淺談我國給水工藝常規處理與國外先進技術的差距
近年來，由于工業的日益發展，人類生活水平不斷發展提高，以及活動范圍的逐漸擴大，各國的水體都出現了不同程度的污染。目前已知的有機化合物達400萬種，人工合成有機物達4萬之多，F已能用現代檢測技術從原水中檢測出來的已達2千2百余種。因此以飲用水中THM為代表的鹵代有機物的生物致突活性也日益為廣大給水技術人員所關注。
傳統工藝、理論主要是建立在以粘土膠體微粒和致病細菌為主要工作對象的基礎上，隨著污染程度的日益加劇和污染源的逐漸增多，污染物品種的多樣化，為給水處理工作者帶來新的課題。現在給水工程較以往的任何時候都更加注意原水在傳統工藝后面的深度處理，這是當前發展最快的方面，也是我國和國外給水工藝水平主要差距所在。
常規處理
(1)混合技術：理論上早已闡明混合是絮凝的基礎，要求快速劇烈的混合，以促進混凝藥劑擴散速度和壓縮水中膠體的雙電層，使膠體脫穩。但在實際工作中對混合長期未給予應有的重視。80年代中后期加強混合才成為給水界最強調的觀點，因而也陸續出現了多種混合設備。有水力隔板混合、水泵混合、機械混合、混合池、槽等以及近幾年應用于給水行業上的靜態混合器。從混合設備形式上看，我國現有水平不遜于國外先進國家。由于混合設備對水力條件、輸入能量、混合方式要求比較嚴格、設備、構造上的差異往往造成混合效果相差較大，單純從理論計算上進行混合設計，往往和預先設想結果有較大偏差，因而影響混合效果。
國外先進國家對混合設備都作嚴格的測試，以期取得最佳混合效果。例如美國混合設備的生產廠家對使用單位所需求的機械混合設備全部按1:1的比例，使用不同顏色的塑料珠進行混合測試，取得最佳使用效果后方進入施工。而我國對混合的測試手段和測試設備不足，直接影響混合器效果。美國這種作法是我國應當學習和效仿的，也是我們與先進國家的差距所在。
(2)絮凝反應：我們的反應設備總體上和國外水平差距不大，傳統上的絮凝反應多采隔板反應，是建立在“近壁紊流”理論基礎上的。隨著給水理論的深入研究和發展，從能量耗散的角度出發提出“自由紊流”的微旋渦理論，我國在此理論之上研制出多種設備反應亦投入生產運行。但我國機械反應多為垂直軸機械反應，國外平流沉淀池多為水平軸機械反應，并采用液力無級變速式電機調頻無級變速。我國在前一段時間對縮短反應時間很感興趣，所設計的反應池停留時間有的短達7分鐘，認為這樣可以減少占地節約投資，F在隨著實踐和對高效反應的認識加深，又開始傾向延長反應時間，這與國外先進國家的認識趨于一致。
(3)沉淀池：平流沉淀池是給水行業最古老的一種池型，大型水廠應用較多，我國與國外技術水平相差無幾，所不同的是，國外停留的時間較長，一般為2～4小時，我國停留時間多為1～2小時。選擇較長的停留時間可以節約藥劑，提高沉淀后的水質，并有足夠的調節余地，抗沖擊負荷能力較強。停留時間短可以節省基建投資，減少占地面積。具體設計停留時間多長為好，這需要根據國家發達程度、沉淀后水質指標要求，并進行經濟技術比較后確定，根據我國水質標準和國情，采用1.5～2.0小時停留時間為好。
斜管沉淀池是繼平流沉淀池之后于60年代末、70年代初發展起來的一種建立在“淺池理論”上的沉淀設施，具有占地面積少、沉淀效率高的特點，在我國經過近20年的應用和發展，使沉淀技術日臻完善，也積累了許多設計和運行經驗，是一種成熟工藝。近年來在斜管管形上出現了多種形式，有“山形”斜管、“近菱形”斜管、旋轉30°放置的正六邊形斜管，規格上有Φ25～Φ70等多種規格的斜管，材質有聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、乙丙共聚等多種材料。并且在加工制作上有多項改進。從工藝角度看我們并不落后。主要差距表現在設計參數選用偏高和監測控制能力較差。斜管上升流速我國多選用2.5毫米/秒～3.0毫米/秒，國外多選用2.0毫米/秒以下。
另外，由于水在斜管沉淀池內停留時間較短，一般約20分鐘至30分鐘，在斜管內停留時間僅5～6分鐘，由于停留時間短，使斜管沉淀池運行管理要求提高，國外先進國家自動化程度高，在控制上不成問題，既使如此，有些國家仍在規范中明確規定斜管沉淀池必須設置完備的檢測和控制系統，如日本。我國的監測和控制系統水平較低，儀器設備不過關，多為人工檢查調試，給斜管沉淀池穩定運行帶來困難。加強斜管沉淀池的監測和控制是我們面臨的一項任務。
(4)澄清池：澄清池在我國使用普通程度僅次于平流沉淀池和斜管沉淀池。懸浮澄清和水力循環澄清池是早期修建。現在為了提高效率，大多都進行了不同程度的改進。我國現在建造的澄清池多為機械加速澄清池，用于中小水廠的一級處理，但有些大型水廠也選用此種池型，如北京新投入運行的水源九廠（規模為50萬米3/日）即為該種池型。也有的新建水廠選用脈沖澄清池，如南京市新投入運行的上元門水廠（規模為10萬米3/日），由此可見，澄清池在我國還是有發展前途的。國外先進國家仍在研制新型澄清池，以進一步擴大澄清池的適用范圍和得到高質量的濾前水。法國德克雷蒙公司(Degre’ment)最新研制出的“登薩代”(Densadeg)澄清池，可以認為是新型澄清池的代表。該種類型澄清池于1988年11月15日在法國巴黎莫桑水廠(morsang)第三條生產線上投入生產運行，日處理水量7.5萬米3。Densadeg澄清池是將反應、板狀增稠、澄清綜合為一體的水處理的構筑物，同時配以外部污泥回流和外部投藥混合組成的一個完整凈水系統。
該澄清池上升流速達6.4毫米/秒，（一般機械加速澄清池上升流速為0.7～1.1毫米/秒）出水濁度低于1ntu，具有良好的澄清效果。這種澄清池從構造功能上可以分為三部分。第一部分為三個同心室，將加藥混合后的原水和增稠回流的絮體活性污泥混合反應，形成絮凝質量好、密度高、分離性能好的固液兩相體系。第二部分為預沉降部分，在這里泥水固液兩相流發生快速分離。上部的初沉降水進入斜管澄清區，下部的泥漿經沉淀、增稠后被連續運轉的刮泥機刮入積泥槽后部分回流，剩余部分排入污泥處理系統。第三部分為斜板澄清區，預沉降后的水在這里進一步去除殘留絮體，從而獲得高質量的澄清水。該澄清池回流水量僅為最大處理水量的1～4%（一般機械加速澄清池回流量為處理水量的3～4倍），較大地節約了用于回流水量的動力消耗。
該種澄清池彌補了各種傳統澄清池的不足，具有如下特點：①板狀澄清區有較高的上升流速(5.5～10.1毫米/秒)；②能產生特別濃的回流污泥(20～ 500克/升)使回流污泥量極大減少，并可以使污泥處理系統省略污泥濃縮池；③可生產高質量的水（濁度低于1ntu）；④和通常用的澄清池相比，藥劑費用節約10～30%；⑤運行可靠，能耐受流量和水質變化的沖擊；⑥能用于多種水處理工藝，如飲用水凈化、水軟化、城市污水處理。由于Densadeg澄清池具有以往澄清池所不具備的優勢，目前已在法國、德國推廣應用。相信不久的將來也將引入我國，縮小我國在澄清池方面與先進國家的差距。
(5)氣浮法：氣浮處理工藝是凈水一級處理的另一種形式。氣浮法是一個古老的處理工藝。最早的氣浮專利產生于1864年，以后的應用一直集中于冶金選礦。直到60年代美國開始使用溶解空氣氣浮處理污水。我國于60年代末建起了第一批氣浮池用于處理含油污水。1975年英國在美國給水協會第95屆年會上報道了小規模氣浮除藻實驗。79年10月英國在白霧橋水廠建成英國第一座溶氣氣浮池作為給水的處理設施；我國也于79年4月建起了溶氣氣浮池。所以從工藝發展來看，我國與先進國家幾乎是同步進行的。近年我國的成都市建起了處理規模達20萬米3/日的大型氣浮池。從給水工藝上看溶氣氣浮是一種很有發展前途的處理工藝。
它有許多優點：①在池中停留時間短，一般為15～30分鐘，因而處理效率較高；②能有效地處理低溫低濁水；③能較好地解決除藻問題；④能對被有機物污染水體起曝氣作用；⑤氣浮法產生污泥含水率(90～95%)比沉淀池(95～99.8%)的低得多；⑥池子結構簡單，造價低。我國當前在氣浮法處理工藝與先進國家相比差距很小，也并非表現在處理工藝水平上，而是污泥的處置。國外有較完善的污泥處理手段和設備，對氣浮法產生的污泥處理不成問題，而我國由于國情所致，給水廠的污泥處理還處于未起步階段，沉淀池產生的污泥一般多重新排入水體，而氣浮法產生的污泥則不能排入水體，必須進行處理。當前氣浮產生的污泥苦于找不到適于我國國情的費用低廉的污泥處理工藝和設備，而使其普及帶來困難。
(6)過濾：過濾在水處理上一般稱為二級處理，通常是設于沉淀、澄清、氣浮等一級設備之后，用來進一步降低水中濁度。最早的過濾是使用慢濾池。這是利用生物膜過濾工藝。慢濾池出水水質高，但生產效率低。當前國內外過濾過程多使用快濾池以提高生產效率？鞛V池的過濾機理是接觸絮凝？鞛V池發展歷史已百余年，創造出多種池型，有四閥濾池、雙閥濾池、虹吸濾池、無閥濾池、壓濾罐等。大型水廠多使用四閥濾池及其改型的雙閥濾池。從濾料上看，使用單層砂濾料和砂、煤雙層濾料的較多，三層濾料及三層以上濾料應用較少。
國外先進國家的過濾設備與我國相比在三個方面有較大改進：①濾料品種、級配的改進；②輔助沖洗的普遍應用；③自用水的降低。濾料品種和級配的改進方面，我國使用的砂濾料，粒徑一般在0.45～1.1毫米，不均勻系數K80一般選在1.6～2.0，無煙煤濾料一般作為雙層濾池的輕質濾料，粒徑多為1.0～2.0，不均勻系數K80多為2.0左右。國外正在逐步走向大粒徑、深厚度的均勻濾料，如1981年建成投產的法國圖盧茲市大衛水廠的濾池采用的濾料為濾徑1.0～1.4毫米的石英砂濾料，厚度為1.1米。美國86年投產的被給水工程界譽為優秀設計的洛杉磯水廠的濾池采用的濾料為直徑1.5～2.2毫米的無煙煤濾料，厚度高達1.83米。歐美許多新建的濾池都有向大粒徑、深厚度方向發展。我國近年來也有這種趨勢，但象洛杉磯水廠那樣大膽采用單層煤濾料尚未見到。
歐美國家普通使用輔助沖洗。有水表沖和氣沖兩種。水表沖有設一層的，也有在濾料層中再加設一層的。氣沖則有采用“豐”字形管布氣，也有用長柄濾頭布氣的。由于氣沖造成濾料間磨擦力加大，使濾池沖洗更干凈，故歐美國家采用氣沖更為普遍。我們水表沖早有應用，氣沖也有使用，但不普遍。其原因是加輔助沖洗后使操作復雜，并有可能引起濾料流失。隨著自動控制的發展，我國的輔助沖洗會逐步普及。
水廠的自用水主要是用于濾池沖洗，約占出廠凈水量的5～7%，節約自用水一直是給水工作者努力的目標。對于可作飲用水源的水越來越少，節約沖洗水量的意義更顯得日益突出。我國的沖洗強度設計多采用完全膨脹型沖洗，即沖洗時整個濾層全部在上升水流作用下膨脹起來，呈流化狀態。強度為13～15升/米2·秒，使用水量很大。國外近年開始搞大粒徑濾料的不膨脹沖洗。以節約沖洗水量，或采用不完全膨脹沖洗。
法國德克雷蒙水處理公司的專利——Aquazur V型濾池是一種比較先進的濾池設計。這種濾池使用單層砂濾料，粒徑通常在0.95～1.35毫米，允許擴大到0.7～2.0毫米，K80不均勻系數在1.2～1.6之間。濾料層厚度在1.0～1.5米之間，沖洗時采用水沖洗、氣沖洗和表面掃洗相結合。濾池在沖洗時完全不膨脹，避免了由于水力篩分作用而使小粒徑濾料集中于上層，該濾池沖洗時，先進行氣沖，強度為13.9～16.7升/米2·秒。水沖強度為3.6～4.2升/米2·秒。表面掃洗強度為1.4～2.2升/米2·秒。
由于空氣加入使濾料相互摩擦，去除濾料表面粘附的絮體，然后在沖洗水的作用下被帶到濾料表面，濾料表面的掃洗將絮體掃入排水槽。然后停止氣沖，沖洗水繼續對濾料進行漂洗，把殘留絮體進一步帶出濾料表面，被掃洗水帶入排入槽。這是一種非常有效的沖洗，避免了濾床中結泥球。沖洗水僅為常規沖洗水量的1/4，大大節約了清潔水的使用量，表面沖洗所用的水為未經過濾的濾前水，所以掃洗時不加重濾池負擔。沖洗水、掃洗水量之和也僅是常規沖洗水量的1/3，所以此種濾池是一種濾速較高、生產能力強、省水經濟的濾池。在世界上也是比較先進的。
我國已有水廠引入該種濾池。如南京市上元門水廠10萬噸擴建工程即引入該池種。另外Mediazur V型濾池與Aquazar V型濾池相似，適用于輕質濾料如活性炭、無煙煤或砂、煤雙層濾料。只不過是濾料厚度、沖洗順序作了調整。氣沖、水沖分別進行。這里就不詳敘了？傊，Aquazur V型濾池是國外具有代表性的先進濾池中的一種，有許多可供我們借鑒、學習之處。
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