導語：隨著對飲水安全和供水水質要求的逐漸提高，針對美國水廠先進運行方式的研究也逐漸增多，但現(xiàn)有的研究主要集中在美國水廠的某一工藝或某一工段，幾乎鮮有從全流程層面的剖析。立足對中美兩國多個水廠實際運行情況的調研，從原水、混合、絮凝、沉淀、過濾等工段全流程的分析兩國在常規(guī)處理工藝運行策略中的相同與不同之處，在對比的過程中，發(fā)現(xiàn)諸多美國水廠在設計、運行中的先進經驗和理念，例如美國水廠出水濁度一般控制在0.1 NTU以下，甚至穩(wěn)定在0.03～0.05 NTU范圍內，而我國水廠出水一般為0.2～0.8 NTU;美國沉淀出水濁度通常在0.5 NTU以下，而我國通常為0.8～3 NTU;美國濾池通常采用煤砂雙層濾料，濾池反沖洗周期為3～4d。在運行方面，美國水廠實際運行水量通常為設計水量的50%，而我國水廠通常為滿負荷運行。這些經驗和理念可在我國水廠工藝升級和提標改造中加以參考和借鑒。

目前，我國頒布的《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB5749—2006)和《城市供水水質標準》(CJ/T206—2005)都要求飲用水的濁度不高于1 NTU，絕大部分水廠濾后水濁度可以滿足此要求，但很難將這一指標降至0.1 NTU以下，部分水廠出水濁度達到0.3 NTU以上。相比而言，美國聯(lián)邦飲用水標準要求95%以上濾后水樣品濁度不大于0.3 NTU。在未加設深度處理工藝，僅利用優(yōu)化常規(guī)處理工藝的情況下，美國相當部分水廠出水濁度可降至0.1 NTU以下，甚至穩(wěn)定在0.03～0.05NTU范圍內。

濁度對于給水處理來說是一個至關重要的水質指標，降低濁度的同時也降低了水中的細菌、大腸菌、病毒、隱孢子蟲、鐵、錳等。研究表明，當濁度控制在0.1 NTU以下時，賈第鞭毛蟲、隱孢子蟲去除率達99.9%以上，越低的濁度水平代表著越小的微生物風險和越高的供水質量。錢孟康、姚宏等學者均對美國水廠的運行情況進行探討，但這些研究只局限于討論某些工藝和某一工段，并未通過對全流程參數(shù)分析而掌握其運行策略。因此，挑選中美同緯度下(北緯36～42度)具有代表性的三個地表水廠進行詳細對比分析，以求找出中美水廠設計運行中的相同與不同，以及挖掘美國水廠運行過程中值得借鑒的理念和經驗，為將來我國水廠水質提標改造提供理論和實踐基礎。

1原水水質對比

美國三個水廠均位于賓夕法尼亞州中南部地區(qū)，中國三個水廠均位于山東省，各水廠水源水的比較見表1。

表1 中美水廠水源水水質對比

由表1可見，美國賓州AB兩水廠水源皆取自河流，如薩斯奎哈納河等，美國C水廠取自水庫。中國三個水廠皆取自水庫水。據(jù)文獻報道，由于美國對水源保護力度大，使得其原水水質條件優(yōu)于我國。因此，為保證后續(xù)工藝的可比性，兩國所選水廠原水水質相近。由表1可見，中國水廠TOC數(shù)值總體略高于美國;而美國A和中國A兩水廠UV254數(shù)值較高，其他水廠之間差別不大。在濁度方面，我國水源水有明顯冬低夏高季節(jié)性變化的特點，例如中國山東B水廠，其冬季原水濁度為4～8 NTU，但夏季濁度會升至30 NTU。因此，綜合考慮各水質指標的代表性，確定以濁度作為典型指標進行對比分析。

由實際供水量和設計水量對比可見，國內水廠基本都按照設計水量滿負荷運行，美國水廠實際供水量遠低于設計水量?；诒ＷC用水水量的考慮，美國水廠通常以未來10～20年的最高日需水量來確定設計水量。美國AB水廠分別為新建和新擴建水廠，因此調研時的實際運行水量僅為其設計水量的50%左右。美國C水廠建于20世紀90年代，由于該市人口減少和工業(yè)萎縮，調研時的實際運行水量僅為其設計水量的33%。

在水廠工藝方面，所選的美國水廠都以常規(guī)處理工藝(即混合/絮凝/沉淀/過濾)為主，中國B、C水廠則是常規(guī)工藝與深度處理相結合。除美國C水廠外，其余5個水廠皆采用了預氧化處理，所投藥劑以高錳酸鹽為主，僅中國C水廠使用臭氧預氧化，臭氧投加量約為1mg/L。在深度處理工藝選擇上，美國三個水廠都僅采用了常規(guī)處理，未選用任何深度處理工藝;而中國B、C兩水廠為保證出水水質，分別增設了超濾膜處理和臭氧-活性炭工藝。因此，水廠之間的對比僅圍繞常規(guī)工藝展開。

2常規(guī)工藝運行策略對比

2.1 混合工段對比分析

表2為中美水廠混合工段對比分析。由此可見，美國水廠的混合系統(tǒng)與我國基本相似，都是以機械混合和管式靜態(tài)混合兩種混合方式為主。不同的是，兩國混合時間不同：我國水廠混合過程一般需50～60s，而三個美國水廠使用超高速混合設備，使得混合時間全部小于30s。越短的混合時間表明藥劑水解的概率越低，越有利于混合過程的進行。因此，在后續(xù)國內水廠改造中，可通過改良設備縮短混合時間，提高混合效果。

表2 中美水廠混合工段對比

混凝劑投加量方面，為保證TOC去除效率，通過增加藥劑投加量來強化混凝過程，美國賓州的AB兩水廠PAC投加量高達45和50mg/L，而我國三個水廠PAC投加量不超過17mg/L。在合理范圍內提高混凝劑投加量，會增加顆粒物參與吸附架橋、網(wǎng)捕與卷掃等作用的機會，有利于破壞膠體聚集穩(wěn)定性，提高混凝效果。另外，美國水廠一般在原水水質變化時都進行燒杯實驗，以確定最適加藥量，避免投加量過大而導致膠體再穩(wěn)定，此操作理念值得國內水廠學習。

2.2 絮凝工段對比分析

表3為中美絮凝工段對比。

由表3可見，調研的美國三個水廠皆使用機械絮凝工藝，而我國山東AB水廠均采用折板絮凝。折板和網(wǎng)格絮凝方式難以調節(jié)水力條件，很難通過改變能量投加來達到最優(yōu)的控制參數(shù)。而機械絮凝可根據(jù)水質和藥劑投加量控制每級的功率和攪拌速度，以適應季節(jié)和水質的變化。在絮凝時間上，中國的三個水廠受設計規(guī)范制約，一般都控制在15～20min。而美國賓州《公共供水手冊》建議20～30min的絮凝時間，美國《飲用水水廠十州建議標準》建議至少30分鐘的絮凝時間。

編輯：王媛媛