭氧使用，在臭氧為少量的情況時可勉強使用，但最好采用各種形式的活性炭濾池，特別是采用生物活性炭(O3+BAC)濾池最相宜。
活性炭濾池有單獨活性炭(GAC)濾池、單獨生物活性炭(BAC)濾池、臭氧一活性炭(O3+GAC)濾池和臭氧一生物活性炭(O3+BAC)濾池。采用BAC濾池和GAC濾池，由于使用效果不盡人意，使用的不多。O3+GAC濾池一度曾廣泛使用，基本能除掉水中有機物，但最大缺點是壽命不長，一般幾十后即失掉吸附能力需要再生，再生設備價格高且再生費用大。
O3+BAC濾池幾乎除盡全部有機物，其脫色、除臭效果也佳，使用壽命一般為2-3年，最長可達5年，是一種值得應用的給水設施。提出的一些不足處，如濾池漏泄細菌內有有毒素及有毒微生物，據報道漏泄情況很少，就是有漏泄情況，漏泄的細菌和微生物無毒。另外有采用這種濾池，一些有機物不能被全部化解成CO2的觀點，報道提出遇有此種狀況可以用曝氣法解決。
8、膜過濾設施 膜過濾是物理性的固液分離技術，不需化學性的處理，在給水技術上應是一大突破。一般在原水稍好的情況下，單獨使用過濾膜就能處理成優質的飲用水。過濾膜基本分類為微濾膜(MF)、超濾膜(UF)和納諾濾膜(NF)。MF以除去0.05μm及以上的浮游物質、膠體及菌類為對象，UF以除去分離分子量300、0.05μm以下的有機物質為對象，NF則以除去分離分子量300以下的無機物為對象。NF處理后水幾乎成為純水，對人類有益的鹽類可能也被除掉，所以當前都以MF和UF過濾飲用水。
膜用于過濾飲用水有以下優點：基本無需凝聚劑、易于自動化、維護管理費用小、排水處理簡單、處理場地少。但也有不足處，如膜的壽命當前還短，一般5-7年更換一次、膜過濾時間少只有幾分鐘或多一些，在原水水質突發時不易對付、膜過濾水廠的膜塊本身有數千根到數萬根，施工維護困難、膜過濾為新技術，管理經驗少。一般由于膜的孔眼細小，對原水中較大顆粒不易應付，多沒有預處理，采用常規處理居多。現此設施已有多處應用，到1996年世界已有74座膜過濾水廠，規模都幾乎在萬m3/d以下，最近建設的已有很多超過萬m3/d，巴黎正建造14 萬m3/d的NF水廠，美國洛杉磯也建造14萬m3/d的膜水廠（類型不詳，估計為MF模）。但愿膜過濾始終是新技術，國外雖然已有多數國家使用，然而還是起始階段經驗不足，且有著一些不足處，國內已有幾處使用更是摸索進行。認為國內目前不宜于在稍大型水廠采用，可在中小型水廠試用及在瓶裝水廠應用。
四、消毒方面
1、氯劑消毒與CT值 飲用水消毒有許多消毒劑在應用，如氧劑、氯胺、二氧化氯、臭氧等。這些消毒劑都產生不適于人體的副產物，就是紫外線消毒，也有極少量對人體不利的副產物存在，消毒后的煮沸水一樣會有著殘留的不揮發性的有機物。雖然這些副產物絕大多數都認為帶有毒性的，但如果控制這些消毒劑在一定使用范圍內，產生的副產物可基本對人體無害。從各種消毒劑的消毒效果、產生副產物對人體危害程度及從經濟、技術考慮，使用氯劑消毒還是比較實際的，除歐洲一部分國家外，全世界大多數國家都是用氯劑消毒，如美國當前水廠有70%用氯劑消毒，我國國內也絕大多數的水廠用氯劑消毒。
國外對氯劑消毒特別提出用CT值控制的重要性。CT值為在一定水溫及水中PH值的條件下需要的值(C=消毒劑剩余濃度mg/L、T=處理后水與氯劑接觸時間min)。達到CT值即可滿足對微生物要求的必要去除率。國外認為處理后水滿足CT值是保證水質的關鍵性條件。美國地表水處理規程要求必須殺死或除掉葛第蟲為99.9%(3Log)、病毒為99.99%(4Log)。規定在快濾處理系統（混凝——沉淀——過濾）平均去除率，葛第蟲2.5Log、病毒2.0Log，消毒系統平均去除率葛第蟲0.5Log、病毒2.0Log。為了達到上述要求，美國也規定了CT值。如用游離氯消毒，欲達到0.5Log葛第蟲去除率，于處理后水PH為7、水溫為5℃時，CT值為25；PH為7、而水溫為25℃時，CT值為6。欲達到2.0Log病毒去除率于處理后水PH為6-9、水溫為5℃時，CT值為6，水溫改為25℃時，CT值為1。隱孢子蟲似乎對人體危害更大，美國最近已訂立處理規定不久頒布。
結語
本文所述主要為國內的水廠水處理設施出現的運行管理問題、生產人員在管理當中忽略問題，及國外新的技術等，提出來予以注意。本文中對濾池應用提出情況較多。近二三十年來在水處理上，濾池類型更是異彩紛呈，它由化學性處理到生物性處理，又進到物理性處理。然而當前世界上還是以常規處理為主。國內現在多用雙層濾池及均質濾料濾池。這兩種濾池在運行效果上基本上是一致的，雙層濾池采用氣水沖洗比之其用高強度水沖洗對保證水質可靠性可能高一些。但由于采用后者在經濟、技術上認為當前更適合我國國情，一般城市采用合宜。生物濾池能以有效的除掉絕大多數有機物及其物質，但需要添置臭氧發生器、耗費大量電能和增加活性炭濾料、加設再生活性炭設施及再生費用。過濾膜濾池在國外已有較大型的在使用，其基建投資尤其是小型的比生物濾池要低，但以后更換濾膜的費用大。這兩種設施在國內都是新型濾池，最需要注意的是，當前國內應用在經濟上負擔恐怕甚重，且舊水廠改變類型尤其是膜濾池更困難。據國外報告，常規處理設施（混凝、沉淀、過濾）在運轉時，如果加強管理可以幾乎對有機物等基本清除。據天津水廠試驗結果，用常規處理設施處理原水至0.5NTU時，原水有機物可剩余20%，水中顆粒只有2μm以下粒徑的存在。國外先進水廠濾后水可以達到0.1NTU，甚至更低，達到這種情況，原水中有機物等可能絕大多數被除掉，在微生物上，其于常規處理當中能去稍大一部分，其余部分用投加消毒劑殺滅，以C×T值辦法除掉。因此在國內除特別要求者以外，在當前國內的經濟條件下，是否一般上還是先考慮以采用常規處理為好。生物濾池和膜過濾濾池可在國內幾個水廠試用。等待一個時間，再根據該時的條件進行進一步研究。
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