美国大、中型水厂的工艺和水质调查

黄晓东
(深圳市水务＜集团＞有限公司， 广东深圳 518031)

　　中图分类号：TU991
　　文献标识码：D
　　文章编号：1000-4602(2002)09-0091-02

　　美国水工协会(AWWA)下设的消毒委员会针对消毒及相关问题于1998年进行了第三次大范围的调查［共向596座大、中型水厂发出调查表，其中服务人口为(1～5)万的水厂457座，服务人口为10万以上的139座］。这次调查的主要目的是掌握自“地表水处理法案”(SWTR)实施以来自来水行业消毒及相关工艺的变化情况，以及在实施“过渡性强化地表水处理法案”和“第一阶段消毒及消毒副产物法案”前水厂在消毒方面的基本状况。

1 原水情况

　　被调查水厂所用源水为河水、湖水、水库水、地下水等，并且大多数水厂使用两种以上的水源。根据调查，原水中碱度、氨氮、溴化物、TOC、总三卤甲烷生成势和UV₂₅₄等主要水质指标的平均浓度分别为103mg/L、0.31mg/L、0.07mg/L、6.02mg/L、194.4μg/L和0.117cm^-1。
　　30min需氯量(游离氯)的调查结果表明(需氯量是反映原水中微生物和可氧化物多少的一个指标)，需氯量为0～2、2～4、4～6、6～8及8mg/L以上的水厂所占比例分别为53%、31.1% 、9.2%、2.6%和3.3%。84座对原水中贾第虫进行检测的水厂有24座检测出贾第虫(中值为46.5个孢囊/L)。83座对原水中隐孢子虫进行检测的水厂有17座检测出隐孢子虫(中值为50个卵囊/L)。

2 水处理工艺

　　表1概括了被调查的大、中型水厂中各种单元处理工艺的采用情况。
　　调查表明，大、中型水厂(服务人口＞10000)使用最多的过滤工艺是双层滤料滤池和石英砂滤池(所占比例分别为54.7%和23.5%)，只有14.1%的水厂使用三层滤料滤池。也有一小部分水厂在滤池中使用了活性炭(其中17.6%的水厂是在石英砂滤料上加颗粒活性炭，3%的水厂在滤池中完全使用活性炭作滤料)，另有5座水厂打算将现有滤池改为颗粒活性炭滤池或生物活性炭滤池。

表1 各单元工艺采用情况　　 %? 工艺 使用比例 工艺 使用比例 过滤 84.6 消毒接触池 38.3 清水库 82.6 预氧化 27.4 絮凝 70.6 升流式固体澄清池 24.4 加氟 69.7 软化 18.4 腐蚀控制 67.2 原水储存或预沉淀 17.9 沉淀 65.2 曝气或吹脱 16.4 混合池 61.2 其他 12.4 注： 其他指再碳酸化、活性炭、粉末活性炭和高锰酸钾。

3 消毒剂

　　表2反映了过去30年中大、中型水厂所用消毒剂的变化情况。

表2 各种消毒剂的使用情况　 % 消毒剂 1978年 1989年 1998年 氯气 91 87 83.8 氯氨 　 20 29.4 次氯酸钠 6 7.12 20.3 二氧化氯 1 4.5 8.1 臭氧 　 0.37 5.6 其他 2 0.75 1.0 注： 其他指次氯酸钙和高锰酸钾。

　　由表2可以看出，1998年氯气的使用比例分别比1978年和1989年下降了7%和3%，而次氯酸钠和氯氨的使用比例明显上升。虽然二氧化氯和臭氧的使用也呈上升趋势，但总体上讲氯系消毒剂(氯气、氯氨和次氯酸钠)的主导地位没有发生变化。
　　在氯氨消毒的58座水厂中，有42座水厂是氯后加氨(占72.4%)，加氨的平均滞后时间为25.7min；有6座水厂是氯前加氨，加氯的滞后时间为7.min(占10.3%)；还有6座水厂同时加入氯和氨(占10.3%)，另外4座水厂则在其他位置加氨(如原水、管网，所占比例为7%)。氯与氨的平均投加比为4.2∶1。?

4 处理水质

　　表3是水厂出厂水水质的统计数据。

表3 出厂水水质统计 项 目 中值 平均值 碱度(mg/L) 54 71 氨氮(mg/L) 0.5 0.4 异养菌平板计数(个/mL) 1 4.2 pH 7.7 7.7 温度(℃) 15 15 总有机碳(mg/L) 1.9 2.1 浊度(NTU) 0.09 0.15

　　被调查水厂管网水中游离氯的平均值是1.0mg/L，总氯的平均值是2.4mg/L。二者的最大值分别是7.5mg/L和12mg/L，都超过了EPA新近制定的4.0mg/L的最大值标准。采用二氧化氯消毒的水厂管网水残余二氧化氯的浓度平均值是0.26mg/L。
　　美国环保局新的水质标准要求出厂水中三卤甲烷浓度＜80μg/L、卤乙酸浓度＜60μg/L。调查显示，大多数大、中型水厂的出水能达到此标准要求，而且许多水厂出水中的三卤甲烷和卤乙酸含量甚至低于目前还在论证的第二阶段40μg/L和30μg/L的标准要求。原水中含有溴化物且用臭氧消毒时会产生溴酸盐消毒副产物，调查表明水厂出水可以达到溴酸盐含量＜10μg/L这一新的水质标准。
　　对采用二氧化氯消毒的水厂而言，亚氯酸盐和氯酸盐是主要的消毒副产物。即将实施的新的亚氯酸盐标准为0.8mg/L，而且未来还可能对氯酸盐提出控制标准。统计显示，大、中型水厂出厂水和管网水中亚氯酸盐的平均浓度分别为0.29、0.42mg/L，出厂水和管网水中氯酸盐的平均浓度分别为0.16mg/L和0.27mg/L，出厂水中亚氯酸盐和氯酸盐的最大浓度分别为1.14、1.24mg/L，管网中二者的最大浓度分别为1.24、0.98mg/L。这说明采用二氧化氯消毒，出厂水和管网水中亚氯酸盐存在超标的可能性。
　　另外，在一小部分水厂的出厂水中还检测出贾第虫和隐孢子虫，其中检测出贾第虫的水厂是11座，检测出隐孢子虫的水厂是10座，中值均为1个/L。

5 其他问题

　　水厂最经常遇到的问题是发生异常嗅味，调查中有88座水厂(约占40%)以此为答案。其中约50%水厂认为自来水的异常嗅味是由水源的土腥味和霉味引起的，对这类情况最常用的解决办法是投加粉末活性炭或高锰酸钾，其他方法包括采用颗粒活性炭过滤、在水库中投加硫酸铜和预氯化。在异常嗅味中氯味发生的频次排在第二位(有10座水厂，占4%)。
　　其次是如何保持管网水中消毒剂的余量。有48家水厂(占20%)持此看法，他们最常采用的解决方法是冲洗、增加投量、中途补加氯和改善加氯控制等。
　　居第三位的问题是管网的腐蚀及腐蚀物的沉淀，选择这类问题的有26座水厂(占10%以上)。其解决办法是投加磷酸盐抑制剂、调整pH值或碱度及进行干管的冲洗。
　　有15座水厂(占7%)认为异养菌的过量生长和硝化细菌的滋生导致氯耗增加是经常遇到的技术难题。对管道进行冲洗是应对这一问题的第一选择方案，增加加氯量应是第二选择方案，同时他们认为在硝化细菌滋生时应增加氯氨比。?

6 结语

　　综上所述，此次调查的大多数水厂的出水水质良好，但也存在诸多问题。为此，许多水厂(95座约占50%)期望对现有处理工艺进行变革以满足未来日益严格的水质标准。他们考虑最多的办法是采用臭氧、二氧化氯或氯氨等替代消毒剂。?

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　　收稿日期：2002-06-03