当代中国和欧美城市给水处理技术的比较
一、概况
根据世界银行的安排，笔者近年先后两次分别对意大利佛罗伦萨ANCONEIIA水厂，法国巴黎ORLY水厂，MOUT水厂，德国科隆WAHNBACH水厂，斯图加特来格朗（LANGNAC）水厂，荷兰阿姆斯特丹水厂，英国苏格兰阿姆莱（AMLAOVD）水厂，香港北港水厂和美国洛杉矶引水道水厂，纽约United Water Haworth水厂等26座水厂进行了考察，并在美国的有在设计部门和管理部门进行了为期四周的调研，兹将了解到的有关中、美、欧洲的城市给水处理技术总结如文。
二、水源
良好的水源是生产优质饮用水的前提。在美国、欧洲，对水源的选择和保护都非常重视，简直是不惜代价。在所考察的水厂中，只要有条件，尽可能取水库水。欧洲的水源较多取自河水，如佛罗伦萨ANCONEIIA水厂取水于ARNO河，该河属意大利第三大河，巴黎的ORLY、MOUT水厂取水于塞纳河，斯图加特的LANGNAC水厂取水于多瑙河，阿姆斯特丹水厂部分取水于REIHE河，部分取自水库；美国的水厂则较多取水于水库。印象最深的是美国洛杉矶引水道水厂和德国科隆WAHNBACH水厂和阿姆斯特丹水厂，为了保证水质优良，前者85%的水源来自544公里外的内华达西部山区和卡罗拉多的雪山融化水；后者则是将原水进行初步处理（脱氮、降浊度）后再存入水库进行自然净化和沉淀100天以上，让氨、有机物、细菌自然分解后再作为水源。不管是河水还是水库水，水质都比较好，达到各国相应的地面水标准。
水源保护是一项长期艰苦的工作，欧美各国对水源的保护都比较完善，特别是美国，尽管国家和州政府对此并无明确的规定，但每个地区的供水部门都将这项工作当成重要工作来做，制订了相应的措施，对污染进行调查和处理，对供水明渠都用钢丝网隔离并安装警报器，防止人为的污染，并尽力避免自然环境的影响，水库都建在远离人烟的山里，周围禁止人畜活动，植被保护得很好。
三、常规工艺流程和参数
根据了解观察，从总体上说，欧洲给水工艺和技术要略优于美国，美国相当部分水厂的工艺和技术和我国先进水厂差别不大，笔者认为原因主要在于美国原水质量普遍要比欧洲好，故造成二者在工艺上的差别。
（一）混合、反应、沉淀
从所考察的水厂来看，国外水厂的混合系统与我国基本相似，可归结为水力混合、桨板式机械混合、水泵混合和管式混合器等形式。
反应沉淀池，欧洲已基本淘汰平流沉淀池，常规采用的是脉冲澄清池、悬浮澄清池、高密度澄清池，幅流式澄清池，机械搅拌澄清池；美国则基本上用机械反应池和平流沉淀池，当原水水质优良时，则仅设反应池和滤池。表（2）是部分欧美有关池型的技术参数。高密度澄清池（沉淀池）与斜管（斜板）沉淀池的构造基本一致，其最大区别在于将活性污泥进行回流，以增强絮凝体的活性和沉淀效果，其主要优点在于： 1. 处理效率高，池体面积仅脉冲澄清池的1/4； 2. 污泥回流、絮凝效果增强，可节省聚凝剂30%左右 3. 剩余污泥浓度高（可达20-30g/l）脱水容易 4. 出水水质好 5. 适应处理高浊度且浊度变化较大的原水。
与我国相比，美国的平流沉淀池短而宽，对出水设计要求不高，采用指形槽、溢流堰、淹没孔口等形式，排（刮）泥设备好，基本上都用不锈钢链条式刮泥机，先把污泥刮到池中的污泥槽内适当浓缩再用螺旋泵抽出，这样污泥的含水率低，水量损失少，仅占水厂产水量的1%左右。
根据所了解情况，笔者认为： 欧洲不用平流沉淀池，而多用澄清池，多半与原水有关，使用后者，可以利用池中活性污泥的吸附作用，最大限度地去除污染物质。其次可能出于对用地和基建费用的考虑，而在美国，由于原水水质良好，浊度较低，用澄清池形成泥渣层较困难，将影响絮凝和分离效果，为确保水质选择了平流沉淀池，我国主要从水质和管理上考虑选择平流沉淀池。 我国目前采用的折板反应与机械搅拌方式比较因其造价低，维修简单，运行费用低，效果好等特点具有很大的发展优势。其缺点是难以调节水力条件。 美国的排泥设备先进，对节水和污泥处理大有好处，值得借鉴。 适当延长么应时间，对提高水质具有一定的好处。 离密度澄清（沉淀）池以其处理效率高，出水水质好，特别适用于用地紧张的水厂或老水厂的改造。
（二）滤池
根据了解，欧洲现阶段滤池以气水反冲滤池为主。滤料多为2-3层，美国多为表面辅助冲洗多层滤池。滤料仍以石英砂、无烟煤为主。 根据了解和比较，笔者认识如下：
1．国外基本上为多层滤料普通气水反冲洗或表面辅助冲洗滤池，V型气水反冲洗滤池使用并不很普遍（在美国仅见到一座V型气水反冲洗滤池）。
2．我国目前普遍采用的V型气水反冲洗滤池总体水平是先进的，基本符合我国国情（特别是经济发达地区），关键是设备国产化。
3．与我国相比，国外滤池的滤层普遍较厚，粒径较小，这是保证出水水质很重要的因素。
4．双层滤料滤池国外无烟煤层厚，石英砂层薄，正好与我国相反，有待我国进一步探讨，进行优化。
5．欧美水厂滤料流失每年不足1，而我国大部分水厂难以做到这一点，关键是要控制好滤头，滤料的有关指标和反冲洗强度，有待我们进一步努力。
6．新的滤池或改造工程应尽力朝厚滤层、多层滤料、气水反冲方向努力，以尽力提高出水水质。
（三）泵房和调节水池
欧美水厂泵房（一、二级泵房均如此）的建筑都比较简单，相当多的泵房和配电设备（配电柜、变压器）全部露天，许多泵房直接建在清水池上部，立式泵、潜水泵使用较普遍。泵房一般没有值班人员，即使泵房不在水厂内。相当部分水厂没有二级泵房，由一级泵房送至高地水厂，利用地形高差直接向用户供水或者在管网中途建加压泵房和高地水池分区供水，所以高地水池较多，这些作法的目的是为了充分发挥水泵的效率，节省电耗，均衡管网压力。
笔者认为：1. 欧美的这种作法值得我们借鉴，根据生产实践证明，只要水厂地形标高选择得当，高地水厂单位电耗并不会高于平原水厂（特别是在供水量富余、二级泵房工作压力稳定的状况下）原因是高地水厂仅一次抽升，水泵工作压力稳定，效率较高；2. 采用露天泵站主要是由于欧美机电产品质量上乘、防护等级高、性能好，再则气候条件好，湿热天气较少也是一个原因。
四、加药和消毒
总结起来，可以说： 1．欧美水厂加药、消毒品种多、工艺都很先进，都实现了自动化、液体化、罐装化。 2．使用液体药剂的最大好处是成本低，便于实现自动化，解决了药剂溶解和沉渣处理的困难。 3．投加药剂的品种欧洲略多于美国。 4．欧洲使用O3比美国普遍。据了解，全世界目前用O3消毒的水厂超过1000座，而全美仅120多座水厂（能力≥4000m3/d）。 5．欧洲基本不用液氯作为消毒剂，而用NaClO和ClO2，而美国大部分水厂仍用液氯。 6．调整PH美国水厂多用荷性钠，欧洲水厂多用石灰。 7．粉状活性炭的投加欧洲也比美国要普遍。 8．与我国比起来，国外用FeCl3作聚凝剂比较普遍。 9．助凝剂在欧美都得到了广泛使用。
笔者认为： 1．造成欧美在本工艺上的差别，特别是消毒剂的差别，关键是美国水厂的原水质量普遍要比欧洲好，处理容易，水质有保证，生成氯衍生物的可能性大大低于欧洲水厂。 2．为保证消毒效果，不论是用O3消毒或氯消毒，接触池的设计是必要的，O3接触池的接触时间一般为10～30分钟，液氯消毒接触时间取决于自由氯的浓度，水的PH值和温度。当PH=7，水温为20℃，水中自由氯浓度为1mg/l时，接触时间以20分钟为宜。 3．投加助凝剂对进一步提高出水水质是完全必要的，我公司长期用瓯江原水（最高浊度达7000NTU以上）的实践充分证明了这一点。 4．药剂应尽力朝液体化发展，以降低成本，降低劳动强度和沉渣的污染，实现真正的全面自动化，但需要良好的交通条件，以保证运输畅通。
五、活性炭过滤、O3氧化、微过滤技术和运用
5.1 活性炭过滤
活性炭因其巨大的比表面积（890～900m2/g）和吸附能力，具有去除水中合成有机物、重金属离子、有机汞、味、杀菌剂等的功能，引起水工业界的重视。根据了解，欧美纯粹以活性炭作为过滤介质的水厂目前还不多，一般均将活性炭过滤作为深度处理的工艺，在其前面均设有常规的滤池，而且在原水水质良好时也不考虑使用。主要的原因是如用活性炭直接过滤带来活性炭工作周期过短，再生困难，成本过高。在所考察的所有水厂中，均未发现有活性炭再生装置，一般的作法是待活性炭失效后，根据其利用价值送到别处再生或者丢弃。粉末状活性炭则是作为药剂一样直接投入原水中，沉淀后随污泥排出一起处理。
5.2 O3氧化
传统的液氯消毒的方法投资省，运行费用低，基本满足了水质的要求，目前仍是大部分国家特别是发展中国家主要的消毒剂，但该方法最大的缺陷是当与水中某些有机物接触后生成THM（三卤甲烷）或其他有害的衍生物，危害人体健康，而且用液氯消毒腐蚀性强，不安全，易发生泄氯事故。所以液氯的发达国家正逐渐退出消毒剂的地位，而代之以NaClO、ClO2、O3等。
较之其他消毒剂，根据国外研究，用O3消毒的最大好处是：除氧化有机物、去除微生物外，O3还可以控制藻类和所产生的复合有机物的嗅和味，促进微絮凝作用，缩短絮凝时间（据洛杉矶引水道水厂经验，可缩短50%）、脱色、氧化铁和锰，而且消毒时间短，效果好。经消毒后的水质清澈，口感特别好，但不足之处是基建费用大，耗电量大，成本高，消毒效果持续不长，需要后加氯工艺以维持消毒效果，所以一般作为前消毒或后消毒的预消毒，以尽力发挥其功能，减小后加氯的数量。
利用臭氧消毒除了必要的O3生产系统外，由于O3是以气泡的形式进入水中，而且为使O3与水充分接触，提高溶解能力和消毒效果，必须设置O3接触池。目前上下流式接触池被认为是最有效和最经济的池型，因而在欧美水厂中得到广泛运用，接触池必须封闭，并保持内部处于微负
压状态，不让池中水面上O3逸出。池中水深一般为5.5～6.0米，使O3在水中的转移率达到95%以上。 我国在70年代就引进了活性炭过滤和O3消毒的技术。由于经济原因，仅限用于特种工业废水处理，目前在北京、上海等地的少量水厂采用
用了该先进技术。随着我国国民经济的进一步发展，用O3、NaClO、ClO2代替液氯是一种发展趋势，特别是原水受到污染、经济发达地区更是如此。
5.3 微过滤
微过滤技术的基本原理是利用一种超低压的薄膜来去除水中的杂质，这种技术的特点是： 1．占地面积小； 2．不需加很多药品； 3．可以处理浊度较高的水； 4．无需专人看管； 5．造价较高。
据了解，在美国已有20多座该类水厂，今后微过滤和超过滤将成为美国供水行业的一种发展趋势。
南加州建成的最大微过滤水厂当数The Arthur H.桥水厂，其处理能力为15，000m3/d。
筛分器用于去除水中可能损坏滤膜的粗砂之类物质，其它杂质的去除依靠过滤系统的聚丙烯中空管式细纤维膜（Polypropylene hollow tube fine fiber），每隔一小时左右，滤膜自动用水冲洗一次，冲洗时间辅之以压缩空气，每隔2～6个月则需用药剂（NaOH溶液）冲洗一次。
该厂进水浊度在150NTU左右，出水浊度在0.2NTU左右，全部实现自动化，无人值班，通过微波通讯由8英里外的控制中心遥控该厂的运行。
六 水质控制和方法
国外自来水直接饮用固然与整个管网质量、管理有关，最重要的还是出厂水质的控制，根据笔者统计，国外水厂有出厂水浊度、余氯、PH、细菌这四大指标。
这些指标控制范围均优于所在国有关水质标准，其控制方法主要可以归纳如下： 1．采用科学合理适用的工艺流程，水厂的设计生产能力应与实际产量相适应，略为超前，绝不超负荷运行。 2．按需投加聚凝剂和助凝剂，特别是在低温低浊度季节应压缩产水量，并增加助凝剂的投量。 3．加强水质检测和仪表的设置和维护。为保证良好的出水，严格控制沉淀池出水浊度，一般控制在2NTU以下。
可以说，为了搞好水质，欧美水厂是不惜成本的，特别是加药和消毒剂的投入。
笔者认为，这些经验值得我国借鉴，特别是在PH值的控制上，维持在7.5～8.5之间，主要是为了减少管网的腐蚀，保证水质，延长管网使用寿命，而且水质呈微碱性，饮用口感好，有益于人体。一座城市的给水系统的2/3投资在管网上，减少腐蚀经济效益是无法估量的，而这个问题往往因暂时的经济效益被我们忽略了。
七 污泥处理
欧洲国家均要求对水厂的污泥进行妥善处理，绝不允许排放到地面水体，其基本作法是采用如下工艺： 污泥→辐射式沉淀池→浓缩池→板框压滤脱水→垃圾场填埋
一般进水含水率达99%以上，经脱水后的污泥含水率达80～75%左右。而在美国，对污泥处理相对比较简单，一般是将污泥排入干化场，干化后，再行填埋。
八 变配电、仪表、自动化和管理
相比之下，欧美水厂的变配电技术总体上与我国先进水厂差别不大，主要特点是： 1．设备露天化、就地化；电压等级多样化：如美国中低压电压等级多达20多种，水厂中普遍使用的电压等级为480V、600V、660V。 2．变频技术使用并不普遍，在所考察的26座水厂和3座污水厂中，仅有二座厂用变频设备，电压等级为600V和660V，功率在450KW左右。据了解，这固然有供水压力稳定的原因，普遍的回答是中压变频技术投资大，技术上不够成熟。 3．美国水厂一般均采用单回路供电，原因是停电的机会很少。
笔者认为，这些作法值得我们总结和借鉴，使我国如何更进一步提高产品质量、更合理地设计水厂的变配电系统，特别是供电量，供水量富余的发达地区。
所考察的欧美水厂都实现了自动化控制，而且运行得很成功，即使在60年代建造的水厂。与我国先进水厂比较，主要有如下特点：
1．仪表的配置比较合理。根据考察，给我们印象最深的是通常在每只滤池上安装浊度仪，有的还装有颗粒计量器，这样就可以利用水头损失、反冲洗周期、出水浊度三个参数来控制滤池的工作，使滤池的工作更加合理，出水水质更有保证，而我国往往仅在滤池总出水渠中配置一只浊度计，而放松了这一最重要环节的水质控制和最重要的滤池控制参数。
2．仪表的维护制度化。仪表是自动化水厂的眼睛，国外先进水厂正是深刻理解了这一道理，所以每座水厂都有技术全面的维护队伍，定期对仪表进行维护，确保水厂的正常运行。
3．先进的管理软件。现代科学日新月异，特别在计算机软件领域，要使自动化水厂保持先进的管理和技术水平，就必须从软件抓起，软件的兼容性、开放性能要好，为进一步技术改造打下基础。
4．职工培训的制度化。欧美水厂员工的文化素质普遍较高，均来自大学或专业技术学校。操作人员均需持有上岗合格证，并且根据不同工种安排不同的培训。每位操作人员每年要培训一次，重新领取上岗合格证。
毋容置疑，现阶段我国城市给水处理技术无论在技术上和管理上与欧美比较仍有一些差距，但笔者相信随着我国经济的进一步发展，这种差距将进一步缩小，只要我们努力奋斗，善于总结，进一步加强科学管理，赶超世界先进水平和日子是不会太远的。
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