自來水常規(guī)處理的技術(shù)問題及解決方案

常培雄

（陜西省榆林市榆陽區(qū)環(huán)境監(jiān)測站，陜西 榆林719000）

1 淺議給水常規(guī)處理技術(shù)

現(xiàn)代給水處理技術(shù)是以應(yīng)用硫酸鋁藥劑的混凝沉淀法處理水源水開始的，距今已經(jīng)有100多年歷史了。100年來，所用藥劑、工藝和設(shè)備己有逐步的改進(jìn)，但是，混凝—沉降—過濾—消毒的給水常規(guī)處理技術(shù)一直被沿用。以往的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)水源水是一類、二類水源水時，都能能制出合格的生活飲用水。30年前，我國的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)還表明，對三類水源水，采用強(qiáng)化的常規(guī)處理技術(shù)一般仍能制出合格的自來水。給水常規(guī)處理過程，混凝劑的主要功能是中和膠體（粒徑約在1—0.001μ范圍）電荷，使膠體脫穩(wěn)。脫穩(wěn)顆粒通過布朗運(yùn)動，自發(fā)進(jìn)行“異向凝聚”，迅速形成大量的超微細(xì)顆粒（＜5ì）。隨同人工攪拌等“同向絮凝”措施，不斷進(jìn)行大小絮體（水中原有的和攪拌過程產(chǎn)生的）對超微細(xì)顆粒物的“接觸”吸附，脫除懸浮物和濁度物質(zhì)，使水質(zhì)凈化。通過這一常規(guī)處理工藝，能有效降低處理水的濁度（＜1NTU），能去除原水中COD_(Mn)約為65%（包括大分子有機(jī)物、腐殖質(zhì)、三鹵甲烷和鹵乙酸等消毒副產(chǎn)物的前驅(qū)物質(zhì)等），去除微生物98%以上，使后續(xù)消毒處理成為現(xiàn)實(shí)可行。可以認(rèn)為，這一常規(guī)給水處理技術(shù)是經(jīng)濟(jì)實(shí)效的適用技術(shù)。可以在保證或提高出水水質(zhì)條件下，保持處理成本相對低廉。它的不足之處是：對低分子水溶性有機(jī)物處理效果差。需要指出，混凝反應(yīng)所產(chǎn)生的大量超微細(xì)顆粒物（約10萬個/mL）是不可能直接通過后續(xù)的沉淀和過濾的方法加以脫除的，盡可能地減少原水絮凝反應(yīng)池中超微細(xì)顆粒的存在量，實(shí)現(xiàn)較完美的水質(zhì)凈化，成為強(qiáng)化絮凝處理的關(guān)鍵措施。強(qiáng)化絮凝凈化，涉及到的因素較多，對給水處理而言有：藥劑性能（如電荷密度、分子量大小等）與投加量、設(shè)備性能、水質(zhì)條件（如pH值、顆粒物濃度等）、“碰撞”吸附強(qiáng)度（如攪拌強(qiáng)度與絮凝時間協(xié)調(diào)）、既成絮體顆粒大小、吸附絮凝時間等等。其中顆粒間的有效“碰撞”機(jī)率和接觸吸附時間等因素，對水質(zhì)澄清起著重要的作用。現(xiàn)場操作中采取遞減攪拌速度（由高到低，避免既成絮體被重新打碎），并有較長的時間來進(jìn)行絮體對微細(xì)顆粒的接觸吸附；適當(dāng)提高絮凝池污泥濃濃度（如新鮮污泥回流），從而增大絮體體積（接觸表面），強(qiáng)化對微細(xì)顆粒的“碰撞”幾率，能達(dá)到較完美的吸附絮凝反應(yīng)。筆者曾系統(tǒng)做過模擬給水常規(guī)處理凈化試驗(yàn)和水廠現(xiàn)場擴(kuò)大試驗(yàn)，主要結(jié)果整理如下：取一次蒸餾水測定其濁度為0.i5(NTU)，用膜濾器測定濾膜系數(shù)(0.45μ濾膜)為32。取蒸餾水添加PAM0.1mg/L，攪拌均勻后其濁度上升為1NTU，濾膜系數(shù)驟降至6。表明微量的高分子聚丙烯酰胺即能嚴(yán)重堵塞0.45μ的濾膜。配制模擬微污染“原水”（自來水1L＋污水1mL＋高嶺土0.1g），測得其濁度為95NTU，濾膜系數(shù)為6。

表1 絮凝反應(yīng)時間對出水水質(zhì)的影響

用配制原水進(jìn)行混凝—沉降—過濾試驗(yàn)：大燒杯內(nèi)注入試驗(yàn)用水1L，在6聮攪拌機(jī)250rpm轉(zhuǎn)速攪拌下加入8mg/L的PAC，繼續(xù)攪拌30sec.，然后依據(jù)設(shè)定的絮凝反應(yīng)時間（2、5、10、20min.），遞減攪拌速度（150、100、50、30rpm)，絮凝反應(yīng)完畢后，分別靜置沉降20、10、5、2min.,各吸取上清液400mL，測上清液濁度后倒入設(shè)定的沙濾柱，濾出水分別測定濁度、濾膜系數(shù)、殘余鋁等指標(biāo)。重復(fù)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理如表1。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，水中的膠體物質(zhì)能嚴(yán)重影響水的質(zhì)量，絮凝法處理給水脫除膠體及其形成的超微細(xì)顆粒物的效果與合理的絮凝反應(yīng)（攪拌）時間密切相關(guān)。

綜觀日、美和我國給水混凝處理的經(jīng)驗(yàn)，水廠適當(dāng)提高“漸減絮凝”反應(yīng)的時間（如30—35min.），將很有利于去除超微細(xì)的濁度物質(zhì)。這樣，絮凝反應(yīng)后的出水進(jìn)入沉淀池，能在較短的水力停留時間（如15—10min.）下實(shí)現(xiàn)澄清，盡管后續(xù)沉降池的水中仍存在少量肉眼可見的“礬花”，但容易在后續(xù)沙濾池中脫除，濾出水濁度不難達(dá)到＜1NTU。

可以認(rèn)為，以“絮凝”為主的常規(guī)給水處理技術(shù)，是能較全面凈化水質(zhì)的經(jīng)濟(jì)實(shí)用技術(shù)。在今后相當(dāng)長的時間內(nèi)，對受污染水源水制取生活飲用水，這一常規(guī)處理技術(shù)，仍然會是“主打”技術(shù)。

2 對我國水源水水質(zhì)和生活飲用水衛(wèi)生達(dá)標(biāo)問題的思考

近30多年來我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，取得舉世矚目的成就，城市化進(jìn)程加速發(fā)展，有力促進(jìn)社會全面發(fā)展。與此同時，也帶來了工業(yè)廢水和城市污水排放對水環(huán)境的日益嚴(yán)重的污染。此外，近半個世紀(jì)以來，我國面臨較大面積的濕地萎縮，萎縮的濕地逐步失去水體自凈能力；水資源枯竭，造成水源地的水源減少，水體污染物濃度升高；森林被破壞失去涵養(yǎng)水源的能力。多種不利因素疊加，造成水源水水質(zhì)污染的現(xiàn)實(shí)情況。

國家新的《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GB5749—2006）》中，把毒理指標(biāo)中的有機(jī)化合物由5項增至53項，微生物指標(biāo)由2項增至6項，飲用水消毒劑指標(biāo)由1項增至4項。大幅新增控制項目表明，工業(yè)廢水和城市污水排放對生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的影響是較主要的。而新的《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的實(shí)施，對促進(jìn)我國廢（污）水治理、水源保護(hù)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)，將起到重要的作用。

經(jīng)過全國上下多年來的水污染防治工作、生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等措施，近年來，我國的工業(yè)水污染惡化的勢頭得到了控制，改變了長期來存在的“局部有所改善，整體仍在惡化”的局面，城市污水處理也取得了穩(wěn)步進(jìn)展。預(yù)計不久后我國的水源水水質(zhì)將整體步入穩(wěn)定然后逐步恢復(fù)改善。期許8—10年之后，采用改進(jìn)的強(qiáng)化常規(guī)給水處理技術(shù)又能全面實(shí)現(xiàn)城市生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

3 開發(fā)家用凈水器制取飲用水的戰(zhàn)略思考

水資源匱乏、分布不均，原水污染較嚴(yán)重，構(gòu)成了我國給水處理的基本背景。近20年來，針對以有機(jī)化合物為主的水源水水質(zhì)污染問題，廣大水廠員工、科技工作者和工程技術(shù)人員，為制取衛(wèi)生的生活飲用水做出了很大的努力，形成了許多科技成果，不少獲得實(shí)際應(yīng)用。在現(xiàn)有給水常規(guī)處理基礎(chǔ)上開發(fā)出眾多的給水深度處理技術(shù)：如活性炭吸附、生物活性炭、臭氧氧化、臭氧催化氧化、超濾、納濾等膜分離技術(shù)、活性炭—超濾組合等水處理新工藝，以及強(qiáng)化常規(guī)給水處理工藝，這些新工藝各有不同層面上的技術(shù)特點(diǎn)，具有不同類型水廠研究應(yīng)用的價值。

我國的城市自來水廠長期以來，以生產(chǎn)衛(wèi)生的生活飲用水為目標(biāo)，向城市居民提供合格的同一水質(zhì)指標(biāo)的飲用水和生活用水。當(dāng)前，面對水源水質(zhì)有機(jī)物污染比較嚴(yán)重，部分城市自來水廠的現(xiàn)有常規(guī)處理技術(shù)難以按《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》提供衛(wèi)生的飲用水，給水深度處理問題成為比較緊迫的問題。需要盡快有經(jīng)濟(jì)實(shí)用的解決辦法和措施。筆者近年來對此問題進(jìn)行過一些調(diào)查研究，分析對比，提出由用戶建設(shè)自來水深度處理裝置，取代自來水廠搞“集中式”給水深度處理裝備的思路。僅提出如下一些分析意見和粗淺認(rèn)識。

3.1 水廠“集中式”深度處理生活飲用水的技術(shù)路線欠妥

長期來，我國城市水廠生產(chǎn)的自來水，是供應(yīng)居民的生活用水和飲用水。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，個人飲用水的消耗量（包括淘米、餐前洗食器和末次洗菜等）為6—9升/日·人，平均用水量為7.5升/日·人；個人生活用水量（包括沖廁、洗澡、洗衣物和其他生活雜用水）為120—230升/日·人，平均用水量為175升/日·人，這就是說，居民的平均飲用水需要量只占生活飲用水總量的4.1%。在我國現(xiàn)實(shí)情況下，如果為保證飲用水的安全衛(wèi)生，要把大部分的人力、物力、財力消耗在本來己經(jīng)是安全衛(wèi)生的生活用水（占95%以上）處理上，這是不符合科學(xué)發(fā)展的浪費(fèi)。其技術(shù)路線是不妥的。此外，現(xiàn)有的城市自來水管網(wǎng)，基本上是十幾年、幾十年乃至上百年的老系統(tǒng)，管道輸水過程，對飲用水的水質(zhì)影響，是不容忽視的；飲用水終端消毒過程產(chǎn)生的微量毒副產(chǎn)物及輸水過程可能產(chǎn)生的二次污染，也將影響飲用水的質(zhì)量。

3.2 水廠“小集中”深度處理飲用水，存在建設(shè)輸水管網(wǎng)問題

水廠按需生產(chǎn)飲用水是合理的，問題是需要新增一套輸水系統(tǒng)到用戶，用戶才能用上飲用水。城市自來水管網(wǎng)系統(tǒng)是個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，可謂投資巨大，費(fèi)時費(fèi)工。鋪設(shè)飲用水新管網(wǎng)，現(xiàn)階段也是行不通的。

3.3 以用戶為單位建設(shè)自來水深度處理裝置，制取飲用水的戰(zhàn)略思考

思路的基本要點(diǎn)是：在用戶廚房自來水終端接上適用的凈水器制飲用水，這樣，制水點(diǎn)與用水點(diǎn)位置緊密相連，用戶按需制取直飲水，即制即用，水質(zhì)有保證，工藝路線合理；選用適宜的家用凈水器的一次性投資較少（1000—2500元/套），適應(yīng)城市用戶經(jīng)濟(jì)承擔(dān)能力；制水運(yùn)行管理費(fèi)用低，與“集中式”制水費(fèi)用綜合對比，節(jié)省水費(fèi)1倍以上，比較經(jīng)濟(jì)合理；避免因水廠處理水消毒過程產(chǎn)生的微量毒副產(chǎn)物污染及舊輸水管道的二次污染的隱患，讓廣大用戶增強(qiáng)飲水安全感；己有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)難度較小，推廣應(yīng)用較容易。

我國家用凈水器的開發(fā)應(yīng)用己有30年的歷史，據(jù)報道，目前城市居民使用家庭凈水器的比例約占35%，其中，知識分子家庭和老年家庭使用比例較高；普通城市居民使用凈水器的增長速度較快，但應(yīng)用缺少質(zhì)量保證的濾水器的比例也較高；近幾年來發(fā)生的一些食品安全衛(wèi)生事件，讓不少用戶對飲水安全衛(wèi)生問題產(chǎn)生疑慮和關(guān)切，但是缺少技術(shù)導(dǎo)向。據(jù)此,筆者提出如下幾點(diǎn)認(rèn)識和看法。

3.3.1 用戶制取飲用水的實(shí)際應(yīng)用，需要政府、自來水企業(yè)和用戶共同發(fā)力做好

讓廣大人民群眾喝上安全衛(wèi)生的飲用水是一件大事，政府和企業(yè)在起步階段的引導(dǎo)推動作用很重要。筆者回憶起美國里根總統(tǒng)時期，為了節(jié)約水資源，政府在加州城市免費(fèi)為居民更換節(jié)水廁所的報道，促成節(jié)約水資源的實(shí)際效果的同時，推動全民環(huán)保意識的提高。現(xiàn)在，提出用戶制取直飲水，可說是讓用戶配合水廠經(jīng)濟(jì)有效地分別生產(chǎn)出安全衛(wèi)生的飲用水和安全衛(wèi)生的生活用水。這個初步的調(diào)查研究意見，就是想要通過專家學(xué)者的批評指導(dǎo)，逐步深入完善，逐步得到政府、企業(yè)的研究支持，進(jìn)而加速實(shí)施。

3.3.2 建設(shè)家用凈水器

可能大部分城市自來水廠能按新的《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》制出合格的生活飲用水，但是保護(hù)和倡導(dǎo)廣大用戶建設(shè)家用凈水器，制取安全直飲水仍屬利國利民。因?yàn)樗畯S出水安全衛(wèi)生，并不等同用戶（終端水）飲用安全衛(wèi)生。具體說，避免因水源水意外污染和水廠出水消毒過程及管道輸水過程帶入的微污染，仍是很有好處的。筆者注意到，歐洲和美國的水源水質(zhì)一般都比較好，經(jīng)強(qiáng)化常規(guī)處理后的生活飲用水水質(zhì)總體上也要比我們的自來水的水質(zhì)好一些。但是，他們?nèi)匀挥胁簧偌彝ナ褂脙羲髦迫≈憋嬎唤鼛啄辏绹a(chǎn)的家用電冰箱，大都配套內(nèi)置凈水器，飲用十分衛(wèi)生方便，也更有安全感。或值得借鑒。

3.3.3 選用好凈水器很重要，也不難找到經(jīng)濟(jì)適用產(chǎn)品

目前，國內(nèi)有不同品牌的家用凈水器不下50種，按凈水器的結(jié)構(gòu)分大致有粗濾、精濾、活性炭吸附、離子交換樹脂、中空纖維、反滲透等等，選擇凈水器主要根據(jù)自來水水質(zhì)來確定。如西北部高硬度水質(zhì)，容易結(jié)垢，選購帶離子交換樹脂濾芯的過濾凈水器，可能比較適宜；對水中含余氯、異味較重，有機(jī)污染物含量較多的城市自來水，可選購活性炭載量較多的家用凈水器，因?yàn)榛钚蕴繉λ杏嗦取惿愇队袕?qiáng)力吸附作用，對微量有機(jī)污染物物有明顯的去除效果；對城鄉(xiāng)水質(zhì)較渾濁但有機(jī)物達(dá)標(biāo)的自來水，選購有粗濾、精濾雙重功能的家用凈水器凈化較好。只要有常規(guī)的正確指導(dǎo)和引導(dǎo)，家用凈水器制取直飲水是會健康地普及應(yīng)用的。

4 幾點(diǎn)討論意見

1）以“絮凝”為主的常規(guī)給水處理技術(shù)，是能較全面凈化水質(zhì)的經(jīng)濟(jì)實(shí)用技術(shù)。

2）面對部分水源水受污染和國家新的《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》實(shí)施，我國部分城市或水廠很難僅靠常規(guī)處理技術(shù)制出達(dá)標(biāo)飲用水。自來水深度處理成為現(xiàn)實(shí)要求。

3）水廠搞“集中式”深度處理生活飲用水的技術(shù)路線欠妥。因?yàn)樽詠硭酗嬘盟糠謨H占不到5%，如果把大部分的人力、物力、財力消耗在本來己經(jīng)是安全衛(wèi)生的生活用水深度處理上，那是不符合科學(xué)發(fā)展的浪費(fèi)。水廠“小集中”深度處理飲用水，需新建設(shè)輸水管網(wǎng)到用戶，投資巨大，費(fèi)時費(fèi)工，也行不通。

4）以用戶為單位建設(shè)自來水深度處理裝置，制取飲用水，具有工藝路線合理，所制直飲水水質(zhì)容易保證；一次性投資較少；制水運(yùn)行管理費(fèi)用低，比較經(jīng)濟(jì)合理；避免因水源水意外污染、水廠處理水消毒過程及舊輸水管道輸水過程的二次污染，用戶飲水有安全感；技術(shù)難度較小,推廣應(yīng)用較容易。

［1］生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB5749-2006)[S].