欧洲与北美净水处理的差异

欧洲与北美净水处理的差异

　　1　前言

　　随着北美和欧洲城市化建设和工业的发展，原水受到了污染。虽然两地区在改善自来水设施，供水安全、适口的饮用水，这一净水处理的目的没有不同，但在处理的基本方法上却存在着差异。本文对美国与欧共体各国采用的规范与方法加以比较，探讨了净水处理方法对水质标准的影响，今后双方由于提高信息情况的交流，净水处理的方法会成为一致。

　　2　固液分离

　　美国约有6万个自来水事业单位，处理着大范围原水，几乎大城市都以地表水为水源，水中含有许多高浓度悬浮物。大多美国河流中悬浮固体含时有时可达1000mg/L，这样高的浓度欧洲看来没有。因此与美国相比，欧洲化学处理方法发展慢，药剂投加长时间不受重视。至六十年代，英国净水设施仍属土木工程范畴。机械工程与化学工程比重小。因此有关药剂混合的高效率混凝沉淀池的设计发展迟缓。而美国这方面进展较快，目前已考虑将有关药剂混合的理论应用于新型沉淀池的设计上。
　　(1)沉淀池
　　美国沉淀池一般为平流式沉淀池，并与其进口部分成为一整体，快速搅拌和机械絮凝。美国公共卫生服务手册提出，混合与反应的理想组合为1－2分钟和20-30分钟，混凝沉淀全部停留时间5-6小时，快速池滤速为176米／日以下。
　　在美国，对引入新的固液分离技术持消极态度，但在欧洲因当时新型沉淀池模型试验未得到充分肯定，故未引用。根据上向流絮体的悬浮原理设计的沉淀池，得到英国和法国的肯定。法国已将脉冲澄清池改进为斜板沉淀池。泥渣悬浮型沉淀池一般认为可处理含悬浮固体1000mg/L的原水。在处理高浊度原水时，许多欧洲设计人员有选择上向流澄清池而不用平流式沉淀池的倾向。
　　(2)滤池
　　美国和欧洲快滤池的设计不同，特别是在冲洗技术上。在颗粒活性炭作为滤池滤料普及使用十年前，许多欧洲国家双层滤料滤池普通使用的是单独用水冲洗然后再用水气同时冲洗的方法。其后，又普及使用了均粒经的砂滤料，并用气水同时冲洗。最近，使用颗粒活性碳单一滤料时，为了减少滤料流失，在反冲洗技术上又采用了气和水分开冲洗的方法。
　　欧洲多数设计仍采用由0.5米浅滤层到2.0米深滤层；由单一粒径到多种粒径；由用单一砂滤到用砂、元烟煤、活性炭、石榴石等混合滤料的各种不同形式。
　　美国则仅采用传统的高压水冲洗方法，七十年代到八十年代曾用过气冲，但最近仍然以高压水冲作为主要冲洗方式。技术人员目前正进一步改进反冲的技术设计，双层过滤依然受到广泛欢迎。气水冲洗和高压水结合的冲洗技术正在普及。
　　(3)设计方法不同的理由
　　欧洲自水水事业的产权、输水方式及管理方法各国之间大不相同。但实际上，专业净水设施的承包人一贯有很大的影响力。英国的自来水行业由于实行民营化而发生变化。无论承包人是独立组织，还是象法国这样的归属大自来水事业的机构，在欧洲都占有很大比例。其理由是，承包人为了可以将收益转用于调查、开发方面，也能与自来水部门和研究机构共同对设计加以研究和改进。
　　对照来说，美国大部分有关净水处理的设计研究都是由咨询技术工作者和大学的研究中心来做。新的技术开发根据原水水质的季节变化也考虑到用实验室与现场大规模的模型试验相结合的方法。经过2-3年的工作，获得了大量的数据，排除了大量的危险因素。但是，虽然进行了如此多的模型试验，美国技术咨询人员对利用传统设计以外的设计方案仍然是不积极的。

　　3　与水质有关的规范

　　(1)在规范上的区别
　　根据安全饮用水汉改进的美国水质标准，与欧体的水质标准形成鲜明的对比。美国环保局的规范是通过明确而广泛的协议而订立和完善的。与欧共体相比较之明确、灵活。涉及到影响人体健康和感观的水质项目被明确地区别开来。得出了根据美国饮用水规范可能出现的最大污染浓度以及能够控制污染的处理技术。另外，对影响感观的水质项目，确定了水质标准指南。美国有关方面始终强调“利用有用且最佳技术与处理方法，来确定可能出现的最大污染浓度”的重要性。
　　(2)标准对处理方法的影响
　　美国安全饮用水的制定和修正，对标准的净水处理方法有着直接的影响。地表水中含有兰伯特鞭毛虫、病毒、细菌等，这要求对浊度要有一定的处理技术。例如，必须选用对兰伯特鞭毛虫孢囊至少去除99.9%并使之不再复苏，对病毒至少去除99.99%，并使之不再复苏的处理方法。
　　对大肠菌数和浊度超过一度限度的原水，根据规范要求过滤。另外，消毒的效果一般认为必须根据CT值确认(C：剩余氯浓度；T：最高时给水量的接触时间)。这些措施是针对由自来水未过滤而可能引起的水传播疾病的处理方法。由此可见增加建设投资与运行成本是非常明智的。这对于将来对水传播疾病的统计有深远的意义。
　　(3)对消毒副产物的控制
　　美国环保局提出总三卤甲烷的上限值为100μg/L，包括英国的许多国家都已采用。而当时此标准值的幅度为25μg/L（德国标准）至350μg/L（加拿大标准）的这一范围。超出这些标准值时，采用以下对应技术：
　　(Ⅰ)减少或取消预加氯；
　　(Ⅱ)在絮凝过程中，去除三氯甲烷母体；
　　(Ⅲ)采用氯剂以外的消毒方法。
　　因为有关副产物的性质与毒性的情报目前尚不足，因此欲采用氯剂以外的消毒方法的国家必须慎重。现在已经得到确认，在多种氯消毒副产物中存在三氯甲烷。其中多数怀疑是有害性化学物。目前大部分欧美国家对此未作明确规定。美国环保局在1993年提出了有关酞酸二丁酯的规定，为了控制这些化合物，补加使用具有无争议的臭氧与颗粒活性炭吸附处理是必要的。
　　(4)合成有机化合物
　　除消毒副产物之外，还检测出大量低浓度的有机化合物，其中部分影响健康的有机化合物已制订出最高限值。这些化合物经标准的净水处理几乎不能去除。为了控制这些化合物，欧洲和北美已采用最佳的臭氧氧化和颗粒活性炭吸附处理。最近两个地区又进一步开发有关技术，并进行大量的情报交流。
　　有机氯农药是从地表水、地下水中检出的重要的化学物质，在饮用水中的最高限值始终有规定。美国环保局所规定的最高限值是根据对每种物质毒性影响的评价而定，其范围定为0.05～0.5μg/L之间，而相对来说欧洲共同体各种农药的最大允许浓度定为0.1μg/L，总的农药最大允许浓度合计0.5μg/L。欧洲采用了诸如与颗粒活性炭接触时间更长一些，以及通过引用臭氧与过氧化氢结合使用从而进一步氧化的工艺方法，可望达到上述严格的最高限值。

　　4　结语

　　美国和欧洲净水处理基本上采用的工艺方法相同，但仍有明显的不同点。欧洲认为，美国的沉淀池和滤池设计，长达50年以上几乎没有变化。相比之下，欧洲水厂的设计，其总体性能及经济效益则有很大的提高。主要不同点是，美国最初的设计标准是根据长时间试验数据确定的，而欧洲在促进经济发展的同时正在探索净水处理技术的高效率，这点美国没有做到。对此，欧洲的承包人完成了新净水技术开发的重要任务。
　　美国对气浮分离技术非常关注，且最近又推广了上向流澄清池的设计。说明美国也发生了变化。这些是受到美国环保局对地表过滤作出新规范的影响。由于此规范的执行要有必要的初期投资，所以在净水处理上要力求经济。
　　美国自来水工作者参考欧洲的净水技术收到效益，而在欧洲强化水质标准之际，笔者提出应该全面考虑采用美国环保局净水处理程序。大西洋两岸的各国给水工作者为了对付日益增多的污染物始终作着不懈的努力。污染物增多，需要补加处理方法。选择时，实际经验的积累很重要。在美国与欧洲自来水工作者之间，应做必要的情报交流。