给水处理技术的现状与发展概况

给水处理技术的现状与发展

The Current Status and Development of Water Treatment Technology

钟淳昌，戚盛豪

ZHONG Chunchang，QI Shenghao

上海市政工程设计研究院，中华人民共和国

Shanghai Municipal Engineering Design Institute，Shanghai，PRC

一、概况

随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，作为城镇基础设施重要组成内容的我国给水事业得到了快速发展。

据不包台湾和香港地区的统计，1995年我国设市城市640个，供水能力已达1.925亿立方米／日，全年供水量482亿立方米，分别较1990年增加了35.4％和26.0％，年平均增长率分别为6．25％和4．73％。1995年城市供水人口2．21亿人，供水普及率93％。人均平均日综合用水量为595．2升，其中生活用水量为195．4升。

由于村镇建设的发展和卫生水平的提高，县城和村镇的给水也有了迅速扩大。1995年县城的供水能力已达2397．8万立方米／日，年供水总量48．11亿立方米；村镇供水能力1916．2万立方米／日，年供水总量67．4亿立方米。

为了充分利用水资源，合理供水布局，提高地区整体的水质和管理水平，在一些经济较发达的地区已在建设和规划包括若干中心城市在内的较为广域的区域供水系统。例如，已建成的浙江黄（岩）、椒（江）、温（岭）供水系统和筹划中的江苏苏南区域供水工程（规划供水范围将达1700平方公里，包括江阴、武进、锡山等三市的43个村镇）。

随着给水事业的蓬勃发展，给水技术水平也有了相应提高。为适应给水事业的发展，进行了大量科研，取得了不少突破成果，并有一批有代表性的给水项目相继建成。供水水质要求的不断提高又为给水技术发展提出了新的要求。

我国地域广大，各地水源水质条件差异明显。

我国不少地区由于地下水的集中或过量开采，已造成了地下水位的急剧下降和引起地面沉降等环境问题，正在采取措施压缩地下水的开采。国内大部分水厂多采用地面水源，分别取自江河、湖泊和水库。按照原水水质条件和水处理要求的不同，地面水源大致有以下5类：

1．未受污染或轻度污染的地面水：水体符合国家规定的《地面水环境质量标准》Ⅰ、Ⅱ类水体的水质指标，且浊度和水温均属正常范围，处理的目的主要是去除浊度和达到微生物学卫生指标；

2．微污染的地面水：水体受环境污染，某些指标已超过《地面水环境质量标准》中Ⅲ类水体的规定。目前我国七大水系和内陆河流近年来已受到不同程度的污染，特别在工业发达和城市化集中地区尤为严重，主要污染物为氨氮、有机物（高锰酸钾耗氧量）、挥发酚和生化需氧量等。

3．高浊度地面水：黄河以及长江上游河段，洪水期大量泥砂流入水体，形成高含砂量的原水。黄河中游及其支流的最高含砂量可达1000kg／m3以上。长江上游嘉陵江最高含砂量也达252kg／m3。黄河与长江的高浊度水有较大差别，黄河的高浊度水一般指沉淀过程中出现浑液面的河水；长江高浊度水则指洪水期经常出现（20～30天）浊度大于1000度，且数次出现5000度以上的浑水。

4．低温低浊地面水：我国北方广大地区，一年内低温延续时间长，且原水浊度又较低，给水处理带来困难，需要选择合适的处理方法，才能满足出水水质要求。低温低浊水一般是指冬季水温在0～4℃，浊度低于30NTU的地面水。

5．高含藻地面水：高含藻地面水主要出现在湖泊和水库。由于受污水排放和农业施肥等影响，我国不少湖泊富营养化日趋严重，氮、磷的含量高，造成藻类大量繁殖。在富营养化湖泊水中，藻的数量一般为每升几十万到每升几千万个，给常规处理工艺带来困难。

针对上述不同水源的特点，广大给水工作者进行了不同水原水处理工艺的科学研究，并不断实践、充实和完善。

二、常规水处理

以混凝、沉淀、过滤、消毒为主组成的水处理工艺是我国应用最广也是最基本的处理手段。

随着对出水水质要求的提高，近年来各水厂普遍加强了对各工艺阶段水质的控制。一般，沉淀池出水浊度维持在3～5NTU左右，出厂水则控制在1NTU以下。

常规水处理虽以去除浊度为主要目标，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有机物也可相应去除。试验表明，对于分子量10，000～100，000的有机物通过混凝沉淀可去除80％以上，对于分子量3，000～10，000的有机物，混凝沉淀也可去除50％左右。据天津自来水公司的试验，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，强化常规处理，降低出水浊度，也成为大陆各水厂处理轻度污染源水的有效方法。

目前混凝剂的使用多以铝盐为主。三氯化铁、聚合硫酸铁、氯化硫酸亚铁等混凝剂也在一些城市中被采用。除了特殊的水处理和特殊情况外，高分子助凝剂一般很少采用。为了提高絮凝效果，PH调整剂的使用正在被引起重视。

关于药剂投加的控制，近年来有了较大发展。原来由人工控制的方法逐渐被计量泵和自动投加所取代。自动加药的应用对节约药耗、控制水质起到了明显的效果。目前采用的自动加药控制模式较多，例如：以流量作前馈，SCD或沉淀出水浊度作反馈；根据模糊逻辑推理的模糊控制数学模型以及最近开发的以检测絮粒形成大小、形状推算等效沉速的控制方式等。各种控制方式尚有待进一步总结、完善。

快速混合对于改善混凝条件是一个重要环节，已引起普遍重视。混合的方式一般采用管式静态混合器或快速机械搅拌，都能取得较好效果。

根据涡旋扩散机理和絮凝过程能量的合理分布，发展形成了众多形式的絮凝构筑物，如单通道或多通道的折板絮凝、栅条和网络絮凝等。原有的来回隔板絮凝已逐渐被取代。机械搅拌絮凝有所应用但并不普遍。

六十、七十年代对于各种沉淀（澄清）池的形式曾有过广泛的应用。经过多年来的实践总结，目前较多地倾向于平流沉淀池、机械搅拌澄清池和斜管沉淀池等几种池型。水力循环澄清池、脉冲澄清池、悬浮澄清池及同向流斜板沉淀池已很少在新建水厂中采用。对于较大规模的水厂，平流沉淀池由于对水量、水质的适应性强以及操作管理方便，已为较多水厂所欢迎。

过滤工艺的改进主要着重于滤料级配和冲洗方式的优化。滤料级配通过对双层滤料、多层滤料、单层均粒滤料以及传统级配滤料的比较，目前较多的倾向于采用单层石英砂均粒滤料。与级配滤料相比，它具有较高的截污能力，出水水质好，运行周期长。冲洗方式也由原来的单水反冲倾向采用气、水反冲，以保持滤料的清洁。对于级配滤料的反冲，采用增加表面冲洗（旋转式或固定式）措施也有所应用。

液氯仍是目前广泛采用的消毒剂和氧化剂。自1974年美国发现氯化造成TNM s问题以来，也引起了国内对加氯的关注。不少水厂取消或较大幅度降低前加氯的投量。上海对氨氮较低时的黄浦江原水，采用先适量加氨，然后加氯以形成化合氯来减少TNM s的形成。近年一些水厂正开始探索采用二氧化氯作消毒剂。上海周家渡水厂采用亚氯酸钠和盐酸合成制取二氧化氯。经测试，其氧化、消毒能力可达氯的2．6倍，且不产生三卤甲烷问题。但由于亚氯酸钠国内产量少，价格高，带来制水成本的增加。

为防止出厂水的二次污染，水质稳定已引起重视。据统计，现状地面水水厂出厂水基本稳定的仅占21％，有腐蚀倾向的占50％，有轻微结垢倾向的占29％。除了提高化学稳定性外，清华大学还开展了对水质生物稳定性的研究。

三、微污染水处理