我国给水工艺与国外先进技术差距在哪儿？

四、消毒杀菌技术和水的深度处理
消毒杀菌技术已成为给水处理中不可缺少的处理手段之一。随着工农业的发展，自80年代起，由于部分地区的地面水源水质逐渐变差和饮用水水质要求的提高，水厂的处理工艺在常规处理基础上向深度处理的趋势发展。
1、消毒杀菌技术
很长一个时期以来，传统的消毒杀菌剂主要是采用氯及其化合物。该方法操作技术简单、价格低、杀菌效果好。在国外至今仍为主要杀菌方法之一，我国应用更为普遍。使用氯气消毒我国与国外的主要差距在于投加的控制手段上，目前一般采用容量分析比色法测量投氯后的余氯值，依据其余氯值采用浮子加氯机或真空加氯机调节投加量，靠人工操作。该方法不能提供准确的投加量，只是靠经验控制，检验投加效果又具有滞后性。而国外则采用自动余氯检测仪检测，根据余氯量反馈给自动加氯机自动调节投加量。这套设施由于国内的余氯检测仪以及氯氨加注自动化设施有待提高，目前尚不普及。
作为新的消毒剂二氧化氯和臭氧是具有发展前途的。
二氧化氯用于给水处理消毒，近年来受到广泛的注意，主要是由于它不会与水中的腐殖质反应产生卤代烃。一般二氧化氯在水中主要起氧化作用，而不是氯化作用，因此不容易产生潜在的致突变物——有机氯化合物。针对我国大多数水厂采用加氯消毒系统，改用二氧化氯在原系统基础上加以改造是简易可行的。但由于气态二氧化氯在超过四个大气压的压力时会发生爆炸，因而不易压缩储存，只能在使用现场制造，因此安全问题应引起注意。二氧化氯最普遍的使用方法是用它来代替预氯处理或（混凝沉淀）前加氯。即作为第一次消毒及氧化，滤后水中加氯，保持管网余氯可有效地降低三卤甲烷的生成和保证杀菌效果。
臭氧消毒被认为是在水处理过程中替代加氯的一种行之有效的消毒方法。因为臭氧首先是具有很强的杀菌力，其次是氧化分解有机物的速度快，使消毒后水的致突变性降为最低。经臭氧消毒的水中病毒可在瞬间失去活性，细菌和病原菌也会被消灭，游动的壳体幼虫在很短时间内也会被彻底消除。因此国际上已普遍应用，特别是法国普及率很高。近年来，臭氧还作为深度处理的方法在国外被采用。但是臭氧的发生和应用是一个高能耗技术，目前国外每产生1公斤臭氧约需4000美元。而电耗高达22度电／每公斤臭氧。这使广泛应用受到限制，并且臭氧对细菌有显著的后增长效果。因此近来人们注意将臭氧与其它净水技术结合使用。如臭氧一氯，臭氧—紫外线消毒。不仅能获得满意的杀菌效果，还能有效地去除饮用水中挥发性有机物。据有关资料介绍，通过臭氧与其它消毒剂比较研究后得出以下结论：从消毒效果后，臭氧化>二氧化氯>氯>氯胺。而从消毒后水的致突变性看则氯>氯胺>二氧化氯>臭氧。由此可显示出采用臭氧消毒的优点。
2、水的深度处理
水的深度处理主要在于去除原水中的微量有机污染物，国外采用深化处理较为普遍，我国在水的深化处理方面还处于起步阶段，大部分老水厂均未采用深度处理，只是部分新水厂采用了活性炭吸附处理。
目前水的深度处理主要包括：活性炭吸附、臭氧氧化、臭氧和活性炭联用和生物活性炭。
由于活性炭具有良好的吸附和过滤性能，所以被广泛用于水的深度处理。活性炭的品种除粉末状和颗粒状外，近几年又发展了球状活性炭，浸透型活性炭和高分子涂层活性炭等新的品种。粉末活性炭多用于预处理，粒状、球状等活性炭多用于生物活性炭滤池起深度处理作用。活性炭对水中的致癌物与致突变物及其含酚化合物均有良好的去除效果。但由于活性炭的再生问题使制水成本大幅度增高，在我国的使用受到一定的限制。
除利用臭氧的增氯化能力与活性炭滤池联用外，目前国外还致力于用臭氧与生物活性炭(O3•BAC)对水做深度净化处理的研究。它是当前去除水中有机物质的较为有效的一种深度处理方法，在日本引起极大的重视。试验和生产实践表明，该技术具有如下特点：①能去除水中溶解性有机物；②能降低TOC，COC及氨；③能降低进水中三卤甲烷母体；④对色度、铁、锰酚都有去除效果；⑤能使Ames试验为阳性的水成阴性。但由于该技术耗电量较大，使用尚不普及。

三、絮凝剂和絮凝控制技术
给水处理中，在絮凝药剂投加控制和絮凝剂的使用方面，我国还处于一般水平。主要反应在絮凝剂的品种少、质量低。在国外，特别是作为原水调质而采用的助凝剂较为普遍。我国这方面差距较大。在药剂自动投加方面，大部分水厂正处于起步阶段。对于国外先进的自动控制工艺，我国已开始致力于引进和研究。
1、絮凝剂和助凝剂的使用情况
目前国内外大部分净水厂采用的絮凝剂仍铝盐和铁盐最为普遍。我公司主要使用铁盐絮凝剂，如三氯化铁、硫酸亚铁、氯化硫酸亚铁。
近几年来，国外正研制和开发应用新型高效絮凝剂方面进展很快。引人注意的是两类絮凝剂。一类是无机聚合物絮凝剂；另一类为有机高分子聚合物絮凝剂。
无机聚合物絮凝剂有：碱式聚合氯化铝(PAC)，聚合硫酸铝(PAS)，聚合硫氯化铝(PACS)以及聚合硫酸铁(PFS)等。其中最有代表性的PAC和PAS具有对原水水质变化适应性广，混凝净化效果好，药剂成本低等特点。日本在给水处理中使用PAC的普遍程度已超过了硫酸铝。据有关资料介绍我国也有部分水厂应用。
从八十年代开始，各国对有机高分子絮凝剂的研究与应用非常重视。目前应用最多的是聚丙烯酰胺类。一般根据其作用不同分为阴离子型、阳离子型与非离子型。有机高分子絮凝剂具有用量少、絮体大、污泥少等优点。因而发展迅速。但对其毒性，各国学者看法不一，在饮用水中使用需慎重。日本对之的应用也只是在硫酸铝处理效果不理想时作为辅助方法。英、美国家对高分子絮凝剂的使用做了最大用量的规定。美国对硫酸铝和阳离子聚合物的组合使用越来越广泛，因为这不仅减少药剂用量，降低泥量，而且还增加絮体的物理强度，这对高速过滤是必需的。阴离子型和非离子型聚合物也常用作助凝剂和助滤剂。有机高分子絮凝剂在我国的应用目前仅限于高浊度水的局部地区。我国目前采用的主要助凝剂是无机活化硅酸，其作用是增加絮凝剂的骨架强度，改善絮体结构。尤其是对低温低浊水的处理较为有效。我国使用该种助凝剂已有四十多年的历史和经验。其次是氯作为助凝剂，其作用是采用预氯化法破坏起干扰混凝作用的有机物，改善混凝效果。同时用氯将硫酸亚铁氧化为高价铁，提高混凝剂的净化效果。但对受污染的原水，易生成以三卤甲烷为代表的卤代有机化合物。该类物质具有致突变活性，因此有待于深入分析和研究。
2、絮凝剂的控制投加
絮凝控制技术是净化处理的重要环节，因此如果控制不好，既不能达到预定的水质要求，又导致药剂的浪费。我们目前大部分净化水厂仍沿用化验室烧杯搅拌试验确定投加率与经验投加相结合的方式，人工操作投加。该方法的缺点是不能满足连续运行的需要，也就不能随水质水量的变化而及时调整投加量。同时由于在化验室内做烧杯搅拌试验与实际生产中的水力条件差距较大，因此提供的投加率仅能作为实际投加的参考值，不仅不准确，还带来检验投加效果的滞后性。为了解决这些问题，近几年来我国有的水司研究应用模拟滤池法控制混凝药剂的投加，结果表明可达到自动控制投加，及时调整药剂之目的，可节约药剂10～20%。但由于模拟水力条件和生产实际的差距，必须及时修正相关关系，否则将影响投加准确性。当前国外贷款项目基本采用该种方法，国内应用尚不广泛。
在药剂自动投加控制方面国内还先后研究与应用过建立前馈数学模型实现计算机自动控制投加。基本控制参数有原水浊度、水温、PH值或碱度、氨氮、耗氯量、水量等6项。基本达到根据原水水量及水质变化及时准确改变投加量。在此基础上又发展出建立前馈与后馈数学模型实现计算机优化自动控制系统。该方法是在前馈数学模型的基础上，又根据沉淀池出水与滤池出水浊度建立后馈控制的数学模型。这是国内外比较先进的优化自动控制方法。上述建立数学模拟法的关键是要建立实用可靠的数学模型和采用多种准确可靠的连续传感器与投加设备。由于国内连续检测仪表与投加设备质量不过关以及在建立数学模型方面所需原始资料准确程度的差异和内容的短缺，使该项技术实施比较困难，不能得到广泛的应用。
目前国外投药控制发展趋势已由多参数控制向单因子控制方向发展，因为单因子控制不要求建立较复杂的数学模型，连续检测传感器单一，管理维护方便。近几年来这一技术发展很快，出现了流动电流投药控制系统和絮凝控制在线检测仪（也称Eloo-nate连续探测器）。
流动电流(SCD)投药控制系统是国际上八十年代开始应用的一项新技术，它是传统技术上的一个发展，是混凝投药控制技术的重大突破。该技术是依据混凝理论而产生的。混凝理论认为向原水中投加絮凝剂，使水中胶体杂质脱稳，调节混凝剂的投加量改变胶体的脱稳程度，使之利于后续沉淀。而描述胶体脱稳程度的重要指标是ζ电位，以ζ电位为因子控制混凝剂则成为一种根本性的控制方法。而投药后水体剩余絮凝颗粒的流动电流与ζ电位呈线性相关，因此测其流动电流能克服测ζ电位的困难，并能反映水体中胶体的脱稳程度。此项技术是由美国的Gerdes于1966年发明的，并开始了对流动电流控制混凝投药的研究。直至1982年在美国将超声波技术应用于流动电流检测器，成功地解决了传感器表面的清洗和微粒“膜”及时更换问题，使该技术趋于完善与实用化。目前美国、英国已有数百家水厂应用流动电流技术控制混凝收到良好效果。从美国对该技术的一项调查表明，原水浊度在10～5000ntu变化，水量变化范围最低为10%，最高达100%时应用该技术收到良好的混凝效果，平均节约药剂15～30%，证明该技术是成功的。流动电流(SCD)探测器的使用方法是按生产要求的沉淀水浊度确定一个流动电流值。称为控制系统给定值，计算机控制中心将流动电流的实测值与给定值比较，据此调整投药装置的运行工况，从而改变混凝剂的投量，最终取得具有理想沉后浊度的水。但该仪器在取样系统的可靠性上存在较多的问题。主要是由于取样管堵塞造成的，此外需要定期检查与调整SCD控制给定值，使之始终处于最佳状态。其次该方法对于采用有机阴离子高分子絮凝剂时是不适用的。
流动电流给定值抓住了影响混凝的主要因素，其它水质、水量、药剂、效能等因素的变化都可体现流动电流单一因子的变化上，从而实现了混凝投药的单因子自动控制。该方法尤其对旧水厂的改造更具有实用价值，它不仅解决了水厂投药自动控制问题，而且对提高水厂的社会经济效益起到主要作用，同时将对水处理工艺技术的进步和现代化进程起积极的推动作用。目前我国已开始研制该种仪器的工作。
最近英国水研究中心和伦敦大学研究人员联合研制了一种新的絮凝控制在线检测仪器(FIOCmate探测器)。该仪器根据水中流动悬浮胶体产生的浊度波动，极灵敏地显示絮体形成状态，可在实验室或现场条件下确定最佳投药量。该方法认为絮凝剂投入水中后在水解生成的氢氧化物沉速至最大时，投药量为最佳。投药后氢氧化物生成时，初始浊度会升高，但随着絮凝体的形成浊度又下降，初始浊度为最大值时的投药量可认为是絮凝最佳投药量，因此该仪器把光学方法和微讯息处理计结合使用，连续测定加药后水中絮体的实际情况，同时直接调节混凝剂的投量和调整PH值，从而获得最佳混凝效果。该仪器还特别适合于投药闭路控制系统。根据检测器输出的信号，利用微机内的优选公式，逐步调整混凝剂投加量，直到最佳值为止。正确选择混凝剂投加量和PH值将大幅度节省药剂用量，几个月内即可偿还投资费用，同时对提高出水水质，减少供水干管的污垢有很大的社会效益和经济效益。预计该种仪器将有广阔的应用前景。
上述两种单因子自动控制絮凝检测仪是国外先进技术，我国正起步研究，尚未有应用实例。因此今后应上述技术进行积极的引进和研究，根据我国国情和水质因素，提出可靠的控制方法，以缩小我国在混凝控制方面与国外先进水平的差距。