自来水常规处理的技术问题及解决方案

2015-04-24常培雄

科技视界 2015年29期

常培雄

（陕西省榆林市榆阳区环境监测站，陕西榆林719000）

1 浅议给水常规处理技术

现代给水处理技术是以应用硫酸铝药剂的混凝沉淀法处理水源水开始的，距今已经有100多年历史了。100年来，所用药剂、工艺和设备己有逐步的改进，但是，混凝—沉降—过滤—消毒的给水常规处理技术一直被沿用。以往的实践经验表明，当水源水是一类、二类水源水时，都能能制出合格的生活饮用水。30年前，我国的实践经验还表明，对三类水源水，采用强化的常规处理技术一般仍能制出合格的自来水。给水常规处理过程，混凝剂的主要功能是中和胶体（粒径约在1—0.001μ范围）电荷，使胶体脱稳。脱稳颗粒通过布朗运动，自发进行“异向凝聚”，迅速形成大量的超微细颗粒（＜5ì）。随同人工搅拌等“同向絮凝”措施，不断进行大小絮体（水中原有的和搅拌过程产生的）对超微细颗粒物的“接触”吸附，脱除悬浮物和浊度物质，使水质净化。通过这一常规处理工艺，能有效降低处理水的浊度（＜1NTU），能去除原水中COD_(Mn)约为65%（包括大分子有机物、腐殖质、三卤甲烷和卤乙酸等消毒副产物的前驱物质等），去除微生物98%以上，使后续消毒处理成为现实可行。可以认为，这一常规给水处理技术是经济实效的适用技术。可以在保证或提高出水水质条件下，保持处理成本相对低廉。它的不足之处是：对低分子水溶性有机物处理效果差。需要指出，混凝反应所产生的大量超微细颗粒物（约10万个/mL）是不可能直接通过后续的沉淀和过滤的方法加以脱除的，尽可能地减少原水絮凝反应池中超微细颗粒的存在量，实现较完美的水质净化，成为强化絮凝处理的关键措施。强化絮凝净化，涉及到的因素较多，对给水处理而言有：药剂性能（如电荷密度、分子量大小等）与投加量、设备性能、水质条件（如pH值、颗粒物浓度等）、“碰撞”吸附强度（如搅拌强度与絮凝时间协调）、既成絮体颗粒大小、吸附絮凝时间等等。其中颗粒间的有效“碰撞”机率和接触吸附时间等因素，对水质澄清起着重要的作用。现场操作中采取递减搅拌速度（由高到低，避免既成絮体被重新打碎），并有较长的时间来进行絮体对微细颗粒的接触吸附；适当提高絮凝池污泥浓浓度（如新鲜污泥回流），从而增大絮体体积（接触表面），强化对微细颗粒的“碰撞”几率，能达到较完美的吸附絮凝反应。笔者曾系统做过模拟给水常规处理净化试验和水厂现场扩大试验，主要结果整理如下：取一次蒸馏水测定其浊度为0.i5(NTU)，用膜滤器测定滤膜系数(0.45μ滤膜)为32。取蒸馏水添加PAM0.1mg/L，搅拌均匀后其浊度上升为1NTU，滤膜系数骤降至6。表明微量的高分子聚丙烯酰胺即能严重堵塞0.45μ的滤膜。配制模拟微污染“原水”（自来水1L＋污水1mL＋高岭土0.1g），测得其浊度为95NTU，滤膜系数为6。

表1 絮凝反应时间对出水水质的影响

用配制原水进行混凝—沉降—过滤试验：大烧杯内注入试验用水1L，在6聮搅拌机250rpm转速搅拌下加入8mg/L的PAC，继续搅拌30sec.，然后依据设定的絮凝反应时间（2、5、10、20min.），递减搅拌速度（150、100、50、30rpm)，絮凝反应完毕后，分别静置沉降20、10、5、2min.,各吸取上清液400mL，测上清液浊度后倒入设定的沙滤柱，滤出水分别测定浊度、滤膜系数、残余铝等指标。重复实验，实验数据整理如表1。

实验结果表明，水中的胶体物质能严重影响水的质量，絮凝法处理给水脱除胶体及其形成的超微细颗粒物的效果与合理的絮凝反应（搅拌）时间密切相关。

综观日、美和我国给水混凝处理的经验，水厂适当提高“渐减絮凝”反应的时间（如30—35min.），将很有利于去除超微细的浊度物质。这样，絮凝反应后的出水进入沉淀池，能在较短的水力停留时间（如15—10min.）下实现澄清，尽管后续沉降池的水中仍存在少量肉眼可见的“矾花”，但容易在后续沙滤池中脱除，滤出水浊度不难达到＜1NTU。

可以认为，以“絮凝”为主的常规给水处理技术，是能较全面净化水质的经济实用技术。在今后相当长的时间内，对受污染水源水制取生活饮用水，这一常规处理技术，仍然会是“主打”技术。

2 对我国水源水水质和生活饮用水卫生达标问题的思考

近30多年来我国经济高速发展，取得举世瞩目的成就，城市化进程加速发展，有力促进社会全面发展。与此同时，也带来了工业废水和城市污水排放对水环境的日益严重的污染。此外，近半个世纪以来，我国面临较大面积的湿地萎缩，萎缩的湿地逐步失去水体自净能力；水资源枯竭，造成水源地的水源减少，水体污染物浓度升高；森林被破坏失去涵养水源的能力。多种不利因素叠加，造成水源水水质污染的现实情况。

国家新的《生活饮用水卫生标准（GB5749—2006）》中，把毒理指标中的有机化合物由5项增至53项，微生物指标由2项增至6项，饮用水消毒剂指标由1项增至4项。大幅新增控制项目表明，工业废水和城市污水排放对生活饮用水卫生标准的影响是较主要的。而新的《生活饮用水卫生标准》的实施，对促进我国废（污）水治理、水源保护和生态环境保护，将起到重要的作用。

经过全国上下多年来的水污染防治工作、生态环境保护工作和产业结构调整等措施，近年来，我国的工业水污染恶化的势头得到了控制，改变了长期来存在的“局部有所改善，整体仍在恶化”的局面，城市污水处理也取得了稳步进展。预计不久后我国的水源水水质将整体步入稳定然后逐步恢复改善。期许8—10年之后，采用改进的强化常规给水处理技术又能全面实现城市生活饮用水卫生标准。

3 开发家用净水器制取饮用水的战略思考

水资源匮乏、分布不均，原水污染较严重，构成了我国给水处理的基本背景。近20年来，针对以有机化合物为主的水源水水质污染问题，广大水厂员工、科技工作者和工程技术人员，为制取卫生的生活饮用水做出了很大的努力，形成了许多科技成果，不少获得实际应用。在现有给水常规处理基础上开发出众多的给水深度处理技术：如活性炭吸附、生物活性炭、臭氧氧化、臭氧催化氧化、超滤、纳滤等膜分离技术、活性炭—超滤组合等水处理新工艺，以及强化常规给水处理工艺，这些新工艺各有不同层面上的技术特点，具有不同类型水厂研究应用的价值。

我国的城市自来水厂长期以来，以生产卫生的生活饮用水为目标，向城市居民提供合格的同一水质指标的饮用水和生活用水。当前，面对水源水质有机物污染比较严重，部分城市自来水厂的现有常规处理技术难以按《生活饮用水卫生标准》提供卫生的饮用水，给水深度处理问题成为比较紧迫的问题。需要尽快有经济实用的解决办法和措施。笔者近年来对此问题进行过一些调查研究，分析对比，提出由用户建设自来水深度处理装置，取代自来水厂搞“集中式”给水深度处理装备的思路。仅提出如下一些分析意见和粗浅认识。

3.1 水厂“集中式”深度处理生活饮用水的技术路线欠妥

长期来，我国城市水厂生产的自来水，是供应居民的生活用水和饮用水。据调查统计，个人饮用水的消耗量（包括淘米、餐前洗食器和末次洗菜等）为6—9升/日·人，平均用水量为7.5升/日·人；个人生活用水量（包括冲厕、洗澡、洗衣物和其他生活杂用水）为120—230升/日·人，平均用水量为175升/日·人，这就是说，居民的平均饮用水需要量只占生活饮用水总量的4.1%。在我国现实情况下，如果为保证饮用水的安全卫生，要把大部分的人力、物力、财力消耗在本来己经是安全卫生的生活用水（占95%以上）处理上，这是不符合科学发展的浪费。其技术路线是不妥的。此外，现有的城市自来水管网，基本上是十几年、几十年乃至上百年的老系统，管道输水过程，对饮用水的水质影响，是不容忽视的；饮用水终端消毒过程产生的微量毒副产物及输水过程可能产生的二次污染，也将影响饮用水的质量。

3.2 水厂“小集中”深度处理饮用水，存在建设输水管网问题

水厂按需生产饮用水是合理的，问题是需要新增一套输水系统到用户，用户才能用上饮用水。城市自来水管网系统是个复杂的系统工程，可谓投资巨大，费时费工。铺设饮用水新管网，现阶段也是行不通的。

3.3 以用户为单位建设自来水深度处理装置，制取饮用水的战略思考

思路的基本要点是：在用户厨房自来水终端接上适用的净水器制饮用水，这样，制水点与用水点位置紧密相连，用户按需制取直饮水，即制即用，水质有保证，工艺路线合理；选用适宜的家用净水器的一次性投资较少（1000—2500元/套），适应城市用户经济承担能力；制水运行管理费用低，与“集中式”制水费用综合对比，节省水费1倍以上，比较经济合理；避免因水厂处理水消毒过程产生的微量毒副产物污染及旧输水管道的二次污染的隐患，让广大用户增强饮水安全感；己有实践经验，技术难度较小，推广应用较容易。

我国家用净水器的开发应用己有30年的历史，据报道，目前城市居民使用家庭净水器的比例约占35%，其中，知识分子家庭和老年家庭使用比例较高；普通城市居民使用净水器的增长速度较快，但应用缺少质量保证的滤水器的比例也较高；近几年来发生的一些食品安全卫生事件，让不少用户对饮水安全卫生问题产生疑虑和关切，但是缺少技术导向。据此,笔者提出如下几点认识和看法。

3.3.1 用户制取饮用水的实际应用，需要政府、自来水企业和用户共同发力做好

让广大人民群众喝上安全卫生的饮用水是一件大事，政府和企业在起步阶段的引导推动作用很重要。笔者回忆起美国里根总统时期，为了节约水资源，政府在加州城市免费为居民更换节水厕所的报道，促成节约水资源的实际效果的同时，推动全民环保意识的提高。现在，提出用户制取直饮水，可说是让用户配合水厂经济有效地分别生产出安全卫生的饮用水和安全卫生的生活用水。这个初步的调查研究意见，就是想要通过专家学者的批评指导，逐步深入完善，逐步得到政府、企业的研究支持，进而加速实施。

3.3.2 建设家用净水器

可能大部分城市自来水厂能按新的《生活饮用水卫生标准》制出合格的生活饮用水，但是保护和倡导广大用户建设家用净水器，制取安全直饮水仍属利国利民。因为水厂出水安全卫生，并不等同用户（终端水）饮用安全卫生。具体说，避免因水源水意外污染和水厂出水消毒过程及管道输水过程带入的微污染，仍是很有好处的。笔者注意到，欧洲和美国的水源水质一般都比较好，经强化常规处理后的生活饮用水水质总体上也要比我们的自来水的水质好一些。但是，他们仍然有不少家庭使用净水器制取直饮水；近几年，美国生产的家用电冰箱，大都配套内置净水器，饮用十分卫生方便，也更有安全感。或值得借鉴。

3.3.3 选用好净水器很重要，也不难找到经济适用产品

目前，国内有不同品牌的家用净水器不下50种，按净水器的结构分大致有粗滤、精滤、活性炭吸附、离子交换树脂、中空纤维、反渗透等等，选择净水器主要根据自来水水质来确定。如西北部高硬度水质，容易结垢，选购带离子交换树脂滤芯的过滤净水器，可能比较适宜；对水中含余氯、异味较重，有机污染物含量较多的城市自来水，可选购活性炭载量较多的家用净水器，因为活性炭对水中余氯、异色异味有强力吸附作用，对微量有机污染物物有明显的去除效果；对城乡水质较浑浊但有机物达标的自来水，选购有粗滤、精滤双重功能的家用净水器净化较好。只要有常规的正确指导和引导，家用净水器制取直饮水是会健康地普及应用的。