費(fèi)征云
(杭州市七格污水處理廠工程建設(shè)指揮部，浙江杭州310041)

　　中圖分類(lèi)號(hào)：TU991.9
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：D
　　文章編號(hào)：1000-4602(2001)04-0064-03

　　1　保護(hù)水源

　　優(yōu)質(zhì)的源水是生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)飲用水的先決條件。在美國(guó)，政府及水行政部門(mén)相當(dāng)重視水源保護(hù)工作，可以說(shuō)是不遺余力的。參觀所到之水廠，其源水均取自于污染較小的水庫(kù)、河流或渠道，源水水質(zhì)均好于我國(guó)地表水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中的二類(lèi)水質(zhì)，濁度一般均為20～30 NTU。
　　水源的保護(hù)需要長(zhǎng)期的努力和艱苦的工作，美國(guó)各地的水行政部門(mén)為此制定了一系列的法規(guī)來(lái)保護(hù)水源及防止水污染。同時(shí)，他們也十分重視源水及其輸水系統(tǒng)的管理，輸水渠道沿線用鐵絲網(wǎng)封閉，并設(shè)有報(bào)警裝置以防人為污染及減少周?chē)h(huán)境的影響，如洛杉磯地區(qū)的水源主要通過(guò)544 km長(zhǎng)的輸水渠道從內(nèi)華達(dá)西拉山區(qū)引來(lái)，整個(gè)輸水渠道用鐵絲網(wǎng)封閉，其投資及運(yùn)行費(fèi)用是十分可觀的。一般水庫(kù)建于遠(yuǎn)離居住區(qū)的地方，禁止人及家畜靠近，并加強(qiáng)對(duì)水源附近工廠的管理。

　　2　水處理工藝的比較

　　在參觀過(guò)的水廠中，大多數(shù)的水處理工藝流程與國(guó)內(nèi)水廠差不多，一般均為絮凝→沉淀→過(guò)濾，但每一個(gè)工藝步驟都與國(guó)內(nèi)有所不同，也都有其特點(diǎn)。
　　2.1絮凝池
　　絮凝池多采用機(jī)械攪拌的方式(包括變頻機(jī)械攪拌)，絮凝時(shí)間一般較長(zhǎng)，達(dá)20～45 min。在國(guó)內(nèi)，這種攪拌方式是很少采用的，因?yàn)闄C(jī)械攪拌存在大量的設(shè)備維護(hù)工作，同時(shí)還有產(chǎn)品質(zhì)量及使用材料的耐腐蝕問(wèn)題。國(guó)內(nèi)的大部分絮凝池采用的是水力攪拌，通常的絮凝時(shí)間＜20 min。
　　兩種攪拌方式的比較見(jiàn)表1。
　　絮凝池?cái)嚢璺绞降倪x擇應(yīng)根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)、水量、設(shè)備、維修力量及進(jìn)水水頭而定。

　　2.2沉淀池
　　兩國(guó)一般都采用平流式沉淀池，它有以下特點(diǎn)：運(yùn)行簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、出水水質(zhì)穩(wěn)定。在中國(guó)，平流式沉淀池通常是細(xì)長(zhǎng)的，一般長(zhǎng)為100～110 m，寬為8 m，深為3 m。在美國(guó)，平流式沉淀池則要比國(guó)內(nèi)的短、寬、深。至于出水方式，國(guó)內(nèi)通常使用指形槽集水，在美國(guó)則有許多方法：指形槽、溢流堰、潛水孔等。
　　兩國(guó)平流式沉淀池的比較見(jiàn)表2。

　　筆者認(rèn)為，長(zhǎng)寬比和長(zhǎng)深比應(yīng)該大一些為好，因?yàn)檫@樣可以使Re和Fr數(shù)位于適當(dāng)?shù)姆秶?，從而改善沉淀效果?BR>　　在美國(guó)的平流式沉淀池中，給人印象最深的是污泥排放系統(tǒng)及鏈?zhǔn)焦文鄼C(jī)。在國(guó)內(nèi)，由于國(guó)產(chǎn)鏈?zhǔn)焦文鄼C(jī)設(shè)備材質(zhì)不過(guò)關(guān)，維護(hù)困難，問(wèn)題較多，目前已漸漸淘汰，污泥排放則通常采用虹吸或泵吸連續(xù)運(yùn)行的方式。而在美國(guó)，主要使用鏈?zhǔn)焦文鄼C(jī)將污泥排至排泥渠，濃縮后脫水，它的優(yōu)點(diǎn)是脫水后的污泥含水率低，從而水量損失少，通常只占總水量的1%。由于所使用的鏈?zhǔn)焦文鄼C(jī)的鏈條、刮板、鏈輪、主軸、軸承均由非金屬材料制成，所以設(shè)備防腐性能好，維護(hù)工作量少。但是，美國(guó)有些水廠的平流沉淀池的出水槽(堰)長(zhǎng)度設(shè)計(jì)得太短，造成出水槽(堰)負(fù)荷太大以至于大量的顆粒被帶入濾池，影響了沉淀效果。筆者認(rèn)為如果出水槽(堰)負(fù)荷控制在20m³/(m·h)，出水水質(zhì)會(huì)更好。
　　2.3濾池
　　在20世紀(jì)90年代之前，國(guó)內(nèi)大部分水廠采用設(shè)有1～2層濾料的普通快濾池(有的為單層濾料)?，F(xiàn)在，普通氣水反沖洗濾池及V型濾池已被廣泛采用。美國(guó)大多數(shù)水廠的濾池均為氣水反沖洗濾池，濾料為2～3層，大都采用無(wú)煙煤及石英砂濾料。中美兩國(guó)雙層濾料(無(wú)煙煤及石英砂)濾池的比較見(jiàn)表3。

　　從表3可以看出，美國(guó)的濾池有以下特點(diǎn)：無(wú)煙煤層厚，石英砂層??；濾料有效粒徑小；均勻系數(shù)低；濾池運(yùn)行周期長(zhǎng)。這些特點(diǎn)使濾池納污能力強(qiáng)，濾后水濁度低。對(duì)于多層濾料濾池，如何防止濾料流失是一個(gè)很重要的問(wèn)題，美國(guó)濾池一般每年的濾料損失＜5%，這非常值得借鑒，其關(guān)鍵是要控制反沖洗強(qiáng)度和保持較深的濾料上水深，美國(guó)的氣水反沖濾池均設(shè)有用于控制反沖洗強(qiáng)度的測(cè)試儀表及控制設(shè)備。
　　2.4清水池及泵房
　　在清水池及泵房的設(shè)置上，中美兩國(guó)差別較大。在國(guó)內(nèi)，清水池的容積約為水廠設(shè)計(jì)能力的10%～20%，且在配水系統(tǒng)內(nèi)極少設(shè)增壓裝置，但在許多樓頂上設(shè)有小水箱，以保證樓內(nèi)有足夠的水壓。另外，清水泵房的規(guī)模通常是按照最高供水日的最高小時(shí)供水量設(shè)計(jì)的，這使得泵房和管網(wǎng)的建設(shè)投資加大，運(yùn)行效率降低。在美國(guó)，充分利用地形條件，在配水系統(tǒng)中有許多提升蓄水池，使得水廠內(nèi)的清水池變小，泵房運(yùn)行穩(wěn)定，設(shè)備運(yùn)行效率高且電耗低。至于泵站形式，美國(guó)一般為露天泵站，主要設(shè)備如水泵、電機(jī)、變壓器等均露天安裝，這就需要設(shè)備尤其是電器設(shè)備有良好的絕緣和防水性能。雖然這樣做的結(jié)果是設(shè)備投資加大了，但節(jié)省了大量的土建費(fèi)用。
　　2.5加藥
　　①絮凝劑的投加
　　兩國(guó)使用的絮凝劑種類(lèi)差不多，當(dāng)源水濁度較高時(shí)，使用Al₂(SO₄)₃或FeCl₃。最大的差別在于美國(guó)使用的為液體絮凝劑，儲(chǔ)存在罐內(nèi)，儲(chǔ)存量小于兩周的用量，由絮凝劑供應(yīng)商直接用槽車(chē)從工廠運(yùn)至水廠，這主要得益于先進(jìn)的運(yùn)輸工具及發(fā)達(dá)的交通。這樣就減少了溶解設(shè)備及儲(chǔ)存庫(kù)的面積，減少了操作人員及其勞動(dòng)強(qiáng)度。在國(guó)內(nèi)，目前還大量使用固體絮凝劑，需要溶解設(shè)備及足夠的儲(chǔ)存?zhèn)}庫(kù)，儲(chǔ)存量往往是一個(gè)月的用量。雖然已有水廠開(kāi)始使用液體絮凝劑，但液體絮凝劑質(zhì)量還不夠穩(wěn)定，目前還處于提高質(zhì)量、逐步推廣的階段。
　　美國(guó)水廠的加藥基本上采用計(jì)量泵投加，計(jì)量泵不采用SCD控制，而是根據(jù)源水水質(zhì)和流量的變化采用人工調(diào)整的簡(jiǎn)單實(shí)用方式。在參觀過(guò)的近20家大大小小的美國(guó)水廠中，只有一家使用SCD設(shè)備，而且僅僅用于監(jiān)測(cè)而不是控制絮凝劑的投加，這也許是源水水質(zhì)較好且穩(wěn)定的緣故。
　　為了保證處理后的水質(zhì)，大部分美國(guó)水廠還同時(shí)投加高分子聚合物。一般沉后水濁度＜1NTU，濾后水的濁度為0.05 NTU，大大低于美國(guó)聯(lián)邦和各州的規(guī)定(1.0或0.5NTU)。
　?、谙?BR>　　從參觀過(guò)的美國(guó)水廠來(lái)看，他們非常重視消毒工藝，一般均有兩級(jí)消毒。目前，大部分的水廠采用液氯消毒，對(duì)于配水管網(wǎng)較長(zhǎng)的地區(qū)，添加氨進(jìn)行輔助消毒。雖然有一些水廠采用臭氧，但只是用作預(yù)處理，濾后水還是要加氯消毒。加氯消毒采用加液氯消毒的方式，液氯直接由槽車(chē)運(yùn)到水廠的儲(chǔ)液罐內(nèi)并由計(jì)量泵直接投加，這種投加方式的好處在于安全，減少了液氯蒸發(fā)器等危險(xiǎn)性較大的設(shè)備，但投資較大。出廠余氯一般控制在1.0 mg/L左右。
　　2.6儀表與自控系統(tǒng)
　　許多美國(guó)大中型水廠均由一套集散型的自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。在廠區(qū)范圍內(nèi)設(shè)有若干臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)，對(duì)整個(gè)水處理過(guò)程實(shí)行多環(huán)路控制，其中包括沉淀、過(guò)濾及反沖洗、臭氧處理、化學(xué)藥劑投放、泵房等。設(shè)在中心控制室內(nèi)的計(jì)算機(jī)主機(jī)從各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)中收集數(shù)據(jù)，并提供圖表顯示、曲線、各個(gè)設(shè)備動(dòng)作記錄、設(shè)備故障報(bào)警等。在電子自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，每一個(gè)自動(dòng)控制過(guò)程都可切換成手動(dòng)控制。美國(guó)水廠的自動(dòng)控制并沒(méi)有像國(guó)內(nèi)一些水廠那樣追求全功能、全自動(dòng)，而是根據(jù)處理工藝及原水水質(zhì)情況來(lái)確定自控系統(tǒng)的控制程度。

　　3　新技術(shù)的采用

　　3.1臭氧消毒和活性炭過(guò)濾
　　臭氧消毒和活性炭過(guò)濾由于投資較大，我國(guó)使用得較少，在美國(guó)，由于源水水質(zhì)較好，前幾年臭氧消毒和活性炭過(guò)濾技術(shù)也使用得不多。近年來(lái)由于美國(guó)聯(lián)邦和各州政府對(duì)水質(zhì)要求越來(lái)越高，臭氧消毒和活性炭過(guò)濾技術(shù)也漸漸得到了越來(lái)越多水廠的重視及應(yīng)用。
　　氯消毒作為一種傳統(tǒng)的消毒方法，投資及運(yùn)行費(fèi)用較少，也能基本滿足水質(zhì)要求。但是它也有局限性，因受污染的源水中含有大量有機(jī)物，當(dāng)這些物質(zhì)接觸到氯就能形成致癌物質(zhì)，危害人類(lèi)健康，同時(shí)液氯的作用也并不安全，投加過(guò)量會(huì)產(chǎn)生異味。臭氧消毒則沒(méi)有這些問(wèn)題，它可以去除水中的氣味、顏色、苯酚、三氯化鐵、錳、氰化物、硫化物及亞硝酸鹽等，分解過(guò)程中產(chǎn)生的原子氧可氧化有機(jī)物質(zhì)并殺死細(xì)菌。由于這些特別的優(yōu)點(diǎn)，臭氧消毒在歐洲國(guó)家使用得更廣泛。臭氧可以在水處理過(guò)程的前、中、后階段投加，但它應(yīng)與液氯(或次氯酸鈉)結(jié)合使用，以鞏固其作用。臭氧可通過(guò)水射器或接觸池投加，接觸池中臭氧氣泡的直徑要求為1～2 mm。紐約附近的Haworth水廠，臭氧投加系統(tǒng)的投資占總投資的10%，臭氧用空氣制備，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2%，臭氧投加在混凝之前的接觸池中，投加量為2.5 mg/L。
　　活性炭過(guò)濾主要依靠其巨大的表面積以及強(qiáng)吸附性來(lái)去除水中的有機(jī)物及重金屬離子。由于活性炭再生困難及費(fèi)用較高，美國(guó)大部分水廠是將使用過(guò)一段時(shí)間(一般3～4 a)后的活性炭扔掉或送到別的地方再生。有些水廠使用活性炭粉，用畢再作為污泥排除。
　　3.2微濾
　　微濾是一項(xiàng)較新的水處理技術(shù)，它對(duì)進(jìn)水濁度的要求較高(0.25～125 NTU，若進(jìn)水濁度較高可采用預(yù)處理將進(jìn)水濁度降到合適的范圍)，出水濁度＜0.05 NTU。它的特點(diǎn)是占地小、耗藥量小、管理方便、無(wú)需操作工，可全自動(dòng)運(yùn)行，處理水的水質(zhì)好，但投資及運(yùn)行費(fèi)用較高。這種技術(shù)目前在美國(guó)大約只有20家規(guī)模不大的自來(lái)水廠、污水廠使用這種技術(shù)，如洛杉磯的Arthur H.Bridge水處理廠，它的處理能力約為15 000m³/d，該廠共有4臺(tái)微濾設(shè)備，每臺(tái)過(guò)濾面積為1 350m²，過(guò)濾系統(tǒng)運(yùn)行45 min即用壓縮空氣自動(dòng)沖洗一次，歷時(shí)5 min，運(yùn)行6個(gè)月即用專用清洗劑(NaOH+表面活性劑)清洗一次，濾芯5～7 a需更換一次。該水廠在日常運(yùn)行中無(wú)人值守，由約13 km以外的控制中心通過(guò)微波系統(tǒng)遙控操作。

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收稿日期：2001-01-18