當代中國和歐美城市給水處理技術的比較
一、概況
根據世界銀行的安排，筆者近年先后兩次分別對意大利佛羅倫薩ANCONEIIA水廠，法國巴黎ORLY水廠，MOUT水廠，德國科隆WAHNBACH水廠，斯圖加特來格朗（LANGNAC）水廠，荷蘭阿姆斯特丹水廠，英國蘇格蘭阿姆萊（AMLAOVD）水廠，香港北港水廠和美國洛杉磯引水道水廠，紐約United Water Haworth水廠等26座水廠進行了考察，并在美國的有在設計部門和管理部門進行了為期四周的調研，茲將了解到的有關中、美、歐洲的城市給水處理技術總結如文。
二、水源
良好的水源是生產優質飲用水的前提。在美國、歐洲，對水源的選擇和保護都非常重視，簡直是不惜代價。在所考察的水廠中，只要有條件，盡可能取水庫水。歐洲的水源較多取自河水，如佛羅倫薩ANCONEIIA水廠取水于ARNO河，該河屬意大利第三大河，巴黎的ORLY、MOUT水廠取水于塞納河，斯圖加特的LANGNAC水廠取水于多瑙河，阿姆斯特丹水廠部分取水于REIHE河，部分取自水庫；美國的水廠則較多取水于水庫。印象最深的是美國洛杉磯引水道水廠和德國科隆WAHNBACH水廠和阿姆斯特丹水廠，為了保證水質優良，前者85%的水源來自544公里外的內華達西部山區和卡羅拉多的雪山融化水；后者則是將原水進行初步處理（脫氮、降濁度）后再存入水庫進行自然凈化和沉淀100天以上，讓氨、有機物、細菌自然分解后再作為水源。不管是河水還是水庫水，水質都比較好，達到各國相應的地面水標準。
水源保護是一項長期艱苦的工作，歐美各國對水源的保護都比較完善，特別是美國，盡管國家和州政府對此并無明確的規定，但每個地區的供水部門都將這項工作當成重要工作來做，制訂了相應的措施，對污染進行調查和處理，對供水明渠都用鋼絲網隔離并安裝警報器，防止人為的污染，并盡力避免自然環境的影響，水庫都建在遠離人煙的山里，周圍禁止人畜活動，植被保護得很好。
三、常規工藝流程和參數
根據了解觀察，從總體上說，歐洲給水工藝和技術要略優于美國，美國相當部分水廠的工藝和技術和我國先進水廠差別不大，筆者認為原因主要在于美國原水質量普遍要比歐洲好，故造成二者在工藝上的差別。
（一）混合、反應、沉淀
從所考察的水廠來看，國外水廠的混合系統與我國基本相似，可歸結為水力混合、槳板式機械混合、水泵混合和管式混合器等形式。
反應沉淀池，歐洲已基本淘汰平流沉淀池，常規采用的是脈沖澄清池、懸浮澄清池、高密度澄清池，幅流式澄清池，機械攪拌澄清池；美國則基本上用機械反應池和平流沉淀池，當原水水質優良時，則僅設反應池和濾池。表（2）是部分歐美有關池型的技術參數。高密度澄清池（沉淀池）與斜管（斜板）沉淀池的構造基本一致，其最大區別在于將活性污泥進行回流，以增強絮凝體的活性和沉淀效果，其主要優點在于： 1. 處理效率高，池體面積僅脈沖澄清池的1/4； 2. 污泥回流、絮凝效果增強，可節省聚凝劑30%左右 3. 剩余污泥濃度高（可達20-30g/l）脫水容易 4. 出水水質好 5. 適應處理高濁度且濁度變化較大的原水。
與我國相比，美國的平流沉淀池短而寬，對出水設計要求不高，采用指形槽、溢流堰、淹沒孔口等形式，排（刮）泥設備好，基本上都用不銹鋼鏈條式刮泥機，先把污泥刮到池中的污泥槽內適當濃縮再用螺旋泵抽出，這樣污泥的含水率低，水量損失少，僅占水廠產水量的1%左右。
根據所了解情況，筆者認為： 歐洲不用平流沉淀池，而多用澄清池，多半與原水有關，使用后者，可以利用池中活性污泥的吸附作用，最大限度地去除污染物質。其次可能出于對用地和基建費用的考慮，而在美國，由于原水水質良好，濁度較低，用澄清池形成泥渣層較困難，將影響絮凝和分離效果，為確保水質選擇了平流沉淀池，我國主要從水質和管理上考慮選擇平流沉淀池。 我國目前采用的折板反應與機械攪拌方式比較因其造價低，維修簡單，運行費用低，效果好等特點具有很大的發展優勢。其缺點是難以調節水力條件。 美國的排泥設備先進，對節水和污泥處理大有好處，值得借鑒。 適當延長么應時間，對提高水質具有一定的好處。 離密度澄清（沉淀）池以其處理效率高，出水水質好，特別適用于用地緊張的水廠或老水廠的改造。
（二）濾池
根據了解，歐洲現階段濾池以氣水反沖濾池為主。濾料多為2-3層，美國多為表面輔助沖洗多層濾池。濾料仍以石英砂、無煙煤為主。 根據了解和比較，筆者認識如下：
1．國外基本上為多層濾料普通氣水反沖洗或表面輔助沖洗濾池，V型氣水反沖洗濾池使用并不很普遍（在美國僅見到一座V型氣水反沖洗濾池）。
2．我國目前普遍采用的V型氣水反沖洗濾池總體水平是先進的，基本符合我國國情（特別是經濟發達地區），關鍵是設備國產化。
3．與我國相比，國外濾池的濾層普遍較厚，粒徑較小，這是保證出水水質很重要的因素。
4．雙層濾料濾池國外無煙煤層厚，石英砂層薄，正好與我國相反，有待我國進一步探討，進行優化。
5．歐美水廠濾料流失每年不足1，而我國大部分水廠難以做到這一點，關鍵是要控制好濾頭，濾料的有關指標和反沖洗強度，有待我們進一步努力。
6．新的濾池或改造工程應盡力朝厚濾層、多層濾料、氣水反沖方向努力，以盡力提高出水水質。
（三）泵房和調節水池
歐美水廠泵房（一、二級泵房均如此）的建筑都比較簡單，相當多的泵房和配電設備（配電柜、變壓器）全部露天，許多泵房直接建在清水池上部，立式泵、潛水泵使用較普遍。泵房一般沒有值班人員，即使泵房不在水廠內。相當部分水廠沒有二級泵房，由一級泵房送至高地水廠，利用地形高差直接向用戶供水或者在管網中途建加壓泵房和高地水池分區供水，所以高地水池較多，這些作法的目的是為了充分發揮水泵的效率，節省電耗，均衡管網壓力。
筆者認為：1. 歐美的這種作法值得我們借鑒，根據生產實踐證明，只要水廠地形標高選擇得當，高地水廠單位電耗并不會高于平原水廠（特別是在供水量富余、二級泵房工作壓力穩定的狀況下）原因是高地水廠僅一次抽升，水泵工作壓力穩定，效率較高；2. 采用露天泵站主要是由于歐美機電產品質量上乘、防護等級高、性能好，再則氣候條件好，濕熱天氣較少也是一個原因。
四、加藥和消毒
總結起來，可以說： 1．歐美水廠加藥、消毒品種多、工藝都很先進，都實現了自動化、液體化、罐裝化。 2．使用液體藥劑的最大好處是成本低，便于實現自動化，解決了藥劑溶解和沉渣處理的困難。 3．投加藥劑的品種歐洲略多于美國。 4．歐洲使用O3比美國普遍。據了解，全世界目前用O3消毒的水廠超過1000座，而全美僅120多座水廠（能力≥4000m3/d）。 5．歐洲基本不用液氯作為消毒劑，而用NaClO和ClO2，而美國大部分水廠仍用液氯。 6．調整PH美國水廠多用荷性鈉，歐洲水廠多用石灰。 7．粉狀活性炭的投加歐洲也比美國要普遍。 8．與我國比起來，國外用FeCl3作聚凝劑比較普遍。 9．助凝劑在歐美都得到了廣泛使用。
筆者認為： 1．造成歐美在本工藝上的差別，特別是消毒劑的差別，關鍵是美國水廠的原水質量普遍要比歐洲好，處理容易，水質有保證，生成氯衍生物的可能性大大低于歐洲水廠。 2．為保證消毒效果，不論是用O3消毒或氯消毒，接觸池的設計是必要的，O3接觸池的接觸時間一般為10～30分鐘，液氯消毒接觸時間取決于自由氯的濃度，水的PH值和溫度。當PH=7，水溫為20℃，水中自由氯濃度為1mg/l時，接觸時間以20分鐘為宜。 3．投加助凝劑對進一步提高出水水質是完全必要的，我公司長期用甌江原水（最高濁度達7000NTU以上）的實踐充分證明了這一點。 4．藥劑應盡力朝液體化發展，以降低成本，降低勞動強度和沉渣的污染，實現真正的全面自動化，但需要良好的交通條件，以保證運輸暢通。
五、活性炭過濾、O3氧化、微過濾技術和運用
5.1 活性炭過濾
活性炭因其巨大的比表面積（890～900m2/g）和吸附能力，具有去除水中合成有機物、重金屬離子、有機汞、味、殺菌劑等的功能，引起水工業界的重視。根據了解，歐美純粹以活性炭作為過濾介質的水廠目前還不多，一般均將活性炭過濾作為深度處理的工藝，在其前面均設有常規的濾池，而且在原水水質良好時也不考慮使用。主要的原因是如用活性炭直接過濾帶來活性炭工作周期過短，再生困難，成本過高。在所考察的所有水廠中，均未發現有活性炭再生裝置，一般的作法是待活性炭失效后，根據其利用價值送到別處再生或者丟棄。粉末狀活性炭則是作為藥劑一樣直接投入原水中，沉淀后隨污泥排出一起處理。
5.2 O3氧化
傳統的液氯消毒的方法投資省，運行費用低，基本滿足了水質的要求，目前仍是大部分國家特別是發展中國家主要的消毒劑，但該方法最大的缺陷是當與水中某些有機物接觸后生成THM（三鹵甲烷）或其他有害的衍生物，危害人體健康，而且用液氯消毒腐蝕性強，不安全，易發生泄氯事故。所以液氯的發達國家正逐漸退出消毒劑的地位，而代之以NaClO、ClO2、O3等。
較之其他消毒劑，根據國外研究，用O3消毒的最大好處是：除氧化有機物、去除微生物外，O3還可以控制藻類和所產生的復合有機物的嗅和味，促進微絮凝作用，縮短絮凝時間（據洛杉磯引水道水廠經驗，可縮短50%）、脫色、氧化鐵和錳，而且消毒時間短，效果好。經消毒后的水質清澈，口感特別好，但不足之處是基建費用大，耗電量大，成本高，消毒效果持續不長，需要后加氯工藝以維持消毒效果，所以一般作為前消毒或后消毒的預消毒，以盡力發揮其功能，減小后加氯的數量。
利用臭氧消毒除了必要的O3生產系統外，由于O3是以氣泡的形式進入水中，而且為使O3與水充分接觸，提高溶解能力和消毒效果，必須設置O3接觸池。目前上下流式接觸池被認為是最有效和最經濟的池型，因而在歐美水廠中得到廣泛運用，接觸池必須封閉，并保持內部處于微負
壓狀態，不讓池中水面上O3逸出。池中水深一般為5.5～6.0米，使O3在水中的轉移率達到95%以上。 我國在70年代就引進了活性炭過濾和O3消毒的技術。由于經濟原因，僅限用于特種工業廢水處理，目前在北京、上海等地的少量水廠采用
用了該先進技術。隨著我國國民經濟的進一步發展，用O3、NaClO、ClO2代替液氯是一種發展趨勢，特別是原水受到污染、經濟發達地區更是如此。
5.3 微過濾
微過濾技術的基本原理是利用一種超低壓的薄膜來去除水中的雜質，這種技術的特點是： 1．占地面積小； 2．不需加很多藥品； 3．可以處理濁度較高的水； 4．無需專人看管； 5．造價較高。
據了解，在美國已有20多座該類水廠，今后微過濾和超過濾將成為美國供水行業的一種發展趨勢。
南加州建成的最大微過濾水廠當數The Arthur H.橋水廠，其處理能力為15，000m3/d。
篩分器用于去除水中可能損壞濾膜的粗砂之類物質，其它雜質的去除依靠過濾系統的聚丙烯中空管式細纖維膜（Polypropylene hollow tube fine fiber），每隔一小時左右，濾膜自動用水沖洗一次，沖洗時間輔之以壓縮空氣，每隔2～6個月則需用藥劑（NaOH溶液）沖洗一次。
該廠進水濁度在150NTU左右，出水濁度在0.2NTU左右，全部實現自動化，無人值班，通過微波通訊由8英里外的控制中心遙控該廠的運行。
六 水質控制和方法
國外自來水直接飲用固然與整個管網質量、管理有關，最重要的還是出廠水質的控制，根據筆者統計，國外水廠有出廠水濁度、余氯、PH、細菌這四大指標。
這些指標控制范圍均優于所在國有關水質標準，其控制方法主要可以歸納如下： 1．采用科學合理適用的工藝流程，水廠的設計生產能力應與實際產量相適應，略為超前，絕不超負荷運行。 2．按需投加聚凝劑和助凝劑，特別是在低溫低濁度季節應壓縮產水量，并增加助凝劑的投量。 3．加強水質檢測和儀表的設置和維護。為保證良好的出水，嚴格控制沉淀池出水濁度，一般控制在2NTU以下。
可以說，為了搞好水質，歐美水廠是不惜成本的，特別是加藥和消毒劑的投入。
筆者認為，這些經驗值得我國借鑒，特別是在PH值的控制上，維持在7.5～8.5之間，主要是為了減少管網的腐蝕，保證水質，延長管網使用壽命，而且水質呈微堿性，飲用口感好，有益于人體。一座城市的給水系統的2/3投資在管網上，減少腐蝕經濟效益是無法估量的，而這個問題往往因暫時的經濟效益被我們忽略了。
七 污泥處理
歐洲國家均要求對水廠的污泥進行妥善處理，絕不允許排放到地面水體，其基本作法是采用如下工藝： 污泥→輻射式沉淀池→濃縮池→板框壓濾脫水→垃圾場填埋
一般進水含水率達99%以上，經脫水后的污泥含水率達80～75%左右。而在美國，對污泥處理相對比較簡單，一般是將污泥排入干化場，干化后，再行填埋。
八 變配電、儀表、自動化和管理
相比之下，歐美水廠的變配電技術總體上與我國先進水廠差別不大，主要特點是： 1．設備露天化、就地化；電壓等級多樣化：如美國中低壓電壓等級多達20多種，水廠中普遍使用的電壓等級為480V、600V、660V。 2．變頻技術使用并不普遍，在所考察的26座水廠和3座污水廠中，僅有二座廠用變頻設備，電壓等級為600V和660V，功率在450KW左右。據了解，這固然有供水壓力穩定的原因，普遍的回答是中壓變頻技術投資大，技術上不夠成熟。 3．美國水廠一般均采用單回路供電，原因是停電的機會很少。
筆者認為，這些作法值得我們總結和借鑒，使我國如何更進一步提高產品質量、更合理地設計水廠的變配電系統，特別是供電量，供水量富余的發達地區。
所考察的歐美水廠都實現了自動化控制，而且運行得很成功，即使在60年代建造的水廠。與我國先進水廠比較，主要有如下特點：
1．儀表的配置比較合理。根據考察，給我們印象最深的是通常在每只濾池上安裝濁度儀，有的還裝有顆粒計量器，這樣就可以利用水頭損失、反沖洗周期、出水濁度三個參數來控制濾池的工作，使濾池的工作更加合理，出水水質更有保證，而我國往往僅在濾池總出水渠中配置一只濁度計，而放松了這一最重要環節的水質控制和最重要的濾池控制參數。
2．儀表的維護制度化。儀表是自動化水廠的眼睛，國外先進水廠正是深刻理解了這一道理，所以每座水廠都有技術全面的維護隊伍，定期對儀表進行維護，確保水廠的正常運行。
3．先進的管理軟件。現代科學日新月異，特別在計算機軟件領域，要使自動化水廠保持先進的管理和技術水平，就必須從軟件抓起，軟件的兼容性、開放性能要好，為進一步技術改造打下基礎。
4．職工培訓的制度化。歐美水廠員工的文化素質普遍較高，均來自大學或專業技術學校。操作人員均需持有上崗合格證，并且根據不同工種安排不同的培訓。每位操作人員每年要培訓一次，重新領取上崗合格證。
毋容置疑，現階段我國城市給水處理技術無論在技術上和管理上與歐美比較仍有一些差距，但筆者相信隨著我國經濟的進一步發展，這種差距將進一步縮小，只要我們努力奮斗，善于總結，進一步加強科學管理，趕超世界先進水平和日子是不會太遠的。
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