我國當(dāng)前水處理現(xiàn)狀以及未來的發(fā)展方向

1、我國當(dāng)前水處理現(xiàn)狀以及未來的發(fā)展方向隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，作為城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施重要組成內(nèi)容的我國給水事業(yè)得到了快速發(fā)展。據(jù)不包臺灣和香港地區(qū)的統(tǒng)計(jì)，1995年我國設(shè)市城市640年，供水能力已達(dá)1.925億立方米/日，全年供水量482億立方米，分別較1990年增加了35.4%和26.0%，年平均增長率分別為6.25%和4.73%。1995年城市供水人口2.21億人，供水普及率93%。人均平均日綜合用水量為595.2升，其中生活用水量為195.4升。由于村鎮(zhèn)建設(shè)的發(fā)展和衛(wèi)生水平的提高，縣城和村鎮(zhèn)的給水也有了迅速擴(kuò)大。1995年縣城的供水能力已達(dá)2397.8萬立方米/日，年供水總量48

2、.11億立方米;村鎮(zhèn)供水能力1916.2萬立方米/日，年供水總量67.4億立方米。為了充分利用水資源，合理供水布局，提高地區(qū)整體的水質(zhì)和管理水平，在一些經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的地區(qū)已在建設(shè)和規(guī)劃包括若干中心城市在內(nèi)的較為廣域供水系統(tǒng)。例如，已建成的浙江黃(巖)、椒(江)、溫(嶺)供水系統(tǒng)和籌劃中的江蘇蘇南區(qū)域供水工程(規(guī)劃供水范圍將達(dá)1700平方公里，包括江陰、武進(jìn)、錫山等三市的43個村鎮(zhèn))。隨著給水事業(yè)的蓬勃發(fā)展，給水技術(shù)水平也有了相應(yīng)提高。為適應(yīng)給水事業(yè)的發(fā)展，進(jìn)行了大量科研，取得了不少突破成果，并有一批有代表性的給水項(xiàng)目相繼建成。供水水質(zhì)要求的不斷提高又為給水技術(shù)發(fā)展提出了新的要求。我國地域廣大，各

3、地水源水質(zhì)條件差異明顯。我國不少地區(qū)由于地下水的集中或過量開采，已造成了地下水位的急劇下降和引起地面沉降等環(huán)境問題，正在采取措施壓縮地下水的開采。國內(nèi)大部分水廠多采用地面水源，分別取自江河、湖泊和水庫。按照原水水質(zhì)條件和水處理要求的不同，地面水源大致有以下5類:1、未受污染或輕度污染的地面水:水體符合國家規(guī)定的地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)I、II類水體的水質(zhì)指標(biāo)，且濁度和水溫均屬正常范圍，處理的目的主要是去除濁度和達(dá)到微生物學(xué)衛(wèi)生指標(biāo);2、微污染的地面水:水體受環(huán)境污染，某些指標(biāo)已超過地面水體環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中III類水體的規(guī)定。目前我國七大水系和內(nèi)陸河流近年來已受到不同程度的污染，特別在工業(yè)發(fā)達(dá)和城市化集

4、中地區(qū)尤為嚴(yán)重，主要污染物為氨氮、有機(jī)物(高錳酸鉀耗氧量)、揮發(fā)酚和生物需氧量等。3、高濁度地面水:黃河以及長江上游河段，洪水期大量泥砂流入水體，形成高含砂量的原水。黃河中游及其支流的最高含砂量可達(dá)1000kg/m3以上。長江上游嘉陵江最高含砂量也達(dá)252kg/m3。黃河與長江的高濁度水有較大差別，黃河的高濁度水一般指沉淀過程中出現(xiàn)渾液面的河水;長江高濁度水則指洪水期經(jīng)常出現(xiàn)(2030天)濁度大于1000度，且數(shù)次出現(xiàn)5000度以上的渾水。4、低溫低濁地面水:我國北方廣大地區(qū)，一年內(nèi)低溫延續(xù)時間長，且原水濁度又較低，給水處理帶來困難，需要選擇合適的處理方法，才能滿足出水水質(zhì)要求。低溫低濁水一般

5、是指冬季水溫在04，濁度低于30NTU的地面水。5、高含藻地面水:高含藻地面水主要出現(xiàn)在湖泊和水庫。由于受污染水排放和農(nóng)業(yè)施肥等影響，我國不少湖泊富營養(yǎng)化日趨嚴(yán)重，氮、磷的含量高，造成藻類大量繁殖。在富營養(yǎng)化湖泊水中，藻的數(shù)量一般為每升幾十萬到每升幾千萬個，給常規(guī)處理工藝帶來困難。針對上述不同水源的特點(diǎn)，廣大給水工作者進(jìn)行了不同水原水處理工藝的科學(xué)研究，并不斷實(shí)踐、充實(shí)和完善。常規(guī)處理以混凝、沉淀、過濾、消毒為主組成的水處理工藝是我國應(yīng)用最廣也是最基本的處理手段。隨著對出水水質(zhì)要求的提高，近年來各水廠普遍加強(qiáng)了對各工藝階段水質(zhì)的控制。一般，沉淀出水濁度維持在35NTU左右，出廠水則控制在1NT

6、U以下常規(guī)水處理雖以駢除濁度為主要目標(biāo)，但隨著濁度的降低，吸附于濁質(zhì)的有機(jī)物以及溶解度較低的有機(jī)物也可相應(yīng)去除。試驗(yàn)表明，對于分子量10，000100，000的有機(jī)物通過混凝沉淀可去除80%以上，對于分子量3，00010，000的有機(jī)物，混凝沉淀也可去除50%左右，據(jù)天津自來水公司的試驗(yàn)，把灤河水處理到濁度小于0.5NTU，用氣相色譜儀測得的有機(jī)物峰的總面積可減少80%。因此，強(qiáng)化常規(guī)處理，降低出水濁度，也成為大陸各水廠處理輕度污染源水的有效方法。目前混凝劑的使用多以鋁鹽為主。三氯化鐵、聚合硫酸鐵、氯化硫酸亞鐵等混凝劑也在一些城市中被采用。除了特殊的水處理和特殊情況外，高分子助凝劑一般很少采用

7、。為了提高絮凝效果，PH調(diào)整劑的使用正在被引起重視。關(guān)于藥劑投加的控制，近年來有了較大發(fā)展。原來由人工控制的方法逐漸被計(jì)量泵和自動投加所取代。自動加藥的應(yīng)用對節(jié)約藥耗、控制水質(zhì)起到了明顯的效果。目前采用的自動加藥控制模式較多，例如:以流量作前饋，SCD或沉淀出水濁度作反饋;根據(jù)模糊邏輯推理的模糊控制數(shù)學(xué)模型以及最近開發(fā)的以檢測絮粒形成大小、形狀推算等效沉速的控制方式等。各種控制方式尚有待進(jìn)一步總結(jié)、完善?？焖倩旌蠈τ诟纳苹炷龡l件是一個重要環(huán)節(jié)，已引起普遍重視。混合的方式一般采用管式靜態(tài)混合器或快速機(jī)械攪拌，都能取得較好效果。根據(jù)渦旋擴(kuò)散和絮凝過程能量的合理分布，發(fā)展形成了眾多形式的絮凝構(gòu)筑物，

8、如單通道或多通道的折板絮凝、柵條和網(wǎng)絡(luò)絮凝等。原有的來回隔板絮凝已逐漸被取代。機(jī)械攪拌絮凝有所應(yīng)用但并不普遍。六十、七十年代對于各種沉淀(澄清)池的形式曾有過廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過多年來的實(shí)踐總結(jié)，目前較多地傾向于平流沉淀池、機(jī)械攪拌澄清池和斜管沉淀池等幾種池型。水力循環(huán)澄清、脈沖澄清池、懸浮澄清池及同向流斜板沉淀池已很少在新建水廠中采用。對于較大規(guī)模的水廠，平流沉淀池由于對水量、水質(zhì)的適應(yīng)性強(qiáng)以及操作管理方便，已為較多水廠所歡迎。過濾工藝的改進(jìn)主要著重于濾料級配和沖洗方式的優(yōu)化。濾料級配通過對雙層濾料、多層濾料、單層均粒濾料以及傳統(tǒng)級配濾料的比較，目前較多的傾向于采用單層石英砂均粒濾料。與級配濾料

9、相比，它具有較高的截污能力，出水水質(zhì)好，運(yùn)行周期長。沖洗方式也由原來的單水反沖傾向采用氣、水反沖，以保持濾料的清潔。對于級配濾料的反沖，采用增加表面沖洗(旋轉(zhuǎn)式或固定式)措施也有所應(yīng)用。液氯仍是目前廣泛采用的消毒劑和氧化劑。自1974年美國發(fā)現(xiàn)氯化造成TNMS問題以來，也引起了國內(nèi)對加氯的關(guān)注。不少水廠取消或較大幅度降低前加氯的投量。上海對氨氮較低時的黃浦江原水，采用先適量加氨，然后加氯以形成化合氯來減少TNMS的形成。近年一些水廠正開始探索采用二氧化氯作消毒劑。上海周家渡水廠采用亞氯酸鈉和鹽酸合成制取二氧化氯。經(jīng)測試，其氧化、消毒能力可達(dá)氯的2.6倍，且不產(chǎn)生三鹵甲烷問題。但由于亞氯酸鈉國內(nèi)

10、產(chǎn)量少，價格高，帶來制水成本的增加。為防止出廠水的二次污染，水質(zhì)穩(wěn)定已引起重視。據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)狀地面水水廠出廠水基本穩(wěn)定的僅占21%，有腐蝕傾向的占50%，有輕微結(jié)垢傾向的占29%。除了提高化學(xué)穩(wěn)定性外，清華大學(xué)還開展了對不質(zhì)生物穩(wěn)定性的研究。微污染水處理水源受到工業(yè)廢水和生活污水的污染，水經(jīng)常規(guī)處理后仍難以達(dá)到出水水質(zhì)目標(biāo)。就目前水源受污染的現(xiàn)狀分析，最突出的反映在氨氮及有機(jī)物(COD、TOC、BOD)等的超標(biāo)上，由此也帶來了嗅、味和色度等問題。對于微污染水的處理主要著重進(jìn)行了生物氧化和臭氧、活性炭處理技術(shù)的研究和開發(fā)。與此同時，對于高錳酸鉀氧化、光激發(fā)氧化、光催化氧化以超聲與紫外聯(lián)合幅照等對有

11、機(jī)物的去除也開始了研究。近年來對膜處理的應(yīng)用也引起了極大關(guān)注。在給水處理中利用微生物對有機(jī)物的氧化分解作用以去除可生化降解物質(zhì)和氨氮的處理工藝，自七十年代起已進(jìn)行了研究。通過對塔式生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、接觸氧化池、掏粒生物濾池和流化床接觸氧化池的試驗(yàn)，表明上述各種生物氧化處理都能形成良好的生物膜和正常的生物相，對于去除氨氮和低沸點(diǎn)有機(jī)物效果較顯著，降低耗氧有機(jī)物也有一定效果。根據(jù)處理效果和運(yùn)行成本分析，認(rèn)為接觸氧化池和掏粒生物濾池更合適被采用。近年來，生物處理工藝又取得新的進(jìn)展，逐步由小試、中試階段進(jìn)入實(shí)際生產(chǎn)的應(yīng)用。對于一些原水水質(zhì)較差的水源，例如蚌埠、寧波、加興等地的一些水廠相繼增設(shè)了生物處

12、理構(gòu)筑物，取得了較好效果。在常規(guī)處理基礎(chǔ)上增加臭氧、活性炭處理工藝在歐洲得到較廣泛的采用。根據(jù)國內(nèi)最近試驗(yàn)資料介紹，活性炭對分子量在5003000的有機(jī)物吸附非常有效，尤其對分子量5001000的有機(jī)物，去除率可達(dá)86.7%。因此，我們認(rèn)為采用臭氧、活性炭處理工藝是微污染水的有效處理方法。但由于投資較高以及帶來經(jīng)常運(yùn)行費(fèi)用的增加，目前在國內(nèi)還未被廣泛應(yīng)用。作為突發(fā)性的原水水質(zhì)污染，目前較多水廠采用投加粉末活性炭等措施，效果較為滿意。高濁度水處理高濁度水的沉降性能與一般濁度水有明顯的差異。多年來，以黃河泥砂為代表，對沉降性能進(jìn)行了大量研究，探索了其沉降規(guī)律。研究表明，黃河泥砂顆粒在沉降過程中，出

13、現(xiàn)明顯的清渾水界面，以渾液面的沉降為其特征。渾液面的沉速主要取決于穩(wěn)定泥沙的極限粒徑。極限粒徑又與泥砂含量和組成有關(guān)。通過對黃河高濁度水的研究，為高濁度水沉i淀的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。當(dāng)高濁度原水含砂量較高時，采用自然沉淀，渾液面沉速很低，因此往往需要采用混凝沉淀。對高濁度水的混凝劑，要求具有較高的聚合度，較大的分子量和較長的分子鏈，因此多選用高分子絮凝劑。根據(jù)蘭州自來水公司的資料，采用硫酸鋁作混凝劑，適應(yīng)的最大含砂量約為1020kg/m3，用三氯化鐵為40kg/m3左右，用聚合鋁為60kg/m3左右，而采用聚丙稀酰胺則可適應(yīng)含砂量達(dá)100150kg/m3。蘭州從五十年代開始即已采用高分子絮凝劑作為

14、高濁度水處理的絮凝劑。當(dāng)時主要采用非離子型聚丙烯酰胺。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，陰離子型絮凝劑和陽離子絮凝劑也有所應(yīng)用。采用陽離子絮凝劑往往可取得更好效果。對于聚丙烯酰胺的毒理問題，從1968年至1981年進(jìn)行了長達(dá)14年的動物實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)已制定了城市供水水處理藥劑-聚丙烯酰胺和聚丙烯酰胺單體試驗(yàn)方法的國家標(biāo)準(zhǔn)。黃河高濁度水處理的工藝流程可分為帶調(diào)蓄水池和不帶調(diào)蓄水池兩大類。除了最大斷面平均含砂量小于1000kg/m3外，一般均需設(shè)調(diào)蓄水池。不帶調(diào)蓄水池的凈水處理一般設(shè)置二級沉淀。設(shè)置調(diào)蓄水池的，以采用渾水調(diào)蓄為多。渾水調(diào)蓄水池可兼作一次沉淀的自然沉淀池。調(diào)蓄水池的另一目的是可以在出現(xiàn)沙峰、河道斷流以及

15、冰凌等情況時不直接從河道取水。高濁度水沉淀構(gòu)筑物有平流沉淀池和輻流沉淀池，并發(fā)展了旋流絮凝沉淀池以及XB-1型水澄清池等多種型式。平流沉淀池可根據(jù)地形條件選擇矩形、條渠形、曲線形和湖泊形。與一般膠體顆粒的沉淀不同，高濁度水的沉淀將以異重流的方式向前推進(jìn)，高濁度水平流沉淀池的排泥，一般小型池采用多斗方式，大型池可采用水力沖洗或挖泥船排除。輻流式沉淀池可用作高濁度水的自然沉降，也可用作混凝沉淀。用作自然沉淀時，含砂量一般不超過20kg/m3，用作混凝沉淀時，含砂量可達(dá)100kg/m3旋流絮凝沉淀池是針對黃河高濁度水投加高分子絮凝劑后能結(jié)成大而密實(shí)的絮凝體及快速分離的特點(diǎn)，把快速混合、網(wǎng)板絮凝和泥渣

16、分離合為一體的沉淀構(gòu)筑物。XB-1型水旋澄清池是一座澄清池內(nèi)完成兩次泥沙分離的池型。原水在旋流作用下逐步形成大絮體，并使大絮體和粗顆粒分離沉淀，然后繼續(xù)進(jìn)行絮凝，并在分離室完成泥水分離。高濁度水處理除了需要解決泥砂的沉淀外，對于沉淀泥砂的輸送和處理也是重要問題。根據(jù)多年實(shí)踐，利用沉泥淤背以加固黃河大堤以及利用低洼鹽堿池，淤沙至一定高度后，蓋淤還耕，既改良了土壤又解決了泥沙出路，都在實(shí)踐中取得較好效果。低溫低濁水處理隨著水溫的降低，水的粘滯度增加，絮凝速度降低，顆粒沉速減速減慢。原水濁度的減少，使絮凝過程中顆粒碰撞的機(jī)率降低，影響絮凝過程的進(jìn)行。因此，低溫低濁水的處理較常規(guī)水的處理困難。即使加大

17、混凝劑的投加量，仍難以達(dá)到要求的水質(zhì)目標(biāo)。通過長時期的研究，認(rèn)為低溫低濁水處理的關(guān)鍵是選擇合適的混凝劑和助凝劑，以強(qiáng)化絮凝過程，其次是選擇合適的澄清及過濾形式。低溫低濁水處理的混凝劑一般可采用聚合氯化鋁或硫酸鋁。實(shí)踐表明，聚合氯化鋁對各種水質(zhì)的適應(yīng)性較強(qiáng)。助凝劑則多采用活化硅酸(水玻璃)。混凝劑與助凝劑的比例，一般采用5:17:1。采用活化硅酸作助凝劑在我國已有較長歷史，1952年天津自來水公司已開始使用。經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為要使活化硅酸起到良好的絮凝效果，必須注意活化的方式和方法。活化硅酸的配制應(yīng)控制原液的濃度和剩余堿度，并掌握控制活化時間。低溫低濁水處理工藝的選擇還應(yīng)結(jié)合全年原水的濁度變化。如果原水常

18、年濁度較高，僅在冬季出現(xiàn)低溫低濁時，一般采用與常規(guī)處理相似的混合、絮凝、沉淀、過濾工藝而在低溫低濁時投加助凝劑。如果原水常年濁度都很低(如在3050度以下)，僅在暴雨季節(jié)出現(xiàn)大于100度的濁度時，也可采用上述工藝，但在濁度較低時超越絮凝、沉淀階段而采用直接過濾，超越運(yùn)行時需加助濾劑。我國東北地區(qū)寒冷季節(jié)長達(dá)四、五個月，但在雨季河水濁度又可以高達(dá)幾千度，給水處理帶來困難。根據(jù)這一特點(diǎn)，研究、開發(fā)了一種新型的水處理構(gòu)筑物-浮沉池。它是將氣浮和沉淀相結(jié)合的形式，既利用氣浮處理低溫低濁及高藻時的良好效果，也可用沉淀來處理較高濁度的原水。這種池型已在東北地區(qū)近10年水廠中采用，取得了較好效果。低濁水處理

19、構(gòu)筑物的形式大致與常規(guī)處理相仿，但其所采用的設(shè)計(jì)指標(biāo)則與常規(guī)水處理不同。高含藻水處理由于水體受到污染，水中營養(yǎng)成份增加，藻類過量繁殖，近年來已成為取用湖泊水源時的普遍現(xiàn)象。我國對于高含藻水的處理，有采用氣浮除藻、微濾機(jī)除藻、微絮凝接觸過濾除藻、生物處理除藻以及預(yù)氯化除藻等多種方法。無錫自來水公司針對太湖的含藻問題，探索了加泥吸附沉淀的工藝，取得出較好的效果。對于富營養(yǎng)程度較低的湖泊水，一般采用常規(guī)處理工藝，但加強(qiáng)混合、絮凝和沉淀，并適當(dāng)降低濾速。原水預(yù)氯化有助于后續(xù)處理對藻類的去除。但由于預(yù)氯化的氯會與水中有機(jī)物形成對人體有害的鹵代有機(jī)物，因此該工藝的選用將逐漸受到限制。據(jù)報(bào)導(dǎo)，采用高鐵酸鹽復(fù)合藥劑代替氯作預(yù)氧化劑，可提高對水中藻類的去除，且對飲用水水質(zhì)無副作用。采用氣浮池除藻，在國內(nèi)有較多的應(yīng)用。但當(dāng)高藻期間原水濁度又較高時，則氣浮池的除濁效果將受到影響。最近在設(shè)計(jì)中也有采用了沉淀與氣浮相