費(fèi)征云
(杭州市七格污水處理廠工程建設(shè)指揮部，浙江杭州310041)

　　中圖分類號：TU991.9
　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼：D
　　文章編號：1000-4602(2001)04-0064-03

　　1　保護(hù)水源

　　優(yōu)質(zhì)的源水是生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)飲用水的先決條件。在美國，政府及水行政部門相當(dāng)重視水源保護(hù)工作，可以說是不遺余力的。參觀所到之水廠，其源水均取自于污染較小的水庫、河流或渠道，源水水質(zhì)均好于我國地表水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中的二類水質(zhì)，濁度一般均為20～30 NTU。
　　水源的保護(hù)需要長期的努力和艱苦的工作，美國各地的水行政部門為此制定了一系列的法規(guī)來保護(hù)水源及防止水污染。同時，他們也十分重視源水及其輸水系統(tǒng)的管理，輸水渠道沿線用鐵絲網(wǎng)封閉，并設(shè)有報警裝置以防人為污染及減少周圍環(huán)境的影響，如洛杉磯地區(qū)的水源主要通過544 km長的輸水渠道從內(nèi)華達(dá)西拉山區(qū)引來，整個輸水渠道用鐵絲網(wǎng)封閉，其投資及運(yùn)行費(fèi)用是十分可觀的。一般水庫建于遠(yuǎn)離居住區(qū)的地方，禁止人及家畜靠近，并加強(qiáng)對水源附近工廠的管理。

　　2　水處理工藝的比較

　　在參觀過的水廠中，大多數(shù)的水處理工藝流程與國內(nèi)水廠差不多，一般均為絮凝→沉淀→過濾，但每一個工藝步驟都與國內(nèi)有所不同，也都有其特點(diǎn)。
　　2.1絮凝池
　　絮凝池多采用機(jī)械攪拌的方式(包括變頻機(jī)械攪拌)，絮凝時間一般較長，達(dá)20～45 min。在國內(nèi)，這種攪拌方式是很少采用的，因?yàn)闄C(jī)械攪拌存在大量的設(shè)備維護(hù)工作，同時還有產(chǎn)品質(zhì)量及使用材料的耐腐蝕問題。國內(nèi)的大部分絮凝池采用的是水力攪拌，通常的絮凝時間＜20 min。
　　兩種攪拌方式的比較見表1。
　　絮凝池攪拌方式的選擇應(yīng)根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)、水量、設(shè)備、維修力量及進(jìn)水水頭而定。

　　2.2沉淀池
　　兩國一般都采用平流式沉淀池，它有以下特點(diǎn)：運(yùn)行簡單、維護(hù)方便、出水水質(zhì)穩(wěn)定。在中國，平流式沉淀池通常是細(xì)長的，一般長為100～110 m，寬為8 m，深為3 m。在美國，平流式沉淀池則要比國內(nèi)的短、寬、深。至于出水方式，國內(nèi)通常使用指形槽集水，在美國則有許多方法：指形槽、溢流堰、潛水孔等。
　　兩國平流式沉淀池的比較見表2。

　　筆者認(rèn)為，長寬比和長深比應(yīng)該大一些為好，因?yàn)檫@樣可以使Re和Fr數(shù)位于適當(dāng)?shù)姆秶瑥亩纳瞥恋硇Ч?BR>　　在美國的平流式沉淀池中，給人印象最深的是污泥排放系統(tǒng)及鏈?zhǔn)焦文鄼C(jī)。在國內(nèi)，由于國產(chǎn)鏈?zhǔn)焦文鄼C(jī)設(shè)備材質(zhì)不過關(guān)，維護(hù)困難，問題較多，目前已漸漸淘汰，污泥排放則通常采用虹吸或泵吸連續(xù)運(yùn)行的方式。而在美國，主要使用鏈?zhǔn)焦文鄼C(jī)將污泥排至排泥渠，濃縮后脫水，它的優(yōu)點(diǎn)是脫水后的污泥含水率低，從而水量損失少，通常只占總水量的1%。由于所使用的鏈?zhǔn)焦文鄼C(jī)的鏈條、刮板、鏈輪、主軸、軸承均由非金屬材料制成，所以設(shè)備防腐性能好，維護(hù)工作量少。但是，美國有些水廠的平流沉淀池的出水槽(堰)長度設(shè)計得太短，造成出水槽(堰)負(fù)荷太大以至于大量的顆粒被帶入濾池，影響了沉淀效果。筆者認(rèn)為如果出水槽(堰)負(fù)荷控制在20m³/(m·h)，出水水質(zhì)會更好。
　　2.3濾池
　　在20世紀(jì)90年代之前，國內(nèi)大部分水廠采用設(shè)有1～2層濾料的普通快濾池(有的為單層濾料)。現(xiàn)在，普通氣水反沖洗濾池及V型濾池已被廣泛采用。美國大多數(shù)水廠的濾池均為氣水反沖洗濾池，濾料為2～3層，大都采用無煙煤及石英砂濾料。中美兩國雙層濾料(無煙煤及石英砂)濾池的比較見表3。

　　從表3可以看出，美國的濾池有以下特點(diǎn)：無煙煤層厚，石英砂層薄；濾料有效粒徑小；均勻系數(shù)低；濾池運(yùn)行周期長。這些特點(diǎn)使濾池納污能力強(qiáng)，濾后水濁度低。對于多層濾料濾池，如何防止濾料流失是一個很重要的問題，美國濾池一般每年的濾料損失＜5%，這非常值得借鑒，其關(guān)鍵是要控制反沖洗強(qiáng)度和保持較深的濾料上水深，美國的氣水反沖濾池均設(shè)有用于控制反沖洗強(qiáng)度的測試儀表及控制設(shè)備。
　　2.4清水池及泵房
　　在清水池及泵房的設(shè)置上，中美兩國差別較大。在國內(nèi)，清水池的容積約為水廠設(shè)計能力的10%～20%，且在配水系統(tǒng)內(nèi)極少設(shè)增壓裝置，但在許多樓頂上設(shè)有小水箱，以保證樓內(nèi)有足夠的水壓。另外，清水泵房的規(guī)模通常是按照最高供水日的最高小時供水量設(shè)計的，這使得泵房和管網(wǎng)的建設(shè)投資加大，運(yùn)行效率降低。在美國，充分利用地形條件，在配水系統(tǒng)中有許多提升蓄水池，使得水廠內(nèi)的清水池變小，泵房運(yùn)行穩(wěn)定，設(shè)備運(yùn)行效率高且電耗低。至于泵站形式，美國一般為露天泵站，主要設(shè)備如水泵、電機(jī)、變壓器等均露天安裝，這就需要設(shè)備尤其是電器設(shè)備有良好的絕緣和防水性能。雖然這樣做的結(jié)果是設(shè)備投資加大了，但節(jié)省了大量的土建費(fèi)用。
　　2.5加藥
　　①絮凝劑的投加
　　兩國使用的絮凝劑種類差不多，當(dāng)源水濁度較高時，使用Al₂(SO₄)₃或FeCl₃。最大的差別在于美國使用的為液體絮凝劑，儲存在罐內(nèi)，儲存量小于兩周的用量，由絮凝劑供應(yīng)商直接用槽車從工廠運(yùn)至水廠，這主要得益于先進(jìn)的運(yùn)輸工具及發(fā)達(dá)的交通。這樣就減少了溶解設(shè)備及儲存庫的面積，減少了操作人員及其勞動強(qiáng)度。在國內(nèi)，目前還大量使用固體絮凝劑，需要溶解設(shè)備及足夠的儲存?zhèn)}庫，儲存量往往是一個月的用量。雖然已有水廠開始使用液體絮凝劑，但液體絮凝劑質(zhì)量還不夠穩(wěn)定，目前還處于提高質(zhì)量、逐步推廣的階段。
　　美國水廠的加藥基本上采用計量泵投加，計量泵不采用SCD控制，而是根據(jù)源水水質(zhì)和流量的變化采用人工調(diào)整的簡單實(shí)用方式。在參觀過的近20家大大小小的美國水廠中，只有一家使用SCD設(shè)備，而且僅僅用于監(jiān)測而不是控制絮凝劑的投加，這也許是源水水質(zhì)較好且穩(wěn)定的緣故。
　　為了保證處理后的水質(zhì)，大部分美國水廠還同時投加高分子聚合物。一般沉后水濁度＜1NTU，濾后水的濁度為0.05 NTU，大大低于美國聯(lián)邦和各州的規(guī)定(1.0或0.5NTU)。
　　②消毒
　　從參觀過的美國水廠來看，他們非常重視消毒工藝，一般均有兩級消毒。目前，大部分的水廠采用液氯消毒，對于配水管網(wǎng)較長的地區(qū)，添加氨進(jìn)行輔助消毒。雖然有一些水廠采用臭氧，但只是用作預(yù)處理，濾后水還是要加氯消毒。加氯消毒采用加液氯消毒的方式，液氯直接由槽車運(yùn)到水廠的儲液罐內(nèi)并由計量泵直接投加，這種投加方式的好處在于安全，減少了液氯蒸發(fā)器等危險性較大的設(shè)備，但投資較大。出廠余氯一般控制在1.0 mg/L左右。
　　2.6儀表與自控系統(tǒng)
　　許多美國大中型水廠均由一套集散型的自動控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。在廠區(qū)范圍內(nèi)設(shè)有若干臺現(xiàn)場計算機(jī)，對整個水處理過程實(shí)行多環(huán)路控制，其中包括沉淀、過濾及反沖洗、臭氧處理、化學(xué)藥劑投放、泵房等。設(shè)在中心控制室內(nèi)的計算機(jī)主機(jī)從各個現(xiàn)場計算機(jī)中收集數(shù)據(jù)，并提供圖表顯示、曲線、各個設(shè)備動作記錄、設(shè)備故障報警等。在電子自動控制系統(tǒng)發(fā)生故障時，每一個自動控制過程都可切換成手動控制。美國水廠的自動控制并沒有像國內(nèi)一些水廠那樣追求全功能、全自動，而是根據(jù)處理工藝及原水水質(zhì)情況來確定自控系統(tǒng)的控制程度。

　　3　新技術(shù)的采用

　　3.1臭氧消毒和活性炭過濾
　　臭氧消毒和活性炭過濾由于投資較大，我國使用得較少，在美國，由于源水水質(zhì)較好，前幾年臭氧消毒和活性炭過濾技術(shù)也使用得不多。近年來由于美國聯(lián)邦和各州政府對水質(zhì)要求越來越高，臭氧消毒和活性炭過濾技術(shù)也漸漸得到了越來越多水廠的重視及應(yīng)用。
　　氯消毒作為一種傳統(tǒng)的消毒方法，投資及運(yùn)行費(fèi)用較少，也能基本滿足水質(zhì)要求。但是它也有局限性，因受污染的源水中含有大量有機(jī)物，當(dāng)這些物質(zhì)接觸到氯就能形成致癌物質(zhì)，危害人類健康，同時液氯的作用也并不安全，投加過量會產(chǎn)生異味。臭氧消毒則沒有這些問題，它可以去除水中的氣味、顏色、苯酚、三氯化鐵、錳、氰化物、硫化物及亞硝酸鹽等，分解過程中產(chǎn)生的原子氧可氧化有機(jī)物質(zhì)并殺死細(xì)菌。由于這些特別的優(yōu)點(diǎn)，臭氧消毒在歐洲國家使用得更廣泛。臭氧可以在水處理過程的前、中、后階段投加，但它應(yīng)與液氯(或次氯酸鈉)結(jié)合使用，以鞏固其作用。臭氧可通過水射器或接觸池投加，接觸池中臭氧氣泡的直徑要求為1～2 mm。紐約附近的Haworth水廠，臭氧投加系統(tǒng)的投資占總投資的10%，臭氧用空氣制備，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2%，臭氧投加在混凝之前的接觸池中，投加量為2.5 mg/L。
　　活性炭過濾主要依靠其巨大的表面積以及強(qiáng)吸附性來去除水中的有機(jī)物及重金屬離子。由于活性炭再生困難及費(fèi)用較高，美國大部分水廠是將使用過一段時間(一般3～4 a)后的活性炭扔掉或送到別的地方再生。有些水廠使用活性炭粉，用畢再作為污泥排除。
　　3.2微濾
　　微濾是一項(xiàng)較新的水處理技術(shù)，它對進(jìn)水濁度的要求較高(0.25～125 NTU，若進(jìn)水濁度較高可采用預(yù)處理將進(jìn)水濁度降到合適的范圍)，出水濁度＜0.05 NTU。它的特點(diǎn)是占地小、耗藥量小、管理方便、無需操作工，可全自動運(yùn)行，處理水的水質(zhì)好，但投資及運(yùn)行費(fèi)用較高。這種技術(shù)目前在美國大約只有20家規(guī)模不大的自來水廠、污水廠使用這種技術(shù)，如洛杉磯的Arthur H.Bridge水處理廠，它的處理能力約為15 000m³/d，該廠共有4臺微濾設(shè)備，每臺過濾面積為1 350m²，過濾系統(tǒng)運(yùn)行45 min即用壓縮空氣自動沖洗一次，歷時5 min，運(yùn)行6個月即用專用清洗劑(NaOH+表面活性劑)清洗一次，濾芯5～7 a需更換一次。該水廠在日常運(yùn)行中無人值守，由約13 km以外的控制中心通過微波系統(tǒng)遙控操作。

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收稿日期：2001-01-18