考察美国自来水厂随感

费征云
(杭州市七格污水处理厂工程建设指挥部，浙江杭州310041)

　　中图分类号：TU991.9
　　文献标识码：D
　　文章编号：1000-4602(2001)04-0064-03

　　1　保护水源

　　优质的源水是生产出优质饮用水的先决条件。在美国，政府及水行政部门相当重视水源保护工作，可以说是不遗余力的。参观所到之水厂，其源水均取自于污染较小的水库、河流或渠道，源水水质均好于我国地表水水质标准中的二类水质，浊度一般均为20～30 NTU。
　　水源的保护需要长期的努力和艰苦的工作，美国各地的水行政部门为此制定了一系列的法规来保护水源及防止水污染。同时，他们也十分重视源水及其输水系统的管理，输水渠道沿线用铁丝网封闭，并设有报警装置以防人为污染及减少周围环境的影响，如洛杉矶地区的水源主要通过544 km长的输水渠道从内华达西拉山区引来，整个输水渠道用铁丝网封闭，其投资及运行费用是十分可观的。一般水库建于远离居住区的地方，禁止人及家畜靠近，并加强对水源附近工厂的管理。

　　2　水处理工艺的比较

　　在参观过的水厂中，大多数的水处理工艺流程与国内水厂差不多，一般均为絮凝→沉淀→过滤，但每一个工艺步骤都与国内有所不同，也都有其特点。
　　2.1絮凝池
　　絮凝池多采用机械搅拌的方式(包括变频机械搅拌)，絮凝时间一般较长，达20～45 min。在国内，这种搅拌方式是很少采用的，因为机械搅拌存在大量的设备维护工作，同时还有产品质量及使用材料的耐腐蚀问题。国内的大部分絮凝池采用的是水力搅拌，通常的絮凝时间＜20 min。
　　两种搅拌方式的比较见表1。
　　絮凝池搅拌方式的选择应根据进水水质、水量、设备、维修力量及进水水头而定。

　　2.2沉淀池
　　两国一般都采用平流式沉淀池，它有以下特点：运行简单、维护方便、出水水质稳定。在中国，平流式沉淀池通常是细长的，一般长为100～110 m，宽为8 m，深为3 m。在美国，平流式沉淀池则要比国内的短、宽、深。至于出水方式，国内通常使用指形槽集水，在美国则有许多方法：指形槽、溢流堰、潜水孔等。
　　两国平流式沉淀池的比较见表2。

　　笔者认为，长宽比和长深比应该大一些为好，因为这样可以使Re和Fr数位于适当的范围，从而改善沉淀效果。
　　在美国的平流式沉淀池中，给人印象最深的是污泥排放系统及链式刮泥机。在国内，由于国产链式刮泥机设备材质不过关，维护困难，问题较多，目前已渐渐淘汰，污泥排放则通常采用虹吸或泵吸连续运行的方式。而在美国，主要使用链式刮泥机将污泥排至排泥渠，浓缩后脱水，它的优点是脱水后的污泥含水率低，从而水量损失少，通常只占总水量的1%。由于所使用的链式刮泥机的链条、刮板、链轮、主轴、轴承均由非金属材料制成，所以设备防腐性能好，维护工作量少。但是，美国有些水厂的平流沉淀池的出水槽(堰)长度设计得太短，造成出水槽(堰)负荷太大以至于大量的颗粒被带入滤池，影响了沉淀效果。笔者认为如果出水槽(堰)负荷控制在20m³/(m·h)，出水水质会更好。
　　2.3滤池
　　在20世纪90年代之前，国内大部分水厂采用设有1～2层滤料的普通快滤池(有的为单层滤料)。现在，普通气水反冲洗滤池及V型滤池已被广泛采用。美国大多数水厂的滤池均为气水反冲洗滤池，滤料为2～3层，大都采用无烟煤及石英砂滤料。中美两国双层滤料(无烟煤及石英砂)滤池的比较见表3。

　　从表3可以看出，美国的滤池有以下特点：无烟煤层厚，石英砂层薄；滤料有效粒径小；均匀系数低；滤池运行周期长。这些特点使滤池纳污能力强，滤后水浊度低。对于多层滤料滤池，如何防止滤料流失是一个很重要的问题，美国滤池一般每年的滤料损失＜5%，这非常值得借鉴，其关键是要控制反冲洗强度和保持较深的滤料上水深，美国的气水反冲滤池均设有用于控制反冲洗强度的测试仪表及控制设备。
　　2.4清水池及泵房
　　在清水池及泵房的设置上，中美两国差别较大。在国内，清水池的容积约为水厂设计能力的10%～20%，且在配水系统内极少设增压装置，但在许多楼顶上设有小水箱，以保证楼内有足够的水压。另外，清水泵房的规模通常是按照最高供水日的最高小时供水量设计的，这使得泵房和管网的建设投资加大，运行效率降低。在美国，充分利用地形条件，在配水系统中有许多提升蓄水池，使得水厂内的清水池变小，泵房运行稳定，设备运行效率高且电耗低。至于泵站形式，美国一般为露天泵站，主要设备如水泵、电机、变压器等均露天安装，这就需要设备尤其是电器设备有良好的绝缘和防水性能。虽然这样做的结果是设备投资加大了，但节省了大量的土建费用。
　　2.5加药
　　①絮凝剂的投加
　　两国使用的絮凝剂种类差不多，当源水浊度较高时，使用Al₂(SO₄)₃或FeCl₃。最大的差别在于美国使用的为液体絮凝剂，储存在罐内，储存量小于两周的用量，由絮凝剂供应商直接用槽车从工厂运至水厂，这主要得益于先进的运输工具及发达的交通。这样就减少了溶解设备及储存库的面积，减少了操作人员及其劳动强度。在国内，目前还大量使用固体絮凝剂，需要溶解设备及足够的储存仓库，储存量往往是一个月的用量。虽然已有水厂开始使用液体絮凝剂，但液体絮凝剂质量还不够稳定，目前还处于提高质量、逐步推广的阶段。
　　美国水厂的加药基本上采用计量泵投加，计量泵不采用SCD控制，而是根据源水水质和流量的变化采用人工调整的简单实用方式。在参观过的近20家大大小小的美国水厂中，只有一家使用SCD设备，而且仅仅用于监测而不是控制絮凝剂的投加，这也许是源水水质较好且稳定的缘故。
　　为了保证处理后的水质，大部分美国水厂还同时投加高分子聚合物。一般沉后水浊度＜1NTU，滤后水的浊度为0.05 NTU，大大低于美国联邦和各州的规定(1.0或0.5NTU)。
　　②消毒
　　从参观过的美国水厂来看，他们非常重视消毒工艺，一般均有两级消毒。目前，大部分的水厂采用液氯消毒，对于配水管网较长的地区，添加氨进行辅助消毒。虽然有一些水厂采用臭氧，但只是用作预处理，滤后水还是要加氯消毒。加氯消毒采用加液氯消毒的方式，液氯直接由槽车运到水厂的储液罐内并由计量泵直接投加，这种投加方式的好处在于安全，减少了液氯蒸发器等危险性较大的设备，但投资较大。出厂余氯一般控制在1.0 mg/L左右。
　　2.6仪表与自控系统
　　许多美国大中型水厂均由一套集散型的自动控制系统进行控制。在厂区范围内设有若干台现场计算机，对整个水处理过程实行多环路控制，其中包括沉淀、过滤及反冲洗、臭氧处理、化学药剂投放、泵房等。设在中心控制室内的计算机主机从各个现场计算机中收集数据，并提供图表显示、曲线、各个设备动作记录、设备故障报警等。在电子自动控制系统发生故障时，每一个自动控制过程都可切换成手动控制。美国水厂的自动控制并没有像国内一些水厂那样追求全功能、全自动，而是根据处理工艺及原水水质情况来确定自控系统的控制程度。

　　3　新技术的采用

　　3.1臭氧消毒和活性炭过滤
　　臭氧消毒和活性炭过滤由于投资较大，我国使用得较少，在美国，由于源水水质较好，前几年臭氧消毒和活性炭过滤技术也使用得不多。近年来由于美国联邦和各州政府对水质要求越来越高，臭氧消毒和活性炭过滤技术也渐渐得到了越来越多水厂的重视及应用。
　　氯消毒作为一种传统的消毒方法，投资及运行费用较少，也能基本满足水质要求。但是它也有局限性，因受污染的源水中含有大量有机物，当这些物质接触到氯就能形成致癌物质，危害人类健康，同时液氯的作用也并不安全，投加过量会产生异味。臭氧消毒则没有这些问题，它可以去除水中的气味、颜色、苯酚、三氯化铁、锰、氰化物、硫化物及亚硝酸盐等，分解过程中产生的原子氧可氧化有机物质并杀死细菌。由于这些特别的优点，臭氧消毒在欧洲国家使用得更广泛。臭氧可以在水处理过程的前、中、后阶段投加，但它应与液氯(或次氯酸钠)结合使用，以巩固其作用。臭氧可通过水射器或接触池投加，接触池中臭氧气泡的直径要求为1～2 mm。纽约附近的Haworth水厂，臭氧投加系统的投资占总投资的10%，臭氧用空气制备，其质量分数为1.2%，臭氧投加在混凝之前的接触池中，投加量为2.5 mg/L。
　　活性炭过滤主要依靠其巨大的表面积以及强吸附性来去除水中的有机物及重金属离子。由于活性炭再生困难及费用较高，美国大部分水厂是将使用过一段时间(一般3～4 a)后的活性炭扔掉或送到别的地方再生。有些水厂使用活性炭粉，用毕再作为污泥排除。
　　3.2微滤
　　微滤是一项较新的水处理技术，它对进水浊度的要求较高(0.25～125 NTU，若进水浊度较高可采用预处理将进水浊度降到合适的范围)，出水浊度＜0.05 NTU。它的特点是占地小、耗药量小、管理方便、无需操作工，可全自动运行，处理水的水质好，但投资及运行费用较高。这种技术目前在美国大约只有20家规模不大的自来水厂、污水厂使用这种技术，如洛杉矶的Arthur H.Bridge水处理厂，它的处理能力约为15 000m³/d，该厂共有4台微滤设备，每台过滤面积为1 350m²，过滤系统运行45 min即用压缩空气自动冲洗一次，历时5 min，运行6个月即用专用清洗剂(NaOH+表面活性剂)清洗一次，滤芯5～7 a需更换一次。该水厂在日常运行中无人值守，由约13 km以外的控制中心通过微波系统遥控操作。

电话：(0571)5302507
传真：(0571)5303542
收稿日期：2001-01-18