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)在改善自來水設(shè)施，供水安全、適口的飲用水，這一凈水處理的目的沒有不同，但在處理的基本方法上卻存在著差異。本文對美國與歐共體各國采用的規(guī)范與方法加以比較，探討了凈水處理方法對水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的影響，今后雙方由于提高信息情況的交流，凈水處理的方法會成為一致。

　　2　固液分離

　　美國約有6萬個自來水事業(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沒有。因此與美國相比，歐洲化學(xué)處理方法發(fā)展慢，藥劑投加長時(shí)間不受重視。至六十年代，英國凈水設(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。美國公共衛(wèi)生服務(wù)手冊提出，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，對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，得到英國和法國的肯定。法國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。英國的自來水行業(yè)由于實(shí)行民營化而發(fā)生變化。無論承包人是獨(dú)立組織，還是象法國這樣的歸屬大自來水事業(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、開發(fā)方面，也能與自來水部門和研究機(jī)構(gòu)共同對設(shè)計(jì)加以研究和改進(jìn)。
　　對照來說，美國大部分有關(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)的研究中心來做。新的技術(shù)開發(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)場大規(guī)模的模型試驗(yàn)相結(jié)合的方法。經(jīng)過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)，美國技術(shù)咨詢?nèi)藛T對利用傳統(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)的美國水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，與歐體的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)形成鮮明的對比。美國環(huán)保局的規(guī)范是通過明確而廣泛的協(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)別開來。得出了根據(jù)美國飲用水規(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，來確定可能出現(xiàn)的最大污染濃度”的重要性。
　　(2)標(biāo)準(zhǔn)對處理方法的影響
　　美國安全飲用水的制定和修正，對標(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、病毒、細(xì)菌等，這要求對濁度要有一定的處理技術(shù)。例如，必須選用對蘭伯特鞭毛蟲孢囊至少去除99.9%并使之不再復(fù)蘇，對病毒至少去除99.99%，并使之不再復(fù)蘇的處理方法。
　　對大腸菌數(shù)和濁度超過一度限度的原水，根據(jù)規(guī)范要求過濾。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)。這些措施是針對由自來水未過濾而可能引起的水傳播疾病的處理方法。由此可見增加建設(shè)投資與運(yùn)行成本是非常明智的。這對于將來對水傳播疾病的統(tǒng)計(jì)有深遠(yuǎn)的意義。
　　(3)對消毒副產(chǎn)物的控制
　　美國環(huán)保局提出總?cè)u甲烷的上限值為100μg/L，包括英國的許多國家都已采用。而當(dāng)時(shí)此標(biāo)準(zhǔn)值的幅度為25μg/L（德國標(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)，采用以下對應(yīng)技術(shù)：
　　(Ⅰ)減少或取消預(yù)加氯；
　　(Ⅱ)在絮凝過程中，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。目前大部分歐美國家對此未作明確規(guī)定。美國環(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)加使用具有無爭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。最近兩個地區(qū)又進(jìn)一步開發(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。美國環(huán)保局所規(guī)定的最高限值是根據(jù)對每種物質(zhì)毒性影響的評價(jià)而定，其范圍定為0.05～0.5μg/L之間，而相對來說歐洲共同體各種農(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)間更長一些，以及通過引用臭氧與過氧化氫結(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

　　美國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，美國的沉淀池和濾池設(shè)計(jì)，長達(dá)50年以上幾乎沒有變化。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，美國最初的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)長時(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)美國沒有做到。對此，歐洲的承包人完成了新凈水技術(shù)開發(fā)的重要任務(wù)。
　　美國對氣浮分離技術(shù)非常關(guān)注，且最近又推廣了上向流澄清池的設(shè)計(jì)。說明美國也發(fā)生了變化。這些是受到美國環(huán)保局對地表過濾作出新規(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)。
　　美國自來水工作者參考?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環(huán)保局凈水處理程序。大西洋兩岸的各國給水工作者為了對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。在美國與歐洲自來水工作者之間，應(yīng)做必要的情報(bào)交流。