中美给水常规工艺对比分析

美国C水厂，因实际运行水量远低于设计水量，其絮凝工段停留时间高达80min。美国A水厂其设计水量为1.5万方，但为了方便将来提高设计产量，修建了0.8万方毛坯滤池，在沉淀池预留了0.8万方斜板空间，同时将絮凝池直接按2.3万方设计修建，导致絮凝工段停留时间高于设计值。同时美国水厂一般会考虑在其中某个运行单元检修停水时，其他单元也要满足设计要求，会实际多修建一个单元。这也是美国水厂絮凝时间和其他设计参数比较保守的原因之一。

另外，美国水厂在日常检测中，会根据混凝段(包括混合和絮凝)出水浊度评价此工段运行效果，并根据数值和絮体性状调整工段运行。调研中发现，国内水厂往往只检测进水、沉淀池和滤池出水浊度，而忽略了对混凝段出水絮体的检测和评价。

2.3 沉淀工段对比分析

表4为中美沉淀工段对比。由表4可见，美国三座水厂所用沉淀方式为斜板沉淀或斜管沉淀，这两种沉淀方式在美国普遍采用，而平流沉淀使用很少。国内水厂仍普遍使用平流沉淀池，仅在寒冷地区多采用斜管沉淀。与平流沉淀相比较，斜板沉淀和斜管沉淀可以有效提高单位池面积的产水量和降低出水浊度。

表4 中美水厂沉淀工段对比

对于沉淀池排泥周期，中美两国并无太大差别。根据运行情况不同，我国水厂的排泥周期通常有6、12、24h等。不同的是，我国排泥多采用刮泥机、吸泥机等设备，但美国水厂排(刮)泥设备先进，如使用自动化池底污泥清扫器，对节水和污泥处理大有好处。

另外，值得注意的是，由于良好的混凝及沉淀效果，美国三个水厂沉淀池出水浊度已降至0.5NTU以下，美国C水厂甚至降至0.2NTU。而中国的三个水厂同工段出水浊度仍在0.8～3NTU之间，由此可见两国的浊度差距在沉淀段出水已然明显。

2.4 过滤工段对比分析

表5为中美过滤工段对比。由表5可见，在滤料选择上，国内的滤池滤料以单层石英砂为主流，美国则以双层滤料为主，即上层为无烟煤，下层为细砂，且无烟煤厚度大于砂层。双层滤料符合理想过滤的模型，避免了单一滤料反洗水力分级后上层细砂堵塞速度快、不能发挥深层过滤的缺点，使滤料在过滤周期内的有效功能得以发挥，减少了水头损失，延长了过滤周期。

表5 中美水厂过滤工段对比

在滤池池型上，中国绝大多数给水厂普遍采用了以V型滤池为主的均质滤料过滤技术，极少采用不同的或新型的过滤技术，这一点和国内室外给水设计规范影响有关，同时也与中国大部分设计院较少对过滤技术进行研究开发，倾向引进国外专有技术的导向有关。而美国滤池设计上池型很少采用V型滤池，多为简单实用的普通快滤池结构，且每座滤池均设置在线浊度仪。

一方面，美国水厂滤池进水，即沉淀池出水浊度已经低于0.5NTU，且采用双层滤料，提高了滤料利用效率;另一方面，由表5可见，因美国三个水厂实际运行水量远低于设计水量，表中实际滤速均不高于4.4m/h，比设计值或国内滤速低45%～50%。此外，为防止藻类滋生和去除部分有机物，美国三个水厂均采用中间加氯(过滤前)，加氯量为0.4～2mg/L，有效的延长了过滤周期。由于以上原因，美国三个水厂滤池过滤周期可达72～96h，而我国水厂过滤周期仅为12～36h。较长的过滤周期带来较低的反冲洗耗水量、耗电量、滤料损失，大大降低了运行成本。

由表1和表5的对比可见，美国A水厂的TOC与UV254去除效果都较为明显，对比与A水厂同地区的C水厂运行参数可知，通过提高药剂投加量强化混凝过程，可获得较高的有机物去除效率。由表5可见，经常规工艺处理后，美国宾州A、B、C三水厂TOC与UV254均略低于中国，且差距并不明显。但在浊度方面，美国三个水厂浊度皆降至0.05NTU以下，而中国水厂浊度仍不低于0.2NTU。分析原因一是由于美国水厂原水TOC等本身就低于我国，二是得益于美国水厂较高的处理效率，可以将浊度等指标降至更低水平。调研中也发现中国南方部分水厂为降低浊度，在过滤前采用加药微絮凝或加其他助滤剂工艺，但过滤周期严重降低，存在未反应的药剂穿透滤层后影响水质。

3结论综上所述，中美水厂常规工艺路线相同，进水浊度指标类似，但出水浊度存在较大差距，所调研的美国三个水厂出水浊度可控制在0.03～0.05NTU，而国内的三个水厂出水浊度均在0.2NTU以上，其运行策略差别如下：

(1)美国水厂更加注重混凝工艺的设计研究和运行控制，例如使用超高搅拌机以缩短混合时间、适当提高混凝剂投加量以增加颗粒物参与吸附架桥与卷扫的机会、控制絮凝水力条件以适应水质水量的变动、持续监测混凝段效果以优化工艺运行效果。由于良好的混凝效果，使得絮体更易沉降，因此美方水厂沉淀池出水浊度可降至0.5NTU以下，大大降低了后续处理负荷。

(2)美国水厂沉淀池多采用斜板和斜管沉淀，提高了单位池面积的产水量，降低了出水浊度。滤池多采用普通快滤池结构，舍去了V型滤池中间配水渠道，节约了滤池造价，滤料多使用煤砂双层滤料，实际滤速均不高于4.4m/h，过滤周期可达3～4天。

(3)经常规工艺处理后，由于美国水厂较高的处理效率，使得其出水浊度、TOC与UV254等指标优于我国。尤其在浊度方面，美国三个水厂浊度皆降至0.05NTU以下，而中国水厂浊度仍不低于0.2NTU。

因此，常规处理工艺效率偏低，管理水平与美国存在差距，是我国水厂普遍存在的问题。积极吸取国外先进技术成果，加强基础理论研究，对我国现有水厂常规工艺的运行情况进行优化，着力降低出水浊度，是提高国内供水水质的经济有效途径。

本文刊登于《中国给水排水》2018年24期: 中美给水常规工艺对比分析，作者：王全勇，彭锦玉，Kodi Webb，付成胜，解跃峰

编辑：王媛媛