給水廠凈水工藝的發(fā)展及其比較袁志彬王占生

摘要：本文介紹了給水廠凈水工藝的發(fā)展過程、不同凈水工藝的比較。本文提出，在我國現(xiàn)有的條件下，在優(yōu)先考慮強(qiáng)化常規(guī)工藝的前提下發(fā)展預(yù)處理和深度處理將是今后水廠改造的主要方向。

關(guān)鍵詞：給水處理

強(qiáng)化常規(guī)工藝

預(yù)處理深度處理

水廠改造

Abstract:Thedevelopmentofwatertreatmenttechnicsandcomparisonofdifferentwatertreatmenttechnicswasintroducedinthispaper.Itwasputforwardthatunderpresentconditionsconsolidationofroutinetechnicsistop-priority,thenpretreatmentanddeeptreatmentismajorevolutionaspectinthefutureinourcountry.

Keywords:watertreatment；consolidationofroutinetechnics；pretreatment；deeptreatment；reconstructionofwatertreatmentplant

1.給水凈水工藝的發(fā)展過程

給水處理的主要任務(wù)和目的就是通過必要的處理方法去除水中的雜質(zhì)，以價(jià)格合理、水質(zhì)優(yōu)良安全的水供給人們使用，并提供符合質(zhì)量要求的水用于工業(yè)。

給水處理的方法應(yīng)根據(jù)水源水質(zhì)和用水對象對水質(zhì)的要求而確定。在逐漸認(rèn)識到飲用水存在水質(zhì)污染和危害的同時(shí)，人們也開始了長期不懈地對飲用水凈化技術(shù)的研究和應(yīng)用。到20世紀(jì)初，飲用水凈化技術(shù)已基本形成了現(xiàn)在被人們普遍稱之為常規(guī)處理工藝的處理方法，即混凝、沉淀或澄清、過濾和消毒。這種常規(guī)處理工藝至今仍被世界上大多數(shù)國家所采用，成為目前飲用水處理的主要工藝。

飲用水常規(guī)工藝的主要目標(biāo)是去除水源水中的懸浮物、膠體雜質(zhì)和細(xì)菌。混凝是向原水中投加混凝劑，使水中難以自然沉淀分離的懸浮物和膠體顆粒互相聚合，形成大顆粒的絮體。沉淀是將混凝后形成的大顆粒絮體通過重力分離。過濾則是利用顆粒狀濾料（石英砂等）截留經(jīng)沉淀后出水中殘留的顆粒物，進(jìn)一步去除水中雜質(zhì)，降低水中的混濁度。過濾之后采用消毒方法來滅活水中致病微生物，從而保證飲用水的衛(wèi)生安全性。

在二十世紀(jì)七十和八十年代，給水工程技術(shù)人員面臨的主要問題是工程的投資效益，即如何以最低的工程總投資來完成簡單的處理目標(biāo)。因此，在這段時(shí)期里，研究出了許多比較經(jīng)濟(jì)的凈水技術(shù)和工藝，這些研究包括改進(jìn)沉淀池設(shè)計(jì)，出現(xiàn)了斜管沉淀池、斜板沉淀池和氣浮池等快速澄清工藝，還有快速過濾工藝和將絮凝、沉淀和過濾工藝組合在一起的專用集成設(shè)備。

然而，到了二十世紀(jì)八十和九十年代，新的問題出現(xiàn)了，即飲用水中存在的微量有機(jī)物對人體健康的長期潛在危害。因此，出現(xiàn)了新的水質(zhì)污染指標(biāo)和規(guī)定，例如，總?cè)u甲烷、揮發(fā)性有機(jī)物和最大污染物濃度等。為了對待這些新情況，滿足凈水處理要求，工程技術(shù)人員和研究人員已經(jīng)成功地設(shè)計(jì)出去除水中有機(jī)污染物的方法。這些方法，如化學(xué)氧化、活性炭吸附和強(qiáng)化混凝處理等，在過去的十多年里一直是主要的研究方向。

2.不同的水質(zhì)參數(shù)對應(yīng)不同的水處理工藝

綜觀一下給水凈水工藝的發(fā)展歷程，我們可以得出結(jié)論，即不同水質(zhì)參數(shù)對應(yīng)不同的水處理工藝。表1就列出針對不同水質(zhì)參數(shù)而選擇的不同處理方法[1]。表1目前最通用的給水處理方法（美國，1998年）水質(zhì)參數(shù)工藝組成濁度快速砂濾池（常規(guī)規(guī)方式）：絮絮凝，沉淀，過過濾快速砂濾池（直接接過濾方式）：：絮凝，過濾濾膜過濾色度絮凝／快速砂濾池池吸附：粒狀（粉狀狀）活性炭；；離子交換樹樹脂氧化作用：臭氧；；氯；高錳酸酸鉀；二氧化化氯嗅味氧化作用：臭氧；；氯；高錳酸酸鉀；二氧化化氯生物活性炭揮發(fā)性有機(jī)物（VOC）空氣吹脫粒狀活性炭兩種（吹脫和粒狀狀活性炭）技技術(shù)聯(lián)用三鹵甲烷和腐殖酸酸前驅(qū)物的去除：強(qiáng)強(qiáng)化混凝；粒粒狀活性炭；；生物活性炭炭氯化副產(chǎn)物的去除除：粒狀活性性炭；空氣吹吹脫有機(jī)化合物離子交換樹脂生物活性炭膜過濾細(xì)菌和病毒過濾（部分去除）消毒（滅活）：氯氯；二氧化氯氯；氯胺；臭臭氧

從上表可以看出，結(jié)合混凝工藝的快速砂濾池是給水處理中最通用的處理方法。然而，在常規(guī)處理工藝基礎(chǔ)上，增加的預(yù)氧化和吸附以及二者的聯(lián)用是解決當(dāng)前水源遭到污染的主要方法，另外，在我國生物預(yù)處理技術(shù)也已經(jīng)開始得到應(yīng)用。這里新提出的膜過濾將是未來很有發(fā)展前途的凈水處理技術(shù)。

3.凈水工藝的比較及發(fā)展趨勢

目前我國各自來水廠的水源大都遭受生活污水與工業(yè)廢水的污染，原水中有機(jī)物氨氮濃度增加，使水帶色、味；有的水廠是從湖泊、水庫取水，由于原水藻類（包括藻類分泌物）增加，使出水色、腥味增加。這些原水經(jīng)水廠常規(guī)工藝凈化，濁度不易得到很好控制，濾池易堵塞（藻類影響），出水有機(jī)物濃度高（生物不穩(wěn)定，易使輸配水管道中細(xì)菌滋長，惡化水質(zhì)），氨氮濃度高，使加氯量增加進(jìn)而使消毒副產(chǎn)物（如三鹵甲烷、鹵乙酸等）量增加，提高了飲用水的致癌風(fēng)險(xiǎn)，使出廠水有異味，水質(zhì)下降，往往會(huì)遭受居民的抱怨和投訴。因此，對給水廠的現(xiàn)有工藝進(jìn)行改造勢在必行。

凈水廠的工藝改造有以下幾種方法：①.增加深度處理構(gòu)筑物，如活性炭吸附（或者臭氧－活性炭聯(lián)用）技術(shù)；②.增加預(yù)處理構(gòu)筑物,如生物預(yù)處理(接觸氧化池或生物濾池)；③.不增加常規(guī)工藝前、后的凈化構(gòu)筑物，在現(xiàn)有工藝上改造，如強(qiáng)化混凝、強(qiáng)化過濾、優(yōu)化消毒；④.綜合采用前面幾種技術(shù)。

具體來說，給水廠凈水系統(tǒng)技術(shù)改造的內(nèi)容主要包括如下幾個(gè)部分：

(1)針對水源水的污染特性，增設(shè)必要的預(yù)處理設(shè)施。預(yù)處理技術(shù)包括投加化學(xué)氧化劑，如臭氧、高錳酸鉀；投加吸附劑，包括粉末活性炭和活化粘土；以及生物氧化技術(shù)等。特別是生物氧化預(yù)處理技術(shù)（如曝氣生物濾池），由于本身存在的一些優(yōu)點(diǎn)，自二十世紀(jì)八十年代以來，在許多國家得到重視。我國部分城市水廠也已經(jīng)開始了這方面的工作。

(2)混凝技術(shù)改造。改造的基本方法可因地制宜選用靜態(tài)混合器、利用水泵和加裝機(jī)械攪拌混合器等。

(3)絮凝技術(shù)改造。改造的基本原則是創(chuàng)造適宜的水力條件，使絮凝的各段過程中盡量接近最隹GT值。對打碎絮體的部位需擴(kuò)大斷面積，對GT值過小的部位加裝網(wǎng)格或阻流裝置。如要適當(dāng)增加絮凝時(shí)間則可適當(dāng)?shù)卣加靡恍┏恋沓乜臻g來解決。

(4)沉淀池、澄清池的技術(shù)改造。改造的基本方法是加裝斜管或斜板。

(5)過濾技術(shù)改造，改造為煤和砂的雙層濾料濾池；可考慮采用輕質(zhì)（煤或陶粒濾料）、粒徑較粗、濾層較厚的均勻?yàn)V料。濾池采用氣水聯(lián)合反沖洗，改善沖洗效果，節(jié)約沖洗水量。

(6)助濾劑的應(yīng)用。在進(jìn)濾池的水中再加注少量（一般為1-3mg/L）的混凝劑或微量（一般幾十μg/L）高分子絮凝劑，能明顯改善水的過濾性能，顯著提高去除率。這是改善過濾出水水質(zhì)的一個(gè)非常重要措施。投加助濾劑后，出水濁度明顯降低，但運(yùn)行周期會(huì)相應(yīng)縮短。經(jīng)試驗(yàn)，采用助濾劑方案時(shí)，如運(yùn)行周期尚長，可不改變?yōu)V層，否則要同時(shí)把濾層改為雙層濾料或均粒濾層并加裝表面沖洗以改善沖洗效果。

(7)增設(shè)活性炭吸附或生物活性炭（臭氧－活性炭聯(lián)用）深度處理設(shè)施，進(jìn)一步控制出廠水中的有機(jī)污染物的濃度，減少鹵代物質(zhì)的生成量。

(8)在無條件建立活性炭濾池時(shí)，可在過濾前投加粉末活性炭（PAC），或?qū)V池改造為活性濾池。

(9)優(yōu)化消毒工藝，使用氯胺、二氧化氯、臭氧等消毒劑，降低消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生量，提高飲用水的衛(wèi)生安全性。

(10)采用膜技術(shù)，可以替代常規(guī)工藝和深度處理工藝，并可以去除部分溶解性無機(jī)鹽。

(11)水廠自動(dòng)控制的技術(shù)改造，目的是減低能耗，優(yōu)化工藝參數(shù)，保證出水水質(zhì)。

這里需要特別指出的是，活性炭吸附技術(shù)最能有效地去除水中的有機(jī)物，將是今后給水凈水廠首先應(yīng)考慮增加的深度處理構(gòu)筑物。但從經(jīng)濟(jì)角度來看，根據(jù)我們的估算，采用活性炭吸附技術(shù)每處理1m3/d水的投資將在80-100元，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)將增加0.15元/m3左右。從目前來看出，恐怕在短時(shí)間內(nèi)還難以實(shí)現(xiàn)。生物預(yù)處理技術(shù)對氨氮、亞硝酸鹽氮有很好的去除（80-95％），對鐵、錳的去除有相當(dāng)效果，對有機(jī)物也有較好的去除效果（10-25％）；對色、味的去除也有一定效果，還能減少藥劑投加量。生物預(yù)處理技術(shù)運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)便宜，僅需增加費(fèi)用0.09元/m3，但基建面積較大，投資高，每1m3/d約在100-120元左右[2]。

當(dāng)然，在我國當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件下，最經(jīng)濟(jì)可行辦法的是在現(xiàn)在凈水工藝基礎(chǔ)上進(jìn)行改造。采取強(qiáng)化混凝與強(qiáng)化過濾的辦法，可以不增加構(gòu)筑物，因此單位水量1m3改造費(fèi)用只需20-25元，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用只需增加0.03-0.05元/m3。氨氮及亞硝酸鹽氮去除率80-90%，有機(jī)物CODMn去除率15-20%[2]。下面重點(diǎn)介紹一下常規(guī)工藝的強(qiáng)化即強(qiáng)化混凝和強(qiáng)化過濾。

關(guān)于強(qiáng)化混凝，可以有以下幾種方法：

1)

多投混凝劑使有機(jī)物的水化殼壓縮，水解的陽離子與有機(jī)物陰離子電中和，消除由于有機(jī)物對無機(jī)膠體的影響，從而使無機(jī)膠體脫穩(wěn)。

2)

投加絮凝劑，增加吸附、架橋作用，使有機(jī)物易被絮體粘附而下沉。

3)

投加氧化劑，使有機(jī)物被氧化。

4)

調(diào)整混合與絮凝反應(yīng)的時(shí)間，使藥劑充分發(fā)揮作用，即從水力條件上改進(jìn)。

5)

調(diào)整pH，一般有機(jī)物多時(shí)，pH5-6效果好。

6)

根據(jù)試驗(yàn)研究結(jié)果，以投加絮凝劑，改善水力條件共同進(jìn)行能取得好的效果，且經(jīng)濟(jì)可行。

關(guān)于強(qiáng)化過濾，強(qiáng)化過濾濾池主要功能是發(fā)揮濾料與脫穩(wěn)顆粒的接觸凝聚作用而去除濁度、細(xì)菌。如果濾料洗滌不干凈，濾料表面就會(huì)積泥，當(dāng)預(yù)加氯時(shí)抑制了濾料中生物的生長，因此濾料層沒有或較少生物降解作用。如果不預(yù)加氯，濾料層中就會(huì)有生物作用，濾池出水中氨氮有所降低，亞硝酸鹽氮增加就是具有亞硝酸鹽菌的結(jié)果。

強(qiáng)化過濾就是讓濾料既能去濁，又能降解有機(jī)物，降解氨氮、亞硝酸鹽氮。這樣，就需要在濾料中培養(yǎng)生物膜，要既有亞硝酸鹽菌，又要有硝酸鹽菌使氨氮、亞硝酸鹽氮都得到有效去除。強(qiáng)化過濾技術(shù)的難點(diǎn)是：

1)

選擇濾料（有利于細(xì)菌生長）；

2)

控制反沖洗強(qiáng)度既能沖去積泥，又能保持一定的生物膜；

3)

要保證出水濁度小于1.0NTU；

4)

要使濾池的微環(huán)境有利于生物膜成長；

5)

其他技術(shù)問題，如沖洗水的強(qiáng)度、膨脹率等。

綜合給水廠的凈水工藝狀況，我們把不同工藝的機(jī)理、功能、凈水效果和費(fèi)用比較列為一個(gè)表格，便于分析和比較，具體詳見下表（表2）。該表的依據(jù)是1993年12月中國建筑工業(yè)出版社出版的《給水排水工程概預(yù)算與經(jīng)濟(jì)評價(jià)手冊》中給水工程構(gòu)筑物技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，這里選取氣水反沖V型濾池作為生物陶粒池、雙閥濾池作為活性炭濾池投資（直接費(fèi)）計(jì)算，間接費(fèi)以直接費(fèi)的50%計(jì)，再乘以價(jià)差調(diào)整系數(shù)2進(jìn)行投資估算。估算中生物陶粒池濾速采用6m/h，活性炭濾池采用10m/h，臭氧發(fā)生裝置以產(chǎn)1kgO3/h投資37.5萬元計(jì)算，生產(chǎn)1kgO3耗電35kwh，每kwh以0.8元計(jì)，折舊以15年回收計(jì)算。運(yùn)轉(zhuǎn)管理人工費(fèi)以每月1000元計(jì)。序號工藝作用機(jī)理功能去除效果（％）增加費(fèi)用有機(jī)物CODMn氨氮亞硝酸鹽色嗅味AOCAmes致突活性基建費(fèi)(元/m33/d)運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)(元/m33/d)1常規(guī)工藝混凝、接觸凝聚除濁、消毒2010-20負(fù)增長一定少量負(fù)增長

2活性炭吸附物理吸附、部分生生物降解去除有機(jī)物20-50少量少量很有效部分很有效80-1003臭氧活性炭化學(xué)氧化、物理吸吸附、生物降降解去除有機(jī)物20-5080-9080-90很有效很有效很有效O335-400.054生物預(yù)處理生物降解、吸附、絮絮凝去除氨氮、亞硝酸酸氮、有機(jī)物物10-2585-9090部分有效不明顯100-1200.105強(qiáng)化混凝創(chuàng)造良好水力條件件、吸附架橋橋充分發(fā)揮混凝作用用增加8-10基本無基本無少量少量不明顯56強(qiáng)化過濾生物降解、絮凝吸吸附去除氨氮、亞硝酸酸鹽氮、部分分有機(jī)物10-1580-9080-90少量部分少量15-20

4.結(jié)論

綜合給水廠不同凈水工藝的去除指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)上增加的費(fèi)用，我們得出的基本結(jié)論是，在我國現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件下，在優(yōu)先考慮強(qiáng)化常規(guī)工藝的