迎接二十一世纪我国给水技术的发展

戚盛豪
(上海市政工程设计研究院，上海200002)

　　 提 要 本文概述了近年来随着我国给水事业的发展在给水技术进步方面所取得的成就。为适应二十一世纪的到来，当前给水发展还面临许多新问题.本文对水质净化和给水系统等有关技术进步的若干方面进行了分析和展望。
　　 关键词 给水技术、水质净化、给水系统

一、给水技术进步的回顾

　　 作为城市基础设施主要内容的给水建设，随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，近年来得到了很大发展。
　　 据统计，1994年我国城市供水共有水厂1784座，较1985年的756座增加了1028座，综合供水能力也由1985年的4022万m³／d增加到1994年的8639万m³/d，年平均增长8.9%，1994年的城市 供水人口已达1.6亿人。
　　 随着给水事业的蓬勃发展，给水技术水平也有了相应提高：一批有代表性的给水建设项目相继投产；造应给水发展的科研工作取得了新的进步；加强供水管理和提高供水水质又上 了一个新台阶。
　　 近十年来，我国给水技术取得了较大的进展，例举如下：
　　 ——建设了一批大规模、长距离的引水工程，积累了引水技术的设计和管理经验；
　　 ——开创了利用滩地建造避咸蓄淡水库，为沿海城市开发了水资源的利用
　　 ——提高了常规净水工艺的设计技术和运行指标的合理选用、增强了改善出水水质为目标的意识；
　　 ——进一步总结和推广了具有我国特色的各种絮凝池设计；
　　 ——气水反冲均粒滤料滤池得到了广泛的应用；
　　 ——适应各种特殊水质(例如低温、低浊、高浊度水)的处理工艺的研究和应用有了新进展；
　　 ——对于微污染水源采用生物预处理以及臭氧、活性炭等深度处理进行了广泛的试验研究，并开始在生产实际中应用；
　　 ——自动加药、自动加氯和水泵调速技术得到了广泛采用，对于提高水质、节约药耗和电耗取得了较好效益；
　　——水厂监近代技术和设备水平明显提高，为水厂的科学管理和优化调度创造了条件；
　　——开发生产了多种大型管道和新型管材，为更新和提高输配水技术创造了条件。
　　尽管给水建设和给水技术在近十年来取得了很大的进步，但是从满足当前国民经济和给水事业的发展需要来衡量还是不够的。面对未来我们还需作更大的努力。

二 当前面临的给水发展形势

　　为了实现国家“九五”计划和2010年社会经济发展规划纲要，给水事业在跨入二十一世纪时必将有更大发展。因此，有必要先分析一下当前给水发展所面临的主要问题，以便有的放矢地确定我们技术发展的努力方向。
　　目前困扰给水建设发展的主要有下列几个方面：
　　1、供水能力还不能与经济和社会发展所需水量的要求相适应。尽管给水事业近年来发展较快，但据统计，目前全国仍有约300个城市缺水，其中50个城市严重缺水。预计“九五”期间每年尚需递增710m³/d的供水能力。此外，广大农村地区随着经济和社会的发展，对自来水的供应有了迫切要求，也是需要发展的一个重要方面；
　　2、水资源的缺乏。我国水资源的人均径流量仅为世界平衡的四分之一，且由于地域分布和时空分布的不平衡，使不少地区（如华北、西北）严重缺水；
　　3、水源水质污染严重，我国七大水系和内陆河流符合<地面水环境质量标准>Ⅰ、Ⅱ类的河段仅占25%，48%属Ⅳ、Ⅴ类，主要为有机污染。水库、湖泊不少受氮、磷等营养物质污染，藻类滋生严重（如太湖、巢糊、滇池等），水源污染加重了水源选择和水处理的困难；
　　4、供水水质目标的提高，根据建设部《城市供水行业2000年技术进步发展规划》，2000年一类水司的水质检测项目将由35项增加到88项，对城市供水水质有了更高要求，在水源水质下降的条件下增加了水处理技术的难度；
　　5、建设资金短缺。由于需要建设的项目多，投资大，因而资金筹措已忧为突出问题，因此如何利用各种途径筹集资金，同时降低工程造价，使能更好地开发资金渠道和发挥投资效益将显得十分重要。
　　针对上述情况，面对二十一世纪的发展需要，加快给水技术进步，提高给水技术水平是推动我国给水事业发展的重要保证。

三 给水技术发展的展望

　　为适应时代的需要，使给水事业以更新的面貌进入下一世纪，结合当前存在的问题，展望未来，提高下列几个方面的给水技术，将是我们面临的任务。
　　1、区域供水
　　区域供水是充分利用水资源、合理供水布局的一种新趋势，也就是打破以一市、一镇作为供水的服务对象，而是在较为广域的范围内统一水源规划、统一运行管理的供水系统。
　　由于供水的普及，区域供水在国外已是一种较为普遍的供水形式，特别在一些水资源缺乏的地区，如日本大阪府早在60年代就实行了广域供水系统，目前已发展成由琵琶湖、淀川 二大水源及三个净水厂组成的区域供水系统，供水范围包括41个市、町、村。我国台湾省高 雄供水系统除向高雄市供水外，还包括了区域中的17个城镇，服务人口达200万人。
　　随着我国村镇经济的发展，供水的普及必将扩展到广大农村地区。然而受水资源条件的限制，分散建设村镇水厂往往难以选择到合格的水源。同时分散建造水厂在经济上、管理上 也存在不少问题。因此，对有条件的地区发展区域供水将是一个可取的方案。
　　江苏省南部部分地区、近年来工农业发展迅速，但其村镇供水的普及率还不到人口的40％。目前区域内的地下水已过量开采，内河水系又受到污染的影响。因此建设以长江为水源 的区域供水系统已成为促进该地区经济发展的迫切需要。一个包括江阴、锡山、武进等三市的43个城镇的苏南区域供水工程正在筹划之中，其供水范围达1700平方公里。浙江省黄岩、椒江、温岭组成的区域性供水已建成投产。
　　区域供水涉及跨行政区划的供水管理，配水距离长、运行调度复杂、这些都将会带来许多新的技术问题，需在实践中作深入探索。
2.分质供水
　　随着科学的发展和人民生活水平的提高，对饮水的水质有了更高的要求，不仅要确保卫生的安全，而且要不产生对健康的潜在影响。但是作为给水的水源却存在着污染严重的情况。这一矛盾突出地加重了水处理的负担。不少城市为了获取较好水源，不得不以大量工程投资从远距离引水，使供水成本大幅度增加。事实上、城市供水对象是多方面的，对水质的要求也不尽相同。城市供水中工业用水一般占一半左右。而在生活用水中，直接或间接饮用 的水量也只是占少数。为了保证仅占百分之几的饮水而进行全部水量的水处理，显然在某些情况下是不尽合理的。因此、有必要考虑分质供水的可能。
　　在国外也有不少分质供水的实例。如在日本有上水道、工业用水道及杂用水道：在香港有专用冲厕的海水系统：美国的一些缺水城市以污水处理后的水回用作浇洒绿地等针对我国水资源缺乏和水质受污染的情况、分质供水系统更应引起重视。
　　要实现分质供水存在相当的技术难度，首先是现有城市管道改造的可能性和现实性问题。目前个别城市正在考虑实施设置专用的饮水供应系统，包括管道输送以及瓶装供应等方式。专用饮水系统对制水技术、水质控制和社会管理尚有不少问题。均有待探索、总结，以便为分质供水提供一定的经验。
3.常规处理
　　以混凝、沉淀、过滤组成的常规水处理工艺虽以去除浊度为主要目的、但随着浊度的降 低、吸附于浊质的有机物以及溶解度较低的微量有机物也可相应降低：各种微生物和病毒也随浊度的去除而减少，根据试验，强化常规处理可以提高出水水质和有机物的降低、据天津 自来水公司试验、把滦河水处理到浊度小于0.5NTU，用气相色谱仪测得的有机物峰的总面积 可减少80%。因此，常规处理始终是结水处理最基本和最主要的处理手段。
　　目前国内使用混凝剂的品种比较单一、且以铝盐为主，出水中铝的含量过高会引起老年痴呆症，因此行业规划中提出了控制出水铝的含量小于0.2mg/l的目标，台湾的研究表明，增加混凝剂投量和降低PH值，有利于减少出水中溶解性铝的含量。国外有些地区已出现了用铁盐代替铝盐的倾向。上海某新建水厂也考虑了在投加铝盐的同时调整PH的措施。这些趋向值 得引起重视和研究发展。
　　对于沉淀和过滤工艺，六十、七十年代曾呈现过多种构筑物形式应用并存的格局，近年来经实践总结，有逐步形成趋同的倾向。平流沉淀池和气水反冲均粒滤料滤池成了首选的形式。应该说上述形式对一般水质而言能达到有效的处理要求。但从发展角度考虑，继续探索 新的构筑物形式仍是今后研究的方向。
　　为了防止出厂水的二次污染，水质稳定应引起重视。据统计，国内地表水水厂出厂水基本稳定的仅占21％，具腐蚀性倾向的占50％，有轻微结垢倾向的占29％、水质稳定也应是水厂水处理技术的一项要求，应该提到议事日程。
4.生物预处理
　　在给水处理中利用微生物对有机物的氧化分解作用以去除可生化降解物质和氨氮的处理工艺，自七十年代在国内开始研究，曾进行了生物塔滤、生物流化床、生物接触氧化以及生物滤池等多种形式的试验.近年来针对实际生产的需要，科研工作又取得了较大进展，并已在蚌埠、宁波、加兴等地相继投入了生产性的应用、试验表明，生物预处理对去除氨氮、有机物、藻类以及降低浊度、色度和铁、锰等都有明显效果，氦氮的去除一般可达80—90%，有机物(OC)也可去除约25—30％，由于生物预处理对氨氮的去除效果是其它净水工艺所难以取代(折点加氯虽可去除氨氮但存在三卤甲烷增加的问题)、且其基建造价和经常费用较低，对于微污染水源的处理是一种很有发展前途的处理手段。但是，生物预处理的具体形式、与常规处理及深度处理的组合要求、对各种水源的处理效果和设计参数等均有待进一步研究并加以实用化。
5.深度处理
　　在常规处理基础上增加臭氧、活性炭工艺的深度处理在国内、外已有较多试验，在欧洲得到了较广泛的采用。在国内，北京田村山水厂、燕山石化公司、南京炼油厂净水厂等都采用了臭氧与活性炭联用工艺。
　　活性炭对于有机物具有较强的吸附性能，能较大幅度降低Ames致突变试验的致突变率MR值。
　　臭氧具有较强的氧化能力，能将大分子有机物氧化成小分子、有利于后续工艺的去除试验表明，虽然预臭氧处理后的THM生成潜能反而比处理前有所增加，但若再经活性炭吸附，其THM生成潜能将明显降低。
　　采用臭氯和活性炭的联用(生物活性炭)可在活性炭表面形成生物膜、同时起到生物降解和物化吸附的作用，对氨氮也有一定去除效果。此外，生物活性炭还可延长活性炭的再生周期。
　　我国试验表明，采用臭氧、活性炭处理工艺是针对微污染水源的一种有效处理手段，但是目前因造价较高还未能被得到广泛应用。随着我国经济实力的增强和对水质要求的提高，发展我国深度处理的技术是十分重要和现实的课题。
6.湖泊含藻水处理
　　我国有着丰富的湖泊水资源，成为沿湖城镇供水的理想取水水源，但是随着水源的污染，不少湖泊富营养化趋势加剧。藻类大量繁殖，导致水质恶化，也带来水处理的困难，一些水厂在藻类高发期间被迫停产。
　　太湖、巢湖和滇池近年来富营养化的加剧已引起了国家的高度重视，正在采取措施加速进行治理。
　　对于含藻水的处理各地进行了很多试验研究，包括采用气浮除藻、微滤机除藻、微絮凝接触过滤除藻、生物处理除藻、预氯化除藻等多种方法，取得了一定效果，积累了一定经验。无锡自来水公司针对太湖的含藻问题，探索了加泥吸附沉淀的工艺也取得了实际效果。
　　由于湖泊含藻水的问题带有一定普遍性，而其净化工艺技术复杂、难度较大，今后要在治理湖泊的同时，继续对处理工艺进行广泛深入的研究。
7.膜处理
　　膜处理工艺过去主要应用于工业上制取纯水、超纯水，近年来随着膜工艺技术的提高和成本的降低，已逐步渗透到生活饮用水处理的领域。在美国1994年已建成了制水量为1.9万m³／d的生活用水处理系统，应用以来获得成功。在国外，已有用微滤取代常规过滤和用纳滤取代深度处理在小规模水厂应用的趋向。在国内，大同自来水公司和宁波自来水公司也对膜滤 装置进行了试验，近年来，在瓶装饮用水的处理流程中膜处理更是得到了普遍的采用。
　　膜处理与常规过滤相比的主要优点是可以去除较小尺寸的物质，按选用膜的不同(微滤、超滤、纳滤、反渗透)，其去除物质的大小也不相同。据介绍，通过膜处理可以降低99.9％的 贾第虫孢囊和99.99％的病毒，减少了常规消毒副产物的产生。此外，它不需投加化学剂，可避免投加化学剂产生的问题。
　　虽然目前尚缺乏城市水厂应用膜处理的条件，但随着膜处理工艺的发展和改进，以及对供水水质要求的提高，二十一世纪的膜处理技术在城市供水中将会得到开发和应用。
8.消毒
　　以液氯作为消毒剂是应用最普遍，也是最经济的方法。自1974年美国发现氯化造成THMs问题以来，引起各国对加氯消毒的极大关注，提出了以臭氧、二氧化氯、过氧化氢等替代加 氯的设想。
　　限于技术和经济条件，目前国内水厂基本上仍以采用加氯作为消毒手段，但近年来国内少数水厂开始探讨应用二氧化氯作为消毒。上海周家渡水厂采用了用亚氯酸钠和盐酸合成制 取二氧化氯的加注系统。经测试，其氧化、消毒能力可达氯气的2.6倍左右，且不会产生三卤 甲烷问题。由于亚氯酸钠国内生产量少、价格较高，带来消毒成本的增加，采用食盐电解制 取二氧化氯，虽成本较低，但其成份中仍含较多的氯，不能彻底消除加氯引起的问题。
　　国内水厂中臭氧的应用主要被用作氧化剂，当然也可起消毒作用，由于臭氧发生的能耗大，成本高，目前难以作为消毒剂被大量采用。
　　光催化氧化消毒虽作了一些试验、但要在较大规模上应用尚有一定距离。
　　对于消毒技术、一方面需寻求既经济又在卫生上安全的新型消毒剂，同时对其相应的消毒副产物作出评价，另一方面考虑到在相当一段时间内，液氯仍将是最主要的消毒剂。因此 合理寻找投加点和控制最佳加氯量仍需要加以研究。
9、污泥处理
　　目前我国水厂的污泥基本上未进行脱水处理，尽管水厂污泥中大部分为无机物（约占75%），有机构一般不超过10％，重金属含量远低于国家排放标准，但是由于较高的悬浮物浓 度、排入水体极易造成河道淤积，给环境带来一定影响。
　　随着我国对环境保护的要求将日益提高，水厂污泥的处理已被提到议事日程治水污泥脱水系统包括四个环节，即污泥的收集、浓缩、脱水和泥饼(渣)处置，由于缺乏 实践经验，各环节都还有不少技术问题需要解决。例如，水厂污泥的负荷随原水浊度变化而 有较大变化，污泥处理系统如何相适应；水厂污泥的浓缩设计技术还不够成熟；脱水装置的 合理选型，这些都有待于通过实践进行研究。为降低水厂成本，保证脱水系统的正常运行，泥饼的处置是一个关键，还需要有关部门配合进行试验。
　　为了对水厂污泥处理进行探索，最近上海自来水公司正在考虑对一座7万m³／d的水厂实施 污泥脱水。初步考虑采用“兰美拉”浓缩装置和卧轴螺旋离心机脱水的方案。相信这将是水厂污泥处置的一个良好开端。
1O、输配水管道
　　给水工程建设中输配水管道占有较大的投资比例、管材的合适选用不仅对降低工程造价而且对保证供水安全都具有重要意义。
　　与发达国家相比，我国生产的管材品种相对比较单一，国外几乎已被淘汰的普通铸铁管在国内仍有一定的应用，导致爆管事故频繁，造成较大的社会影响和经济损失。
　　随着输配水量增大，大口径管道的需求量将明显上升、而目前可供选择的往往仅有钢管。前一时期由于大口径管道的缺乏，一些大型输水工程中采用了现浇钢筋混凝土低压渠 道。应该说它对于确保工程的实施起到了积极作用，但也存在着接口伸缩缝漏水等弱点，需要研究改进。
　　近年来管道新品种的开发已引起了各方面的重视。取代普通铸铁管的球墨铸铁管向着更大的口径发展。大口径钢筒预应力钢筋混凝土管(PCCP)已开始在给水工程中应用，直径3.4米的PCCP管也已试制成功。增强玻璃纤维管正在进一步降低成本，以增加市场竞争能力。总之，通过前一段时间的努力，各种管道的品种已有了较好的起步，但尚需进一步总结、提高，并加以规范化，以期达到优化应用的目标。
　　与此同时，对于金属管道内衬喷涂材料和喷涂方法的改进，以降低摩阻系数也是一个值得研究的课题。

四、结 语

　　在新世纪即将来临之际，我们总结回顾近年来给水事业的发展和技术进步所取得的成绩，深感鼓舞。为了适应二十一世纪给水事业发展的需要，当前还有不少需要探索的课题。
　　给水技术所涉及的面广，不仅有给水工艺本身的问题，还需要其它科技领域的配合，就各地区、各部门而言，所面临的问题也不尽相同。因此，不断提高给水技术水平，促进我国 给水事业发展将是我国广大给水工作者的艰巨而光荣的任务。
　　由于笔者的工作面有限，了解的情况和掌握的资料不够全面，文中缺点错误在所难免。尚请读者给以批评指正。
　　本文编写过程中得到了钟淳昌、宋仁元前辈的指导和审阅，在此表示衷心感谢！

参考文献

　　(1) 汪光焘主编.城市供水行业2000年技术进步发展规划.中国建筑工业出版社，1993
　　(2) 钟淳昌，任鹤云，中国城市给水排水工程发展趋向.国际给水与废水处理会议论文集，1994
　　(3) 宋仁元，依靠技术进步改善供水水质.国际给水与废水处理会议论文集.1994
　　(4) 董辅祥，董欣东主编.节约用水原理及方法指南.中国建筑工业出版社.1995
　　(5) 宋仁元，自来水中微生物的风险可能大于合成有机物.城市公用事业，1997(1)