歐洲與北美凈水處理的差異

　　1　前言

　　隨著北美和歐洲城市化建設和工業的發展，原水受到了污染。雖然兩地區在改善自來水設施，供水安全、適口的飲用水，這一凈水處理的目的沒有不同，但在處理的基本方法上卻存在著差異。本文對美國與歐共體各國采用的規范與方法加以比較，探討了凈水處理方法對水質標準的影響，今后雙方由于提高信息情況的交流，凈水處理的方法會成為一致。

　　2　固液分離

　　美國約有6萬個自來水事業單位，處理著大范圍原水，幾乎大城市都以地表水為水源，水中含有許多高濃度懸浮物。大多美國河流中懸浮固體含時有時可達1000mg/L，這樣高的濃度歐洲看來沒有。因此與美國相比，歐洲化學處理方法發展慢，藥劑投加長時間不受重視。至六十年代，英國凈水設施仍屬土木工程范疇。機械工程與化學工程比重小。因此有關藥劑混合的高效率混凝沉淀池的設計發展遲緩。而美國這方面進展較快，目前已考慮將有關藥劑混合的理論應用于新型沉淀池的設計上。
　　(1)沉淀池
　　美國沉淀池一般為平流式沉淀池，并與其進口部分成為一整體，快速攪拌和機械絮凝。美國公共衛生服務手冊提出，混合與反應的理想組合為1－2分鐘和20-30分鐘，混凝沉淀全部停留時間5-6小時，快速池濾速為176米／日以下。
　　在美國，對引入新的固液分離技術持消極態度，但在歐洲因當時新型沉淀池模型試驗未得到充分肯定，故未引用。根據上向流絮體的懸浮原理設計的沉淀池，得到英國和法國的肯定。法國已將脈沖澄清池改進為斜板沉淀池。泥渣懸浮型沉淀池一般認為可處理含懸浮固體1000mg/L的原水。在處理高濁度原水時，許多歐洲設計人員有選擇上向流澄清池而不用平流式沉淀池的傾向。
　　(2)濾池
　　美國和歐洲快濾池的設計不同，特別是在沖洗技術上。在顆粒活性炭作為濾池濾料普及使用十年前，許多歐洲國家雙層濾料濾池普通使用的是單獨用水沖洗然后再用水氣同時沖洗的方法。其后，又普及使用了均粒經的砂濾料，并用氣水同時沖洗。最近，使用顆粒活性碳單一濾料時，為了減少濾料流失，在反沖洗技術上又采用了氣和水分開沖洗的方法。
　　歐洲多數設計仍采用由0.5米淺濾層到2.0米深濾層；由單一粒徑到多種粒徑；由用單一砂濾到用砂、元煙煤、活性炭、石榴石等混合濾料的各種不同形式。
　　美國則僅采用傳統的高壓水沖洗方法，七十年代到八十年代曾用過氣沖，但最近仍然以高壓水沖作為主要沖洗方式。技術人員目前正進一步改進反沖的技術設計，雙層過濾依然受到廣泛歡迎。氣水沖洗和高壓水結合的沖洗技術正在普及。
　　(3)設計方法不同的理由
　　歐洲自水水事業的產權、輸水方式及管理方法各國之間大不相同。但實際上，專業凈水設施的承包人一貫有很大的影響力。英國的自來水行業由于實行民營化而發生變化。無論承包人是獨立組織，還是象法國這樣的歸屬大自來水事業的機構，在歐洲都占有很大比例。其理由是，承包人為了可以將收益轉用于調查、開發方面，也能與自來水部門和研究機構共同對設計加以研究和改進。
　　對照來說，美國大部分有關凈水處理的設計研究都是由咨詢技術工作者和大學的研究中心來做。新的技術開發根據原水水質的季節變化也考慮到用實驗室與現場大規模的模型試驗相結合的方法。經過2-3年的工作，獲得了大量的數據，排除了大量的危險因素。但是，雖然進行了如此多的模型試驗，美國技術咨詢人員對利用傳統設計以外的設計方案仍然是不積極的。

　　3　與水質有關的規范

　　(1)在規范上的區別
　　根據安全飲用水漢改進的美國水質標準，與歐體的水質標準形成鮮明的對比。美國環保局的規范是通過明確而廣泛的協議而訂立和完善的。與歐共體相比較之明確、靈活。涉及到影響人體健康和感觀的水質項目被明確地區別開來。得出了根據美國飲用水規范可能出現的最大污染濃度以及能夠控制污染的處理技術。另外，對影響感觀的水質項目，確定了水質標準指南。美國有關方面始終強調“利用有用且最佳技術與處理方法，來確定可能出現的最大污染濃度”的重要性。
　　(2)標準對處理方法的影響
　　美國安全飲用水的制定和修正，對標準的凈水處理方法有著直接的影響。地表水中含有蘭伯特鞭毛蟲、病毒、細菌等，這要求對濁度要有一定的處理技術。例如，必須選用對蘭伯特鞭毛蟲孢囊至少去除99.9%并使之不再復蘇，對病毒至少去除99.99%，并使之不再復蘇的處理方法。
　　對大腸菌數和濁度超過一度限度的原水，根據規范要求過濾。另外，消毒的效果一般認為必須根據CT值確認(C：剩余氯濃度；T：最高時給水量的接觸時間)。這些措施是針對由自來水未過濾而可能引起的水傳播疾病的處理方法。由此可見增加建設投資與運行成本是非常明智的。這對于將來對水傳播疾病的統計有深遠的意義。
　　(3)對消毒副產物的控制
　　美國環保局提出總三鹵甲烷的上限值為100μg/L，包括英國的許多國家都已采用。而當時此標準值的幅度為25μg/L（德國標準）至350μg/L（加拿大標準）的這一范圍。超出這些標準值時，采用以下對應技術：
　　(Ⅰ)減少或取消預加氯；
　　(Ⅱ)在絮凝過程中，去除三氯甲烷母體；
　　(Ⅲ)采用氯劑以外的消毒方法。
　　因為有關副產物的性質與毒性的情報目前尚不足，因此欲采用氯劑以外的消毒方法的國家必須慎重。現在已經得到確認，在多種氯消毒副產物中存在三氯甲烷。其中多數懷疑是有害性化學物。目前大部分歐美國家對此未作明確規定。美國環保局在1993年提出了有關酞酸二丁酯的規定，為了控制這些化合物，補加使用具有無爭議的臭氧與顆粒活性炭吸附處理是必要的。
　　(4)合成有機化合物
　　除消毒副產物之外，還檢測出大量低濃度的有機化合物，其中部分影響健康的有機化合物已制訂出最高限值。這些化合物經標準的凈水處理幾乎不能去除。為了控制這些化合物，歐洲和北美已采用最佳的臭氧氧化和顆粒活性炭吸附處理。最近兩個地區又進一步開發有關技術，并進行大量的情報交流。
　　有機氯農藥是從地表水、地下水中檢出的重要的化學物質，在飲用水中的最高限值始終有規定。美國環保局所規定的最高限值是根據對每種物質毒性影響的評價而定，其范圍定為0.05～0.5μg/L之間，而相對來說歐洲共同體各種農藥的最大允許濃度定為0.1μg/L，總的農藥最大允許濃度合計0.5μg/L。歐洲采用了諸如與顆粒活性炭接觸時間更長一些，以及通過引用臭氧與過氧化氫結合使用從而進一步氧化的工藝方法，可望達到上述嚴格的最高限值。

　　4　結語

　　美國和歐洲凈水處理基本上采用的工藝方法相同，但仍有明顯的不同點。歐洲認為，美國的沉淀池和濾池設計，長達50年以上幾乎沒有變化。相比之下，歐洲水廠的設計，其總體性能及經濟效益則有很大的提高。主要不同點是，美國最初的設計標準是根據長時間試驗數據確定的，而歐洲在促進經濟發展的同時正在探索凈水處理技術的高效率，這點美國沒有做到。對此，歐洲的承包人完成了新凈水技術開發的重要任務。
　　美國對氣浮分離技術非常關注，且最近又推廣了上向流澄清池的設計。說明美國也發生了變化。這些是受到美國環保局對地表過濾作出新規范的影響。由于此規范的執行要有必要的初期投資，所以在凈水處理上要力求經濟。
　　美國自來水工作者參考歐洲的凈水技術收到效益，而在歐洲強化水質標準之際，筆者提出應該全面考慮采用美國環保局凈水處理程序。大西洋兩岸的各國給水工作者為了對付日益增多的污染物始終作著不懈的努力。污染物增多，需要補加處理方法。選擇時，實際經驗的積累很重要。在美國與歐洲自來水工作者之間，應做必要的情報交流。