費征云
(杭州市七格污水處理廠工程建設指揮部，浙江杭州310041)

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

　　1　保護水源

　　優質的源水是生產出優質飲用水的先決條件。在美國，政府及水行政部門相當重視水源保護工作，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，源水水質均好于我國地表水水質標準中的二類水質，濁度一般均為20～30 NTU。
　　水源的保護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來保護水源及防止水污染。同時，他們也十分重視源水及其輸水系統的管理，輸水渠道沿線用鐵絲網封閉，并設有報警裝置以防人為污染及減少周圍環境的影響，如洛杉磯地區的水源主要通過544 km長的輸水渠道從內華達西拉山區引來，整個輸水渠道用鐵絲網封閉，其投資及運行費用是十分可觀的。一般水庫建于遠離居住區的地方，禁止人及家畜靠近，并加強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，大多數的水處理工藝流程與國內水廠差不多，一般均為絮凝→沉淀→過濾，但每一個工藝步驟都與國內有所不同，也都有其特點。
　　2.1絮凝池
　　絮凝池多采用機械攪拌的方式(包括變頻機械攪拌)，絮凝時間一般較長，達20～45 min。在國內，這種攪拌方式是很少采用的，因為機械攪拌存在大量的設備維護工作，同時還有產品質量及使用材料的耐腐蝕問題。國內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根據進水水質、水量、設備、維修力量及進水水頭而定。

　　2.2沉淀池
　　兩國一般都采用平流式沉淀池，它有以下特點：運行簡單、維護方便、出水水質穩定。在中國，平流式沉淀池通常是細長的，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的短、寬、深。至于出水方式，國內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。

　　筆者認為，長寬比和長深比應該大一些為好，因為這樣可以使Re和Fr數位于適當的范圍，從而改善沉淀效果。
　　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及鏈式刮泥機。在國內，由于國產鏈式刮泥機設備材質不過關，維護困難，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運行的方式。而在美國，主要使用鏈式刮泥機將污泥排至排泥渠，濃縮后脫水，它的優點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%。由于所使用的鏈式刮泥機的鏈條、刮板、鏈輪、主軸、軸承均由非金屬材料制成，所以設備防腐性能好，維護工作量少。但是，美國有些水廠的平流沉淀池的出水槽(堰)長度設計得太短，造成出水槽(堰)負荷太大以至于大量的顆粒被帶入濾池，影響了沉淀效果。筆者認為如果出水槽(堰)負荷控制在20m³/(m·h)，出水水質會更好。
　　2.3濾池
　　在20世紀90年代之前，國內大部分水廠采用設有1～2層濾料的普通快濾池(有的為單層濾料)。現在，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：無煙煤層厚，石英砂層薄；濾料有效粒徑小；均勻系數低；濾池運行周期長。這些特點使濾池納污能力強，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，其關鍵是要控制反沖洗強度和保持較深的濾料上水深，美國的氣水反沖濾池均設有用于控制反沖洗強度的測試儀表及控制設備。
　　2.4清水池及泵房
　　在清水池及泵房的設置上，中美兩國差別較大。在國內，清水池的容積約為水廠設計能力的10%～20%，且在配水系統內極少設增壓裝置，但在許多樓頂上設有小水箱，以保證樓內有足夠的水壓。另外，清水泵房的規模通常是按照最高供水日的最高小時供水量設計的，這使得泵房和管網的建設投資加大，運行效率降低。在美國，充分利用地形條件，在配水系統中有許多提升蓄水池，使得水廠內的清水池變小，泵房運行穩定，設備運行效率高且電耗低。至于泵站形式，美國一般為露天泵站，主要設備如水泵、電機、變壓器等均露天安裝，這就需要設備尤其是電器設備有良好的絕緣和防水性能。雖然這樣做的結果是設備投資加大了，但節省了大量的土建費用。
　　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，儲存量小于兩周的用量，由絮凝劑供應商直接用槽車從工廠運至水廠，這主要得益于先進的運輸工具及發達的交通。這樣就減少了溶解設備及儲存庫的面積，減少了操作人員及其勞動強度。在國內，目前還大量使用固體絮凝劑，需要溶解設備及足夠的儲存倉庫，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，但液體絮凝劑質量還不夠穩定，目前還處于提高質量、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，而是根據源水水質和流量的變化采用人工調整的簡單實用方式。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設備，而且僅僅用于監測而不是控制絮凝劑的投加，這也許是源水水質較好且穩定的緣故。
　　為了保證處理后的水質，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，大大低于美國聯邦和各州的規定(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，對于配水管網較長的地區，添加氨進行輔助消毒。雖然有一些水廠采用臭氧，但只是用作預處理，濾后水還是要加氯消毒。加氯消毒采用加液氯消毒的方式，液氯直接由槽車運到水廠的儲液罐內并由計量泵直接投加，這種投加方式的好處在于安全，減少了液氯蒸發器等危險性較大的設備，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
　　許多美國大中型水廠均由一套集散型的自動控制系統進行控制。在廠區范圍內設有若干臺現場計算機，對整個水處理過程實行多環路控制，其中包括沉淀、過濾及反沖洗、臭氧處理、化學藥劑投放、泵房等。設在中心控制室內的計算機主機從各個現場計算機中收集數據，并提供圖表顯示、曲線、各個設備動作記錄、設備故障報警等。在電子自動控制系統發生故障時，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一些水廠那樣追求全功能、全自動，而是根據處理工藝及原水水質情況來確定自控系統的控制程度。

　　3　新技術的采用

　　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，由于源水水質較好，前幾年臭氧消毒和活性炭過濾技術也使用得不多。近年來由于美國聯邦和各州政府對水質要求越來越高，臭氧消毒和活性炭過濾技術也漸漸得到了越來越多水廠的重視及應用。
　　氯消毒作為一種傳統的消毒方法，投資及運行費用較少，也能基本滿足水質要求。但是它也有局限性，因受污染的源水中含有大量有機物，當這些物質接觸到氯就能形成致癌物質，危害人類健康，同時液氯的作用也并不安全，投加過量會產生異味。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，分解過程中產生的原子氧可氧化有機物質并殺死細菌。由于這些特別的優點，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，但它應與液氯(或次氯酸鈉)結合使用，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，臭氧投加系統的投資占總投資的10%，臭氧用空氣制備，其質量分數為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吸附性來去除水中的有機物及重金屬離子。由于活性炭再生困難及費用較高，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
　　微濾是一項較新的水處理技術，它對進水濁度的要求較高(0.25～125 NTU，若進水濁度較高可采用預處理將進水濁度降到合適的范圍)，出水濁度＜0.05 NTU。它的特點是占地小、耗藥量小、管理方便、無需操作工，可全自動運行，處理水的水質好，但投資及運行費用較高。這種技術目前在美國大約只有20家規模不大的自來水廠、污水廠使用這種技術，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臺微濾設備，每臺過濾面積為1 350m²，過濾系統運行45 min即用壓縮空氣自動沖洗一次，歷時5 min，運行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。該水廠在日常運行中無人值守，由約13 km以外的控制中心通過微波系統遙控操作。

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收稿日期：2001-01-18