浅谈我国给水工艺常规处理与国外先进技术的差距

浅谈我国给水工艺常规处理与国外先进技术的差距
来源：中国环保频道 更新时间：09-5-15 14:11
近年来，由于工业的日益发展，人类生活水平不断发展提高，以及活动范围的逐渐扩大，各国的水体都出现了不同程度的污染。目前已知的有机化合物达400万种，人工合成有机物达4万之多。现已能用现代检测技术从原水中检测出来的已达2千2百余种。因此以饮用水中THM为代表的卤代有机物的生物致突活性也日益为广大给水技术人员所关注。
传统工艺、理论主要是建立在以粘土胶体微粒和致病细菌为主要工作对象的基础上，随着污染程度的日益加剧和污染源的逐渐增多，污染物品种的多样化，为给水处理工作者带来新的课题。现在给水工程较以往的任何时候都更加注意原水在传统工艺后面的深度处理，这是当前发展最快的方面，也是我国和国外给水工艺水平主要差距所在。
常规处理
(1)混合技术：理论上早已阐明混合是絮凝的基础，要求快速剧烈的混合，以促进混凝药剂扩散速度和压缩水中胶体的双电层，使胶体脱稳。但在实际工作中对混合长期未给予应有的重视。80年代中后期加强混合才成为给水界最强调的观点，因而也陆续出现了多种混合设备。有水力隔板混合、水泵混合、机械混合、混合池、槽等以及近几年应用于给水行业上的静态混合器。从混合设备形式上看，我国现有水平不逊于国外先进国家。由于混合设备对水力条件、输入能量、混合方式要求比较严格、设备、构造上的差异往往造成混合效果相差较大，单纯从理论计算上进行混合设计，往往和预先设想结果有较大偏差，因而影响混合效果。
国外先进国家对混合设备都作严格的测试，以期取得最佳混合效果。例如美国混合设备的生产厂家对使用单位所需求的机械混合设备全部按1:1的比例，使用不同颜色的塑料珠进行混合测试，取得最佳使用效果后方进入施工。而我国对混合的测试手段和测试设备不足，直接影响混合器效果。美国这种作法是我国应当学习和效仿的，也是我们与先进国家的差距所在。
(2)絮凝反应：我们的反应设备总体上和国外水平差距不大，传统上的絮凝反应多采隔板反应，是建立在“近壁紊流”理论基础上的。随着给水理论的深入研究和发展，从能量耗散的角度出发提出“自由紊流”的微旋涡理论，我国在此理论之上研制出多种设备反应亦投入生产运行。但我国机械反应多为垂直轴机械反应，国外平流沉淀池多为水平轴机械反应，并采用液力无级变速式电机调频无级变速。我国在前一段时间对缩短反应时间很感兴趣，所设计的反应池停留时间有的短达7分钟，认为这样可以减少占地节约投资。现在随着实践和对高效反应的认识加深，又开始倾向延长反应时间，这与国外先进国家的认识趋于一致。
(3)沉淀池：平流沉淀池是给水行业最古老的一种池型，大型水厂应用较多，我国与国外技术水平相差无几，所不同的是，国外停留的时间较长，一般为2～4小时，我国停留时间多为1～2小时。选择较长的停留时间可以节约药剂，提高沉淀后的水质，并有足够的调节余地，抗冲击负荷能力较强。停留时间短可以节省基建投资，减少占地面积。具体设计停留时间多长为好，这需要根据国家发达程度、沉淀后水质指标要求，并进行经济技术比较后确定，根据我国水质标准和国情，采用1.5～2.0小时停留时间为好。
斜管沉淀池是继平流沉淀池之后于60年代末、70年代初发展起来的一种建立在“浅池理论”上的沉淀设施，具有占地面积少、沉淀效率高的特点，在我国经过近20年的应用和发展，使沉淀技术日臻完善，也积累了许多设计和运行经验，是一种成熟工艺。近年来在斜管管形上出现了多种形式，有“山形”斜管、“近菱形”斜管、旋转30°放置的正六边形斜管，规格上有Φ25～Φ70等多种规格的斜管，材质有聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、乙丙共聚等多种材料。并且在加工制作上有多项改进。从工艺角度看我们并不落后。主要差距表现在设计参数选用偏高和监测控制能力较差。斜管上升流速我国多选用2.5毫米/秒～3.0毫米/秒，国外多选用2.0毫米/秒以下。
另外，由于水在斜管沉淀池内停留时间较短，一般约20分钟至30分钟，在斜管内停留时间仅5～6分钟，由于停留时间短，使斜管沉淀池运行管理要求提高，国外先进国家自动化程度高，在控制上不成问题，既使如此，有些国家仍在规范中明确规定斜管沉淀池必须设置完备的检测和控制系统，如日本。我国的监测和控制系统水平较低，仪器设备不过关，多为人工检查调试，给斜管沉淀池稳定运行带来困难。加强斜管沉淀池的监测和控制是我们面临的一项任务。
(4)澄清池：澄清池在我国使用普通程度仅次于平流沉淀池和斜管沉淀池。悬浮澄清和水力循环澄清池是早期修建。现在为了提高效率，大多都进行了不同程度的改进。我国现在建造的澄清池多为机械加速澄清池，用于中小水厂的一级处理，但有些大型水厂也选用此种池型，如北京新投入运行的水源九厂（规模为50万米3/日）即为该种池型。也有的新建水厂选用脉冲澄清池，如南京市新投入运行的上元门水厂（规模为10万米3/日），由此可见，澄清池在我国还是有发展前途的。国外先进国家仍在研制新型澄清池，以进一步扩大澄清池的适用范围和得到高质量的滤前水。法国德克雷蒙公司(Degre’ment)最新研制出的“登萨代”(Densadeg)澄清池，可以认为是新型澄清池的代表。该种类型澄清池于1988年11月15日在法国巴黎莫桑水厂(morsang)第三条生产线上投入生产运行，日处理水量7.5万米3。Densadeg澄清池是将反应、板状增稠、澄清综合为一体的水处理的构筑物，同时配以外部污泥回流和外部投药混合组成的一个完整净水系统。
该澄清池上升流速达6.4毫米/秒，（一般机械加速澄清池上升流速为0.7～1.1毫米/秒）出水浊度低于1ntu，具有良好的澄清效果。这种澄清池从构造功能上可以分为三部分。第一部分为三个同心室，将加药混合后的原水和增稠回流的絮体活性污泥混合反应，形成絮凝质量好、密度高、分离性能好的固液两相体系。第二部分为预沉降部分，在这里泥水固液两相流发生快速分离。上部的初沉降水进入斜管澄清区，下部的泥浆经沉淀、增稠后被连续运转的刮泥机刮入积泥槽后部分回流，剩余部分排入污泥处理系统。第三部分为斜板澄清区，预沉降后的水在这里进一步去除残留絮体，从而获得高质量的澄清水。该澄清池回流水量仅为最大处理水量的1～4%（一般机械加速澄清池回流量为处理水量的3～4倍），较大地节约了用于回流水量的动力消耗。
该种澄清池弥补了各种传统澄清池的不足，具有如下特点：①板状澄清区有较高的上升流速(5.5～10.1毫米/秒)；②能产生特别浓的回流污泥(20～　500克/升)使回流污泥量极大减少，并可以使污泥处理系统省略污泥浓缩池；③可生产高质量的水（浊度低于1ntu）；④和通常用的澄清池相比，药剂费用节约10～30%；⑤运行可靠，能耐受流量和水质变化的冲击；⑥能用于多种水处理工艺，如饮用水净化、水软化、城市污水处理。由于Densadeg澄清池具有以往澄清池所不具备的优势，目前已在法国、德国推广应用。相信不久的将来也将引入我国，缩小我国在澄清池方面与先进国家的差距。
(5)气浮法：气浮处理工艺是净水一级处理的另一种形式。气浮法是一个古老的处理工艺。最早的气浮专利产生于1864年，以后的应用一直集中于冶金选矿。直到60年代美国开始使用溶解空气气浮处理污水。我国于60年代末建起了第一批气浮池用于处理含油污水。1975年英国在美国给水协会第95届年会上报道了小规模气浮除藻实验。79年10月英国在白雾桥水厂建成英国第一座溶气气浮池作为给水的处理设施；我国也于79年4月建起了溶气气浮池。所以从工艺发展来看，我国与先进国家几乎是同步进行的。近年我国的成都市建起了处理规模达20万米3/日的大型气浮池。从给水工艺上看溶气气浮是一种很有发展前途的处理工艺。
它有许多优点：①在池中停留时间短，一般为15～30分钟，因而处理效率较高；②能有效地处理低温低浊水；③能较好地解决除藻问题；④能对被有机物污染水体起曝气作用；⑤气浮法产生污泥含水率(90～95%)比沉淀池(95～99.8%)的低得多；⑥池子结构简单，造价低。我国当前在气浮法处理工艺与先进国家相比差距很小，也并非表现在处理工艺水平上，而是污泥的处置。国外有较完善的污泥处理手段和设备，对气浮法产生的污泥处理不成问题，而我国由于国情所致，给水厂的污泥处理还处于未起步阶段，沉淀池产生的污泥一般多重新排入水体，而气浮法产生的污泥则不能排入水体，必须进行处理。当前气浮产生的污泥苦于找不到适于我国国情的费用低廉的污泥处理工艺和设备，而使其普及带来困难。
(6)过滤：过滤在水处理上一般称为二级处理，通常是设于沉淀、澄清、气浮等一级设备之后，用来进一步降低水中浊度。最早的过滤是使用慢滤池。这是利用生物膜过滤工艺。慢滤池出水水质高，但生产效率低。当前国内外过滤过程多使用快滤池以提高生产效率。快滤池的过滤机理是接触絮凝。快滤池发展历史已百余年，创造出多种池型，有四阀滤池、双阀滤池、虹吸滤池、无阀滤池、压滤罐等。大型水厂多使用四阀滤池及其改型的双阀滤池。从滤料上看，使用单层砂滤料和砂、煤双层滤料的较多，三层滤料及三层以上滤料应用较少。
国外先进国家的过滤设备与我国相比在三个方面有较大改进：①滤料品种、级配的改进；②辅助冲洗的普遍应用；③自用水的降低。滤料品种和级配的改进方面，我国使用的砂滤料，粒径一般在0.45～1.1毫米，不均匀系数K80一般选在1.6～2.0，无烟煤滤料一般作为双层滤池的轻质滤料，粒径多为1.0～2.0，不均匀系数K80多为2.0左右。国外正在逐步走向大粒径、深厚度的均匀滤料，如1981年建成投产的法国图卢兹市大卫水厂的滤池采用的滤料为滤径1.0～1.4毫米的石英砂滤料，厚度为1.1米。美国86年投产的被给水工程界誉为优秀设计的洛杉矶水厂的滤池采用的滤料为直径1.5～2.2毫米的无烟煤滤料，厚度高达1.83米。欧美许多新建的滤池都有向大粒径、深厚度方向发展。我国近年来也有这种趋势，但象洛杉矶水厂那样大胆采用单层煤滤料尚未见到。
欧美国家普通使用辅助冲洗。有水表冲和气冲两种。水表冲有设一层的，也有在滤料层中再加设一层的。气冲则有采用“丰”字形管布气，也有用长柄滤头布气的。由于气冲造成滤料间磨擦力加大，使滤池冲洗更干净，故欧美国家采用气冲更为普遍。我们水表冲早有应用，气冲也有使用，但不普遍。其原因是加辅助冲洗后使操作复杂，并有可能引起滤料流失。随着自动控制的发展，我国的辅助冲洗会逐步普及。
水厂的自用水主要是用于滤池冲洗，约占出厂净水量的5～7%，节约自用水一直是给水工作者努力的目标。对于可作饮用水源的水越来越少，节约冲洗水量的意义更显得日益突出。我国的冲洗强度设计多采用完全膨胀型冲洗，即冲洗时整个滤层全部在上升水流作用下膨胀起来，呈流化状态。强度为13～15升/米2•秒，使用水量很大。国外近年开始搞大粒径滤料的不膨胀冲洗。以节约冲洗水量，或采用不完全膨胀冲洗。
法国德克雷蒙水处理公司的专利——Aquazur　V型滤池是一种比较先进的滤池设计。这种滤池使用单层砂滤料，粒径通常在0.95～1.35毫米，允许扩大到0.7～2.0毫米，K80不均匀系数在1.2～1.6之间。滤料层厚度在1.0～1.5米之间，冲洗时采用水冲洗、气冲洗和表面扫洗相结合。滤池在冲洗时完全不膨胀，避免了由于水力筛分作用而使小粒径滤料集中于上层，该滤池冲洗时，先进行气冲，强度为13.9～16.7升/米2•秒。水冲强度为3.6～4.2升/米2•秒。表面扫洗强度为1.4～2.2升/米2•秒。
由于空气加入使滤料相互摩擦，去除滤料表面粘附的絮体，然后在冲洗水的作用下被带到滤料表面，滤料表面的扫洗将絮体扫入排水槽。然后停止气冲，冲洗水继续对滤料进行漂洗，把残留絮体进一步带出滤料表面，被扫洗水带入排入槽。这是一种非常有效的冲洗，避免了滤床中结泥球。冲洗水仅为常规冲洗水量的1/4，大大节约了清洁水的使用量，表面冲洗所用的水为未经过滤的滤前水，所以扫洗时不加重滤池负担。冲洗水、扫洗水量之和也仅是常规冲洗水量的1/3，所以此种滤池是一种滤速较高、生产能力强、省水经济的滤池。在世界上也是比较先进的。
我国已有水厂引入该种滤池。如南京市上元门水厂10万吨扩建工程即引入该池种。另外Mediazur　V型滤池与Aquazar　V型滤池相似，适用于轻质滤料如活性炭、无烟煤或砂、煤双层滤料。只不过是滤料厚度、冲洗顺序作了调整。气冲、水冲分别进行。这里就不详叙了。总之，Aquazur　V型滤池是国外具有代表性的先进滤池中的一种，有许多可供我们借鉴、学习之处。