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改善水质的目标和措施
改善水质的目标和措施
 宋 仁 元   
  供水水质关系到广大人民的身体健康,部分产品的质量和对外开放的环境,因此各国均把提高供水水质作为供水服务的首要内容。国际水协提出的口号是供应净洁的水,瑞士提出分分秒秒供应净洁的水,日本提出以低廉的价格持续供应净洁的水,我国建设部组织编制的《城市供水行业二OOO年技术进步发展规范》简称《规划》提出二提高(提高供水水质、提高供水安全可靠性)、三降低(降低电耗、降低药耗、降低漏耗),把提高水质作为首要的重点。这里结合国内外提高水质的实践以及大家关心的问题,就以下几方面的问题进行探讨,供大家参考。一、合理确定改善水质的目标
  1、制订水质标准的基本原则
  各国水质标准的指标归纳起来可以分为三类:细菌学指标,有毒有害物质指标及感官性指标(或舒适性指标)。世界卫生组织及美国等均认为细菌学指标是极端重要的,因为它能在同一时间内造成大片人群发病或死亡。发展中国家每年有1220万五岁以下儿童因儿童病死亡,超过300万人死于腹泻,其中多数是由于受污染的水引起的。在美国和加拿大,传染病在很大程度上得到控制,但过去24年内的报导,在美国爆发了740起水致疾病,还有很多未报导或未曾确认的。据公报,美国供水企业于1991~1994年间共发生水质事故64起,致病人数达422820人,其中99%的病例为肠道病方面的水质事故。
  美国为了降低细菌学方面的危害,1990年提出《地面水处理规则》(SWTR),要求处理厂去除贾弟氏为3-log(99.9%),病毒4-log(99.99%);滤后水浊度<1NTU,在二个月的水样中有95%以上水样<0.5NTU。1989年6月29日批准《地面水处理规则》后,当年即发生隐性孢子虫水质事故,而且影响较大。美国环保局计划提出隐性孢子虫的最大允许目标值及处理工艺要求;以后又发现《地面水处理规则》,对贾弟氏及病毒提出了去除率,如原水污染严重该要求可能不够,但对有的水源又可能要求太高;另外灭活病毒所需的CT值(消毒剂浓度×接触时间)还需要大于原规定。于是1994年7月又提出《加强地面水处理规则》(ESWTR),该规则总的目标要求是,由供水引起的肠道病风险率降到10-4/人/年。由于隐性孢子虫因人体质不同引起疾病的感染量也不同,故确定最大允许目标值要求为零;该规则对不同原水提出不相同的隐性孢子虫和贾弟氏虫的去除率;另外还提出不少辅助性措施。根据统计,肠道病的死亡率为0.1%,考虑不确定因素后采用1%,因此即使达到《加强地面水处理规则》,70年的死亡率为7×10-5。这个死亡率仍高于饮水中化学物质可能引起癌症的死亡率。
  有毒有害物质指标是防止长期积累导致慢性病或癌症的指标,确定的原则是人终身摄入而无觉察的健康风险。一般是根据动物试验及人群调查,由联合国粮农组织,世界卫生组织食品添加剂委员会,农药残留量联合会议推导出终身摄入而无觉察健康风险的可接受的日摄入量(mg/kg体重计),然后考虑摄入量中分配到水的部份。确定指标值时再除上四个不确定因素,物种间变异(人与动物之间),物种内变异(物种个体之间),研究或数据充分程度以及影响健康作用的性质和程度。每个因素由专家在1-10间选择一个数字,即总不确定因素最大为10000。因为导入了较大的不确定因素值,故短时间超过指标值不会有有害影响和急性中毒。
  确定致癌物质的指标值要求70年内致癌风险控制为10-5。如大家关心的氯仿,根据老鼠发生肾癌的实验资料,美国环境保护局用线性多级模型法推导,其致癌的风险率为6.1×10-3(mg/kg体重/日)。如人的体重为70kg,每日喝2升水,水中氯仿浓度为6.60及600μg/l,则70年间致癌风险分别为10-6、10-5及10-4。
  感观性水质不良,可能为水质污染的反映,会导致消费者对供水水质安全性发生怀疑,产生压恶,当然不一定影响健康。
  2、主要水质标准概况?世界卫生组织是世界性的权威组织,世界卫生组织制订的《饮用水水质准则》是世界各国制订国家饮用水水质标准的参考依据。因考虑到世界各国的情况,它制订的水质指标更完整.。1984年实施的准则提出61项指标,1993年修改后的准则列出的指标为135项,其中98项有指导值。其中消毒剂和消毒副产品就列了26个指标,消毒剂则考虑了一氯胺、二氯胺和三氯胺、氯、二氧化氯及碘化物,因此考虑其副产物也更完整,但指标所提的准则值要求不算很高。
  美国现行标准分为二部份,一级标准(国内必须执行的)共79项指标,其中无机16项,有机54项,放射性3项,细菌性6项;二级标准(非强制性标准,用以控制水对美容或感官有影响的污染物,各州可选择性采纳作为强制性标准)共15项。另外提出过7种有机物使人能感觉溴味的浓度低于标准的规定值。美国水质标准的各项指标均有最大允许值及最大允许目标值,多数指标这二个允许值是相同的,但有的最大目标值的要求远高于最大允许值。美国水质标准对细菌性指标及有毒有害物质指标,制订得很完整,要求也很严格,但对感官性指标则列为非强制性指标,要求也不很高。
  1980年制订的欧共体水质标准共61项,其中感官性指标4项,理化指标15项,有毒有害物指标37项,微生物指标5项。指标比较完整,要求也比较高。指标订有最大允许值和目标值,最大允许值不能超过的,目标值属希望达的,非强制性的。因实施时间较长,1991年底曾针对新的情况和研究成果提出修改意见,预计1998年正式执行。
  日本新的水质标准1993年开始实施,按水道法规定的水质标准为46项,供水及环境处通知的舒适性指标为13项,检测性指标为26项。适舒性指标提出的要求比水道法规定的水质标准高得多。如浊度,水质标准规定<2NTU,适舒性指标要求出厂水<0.1NTU,管网水<1NTU;又如耗氧量,水质标准规定<10mg/l,而舒适性指标要求<3mg/l。
  我国现行饮用水卫生标准大家都比较清楚,这里不再介绍,但值得指出的是我国现行标准有的指标值要求和世界卫生组织相似,有的则高于世界卫生组织。
  3、确定水质标准或目标,要根据各自条件,经过投入效益分析加以确定。
  制订水质准则的目的是为了保证公共健康,符合准则规定的水就是安全的水。
  世界卫生组织是国际上的权威组织,那末它制订的水质准则为什么不列为世界性的水质标准而列为准则作为各国制订水质的参考依据,主要是因为制订标准要考虑本国本地的环境、经济和文化条件。
  界卫生组织认为控制微生物污染是极对重要的,决不能放松妥协。化学性指标通常不象微生物污染那样会急性发作并广泛传播可以是其次考虑,可接受的风险程度对一个国家来讲是整个风险的一个部份,决定于国家经济条件。用户评价水质主要是从感官性指标,因此这类指标要达到用户可接受的程度是必不可少的,即使这些指标并不影响健康。发展中国家确定审美性及感官性指标时要注意投入和效益的评价。
  美国环保局非常明确,确定指标及指标值需根据效益和风险的评价,如实施上述《加强地面水处理规则》把微生物污染的风险控制到每年每万人一次以后,推算每年可减少贾弟氏虫病例40~50万个,据宾州scrant市发生贾弟氏虫调查,每个病例损失(包括医疗费及工资损失)为1245~1878美元,加上其他损失每病例按3000美元计,则该项因素每年经济效益为12~15亿美元。而实施《加强地面水处理规则》需要投资为80亿美元,每年运行维护费尚有待进一步调查。
  4、可以《城镇供水行业二OOO年技术进步发展规划》为基础,结合本市情况作必要的局部修改。
  1992年制订上述《规划》时,考虑到国家饮用水卫生标准是保证饮水安全的需要必须贯彻执行。但我国幅员广大,发展也不平衡,因此国标不能要求太高。大中城市技术经济条件较好,又面临对外开放等任务,这些城市有条件在完成国标的基础上提出部份更高的目标要求,因此上述《规划》对省会及供水量大于50万立方米/日以上的城市提出进一步的目标要求。当时世界卫生组织有些指标比我们完整,结合我国水中污染物控制物黑名单,经反复研究选择,增加16项作为二类水司的目标要求。当时欧共体的水质标准相对完整,要求也较高,结合我国情况从中选择增加54项作为一类水司的目标要求。详见《规划》。这些均经反复研究并多次审查,可作为提高水质的基本依据。各地可根据其技术经济条件和水源条件,经过投入和效益的分析调正某些指标或指标值。同时应该看到,当时世界卫生组织标准是1984年实施的,欧共体水质标准是1980年实施的,1993年实施的世界卫生组织标准对原标准有较大的补充修改,1991年欧共体也对其1980年水质标准提出较多修改意见,特别是美国水质标准修改和补充较快,对水质的研究工作也较深入,修改时可以多参考上达标准和修改意见。
  二、检测分析水质目标要求的各指标实际完成情况
  1、定期检测目标要求的各项水质指标《规划》提出一类水司水质目标为89项,二类水司为51项,三类及四类水司仍按国家标准,可能结合本地情况还有个别指标的调整补充。供水水质是否达到目标要求,主要根据各指标定期检测的结果。只有情况清楚了,才能正确评价水质现状,才能正确地采取必要的措施。《规划》要求在国标以外新增加的项目暂定每年检验一次,如条件许可增加检验次数。检验方法可以使用美国环保局或美国《水和废水标准检验法》。我国也正在补充水质检验方法,预计今年89项指标可以配齐。上海等自来水公司已能检验89项全部指标,如本身有困难也可委托办理。
  2、对未能完成目标要求的指标进行重点分析。
  首先分析未达标的指标的性质。如属细菌性指标决不能放松,要坚决按要求完成。为属有毒有害物质则首先衡量该指标的危害性以及从动物试验推算到人留有多大不确定因素;如属致癌性指标,可分析一下属于那一类。致癌性物质可分为五类,A为对人致癌;B为很可能对人致癌;C为可能对人致癌;D为不能按致癌分类;E类无对人致癌迹象,级别越高越要注意。要查阅这类资料照可参阅世界卫生组织1996年出版的Guidelinefordrinking--waterquality.Vo1.2.HealthCriteriaothersupportinginformation。有毒有害物质指标在制订水质标准时已留有相当大的不确定因素,故允许短期超标。如美国对加氯副产物三卤甲烷要求年平均值达到指标值要求。
  世界卫生组织把铝、氨、氯化物、氯、色、铜、硬度、硫化物、铁、锰、溶解氧、PH、钠、硫酸盐、臭和味、温度、总溶解固体、浊度、锌等指标列为感官性指标。美国把铝、氯化物、色、铜、腐蚀性、氯化物、发泡剂、铁、锰、银、PH、硫酸盐、总溶解固体、锌等列二级标准,而且指标值不算太高,如色15度、铁0.3mg/l、氯化物250mg/l、氟化物2.0mg/l。如不达标的指标为上属感官性指标,则要对照指标值是否已经达到国标,世界卫生组织及美国水质标准要求,如果已经达到可以说已经达到相当水平。香港以世界卫生组织准则作为水质标准,美国把上述指标列为二级,这些指标已是人均年国内生产总值超过2万美元的水平,如在这基础上进一步提高要审慎地进行投入效益分析。
  在分析有的指标时还要对照新修改的世界卫生组织,美国、日本等水质标准以及1991年欧共体对水质指标的修改意见,如耗氧量,欧共体1980年标准最大允许值为5mg/l,目标值为2mg/l。1991年修改意见认为该指标可从某种角度衡量有机物含量,因它对健康无特殊意义,可以认为对控制饮用水质是其次重要的。世界卫生组织及美国水质新标准就未列耗氧量指标,日本水质标准列了耗氧量指标,指标值定为10mg/l,其中舒适性水质指标定为3mg/l。因检验技术发展,现在常以总有机碳(TOC)来衡量有机物含量。三、加强常规处理的管理是改善水质的基本措施
  1、经常性生产运行的重点要确保浊度、细菌和余氯达到目标要求。
  净水厂的工艺设计应该是经过处理后能够使水质达到目标要求。但是不少指标不是经常检验,而且是随着某些指标值的降低而相应降低,因此在经常运行中抓住几项重要指标是非常必要。
  浊度本身属感官性指标,但它是一个重要的运行性指标,降低浊度的同时也降低水中的细菌、大肠菌、病毒、贾弟氏虫、隐性孢子虫、三价铁、四价锰等,加注混凝剂后也能降低部份有机物包括形成加氯副产品的母体腐蚀酸、富里酸。一般细菌、大肠菌、病毒的去除部份随着浊度降低而相应降低,部份靠消毒,但贾弟氏虫及隐性孢子虫的去除则更多靠降低浊度。天津市自来水公司与天津市医科大学合作的试验表明,滦河的水经处理后把浊度降到1NTU以下,水中挥发性有机物降低50%,半挥发性有机物降低30~70%,Ames试验致实变活性下降42.9~47.8%,致温血动物细胞染色体畸变活性下降27~40%,对降低致癌和可癌致癌物质也有相当效果。
  美国水质标准要求出厂水浊度<1NTU,其中95%以上的水样<0.5NTU。《加强地面水处理规则》要求出厂水浊度连续12小时超过0.5NTU或瞬时超过5NTU立即向政府部门报告。根据情况可能要发公告,劝居民喝开水或瓶装水。因为这样的水难保细菌学指标是安全的。1993年美国密尔沃基市发生的孢性隐子虫事故使40万人生病,直接触发的原因是,平时出厂水浊度是维持0.2NTU左右,有段时间浊度上升到1NTU以上,隐性孢子虫去除率降低。
  美国宾州环保局对州内水厂实行评估计划,评估的标准要求沉淀水浊度<2NTU,过滤水浊度<0.1NTU。日本水质标准要求浊度<2NTU,但舒适性水质标准要求出厂水浊度<0.1NTU,管网水<1NTU。
  二OOO年《规划》要求一类水司管网浊度为1NTU,二类水司<2NTU,三类及四类<3NTU,考虑到经过管网后浊度会有所提高,一般考虑出厂水浊度在上述要求基础上再降低0.5NTU。?有条件的水厂可把出厂水浊度做得更清一点,一般讲这样做在技术经济上是合理的。
  消毒是水厂运行中另一个重要环节,一般净水过程可去除2-log病毒贾弟氏虫等,其余靠消毒。美国要求消毒能灭活2-log贾弟虫。表1是世界卫生组织所提的去除2-log各种细菌所要求的CT值。从表中看出,灭活隐性孢子虫及贾弟氏虫比病毒困难得多,而灭活病毒又比灭活细菌、大肠菌等困难得多。完善的消毒要求工艺设计(接触时间)和运行(消毒剂加注量和实际接触时间)达到要求的CT值,目前国内有相当多的水厂CT值难以达到灭活隐性孢子虫、贾弟氏虫甚至病毒的要求。
        表1:不同消毒剂在5℃时灭活99%所需CT 值               (mg/l· 分)
 消 毒 剂
 
 微 生 物
  自 由 氯
 氯 胺
二氧 化 氯
 臭 氧
DH6-7
PH8-9
PH6-7
PH6-7
 粪型大 肠 菌
0.034~0.05
95~180
0.4~0.75
0.02
 脊 髓 灰 质 炎 病 毒  I 型
1.1~1.5
768~3740
0.2~6.7
0.02
 甲 类 肝炎 病 毒
1.8
590
1.7
/
 旋 转(Roto) 病 毒
0.01~0.05
3810~6480
0.2~2.1
0.006~0.06
 轮 型(lambia) 贾 弟 氏
 虫 孢  囊
47~150
-
-
0.5~0.6
 茂利 斯(muris) 贾 弟 氏
 虫 孢 囊
30~630
7.2~18.5
1.8~2.0
 伯 温(pavum) 隐 性 孢
 孢 子 虫 卵 囊
6.5~8.9
<3.3~6.4
 人 类 粪 便 中 的 隐 性 孢
 子 虫 孢 囊
7.7×106~8.7×106
  检验病毒和隐性孢子虫在国内尚相当困难,也难以经常检验,因此细菌总数是相当重要的指标,二OOO年《规划》要求出厂水每毫升的细菌总数接近于零,这样有利于保证大肠菌100%合格,比较安全些。如果为了降低氯的副产物而后移加氯点或改用氯胺消毒等措施时,也决不能削弱消毒效能。1991年1月开始拉丁美州霍乱流行,已有130万人生病,近1.2万人死亡,其中原因之一是担心氯消毒的副产物而削弱了消毒。
  为保持管网水质,保持一定余氯是必要的。在达到消毒要求的前提下,出厂水余氯量常决定于管网末端水质能保持国家规定的余氯量。世界卫生组织准则指出,从健康角度,氯要小于5mg/l,一氯胺小于3mg/l;从感官角度,氯宜小于0.6~1mg/l,日本舒适性水质要求氯小于1mg/l。在完善消毒并保持管网要求余氯的条件下,尽量降低出厂水余氯。
  2、加强科学管理充分发挥每一工艺构筑物的作用。
  一般讲,要达到一定的出水浊度,在一定的条件下,必须保证一定的沉淀水浊度,要达到一定的沉淀水浊度需要保持适当的混凝加注量。但对每个构筑物讲,如过滤池,要使过滤池性能较好,滤料表层的含泥量要保持在3%以下,最好1%以下;滤层厚度经常保持在设计的厚度;要注意初滤水水质,一般根据初滤水最高浊度允许值确定反冲洗废水结束时的浊度,一般小于20NTU,或小于10NTU;运行时要避免滤层产生负水压,避免滤速变动过快;当水量低于设计流量时尽量降低运行滤速有利于提高去除率。
  如沉淀池,积泥少有利于提高沉淀效果,要综合考虑沉淀效果及排泥用水量等因素,使积泥维持合适高度;如果净水量有一定减少,静态混和器和各种隔板絮凝池的效果将有所降低而沉淀池效果却提高,要比较仃用部份混凝沉淀池的合理性。
  在日常运行中更关键的是合理加注混凝剂,判别加注是否合理的标准是沉淀水浊度能稳定在目标幅度要求的程度。
  滤池反冲水重复利用的水厂要注意反冲水的水质。利用反冲水往往把滤池所截留的污染物又回到原水中去,浓缩了原水中某些污染物的浓度。上述密尔沃基市隐性孢子虫水质事故,直接触发原因是出厂水浊度提高,但内在的原因是利用反冲水后进水中的隐性孢子虫的数量较原水有很大提高。要权衡对水质影响及节约水源的利弊,因地制宜加以合理利用。
  3、合理选用混凝剂、消毒剂,助凝剂和助滤剂
  合理选用混凝剂是提高净水效果的重要方面之一,这方面大家比较熟悉这里不再重复。
  为降低氯的副产物或加强消毒,对氯胺或二氧化氯消毒大家比较关心。氯胺消毒的主要好处是产生的副产物比自由氯少;管网中余氯不易消失,容易做到保持管网要求的余氯值。但氯胺消毒也有缺点,德国Benrhardt教授归纳为:消毒能力很差;当存在其他氧化物时氯胺将在管网中氧化为亚硝酸盐;二氯胺及三氯胺会使水产生不良溴味;一氯胺是可疑致突变物质;对进行透析的病人会引起不良反应。因此德国水质标准不允许使用氯胺。另外1985年(Ohya等)发现用氯胺消毒水,因带氨离子的氯与有机物反应产生氯化氰副产物。因评价该化合物的资料不足,影响副产物产生的因素也知之甚少,故美国环保局要求供水人口10万人以上用氯胺消毒的水厂每季度在管网进口及最远处检验氯化氰,以便积累资料再行决策。
  二氧化氯的主要优点是:消毒能力强于氯;基本上不产生氯消毒的副产物。但它的主要缺点是:二氧化氯及其副产物也有毒性;二氧化氯在管网中比氯更容易消失,造成无剩余消毒剂现象。二氧化氯的毒性主要表现为分泌甲状腺素降低;当饮食中脂肪和钙的含量较高时将提高血浆胆固醇含量和血小板数量从而增加心血管病患病率。亚氯酸盐的毒性主要表现为影响血液中的红细胞使正铁血红肮增加。因二氯化氯消失较快,世界卫生组织认为从毒性角度可不设准则值,设亚氯酸盐指标值已能保证毒性要求。从感官性要求,二氧化氯要小于0.4mg/l;亚氯酸盐的指标值为0.2mg/l。美国《消毒剂和消毒副产品规则》(D/DBPR)规定亚氯酸盐的月平均最大允许值为小于1mg/l,二氧化氯日平均小于0.8mg/l,但二氯化氯的最大允许目标值为0.3mg/l,亚氯酸盐为0.08mg/l。
  选用什么消毒剂好,应该是在保证消毒充分,消毒剂及消毒副产物浓度符合水质要求以及保持必要的剩余消毒剂量的前提下,比较其他利弊得失,择优选定。?美国是对氯消毒副产物要求很严格的国家,根据美国自来水协会1990~1991年数据库的资料,据1256个供水企业,服务人口为2.09亿人的统计,所使用的消毒剂如按水厂数比例统计,64%用氯,12%用氯胺,0%用臭氧,6%用二氧化氯,18%用高锰酸钾。如按服务人口统计,46%用氯,25%用氯胺,2%用臭氧,6%用二氧化氯,21%用高锰酸钾。
  使用助滤剂特别是聚合物将明显改变过滤性能。通常在一定的原水、滤料结构和混凝剂加注条件下,滤池的出水浊度大致和进水浊度成正比,而与滤速的α次方成反比。但加注聚合物后出水浊度和进水浊度、滤速基本上没有关系,较高的进水浊度和较高的滤速(15~30m/时)也能使出水浊度达到0.1或0.2NTU,当然滤层的含泥能力会制约允许的进水浊度和滤速。以一般混凝剂作为助滤剂也能改变过滤性能,但改变的程度低于聚合物。是否使用助滤剂是常规净水运行中值得比较选择的。
  使用助凝剂是提高混凝沉淀和过滤性能的一个重要措施,尤其是低温低浊等难以处理的水。助凝剂日本主要限于水玻璃,美国则较多使用聚合物。我国在使用有机及无机助凝剂方面积累了相当经验,对沉淀水浊度难以控制的水,值得比较使用助凝剂的合理性。需要注意的是使用助凝剂后对过滤性能也含有一定改变。
  四、必要的合理的技术改造是充分发挥常规处理效果的重要保证。
  常规处理通常包括混和,絮凝,沉淀,过滤和消毒等几个工艺过程。就降低浊度等物质而言,混和是成功的关键,絮凝是提高沉淀效果的重点,沉淀是保证滤前水质的条件,滤池是达到目标浊度要求的保证。
  1、快速而均匀地混和是成功的关键
  在加注量较低的情况下,如无有效的快速混和,滤后水浊度不会低于0.2NTU,除非再以聚合物作助凝剂或助滤剂。相反,有效的快速混和即使直接过滤也可使滤后水浊度小于0.1NTU。
  要达到快速而均匀地混和,关键是采用合理的参数和混和型式。美国的基本经验的以及多数的实践,比较合适的参数是速度梯度G=500-2000秒-1,停留时间T=1~3秒。
  比较合适的混和方式是:
  ·当加压泵距絮凝池较近时,利用水泵混和是一种效果较好的因地制宜方式。
  ·机械混和。为减少短路机械混和宜二级,二级机械混和效果较好,但较易损坏,维护工作量大。
  ·管道混和器。设计较好的混和器在设计流量时效果较好,流量降低时影响混和效果。
  ·水泵扩散式混和系统如附图1。
  不少美国文献推荐这种混合方式。美国Kawamura教授提供的资料,这种混和方式的投资比机械省50%,水厂运行证明混凝剂省25%~35%。
  如水厂混和条件不够理想,改善混和条件将是化钱很少,效益很大的改造措施。
  2、絮凝要完善
  沉淀池出水浊度决定于绒体粒径,比重和沉淀池沉淀条件。要使绒体更有效地沉淀,绒体要凝结得大而均匀。从微小的悬浮颗粒到多大的粒径的绒体决定于GTC。
  G为速度梯度(秒-1),T为停留时间(秒),C为原水浊度(NTU)。GTC值可在1~10间选择。这里可见当原水浊度较高时可选择较低的GT值,反之要选择较高GT值。G的最大值有一定制约,随着绒体在絮凝池中逐步增大,绒体能承受剪力(μG)值逐步降低。所以絮凝池设计成G值逐步降低的方式是合理的。
  确定合适的GT组合,较理想的办法是做搅拌试验。是先用六联搅拌机求得原水的合适混凝剂加注量。然后用六联搅拌机,以同样的混和条件和混凝剂加注率,试验不同絮凝条件,测其同样沉淀时间后的浊度。
  如先用G=100秒-1,t=0、1、2、3、4、5分;再G=80,t=0、2、4、6、8、12;再G=60,t=0、4、8、12、16、20、24;再G=40,t=0、5、10、15、20、25;再G=20,t=0、5、10、15、20、30、50分。
  可测得浊度回线为附图2。合适的组合是G1T1、G2(T2-T3);G3(T4-T5);G4(T6-T7);G5(T8-T9)。
  如果进行上述试验有困难,也可借鉴类似水源的成功经验。
  在考虑絮凝时要强调完整,不必强调减少絮凝时间。如絮凝设备不完善要靠增加混凝剂或增加沉淀时间来补偿,在极大多数情况是不经济的,考虑絮凝时间时宜留有一定余地。
  · 絮凝设备的形式
  絮凝设备基本上可分为二大类:机械式和隔板式。机械式的优点为:水量降低时,絮凝效果不降低并稍有提高;根据温度等条件变化G值可调节。但主要缺点是:短流相对较大,设备较易损坏,维修量大。
  隔板式有多种型式如水平往复式,垂直往复式,水平回转式,网格式,水平或垂直折板式。隔板式的主要优点是设备相对简单,短流相对少。主要缺点是随着流量降低,絮凝效果相对有所降低;多数型式G值在絮凝过程中分布相对不均匀。在城市地面水供水厂通常夏季供水多,冬季供水少;夏季水温高可用较高G值,冬天水温低宜用较低G值,一定程度上可以抵销。?选择隔板的形式主要宜考虑絮凝过程中G值分布均匀程度。如水平往复式隔板絮凝池在转变处G值较大,在直槽部分G值较小。为了不打碎绒体,形成一定绒体时最大G值受转弯处控制,因此直槽部分絮凝效果较差。为了降低直槽部份距离,日本倾向于上下式,但也带来其他矛盾。回转式可以减少转弯和直槽部份的G值差距,从而提高总体絮凝效果。折板式G值分布相对均匀,同样时间的絮凝效果更好。在水量允许的条件下,水平折板比上下折板在设备和管理上更方便些。
  美国和日本过去较多使用机械式絮凝池。但在近15年内东京、大阪的多数水厂及美国部份中型水厂均采用隔板式絮凝池。
  检查现有絮凝池效果的较好办法是以生产池同样的水样和混凝剂加注量的搅拌试验与生产池进行比较。在搅拌机上,先以G=500~1000秒-1快速搅拌1~2秒,再以上述方法求得的理想GT组合进行絮凝,然后在烧杯中停留一定时间取样分析浊度。另外在生产絮凝池结束处用烧杯在不打碎绒体条件下取样,放在池壁走道上沉淀同样的时间,取样测定其浊度。二者的浊度差别,大致就是改造可能获得的效益。
  3、过滤效果决定于滤料结构,能否经常维持这个效果决定于合理冲洗。
  在一定的原水水质,混凝剂加注条件和滤速条件,过滤效果决定于滤层。滤层越细,越深,越均匀,过滤效果越好;滤层越粗,越深,越均匀则含泥能力越大,即允许的过滤周期,滤速或进水浊度可以更高。1970年后美国普遍使用双层滤料,0.5m煤(Es=1.0mm,Uc=1.5),0.25m砂(Es=0.5mm,Uc=1.5)。这里Es为有效值径;Ue为均匀系数。1980年后深层(1.8m)粗粒(Es=1.3mm,Uc=1.5)煤,下面0.3m砂(Es=0.75mm)(或者没有)的滤层盛行起来。近年来国内较多使用粗粒(d=0.95mm)深层(L=1.2m)砂滤层。粗粒深层滤料即使较高的滤速(15~20m/时),出水浊度仍可≤0.1NTU。
  为了保证过滤效果,滤层厚度L与有效直径d之间宜维持一定比例;
  普通砂滤池和标准双层滤池L/d≥1000
  粗粒深层滤池L/d≥1300为使出水浊度达到0.1NTU,双层滤池及粗粒深层滤池如不加聚合物助凝剂时,L/d比需在此基础上增加25%。Kawamura教授总结美国水厂滤池运行经验认为,当滤层厚度<0.9m时,表面冲洗和气水冲是同样有效,表面冲洗不亚于气水冲洗。当>0.9m时宜用气水冲洗加(或不加)表面冲洗。
  现有水厂滤池的技术改造受滤层深度甚至冲洗强度的制约,为提高过滤效果,常规滤池翻砂时宜改为均粒滤料,其深度要尽量利用,均匀系数宜尽量小,有效粒径为厚度的1/1000,最好冲洗强度能满足新滤层的需要,否则加表面冲洗。是否较彻底地改造为粗粒深层滤池决定于技术经济比较。
  五、如常规处理不能满足要求则需探索优化的深度处理工艺
  如超标的指标是细菌学指标,水厂内部应从加强消毒和降低浊度着手,对外争取环境保护。加强消毒主要是延长接触时间和合理选择消毒剂,不一定要增加新的工艺构筑物。
  如果是有毒有害物质指标或经过投入和效益分析仍要解决的感官性指标,则要研究优化的深度处理工艺。净水厂的任务是经济合理地把原水和水质目标要求之间的差额污染物处理掉。因各地的原水水质和水质目标要求各不相同,因此深度处理应针对不同矛盾因地制宜选用,不宜简单套用。优化处理工艺就是针对本身特点,寻找总费用最低而且可行的工艺处理方案。
  1、分析超标污染物的特性
  我国原水中有相当一部份是有机物含量高,那末首先分析生物可降解的有机物占多少。如氨氮高将产生一系列矛盾,也产生嗅味。世界卫生组织列出>1.5mg/l,人们难以接受;欧共体标准则要求<0.5mg/l。氨氮属于可降解的。区分是否可降解,可测定总有机碳(TOC)中,溶解性有机碳(DOC)占多少,溶解性有机碳中可降解的(BDOC)和不可降解(NBDOC)名占多少;也可进行物生滤池的模型试验。如果降低可降解有机物能解决矛盾,一般讲用生物预处理方式是经济合理的。生物预处理有几种方式,我们均有了模型试验资料和生产实践经验,尤其深圳水司对其进行了平行比较,可以择优选用。要注意生物预处理在水温降低时,去除效率降低的问题。用生物处理能解决的问题不要用臭氧活性碳方式解决,这是不经济合理的。
  超标物质是否能够氧化。水厂常用的氧化剂有臭氧、高锰酸钾、过氧化氢等。水中很多种有机物通过上述氧化剂有较高的去除率。判别超标污染物能否氧化,可查阅有关资料,也可进行化验室试验。用氧化方式能解决的,在工艺上尚比较简单,尤其是用高锰酸钾等成品氧化剂。而且有利于间隙性投加。采用氧化方式需要注意氧化后是否产生大量新的有机物,在后续工艺中还要处理这类有机物。用高锰酸钾作氧化剂的要注意其可能还有相当的吸附能力。
  超标物质是否可用吸附所去除。一般分子量低的很多种有机物用吸附方法有较高去除率。如经常性需要吸附的需用颗粒活性碳,如短时使用的宜用粉末活性碳。
  超标物质是否可用加强混凝法去除,一般分子量高的有机物,加强混凝法有相当去除效果。美国对总有机碳高的原水,为降低氯的副产物,建议用加强混凝法去除一定比例的总有机碳。根据试验加强混凝法宜把PH调正到5.5~6.5间,混凝剂加注量将很大。
  2、从模型试验到生产性验证
  对超标指标进行上述特性分析后,可能得出一种或几种可能的处理的工艺方案,然后需要进行模型规模的试验或对比试验。如有条件,宜做几个方案的对比试验,以便选出优化方案。
  生物预处理,氧化、吸附及加强混凝等措施均能以小规模的模型来模拟。模型试验要包括最不利情况和几个典型情况。如进行生物预处理或臭氧活性碳试验,还要包括冬季水温低时的情况,低温时处理效率降低可能成为制节条件。如果试验臭氧活性碳而前面又有物生预处理工序的,则应同时与“生物预处理-常规处理-生物活性碳方案”进行对比试验。当原水中有机污染主体是可降解的,其中不可降解的矛盾不大时,很可能省掉臭氧后效果基本相同。
  模型试验宜与化验室试验密切结合起来,如不同氧化剂、粉末活性碳加注量、混凝剂加注量与处理效果的曲线宜先在化验室试验,然后选择一定的条件在模型中试验。
  选择水质检验的项目和频率在模型对比试验中是相当重要的。超标的水质指标应该作为重点,但采用该方法同时能改善的指标也宜布置一定的检验频率,其余可根据条件适当安排。
  在几个对比试验方案中,一般讲能达到水质目标要求,投资和运行费的总费用最低,又可能在水厂采用的工艺是优化方案。虽然深度处理的有关工艺基本上可以模型试验加以模拟,但在生产上应用时还可能遇到一定问题,故推荐的工艺方案还需要在某一水池上进行生产实际应用,以验证试验成果。
  3、以效益和投入概念全面分析试验结果
  通过上述模型试验和生产验证,可以基本清楚增加该工艺后改善水质的效果。不少有毒有害物质通过查阅上面介绍的世界卫生组织资料或其他资料可以查得改善水质后能降低患病或死亡的统计机率。根据推荐工艺也可推算全面推广应用需要增加的投资,运行费用和成本。有了比较清楚的效益和投入,企业领导就比较容易正确地下决心,市领导也较易决策是否投资,或者投资放在那里可取得更大的效果(包括增强市民身体健康和延长平均寿命)。
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