歐洲與北美凈水處理的差異

　　1　前言

　　隨著北美和歐洲城市化建設(shè)和工業(yè)的發(fā)展，原水受到了污染。雖然兩地區(qū)在改善自來(lái)水設(shè)施，供水安全、適口的飲用水，這一凈水處理的目的沒(méi)有不同，但在處理的基本方法上卻存在著差異。本文對(duì)美國(guó)與歐共體各國(guó)采用的規(guī)范與方法加以比較，探討了凈水處理方法對(duì)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的影響，今后雙方由于提高信息情況的交流，凈水處理的方法會(huì)成為一致。

　　2　固液分離

　　美國(guó)約有6萬(wàn)個(gè)自來(lái)水事業(yè)單位，處理著大范圍原水，幾乎大城市都以地表水為水源，水中含有許多高濃度懸浮物。大多美國(guó)河流中懸浮固體含時(shí)有時(shí)可達(dá)1000mg/L，這樣高的濃度歐洲看來(lái)沒(méi)有。因此與美國(guó)相比，歐洲化學(xué)處理方法發(fā)展慢，藥劑投加長(zhǎng)時(shí)間不受重視。至六十年代，英國(guó)凈水設(shè)施仍屬土木工程范疇。機(jī)械工程與化學(xué)工程比重小。因此有關(guān)藥劑混合的高效率混凝沉淀池的設(shè)計(jì)發(fā)展遲緩。而美國(guó)這方面進(jìn)展較快，目前已考慮將有關(guān)藥劑混合的理論應(yīng)用于新型沉淀池的設(shè)計(jì)上。
　　(1)沉淀池
　　美國(guó)沉淀池一般為平流式沉淀池，并與其進(jìn)口部分成為一整體，快速攪拌和機(jī)械絮凝。美國(guó)公共衛(wèi)生服務(wù)手冊(cè)提出，混合與反應(yīng)的理想組合為1－2分鐘和20-30分鐘，混凝沉淀全部停留時(shí)間5-6小時(shí)，快速池濾速為176米／日以下。
　　在美國(guó)，對(duì)引入新的固液分離技術(shù)持消極態(tài)度，但在歐洲因當(dāng)時(shí)新型沉淀池模型試驗(yàn)未得到充分肯定，故未引用。根據(jù)上向流絮體的懸浮原理設(shè)計(jì)的沉淀池，得到英國(guó)和法國(guó)的肯定。法國(guó)已將脈沖澄清池改進(jìn)為斜板沉淀池。泥渣懸浮型沉淀池一般認(rèn)為可處理含懸浮固體1000mg/L的原水。在處理高濁度原水時(shí)，許多歐洲設(shè)計(jì)人員有選擇上向流澄清池而不用平流式沉淀池的傾向。
　　(2)濾池
　　美國(guó)和歐洲快濾池的設(shè)計(jì)不同，特別是在沖洗技術(shù)上。在顆粒活性炭作為濾池濾料普及使用十年前，許多歐洲國(guó)家雙層濾料濾池普通使用的是單獨(dú)用水沖洗然后再用水氣同時(shí)沖洗的方法。其后，又普及使用了均粒經(jīng)的砂濾料，并用氣水同時(shí)沖洗。最近，使用顆粒活性碳單一濾料時(shí)，為了減少濾料流失，在反沖洗技術(shù)上又采用了氣和水分開(kāi)沖洗的方法。
　　歐洲多數(shù)設(shè)計(jì)仍采用由0.5米淺濾層到2.0米深濾層；由單一粒徑到多種粒徑；由用單一砂濾到用砂、元煙煤、活性炭、石榴石等混合濾料的各種不同形式。
　　美國(guó)則僅采用傳統(tǒng)的高壓水沖洗方法，七十年代到八十年代曾用過(guò)氣沖，但最近仍然以高壓水沖作為主要沖洗方式。技術(shù)人員目前正進(jìn)一步改進(jìn)反沖的技術(shù)設(shè)計(jì)，雙層過(guò)濾依然受到廣泛歡迎。氣水沖洗和高壓水結(jié)合的沖洗技術(shù)正在普及。
　　(3)設(shè)計(jì)方法不同的理由
　　歐洲自水水事業(yè)的產(chǎn)權(quán)、輸水方式及管理方法各國(guó)之間大不相同。但實(shí)際上，專業(yè)凈水設(shè)施的承包人一貫有很大的影響力。英國(guó)的自來(lái)水行業(yè)由于實(shí)行民營(yíng)化而發(fā)生變化。無(wú)論承包人是獨(dú)立組織，還是象法國(guó)這樣的歸屬大自來(lái)水事業(yè)的機(jī)構(gòu)，在歐洲都占有很大比例。其理由是，承包人為了可以將收益轉(zhuǎn)用于調(diào)查、開(kāi)發(fā)方面，也能與自來(lái)水部門和研究機(jī)構(gòu)共同對(duì)設(shè)計(jì)加以研究和改進(jìn)。
　　對(duì)照來(lái)說(shuō)，美國(guó)大部分有關(guān)凈水處理的設(shè)計(jì)研究都是由咨詢技術(shù)工作者和大學(xué)的研究中心來(lái)做。新的技術(shù)開(kāi)發(fā)根據(jù)原水水質(zhì)的季節(jié)變化也考慮到用實(shí)驗(yàn)室與現(xiàn)場(chǎng)大規(guī)模的模型試驗(yàn)相結(jié)合的方法。經(jīng)過(guò)2-3年的工作，獲得了大量的數(shù)據(jù)，排除了大量的危險(xiǎn)因素。但是，雖然進(jìn)行了如此多的模型試驗(yàn)，美國(guó)技術(shù)咨詢?nèi)藛T對(duì)利用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)以外的設(shè)計(jì)方案仍然是不積極的。

　　3　與水質(zhì)有關(guān)的規(guī)范

　　(1)在規(guī)范上的區(qū)別
　　根據(jù)安全飲用水漢改進(jìn)的美國(guó)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，與歐體的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)形成鮮明的對(duì)比。美國(guó)環(huán)保局的規(guī)范是通過(guò)明確而廣泛的協(xié)議而訂立和完善的。與歐共體相比較之明確、靈活。涉及到影響人體健康和感觀的水質(zhì)項(xiàng)目被明確地區(qū)別開(kāi)來(lái)。得出了根據(jù)美國(guó)飲用水規(guī)范可能出現(xiàn)的最大污染濃度以及能夠控制污染的處理技術(shù)。另外，對(duì)影響感觀的水質(zhì)項(xiàng)目，確定了水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)指南。美國(guó)有關(guān)方面始終強(qiáng)調(diào)“利用有用且最佳技術(shù)與處理方法，來(lái)確定可能出現(xiàn)的最大污染濃度”的重要性。
　　(2)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)處理方法的影響
　　美國(guó)安全飲用水的制定和修正，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的凈水處理方法有著直接的影響。地表水中含有蘭伯特鞭毛蟲(chóng)、病毒、細(xì)菌等，這要求對(duì)濁度要有一定的處理技術(shù)。例如，必須選用對(duì)蘭伯特鞭毛蟲(chóng)孢囊至少去除99.9%并使之不再?gòu)?fù)蘇，對(duì)病毒至少去除99.99%，并使之不再?gòu)?fù)蘇的處理方法。
　　對(duì)大腸菌數(shù)和濁度超過(guò)一度限度的原水，根據(jù)規(guī)范要求過(guò)濾。另外，消毒的效果一般認(rèn)為必須根據(jù)CT值確認(rèn)(C：剩余氯濃度；T：最高時(shí)給水量的接觸時(shí)間)。這些措施是針對(duì)由自來(lái)水未過(guò)濾而可能引起的水傳播疾病的處理方法。由此可見(jiàn)增加建設(shè)投資與運(yùn)行成本是非常明智的。這對(duì)于將來(lái)對(duì)水傳播疾病的統(tǒng)計(jì)有深遠(yuǎn)的意義。
　　(3)對(duì)消毒副產(chǎn)物的控制
　　美國(guó)環(huán)保局提出總?cè)u甲烷的上限值為100μg/L，包括英國(guó)的許多國(guó)家都已采用。而當(dāng)時(shí)此標(biāo)準(zhǔn)值的幅度為25μg/L（德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)）至350μg/L（加拿大標(biāo)準(zhǔn)）的這一范圍。超出這些標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，采用以下對(duì)應(yīng)技術(shù)：
　　(Ⅰ)減少或取消預(yù)加氯；
　　(Ⅱ)在絮凝過(guò)程中，去除三氯甲烷母體；
　　(Ⅲ)采用氯劑以外的消毒方法。
　　因?yàn)橛嘘P(guān)副產(chǎn)物的性質(zhì)與毒性的情報(bào)目前尚不足，因此欲采用氯劑以外的消毒方法的國(guó)家必須慎重。現(xiàn)在已經(jīng)得到確認(rèn)，在多種氯消毒副產(chǎn)物中存在三氯甲烷。其中多數(shù)懷疑是有害性化學(xué)物。目前大部分歐美國(guó)家對(duì)此未作明確規(guī)定。美國(guó)環(huán)保局在1993年提出了有關(guān)酞酸二丁酯的規(guī)定，為了控制這些化合物，補(bǔ)加使用具有無(wú)爭(zhēng)議的臭氧與顆粒活性炭吸附處理是必要的。
　　(4)合成有機(jī)化合物
　　除消毒副產(chǎn)物之外，還檢測(cè)出大量低濃度的有機(jī)化合物，其中部分影響健康的有機(jī)化合物已制訂出最高限值。這些化合物經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)的凈水處理幾乎不能去除。為了控制這些化合物，歐洲和北美已采用最佳的臭氧氧化和顆粒活性炭吸附處理。最近兩個(gè)地區(qū)又進(jìn)一步開(kāi)發(fā)有關(guān)技術(shù)，并進(jìn)行大量的情報(bào)交流。
　　有機(jī)氯農(nóng)藥是從地表水、地下水中檢出的重要的化學(xué)物質(zhì)，在飲用水中的最高限值始終有規(guī)定。美國(guó)環(huán)保局所規(guī)定的最高限值是根據(jù)對(duì)每種物質(zhì)毒性影響的評(píng)價(jià)而定，其范圍定為0.05～0.5μg/L之間，而相對(duì)來(lái)說(shuō)歐洲共同體各種農(nóng)藥的最大允許濃度定為0.1μg/L，總的農(nóng)藥最大允許濃度合計(jì)0.5μg/L。歐洲采用了諸如與顆粒活性炭接觸時(shí)間更長(zhǎng)一些，以及通過(guò)引用臭氧與過(guò)氧化氫結(jié)合使用從而進(jìn)一步氧化的工藝方法，可望達(dá)到上述嚴(yán)格的最高限值。

　　4　結(jié)語(yǔ)

　　美國(guó)和歐洲凈水處理基本上采用的工藝方法相同，但仍有明顯的不同點(diǎn)。歐洲認(rèn)為，美國(guó)的沉淀池和濾池設(shè)計(jì)，長(zhǎng)達(dá)50年以上幾乎沒(méi)有變化。相比之下，歐洲水廠的設(shè)計(jì)，其總體性能及經(jīng)濟(jì)效益則有很大的提高。主要不同點(diǎn)是，美國(guó)最初的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)長(zhǎng)時(shí)間試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定的，而歐洲在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)正在探索凈水處理技術(shù)的高效率，這點(diǎn)美國(guó)沒(méi)有做到。對(duì)此，歐洲的承包人完成了新凈水技術(shù)開(kāi)發(fā)的重要任務(wù)。
　　美國(guó)對(duì)氣浮分離技術(shù)非常關(guān)注，且最近又推廣了上向流澄清池的設(shè)計(jì)。說(shuō)明美國(guó)也發(fā)生了變化。這些是受到美國(guó)環(huán)保局對(duì)地表過(guò)濾作出新規(guī)范的影響。由于此規(guī)范的執(zhí)行要有必要的初期投資，所以在凈水處理上要力求經(jīng)濟(jì)。
　　美國(guó)自來(lái)水工作者參考?xì)W洲的凈水技術(shù)收到效益，而在歐洲強(qiáng)化水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)之際，筆者提出應(yīng)該全面考慮采用美國(guó)環(huán)保局凈水處理程序。大西洋兩岸的各國(guó)給水工作者為了對(duì)付日益增多的污染物始終作著不懈的努力。污染物增多，需要補(bǔ)加處理方法。選擇時(shí)，實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的積累很重要。在美國(guó)與歐洲自來(lái)水工作者之間，應(yīng)做必要的情報(bào)交流。