国内外城市供水技术动态

徐景翼

　　一、国外动态

　　国外发达国家，城市供水能力不足已不是问题了。因此它们主要是研究如何提高供水水质，为居民提供更加味美可口、安全卫生的饮用水，和更好的为市民服务，提高供水的安全程度。
　　在发展中国家，虽然联合国由1981至1990年开展了“国际饮水卫生十年”的活动已结束。但是，由于这些国家仍然比较贫困，所以在这些发展中的国家里，城市供水能力不足，不能向市民供应充足的饮用水，仍是第一位的主要问题。
　　鉴于这样的情况，以下重点介绍国外发达国家，主要是欧美的城市供水技术的动态。
　　1、加强对水源的保护，同时普遍建立起水源的自动监测系统
　　国外对水源保护十分重视，环保部门和供水部门普遍地建立起水源水质监测系统，采用连续水质监测仪器从水源上游开始，沿途也设立一定的子站对全河道进行监测。在水源进行入水厂的水质监测点。有的还有采样存贮的设备，这是为了在有问题时，可以根据贮存的水样追溯分析问题。
　　除此之外，有的水厂还在进厂的地方喂养生物监测水质状况。有的是用鱼来监视，是在鱼的心脏装设仪器，如水有危险的变化，可以通过鱼的心脏变化而发现。
　　2、改进水处理条件，保证水厂的净水设施是处在最佳条件下运转，确保处理水质。目前常规的水处理工艺仍是基本的水处理工艺。但对每一个工艺环节都在不断的从技术上加以研究和改进，以求各环节都可根据需要进行调整，使其在最佳状态下运行，取得好的处理效果。
　　(1)净水药剂　传统的混凝剂仍在应用。如硫酸铝、三氯化铁等。高分子混凝剂和复合型的高分子混凝剂也被广泛的应用。具体使用的品种是根据水质和药剂供应的情况以及经济的条件来选择。
　　前一段时期，国外研究表明铝离子在人体内的积累与老年人患呆滞症（阿尔查默氏症：Alzeheimers Disease）的病因有关。因此对铝盐型混凝剂是否可以继续再使用提出疑问。由于在食品中，同样可以使人摄入铝离子，而不单单是从饮水中获得。所以，目前对这一问题没有定论。但有的水厂已在研究使用别的混凝剂代替。
　　助凝剂也在许多水厂应用。活化硅酸在美国仍然广泛使用。高分子助凝剂也有广泛应用。有的水厂用高分子混凝剂做为助滤剂。
　　从创造混凝剂最佳使用条件出发，PH剂调节剂在国外应用也很普遍，也有的水厂应用投加粉末活性炭来降低嗅、味，提高水质。活性碳的投加点设在沉淀前和滤前，可以选择。
　　为了达到最佳的水处理效果，国外许多水厂往往采用必须的多种药剂，包括同时使用混凝剂、助凝剂、调节剂、助滤剂。因此往往国外水厂的加药部分，由于需投加多种药剂而形成复杂的系统。因此，国外水厂的沉淀池出水浊度也很低，一般可以小于2度。
　　(2)药剂的投加　混凝剂、助滤剂多是液体投加的形式，调节剂用石灰时采用干投湿加的型式。粉末活性炭也用湿加，但无论何种方式投加，都可以达到计量准确，调整方便的要求。
　　比较通常使用的液体混凝剂投加设备是隔膜计量泵。这种泵通过改变电动机的转数和改变活塞冲程长度能改变投药量。因此，用变频方式改变电动机的转数和用伺服电机改变冲程长度就可以很容易的对投药量任意控制。
　　在实际应用中，根据流量的变化需要进行投药量的变化时，一般是通过改变主电机的转数来实现投药量的增减（一般称为流量比例环控制）。而根据水质变化要改变投药量时要通过改变冲程长度来实现。用流量信号和水质信号来控制加药泵的投量方式称为复合环控制。
　　由于采用这种泵可以根据水量和水质变化自动调整投药量，因此很容易实现自动无人控制。为了及时报警防止发生问题，通常这种泵带有隔膜破裂报警装置系统。另外，这种隔膜泵尚有双隔膜的型式，以防止药液在隔膜破裂时带来的问题，更为安全。
　　其他类型的投药设备也都有计量的设备和自动控制系统，能根据人为设定条件或自动根据水量水质变化进行投药。
　　(3)药剂投加点和混合　国外多设置专门的混合设备以求得最佳的混合条件。直接利用水泵混合的比较少，主要是不希望对水泵产生腐蚀的问题。
　　采用比较多的混合设备是叶片型的混合机（叶片为螺旋桨式的形式），混合时间在30秒之内，不超过1分钟。
　　直接装在管路上的静态混合器是没有机械运动部件的混合设备。其让水在混合器内形成分流及紊流的条件来实现与药剂的充分混合。静态混合器由于靠使水流产生紊乱流达到混合目的，因此有一定的水头损失，一般不大于0.6m。但有的生产厂商介绍流速在0.02m/s时也可以达到混合良好的效果。
　　由于希望药剂加入水中立即进行与水的均匀混合，因此药剂投加点希望逼近混合设备。
　　(4)紊凝反应　在沉淀处理工序，采用机械反应的方式十分普遍。对于平流沉淀池，采用水平轴形式的机械反应比较多。其旋转速度可以根据需要利用液压无级变速方式或改变电机转数方式进行调节，以使达到最佳的反应效果。
　　(5)沉淀　美国平流沉淀池使用较多。英国最近许多水厂采用气浮沉淀池，这是因为英国多利用水库水源，而水库水源存在藻类问题。气浮沉淀池对含藻多的水源是比较适宜的。法国多利用脉冲澄清池（或脉冲池内加斜板）。不同国家选用不同的池型，主要是根据这些国家的不同水源条件所选择的。但是在沉淀池的型式上变化不是太大。
　　(6)过滤　欧美国家的城市水厂仍多用普遍快滤池，虹吸滤池少用。传统的穿孔管型式的配水系统仍在使用，但是其他型式的，配合辅助空气冲洗的配水系统也正在广泛利用。欧洲，特别是法国用空气辅助冲洗的很普遍，典型的是法国的“V”型滤池，下部的配水系统是用滤头。美国则用配水渠道的型式比较多，有专门的工厂生产配水系统，包括气水混合冲洗型的。
　　双层滤料仍在广泛应用。美国为了解决双层滤料的冲洗问题，有利用表面辅助水冲洗的设备，有单层布置的（只在滤层表面设备）和双层布置的（在滤层表面和二层滤料的交界面处都设一旋转的冲洗管）。
　　使用滤料粒径和厚度较大的均匀砂滤料的型式也在逐渐增多，特别是在“V”型滤池。
　　其他型式的滤池如移动罩滤池和连续过滤的型式滤池在小的水厂也有所应用。
　　在水源条件允许的情况下，直接过滤滤池也有应用的实例。
　　(7)消毒　氯仍是主要的消毒药剂。为了解决氯和水中有机物化合生成氯的有机化合物和衍生物有可能对人身体健康造成的危害，以及考虑病毒的去除问题，供水研究人员一直在对氯消毒的利用问题进行研究。
　　从目前情况看，由于要保持水中有一定的剩余氯，因而不用氯消毒尚无条件，所以，目前研究方向一是尽量减少氯的用量，二是选择合宜的投量和投加点，使出厂水能保持致突变试验为阴性反应。在水源水质不太好，有机物含量较多的情况下，许多水厂采用臭氧来代替一部分氯，以减少有机氯的产生。另外，把投氯点设在水处理的后部分。因为，有一部分水中的有机物是可以在沉淀时沉淀去除掉，而如果加氯之后，这部分有机物会变化氯的有机化合物，呈溶解于水中的状态，其就不能通过沉淀、过滤去除。
　　液氯在大的水厂普遍使用，为了使氯的用量准确，国外已在加氯机上加装微处理器，使加氯机的精度可以在小于1%范围之内。
　　为了防止漏氯，趋向于水射器置放在近投加点的位置，其优点一是可以使投氯管直径减小，二是当管路漏损时，因管内是负压，因此空气可以首先从破损处进入管内，故而可以防止氯气外漏。
　　随着电子技术在加氯设备上的应用和希望对加氯量能达到准确的原因，国外现在的加氯机已有很大的改进，一般都可以配合接受流量计和剩余氯检测仪输来的信号，自动调整，实现比例环或复合环自动投加。通过配合电子秤和氯瓶自动切换系统，水厂的加氯系统实现自动是很容易的。国外普遍达到现场无人管理的水平。
　　剩余氯自动检测仪一般是电极式需要使用指示剂。现在有的生产厂为了降低使用指示剂的所需运行费用，而研究出不用指示剂的检测仪器。而是用探头测不同的剩余氯用不同的探头。当然这种类型仪器需要定期对探头进行清洗。
　　在中小型水厂对于漏氯事故处理是采用中和塔吸收中和的方法。但对于大水厂用大容量氯罐（例如50吨～60吨）的漏氯处理尚无十分理想的方法，所以十分强调设备的检查和预防措施。
　　为了减少因为使用氯气而产生的有机化合物，所以一些中小型水厂使用二氧化氯做为消毒剂。二氧化氯通常在现场生产。
　　为了延长氯的作用时间，减少在管网中挥发，有的水厂采用氯氨消毒。氨的投加设备和氯的投加设备相同。但对于源水硬度高时，使用真空加氨的方式需要考虑结垢对管路堵塞的问题。为避免结垢所带来的堵塞问题，有的考虑采用压力式加氨系统。但因为一旦管路泄漏，压力加氨时会发生漏氨的问题，所以有的国家不允许采用压力式加氨系统。因此，采用真空加氯系统，当水硬度较大时，一般采用将管道适当放大或增加冲洗设施或将水进行软化后再供加氨系统的水射器利用的措施来解决。
　　3、在常规水处理的基础上进行深度处理。由于水源水质条件不理想，为了去除有机物、病毒或去除水中嗅、味，在常规水处理之后，有的水厂采用深度再处理的措施。
　　目前，比较多的是在过滤之后，再增加活性炭滤池过滤工序，以进一步去除色、嗅、味。
　　由于活性炭滤池使用一段时间需要进行再生处理以恢复吸附能力。所以，有的国家采用生物活性炭滤池，以延长活性炭再生的周期。
　　为了减少活性炭滤池的运转费用，国外尚又在研究利用慢滤池的生物过滤作用，来达到去除水中有机物的目的。当然慢滤池占地大是其主要的问题。但是有地势的水厂还是愿意采用的。
　　针对这种情况，有的国家正研究生物膜过滤技术，希望这种膜能起到慢滤池的作用，但滤速可以达到快滤池的滤速。
　　除此之外，有些研究部门正在研究超滤技术(Urtrafi Itration)其是介乎微滤和反渗透之间。颗粒小于0.1μm的过滤，其能截住离子尺寸的颗粒。通常用于食品工业的过滤或液体浓缩。
　　在水处理中，往往重要的问题之一是从水中把胶体分离出去，包括附加化学药剂（混凝剂、酸等）。用膜过滤可以把不需要的颗粒截留。国外小型的水厂有试验用膜过滤净化水。已进行了最大源水浊度在560NTU（度）的试验，出水浊度可以为0.1NTU，所以膜过滤是研究部门当前热切关注和研究的内容之一。
　　4、应用先进的检测仪器和计算机对净水生产进行监控和数据处理，保证制水水质。
　　由于配备了完善的先进检测仪器设备和应用计算机进行管理与控制，因此国外水厂的生产运行管理人员很少。直接生产运行人员一班只有二人，是在中央控制室进行全厂的净水过程管理与控制。有的水厂夜班不设值班人员或几个水厂只在一处设值班人员。
　　随着通讯方式和质量的进步，国外水厂值班人员夜间有的是采取将水厂计算机系统的终端携带回家，当水厂发生问题时，值班人员可以在家中发现故障和进行处理，如确实需要，值班人员再到水厂现场解决。
　　由于计算机可以做到连续不间断的监视运行状况，因此一般水厂处理的水质十分稳定，同时可以达到最佳的经济运行状态，降低运转费用，同时减少了运行值班人员。
　　5、利用计算机对整个供水系统实行监控。系统控制中心是根据供水系统规模大小进行考虑。有的是和水厂的控制中心放在一起，有的是和供水公司的总部设在一起。
　　控制中心的功能一是了解全部系统的工作状况包括水源、水厂、配水管网及系统内的加压泵站和高位水池等的运行工况和水质状况；另外是预测需水量和根据需水量制定供水计划；再有就是处理发生的各种情况，采取合理的调整运行方案进行实时控制。
　　控制中心和各现场的通讯和信息传输有利用无线方式，也有是利用公共电话系统的专用数据通道来实现。
　　6、售水统计和收费　　售水计量和收费的方式各国不完全一样。过去有的国家不装设用户水表，不是按用水量计价收费，而是按人口或住宅面积收费。不过现在都倾向采用水表按用水量收费。大多数国家供水公司是根据水表计量收费。有的供水公司每月派人到用户验表，有的则二个月或一季度甚至半年去查一次表并按表的用量收费。也有的是由用户每月自报收费，每年供水公司到用户核查一次。这主要是要节省收费所需的验表人工费用。
　　查表工人一般都使用手持的计算机（器）到用户去查表。这部手持如计算器大小的用户计算机终端，一般可以存贮500户用户的各方面资料，包括：地址、平面位置图、用户情况、用水情况等等。查表工人将水表读数在现场输入计算机，机器有自校功能。如果和上月的用水量有大的悬殊，它可以警告你再核实一下。如果因为某种原因不能查表，如：水表占压、主人搬迁等。这些原因都可以输入计算机贮存。工人现场查完以后回到公司，便可以把手持计算机和主机相连，所有现场的数据和不能查表的原因就自动输入主机，而后机器便可制水费帐单发给用户，由用户通过银行支付水费或自已到收费处付交水费。
　　用户对水量或有什么问题可以通过电话和供水公司联系，供水公司有专人电话服务。夜间也有录音电话，所以工作效率很高，服务水平也高。
　　可遥读的水表，一般尚未普遍使用，只是在用户较少，或集中式的公寓楼有的利用。因为这种可远传遥读的水表对按装地点环境有要求，价格和运行费用也较高。
　　7、配水管网　　配水管网防止其内部结垢，保持水在管网不被二次污染的问题被各方面重视，是各方面研究较多的问题。减少漏水和爆管事故的发生也是被供水部门关注的问题。
　　为了减少爆管和防止结垢的发生，国外对管材的使用做了许多工作。球墨铸铁管已基本代替了普遍铸铁管，因为球墨铸铁管具有相似于钢管的性能，不但可以使管壁减薄重量轻，而且可以有一定的弹性。一般采用内壁衬水泥砂浆防蚀结垢，接口都采用弹性胶圈接口型式。
　　最近，中、高密度聚乙烯塑料管也在国外广泛使用。它比一般的聚氯乙烯管强茺更好，可耐腐蚀和防止内部结垢，造价比钢管低。这种管材施工多用焊接，其可以连接很长，据介绍有的连成3000米长再敷到沟内。因此用于旧管更新在老管内部穿新管时很方便。
　　配合使用塑料管材，国外有使用铸铝合金制做的管件如三通、弯头。这种管件内外喷涂塑料防腐。由于铸铝很轻，所以安装方便，一个人就可拿起来，降低了工人的劳动强度。
　　由于塑料管材的许多优点，因此使用的比重已经增加的很快。
　　8、管网维护管理　　用于管网运行管理的电子产品发展很快，水平也有提高。
　　一种是漏水检测仪已经广泛使用，使漏水点能得以提早发现。另外就是图挡的计算机管理系统，可以快速发现和提供有关所需要的档案资料，也可以对管网的各种情况进行统计、分析。
　　9、管道的能力恢复和更新。　　管道能力恢复是指由于内部结垢降低输水能力后，通过采取措施恢复其原来的能力。通过技术经济分析比较，旧管恢复费用不经济时，需进行更新以达到需要的能力。
　　进行管道的更新往往受地下管道多没有新的可铺管的路径限制。所以，国外有的是在原管道内穿入小一点尺寸的管如高密度聚乙烯管，虽然新管直径小了一些，但这种管内壁十分光滑，输水阻力小，所以输水能力仍能达到原来的铸铁管道的能力。如果穿直径小的管不能满足要求，国外也有采取先把老管涨破，再穿入一根同直径的新塑料管，这样管道的更新能力就比原来的要增加了。
　　当然在国外，地质结构有条件时，有采取在深层地下水平钻孔后内部再衬里做为输水管道的施工方法。
　　清除管道结垢，恢复管道输水能力的方法，可以是采用机械先将内部锈垢刮下来，然后再衬涂水泥砂浆的方法。这种方法由于施工期长，因而需停水施工，施工期间应有临时供水措施。另一种是可以采用“pig”冲刷锈垢，这种方法因为时间短，可以不做临时供水管。但因其不在清垢后做内衬，因此隔几年需再清洗以把再生的锈垢去除。“pig”的方法比较便宜。
　　以上是国外在供水工作各方面技术上的一些动态。下面再简单介绍国内的一些动态。

　　二、国内动态

　　在国内，城市供水能力不足问题仍是存在和需要解决的主要问题之一。当然提高供水水质也是供水部门正在努力进行的一项重点工作。
　　据初步统计，全国467个城市中，有300多个城市供水能力不足，大约缺水1000万立米／日。因此各地都已把供水的发展列入重要的议程。许多城市为解决发展供水事业所遇到的资金不足问题而多方寻找渠道利用国外贷款建设水厂。例如北京、南京、成都、重庆、昆明、哈尔滨、武汉、西安、南通等城市。
　　通过利用贷款建设水厂，许多城市引进了国外比较先进的水厂设备和计算机控制系统，使这些城市的技术水平有了大的提高。但是从全国普遍情况看，国内的技术水平和国外仍有较大的差距。主要表现在：供水水质、管理和控制水平、人员素质三个方面。个人分析，要比国外发达国家水平相差20～30年以上。

　　三、天津市的动态

　　天津市城市供水事业在市委、市政府和建委、公用局领导下，几年来有很大的发展。在完成引滦入津工程和新开河水厂一期工程建设之后，使这几年供水形势很好。由于这二年工业正处在调整时间，我市工业用水量下降，由原来占供水总量的56%下降为占44%。工业少用的水补充了这二年因人民生活改善所需增长的用水量。因此，这二年，我市缺水情况不明显，虽然新开河水厂二期工程比原计划建成时间拖迟，但没有出现严重供水不足的局面。当然，如果我市工业生产在调整之后出现新的增长使工业用水量恢复和有所增长时，供水不足问题将会突出。所以，新开河水厂二期工程应当继续抓紧实施完成。
　　在供水技术上，这几年，我们自来水公司也努力在生产的各个主要方面积极开展工作。围绕提高水质，降低消耗组织科学技术研究。
　　我们对如何进一步提高水质十分重视。我们在科委立题进行“有机物的去除和卫生毒理学评价”的研究，目的就是使我们的饮水更安全可靠。根据我们的试验，我们的水源含有200余种有机物。如果把处理水的浊度降低到2度以下，有机物就可以去掉80%以上。所以这二年我们尽量采取措施把出厂水浊度降到2度以下，今年我们控制水厂出厂水的浊度是1度以内。以使我们的水更为安全可靠。
　　天津的水厂设备，都是按照浊度5度（国家当时的标准）进行设计的。现在把出厂水的浊度降到1度以内，而水厂的能力不能减少，这个难度是很大的。特别是一些老水厂，如芥园水厂、凌庄水厂，当时因为国家资金紧张，所以都是采取挖潜增能的扩建方式来提高能力规模的，因此要适应今天这么高的水质要求就更困难了。这几年，针对这方面的问题，我们进行了净水药剂的研究，想通过净水药剂的改进来帮助提高水处理的效果而使水厂保持多产水的目标。但这只是一方面的措施，同时还必须对这些水厂进行技术改造，以适应今后的要求。因此，我们也在研究和制定水厂技术改造技术进步的计划。
　　天津是一个老的城市，旧的管道很多而且主要是使用普通铸铁管材，再加上使用铁盐型的净水药剂。因此，管道内壁结垢问题是我们的一个很大的问题。这几年我们已经开始推广应用塑料管材和球墨铸铁管材。但对如何解决现有管内结垢问题我们是进行了大量工作。工作我们对全市的情况进行了调查，证明结垢问题相当严重，特别是小直径的配水管。有的才铺设几年的铸铁管，就有厚达2～3厘米的锈垢，影响了正常的输水和水质。我们从80年代初就进行锈垢清除的试验研究，现在已有初步的成果。
　　从改进供水服务，提高管理水平出发，我们依靠自己的力量建立了供水高度计算机系统并且立题进行优化调度的研究，还初步建立起了企业运营管理计算机系统。
　　我们也在新开河水厂二期续建工程利用日本政府贷款的条件下，引进了一部分国外的设备来提高我们的水处理技术和管理水平。
　　总之，我们正在从各个生产主要方面，加快技术进步的步伐，以搞好供水工作，更好的为天津市人民生活和工业生产服好务。
　　最近，建设部组织供水行业编制2000年技术进步规划。总体目标要求象天津市自来水公司的企业，2000年要达到国际80年代先进水平，也就是要我们和国外先进水平的差距缩小到10年。这需要进行大量的技术工作才可以实现。我相信，我们在市、委和公用局的领导与支持下，我们的目标经过努力一定能够达到。
　　以上有不妥和不准确之处，请予指正。

天津市自来水公司科学技术情报站
一九九一年十月